窑-科普123

窑

生物科学2023-02-02 16:01:20百科

[拼音]：yao

[外文]：kiln

高温下（一般＞800°C）烧制产品的热工设备。广义的工业用窑类型很多，包括应用于冶金、化工、建材和轻工等部门的各类窑。由于以硅酸盐为主要原料的产品(如陶瓷、水泥、玻璃和耐火材料等无机非金属材料)都是用窑烧制的，这类窑的类型最多，数量也很大。现代工业用窑一般均指硅酸盐工业常用的热工设备。

沿革

“窑”字渊源于古代烧羊制佳肴的"穴"。中国是世界上使用窑炉生产硅酸盐制品最早的国家。约在公元前3000年中国已有烧制陶器的穴窑。这种古老的窑（图1）

已经是由燃烧室、窑室、火道以及调节炉温用的大小不一的火眼所组成，烧成温度可达1200°C左右。商代(约公元前17世纪初～前11世纪)出现了烧成温度更高的半陶半瓷窑；战国(公元前475～前221)时开始有馒头窑及龙窑，烧成温度可达1300°C；明末清初（17世纪中叶）出现了景德镇窑，这种窑利用空气隔热层保温，砌筑高达17～18m的薄壁烟囱，并能调节烧成制度以适应不同类型制品的要求。

随着工业生产发展的需要，改进工艺、降低成本和提高产品质量成为窑的发展方向，从19世纪后期开始陆续出现了连续生产的各类新型窑，如1867年F.西门子建造了第一座连续熔制玻璃的池窑，1883年K.迪奇建造了第一台连续生产水泥熟料的立窑，1885年英国F.兰塞姆建造了连续煅烧水泥熟料的回转窑并于1889年建厂生产水泥，1899年法国的福热隆建造了机械化连续操作的隧道窑（见彩图）等，从而奠定了现代化窑炉的基础。20世纪以来，尤其是近几十年，各类窑都在向大型化方向发展，取得了很好的技术经济效益。

分类

窑有许多不同的分类方法。根据窑炉的形状分为方形窑、圆形窑等；按照制品的种类分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、砖瓦窑等；从火焰流动的特征分为横焰窑、升焰窑、倒焰窑、马蹄形焰窑等；根据所用燃料种类分为烧煤窑、燃油窑、煤气窑等；根据物料输送方式又可分为窑车窑、辊底窑、推板窑等。更为通用的是根据焙烧制品的物理状态、结合生产方式进行分类（见表）。

间歇式窑的优点是生产的灵活性大，用得较多的是倒焰窑（图2c）。连续式窑（图2a、b、d、e）较之间歇式窑具有产量高、燃料消耗低、劳动条件好、易于机械化自动化等优点，是现代化生产普遍采用的窑型。

窑的组成

窑系统由供热、窑室、气体输送装置和传送物料设备等部分组成。

（1）供热设备。硅酸盐工业大多采用煤、石油、天然气和各种人工合成煤气为燃料，窑炉设有专门的燃烧室(或燃料在窑室内进行燃烧)，以供应系统所需的热量。

（2）窑室。放置所焙烧的物料或制品的操作空间。以气体作为载热体进行气-固(或气-液)间的换热，因此兼有分配热量、进行化学反应，有时也有冷却产品的功能，是完成煅烧工艺过程的主要场所。

（3）气体输送装置。提供助燃或冷却用空气及排送烟气，兼有调节压力、控制气氛的作用，一般选用烟囱（自然通风）和鼓（排）风机（强制通风）作为驱使气体流动的装置。

（4）传送物料设备。原料、燃料的供应，通常选用各种类型的运输机、加料机等。产品在窑内传送及排卸方法因窑类型不同而异，如回转窑利用两端高差及筒体本身的回转而输送物料；隧道窑则用专门的窑车及推车机输送制品，池窑利用进料和卸料位差使玻璃液流动等等。

近年来，为进一步提高经济效益、节约能源和保护环境，还增设了废气余热利用装置（如各类原料预热器、空气预热器及废热锅炉等）、含尘气体净化装置（如旋风收尘器、布袋收尘器及电收尘器等）以及成品显热回收装置（用以预热助燃用空气等），组成更为经济完善的窑系统。

窑型选择和烧成制度

在设计中，窑型的选择主要根据产品品种、质量要求、生产规模、生产方式、原料、燃料供应以及资金情况，经过方案对比而选定。窑炉的烧成制度包括窑的升温速率、烧成温度、保温时间、窑内气氛、压力分布、传热速率、物料运动速度及停留时间、冷却速率等。烧成制度的波动将直接影响到产品的产量和质量。长期以来，烧成制度都根据经验掌握，如中国景德镇窑的精湛烧成技艺，就是长期积累经验的结果。随着科学技术的发展，目前有些大型窑炉，已经按照选定的烧成制度，通过仪表和计算机自动控制其操作，以达到稳定生产和提高制品产量、质量的要求。

窑炉系统在工艺上开展了低温烧成和快速烧成的研究；在热工上开发新的余热利用技术和先进的燃烧调温技术；在结构上采用高温轻质新型隔热材料和各类特殊的窑体结构如隔焰窑、多通道隧道窑等。其中以水泥回转窑系统的改革最为活跃，以20世纪50年代出现的悬浮预热器和70年代出现的窑外分解炉为主要标志。悬浮预热器是一种多级串联的气固悬浮态换热装置，普遍使用的有四级旋风预热器（见窑外分解技术）和立筒预热器两种类型。采用悬浮预热器可以有效地回收窑尾废气余热，从而大幅度降低单位熟料的热耗，若与分解炉配合使用，还可使窑的单位容积产量成倍增长。