關(guān)于影響隧道窯加熱速率的幾種因素

隧道窯升溫時間是指從常溫下將坯體加熱到允許燒成溫度，也即我們常講的預(yù)熱過程，需要考慮坯體的類型（尺寸大小、形狀、厚度等）是否能夠經(jīng)受得起加熱時的熱沖擊。從原理上講有三種因素影響著隧道窯加熱的速率.

（1）脫水過程

坯體中殘留的孔隙水黏土礦物層間水的蒸發(fā)，各種礦物結(jié)晶水的釋放，來自可燃物氧化生成的水分等均會在預(yù)熱帶出現(xiàn)。

例如在黏土礦物脫去羥基期間，根據(jù)計算每100磅（45.4kg)的黏土礦物約有14磅（6.35kg）的水蒸氣進入窯內(nèi)空氣中。在脫去羥基的溫度（450~600℃）下，這些水蒸氣將占有22.2m3的空間。

大概估算年產(chǎn)6000萬塊空心磚的隧道窯僅黏土礦物脫水每小時就要排出1800~3000m3的水蒸氣。除了坯體中殘留孔隙水的蒸發(fā)和可燃物氧化生成的水分外，其他各種礦物的層間水和結(jié)晶水的排出均可由熱分析方法來確定。

對坯體帶入的殘留水分（平衡水分）必須給出明確的限定（例如3％~5％），過干則會吸潮，過濕則會延長焙燒周期?？傊陬A(yù)熱帶各種水分的蒸發(fā)和排出，意味著坯體可能會出現(xiàn)顯微結(jié)構(gòu)上的裂紋或是裂紋的擴展、松弛等現(xiàn)象，使坯體的結(jié)構(gòu)強度降低，從而影響了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

特別是坯體含水率過大時，預(yù)熱速度過快會造成啞音等廢品。如從差熱曲線和熱膨脹曲線上發(fā)現(xiàn)某一溫度區(qū)間有大量的脫水（吸熱峰并伴隨有較大的失重），在此溫度區(qū)間的升溫速度就應(yīng)減慢。例如，富伊利石+蒙脫石原料在500℃前就有很大的失重，此情況下絕對不能快速升溫，更不能使用快速焙燒。

（2）熱膨脹與收縮過程

在預(yù)熱期間坯體不可避免地要出現(xiàn)膨脹與收縮，如果這種過程發(fā)生在很狹窄的溫度范圍內(nèi)，就極有可能由于膨脹應(yīng)力導(dǎo)致坯體 內(nèi)部顯微裂紋的產(chǎn)生，眾所周知的例子是石英晶形的轉(zhuǎn)變。

另外在加熱過程中由于熱的作用坯體本身也會出現(xiàn)膨脹和收縮，只是因原材料組成的不同，而出現(xiàn)的強弱不同，亦可在坯體中引發(fā)顯著的應(yīng)力。

這些特征均可在熱膨脹曲線上看到，例如某種原材料的熱膨脹曲線表明在835℃前該原料的最大膨脹率達到了1.48％，而劇烈膨脹出現(xiàn)的溫度區(qū)間在600~835℃之間，所以在該溫度區(qū)間的升溫速度應(yīng)當(dāng)平緩。

另外，如原材料中含有較高的碳酸鹽時，在分解的溫度范圍內(nèi)（700~900℃）也會出現(xiàn)所謂的“中間狀態(tài)”的收縮，此時如焙燒控制不當(dāng)，極有可能在坯體中產(chǎn)生裂紋。順便提及，由預(yù)熱或是由冷卻不當(dāng)造成的細裂紋，可從裂紋的斷面上判斷出來，冷卻產(chǎn)生的裂紋斷面平滑而細長，預(yù)熱產(chǎn)生的裂紋斷面粗糙。

（3）可燃物的燃燒或氧化過程

例如煤矸石、粉煤灰這類材料均含有較高的可燃物質(zhì)，為了保證其在坯體出現(xiàn)液相之前充分氧化，成為了限制大斷面隧道窯產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，也給窯爐的設(shè)計和焙燒操作帶來了困難。

現(xiàn)國內(nèi)外解決這一問題的措施均是加大隧道窯的長度，例如法國賽力克公司設(shè)計的用于煤矸石燒結(jié)空心磚的大斷面隧道窯長度為185m，寬度10m，燒成周期為92h，全窯容車數(shù)為53輛，所用煤矸石的發(fā)熱量為500~600kcal/kg，在850℃前這些可燃物完全燃盡，然后配以天然氣在1020℃下完成燒結(jié)。

德國林格公司為我國某地提供的煤矸石空心磚生產(chǎn)線設(shè)計方案，其窯長也是176m；意大利阿爾匹納公司為我國某地提供的煤矸石空心磚生產(chǎn)線設(shè)計采用的窯長181m，均有很長的預(yù)熱帶，其目的就是為了保證可燃物的完全燃燒和氧化。

碳和有機物的燃燒、黃鐵礦的氧化，各種材料的放熱溫度區(qū)間及始熔溫度在差熱分析曲線和熱膨脹曲線上完全可以看到。

煤矸石、粉煤灰以及原材料中的其他有機物的燃燒溫度范圍（或區(qū)間）差異很大，如有的煤矸石的著火點高（如無煙煤的矸石），有的著火點低（如煙煤或無煙煤矸石），這些差異在差熱曲線和熱膨脹曲線上也能很大地分辨出來。

需要注意的是，煙煤或洗選矸石在預(yù)熱帶會形成低溫碳氣（CO），隨煙氣排放出來，但是這種氣體對大氣環(huán)境是有害的，應(yīng)在窯爐的結(jié)構(gòu)上采取措施盡量減少其排放量，或是采取專門的復(fù)燃裝置燃燒后排放。這類煤矸石的特征是著火點低，一般在300℃左右就開始燃燒。

另外，粉煤灰中玻璃體的含量及性能均不相同，因而其始熔溫度也相差很大，這種特性在熱膨脹曲線上也能夠很好地分辨出來。

綜合分析以上三種因素，找出主要影響升溫速度的因素所在，并考慮坯體的特性（大小、厚度、形狀等）因素，來確定出合理的升溫時間。加熱的速率可分為若干段，如在最初脫水期選擇較低的加熱速率；在有碳和黃鐵礦存在時采用較低的加熱速率和較長的時間，等等。

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