热工基础与工业窑炉绪论

无论是硅酸盐工业，还是冶金工业，窑炉生产工艺往往是其较为核心的部分。任何一种硅酸盐产品，都要经过特定的炉窑进行煅烧。在煅烧过程中，物料在窑内要发生一系列物理、化学以及高温物理化学变化。如果窑炉的设计不合理或操作上存在缺陷，势必要影响产品的产量和质量，或浪费原料，增加制品的能耗，严重时出现大量废品。

我国硅酸盐窑炉发展历史源远流长，5000年前就出现烧制陶瓷的升焰窑，随着科学技术发展，硅酸盐产品不断扩大，生产工艺更新，根据人们对硅酸盐制品的产量、质量、能耗，对环境污染等提出更高的要求，各种新型窑炉不断出现。

一般在硅酸盐工业中，常用的热工设备包括：原料煅烧设备有立窑、回转窑；制品煅烧设备有间歇式倒焰窑、梭式窑和连续式隧道窑（1384规格7223）；玻璃窑熔设备有池窑、坩埚窑等。此外还有各种类型的原料、半成品干燥设备，如转筒干燥器、流态化烘干机、室式干燥器、隧道式干燥器、链式干燥器等。

在陶瓷、耐火材料工业中，过去长期使用间歇式倒焰窑。该窑炉占地面积小、结构简单、投入资金少、操作灵活；但由于砌筑体耗热大，烟气余热得不到利用，热效率低，且出、装窑劳动强度高，所以多数中型以上的生产厂家都以隧道窑替代传统的倒焰窑。

由于隧道窑的连续操作，烟气与制品的余热可以得到充分利用，目前在陶瓷、耐火材料工业中得到广泛的应用。但其本身也不短发展与完善。我国于20世纪50年代建造靠前条60m黏土砖隧道窑，之后又建立了高硅、硅砖、镁砖隧道窑。随着直接结合碱性砖等优异耐火材料的出现，高温烧成温度达1750℃以上，甚至出现了达到1900℃的非常高温隧道窑。在结构上国外又出现断面大、长度短的顶燃式隧道窑。传统陶瓷行业中结合隧道窑工作原理，发展了辊道窑、推板窑等窑炉。而现代技术陶瓷领域出现诸如氮化硅、塞隆新材料，在这种非氧化气氛烧结的陶瓷制品又对传统窑炉的热工技术提出了新的挑战。

在原料煅烧方面，广泛用的是立窑和回转窑，随着耐火原料二步煅烧技术的发展，在原料轻烧方面各种流态技术取得非常大进展，如沸腾轻烧等。在原料死烧方面出现了温度达1900℃以上的高温竖窑和回转。对水泥熟料的煅烧采用回转窑（1384规格7223）。为了利用回转窑烟气热量的充分交换，50年代出现带悬浮预热器，70年代由于窑外分解技术的出现，新型回转窑得到迅速发展。

在钢铁冶金工业中，高炉是炼铁工业的主要热工设备。自高炉问世200多年来，随着人们对产量的要求和原料燃烧条件的改善，以及鼓风能力的提高，高炉炉型也在不断地演变和发展。目前高炉炉型为五段式炉型，近代高炉向着大型横向发展。氧气转炉和转炉炼钢的主体热工设备。此外电弧炉是炼钢电炉的一种，目前随着连续铸钢技术、炉外精炼技术的发展，钢材质量、产量、劳动生产率都得到大幅度改善。

综上所述，从工业窑炉（1384规格7223）的发展可以看出窑炉发展和生产工艺改进密切相关。为发展新型无机材料及其各类复合材料，目前在科研工作中也发展了一些规模较小的各种炉子，如常见的无压烧结马弗炉、气氛烧结炉、热压烧结炉、气压炉和热等静压炉。由于在试验中烧结试样体积小，炉膛尺寸也较小，因此在产品的产量和能耗方面也很少顾及。但是，一旦试验产品试制成功而进入产业化阶段，就要一体考虑经济效益和社会效应等问题。

一体掌握热工理论是控制把握工业窑炉的关键。如降低制品热耗，提高传热速率，减少热损失，窑内气体运动合理，减少砌体穿越物料的阻力损失，保证燃料在炉内的充分燃烧问题。为达到上述要求，了解并掌握热工相关理论十分必要。这些方法和知识主要有：

1.     窑炉气体力学：以研究窑炉内气体运动规律，引导窑炉内气体运动的方法。

2.     传热学：以研究窑炉内热量交换规律，提高传热速率，减少热量损失的途径。

3.     质量交换原理：以研究质量交换过程及其影响因素为主。

4.     干燥原理：含有不同水分的物料和空气随温度变化时所发生的一系列物料变化。

5.     燃料燃烧理论：以了解各类燃料性质、来源和燃烧机理为要点。