浅谈隧道窑预热带

静jing

浅谈隧道窑预热带

预热虽然是为烧成做准备的阶段，是为烧成服务的，但预热是烧成过程必须有的步骤。通过预热缓慢地将坯体温度升至烧成所需要的温度，只所以要缓慢升温，是避免升温过急时坯体产生裂纹，不让坯体还没有进入烧成阶段就已经变成废品了。窑炉

    预热过程是坯体和气体相互作用的结果，预热带的变化集中在两方面，一方面是进入预热带的坯体随时间的变化，即随着它在窑内所处位置的不同自身所发生的变化，另一方面就是窑内热气体随时间变化所发生的变化。

    1.预热带的作用

    窑预热带有脱水干燥和加热坯体二个作用。整个预热带可以分为二个阶段，首先是经过低温阶段，即从常温到120℃，在此期间内，坯体内的残余水分蒸发。其次，窑内的废烟气继续加热坯体，提高砖坯温度直到燃料的燃点（煤炭的燃点为600℃左右）以上，为燃料燃烧创造条件。

坯体入窑时，都带有一定的残余水分（一般情况下为5~6%），坯体内残余水分的多少，决定预热时间的长短。假如入窑坯体重2.5公斤，入窑时残余含水率为6%（干基），那么每块坯体就要排出0.15公斤的水，需要在预热阶段蒸发出去。蒸发一公斤水约需要5016千焦的热量，所以，要蒸发这么多的水就需要足够的时间和752.4千焦的热量。入窑坯体的残余水分越高，则所需的干燥时间也越长，烧成的进度也越慢。

    2. 烧成时预热带的变化

    预热过程是坯体和气体相互作用的结果，预热带的变化集中在两方面，一方面是进入预热带的坯体随时间的变化，即随着它在窑内所处位置的不同自身所发生的变化，另一方面就是窑内热气体随时间变化所发生的变化。

已经干燥的坯体进入窑预热带后，首先与温度高于自己的窑内高温气体接触，由于两者之间存在一定的温度差，也就是说两者之间存在温度梯度，在温度梯度的作用下，两者进行交换，力求使温度相同，热量达到平衡，气体将部分热量传递给坯体，使坯体温度升高。坯体与气体之间的对流换热的方式传递热量。获得热量的坯体，表面温度先升高，然后以传导传热的方式使内部的温度也升高。随着热交换过程的进行，坯体的许多技术指标都发生了变化。隧道窑

坯体在预热带预热时，首先排出了其中的干燥残余水分，其次排出了矿物内部的化学结合水，同时，矿物中的低燃点有机可燃物在预热带也被依次燃烧掉，部分具有挥发性质的物质，也会随着坯体被加热而从不坯体中挥发出去，经过这一系列的变化后，坯体的重量要比刚入窑时的重量轻一些，这一阶段坯体的重量是由重到轻的阶段，即在窑的预热带，坯体的重量是逐步减小的。

干燥后的干坯在入窑的时候，其中仍然含有小于6%的干燥残余水分，在预热带就会将这部分残余水分全部排出坯体，为烧成做准备。同时，在生产砖瓦产品的原料中，矿物内部还会有一部分与矿物组成相关的水分，或是矿物内部的一个氧原子和二个氢原子的比例存在的隐性水分，也叫做化学结合水。这部分水分在坯体在预热带被加热到400℃的时候也逐渐被排出。直至全部水分都已经被排出坯体后，才能进入烧成带烧成。所以，坯体含水率在预热带是逐步降低的，直到坯体含水率为零。隧道窑

只所以要排出坯体中的水分，是因为对烧成制品来说，水分是不良成分，且水的沸点较低（100℃），水化后体积膨胀较大（22.4倍），容易使被烧制品在没有被烧结的情况下就产生裂纹或使制品炸裂。

坯体在预热时不仅有物理变化，同时伴随着一定的化学变化。首先是原料中所含的有机可燃物在较低温度下燃烧，即其与氧气结合产生剧烈的氧化反应。其次是坯体中各种矿物自身的变化及矿物之间的化学反应，或是矿化学反应。

坯体中最主要、也是含量最高的成分石英在预热带就有较大的变化，随着坯体在预热带被不断加热，石英的晶型按下列形式进行转化。在被加热到117℃时，石英由γ-鳞石英状态转变为β-鳞石英状态，并且有0.2%的体积膨胀，而且这一过程是可逆的。即为：

γ-鳞石英 →β-鳞石英+0.2%。

    随着温度继续上升，当坯体温度达到163℃时，其内部石英的变化又会进行，其中β-鳞石英就转变成α-鳞石英，并伴有0.2%的体积变化，这一过程也是可逆的。即：β-鳞石英 α-鳞石英+0.2%。

当窑预热带温度达到180~270℃这一范围时，石英组分中的β-方石英要转变成α-方石英，再伴随有2.8%的体积变化，这一变化也是可以可逆进行的，结果如下：β-方石英 α-方石英+2.8%。

在预热带573℃的地方，β-石英要转变成α-石英，体积变化，0.82%，即为：β-石英 α-石英+0.82%。

在坯体被预热的时候，不但石英组分本身有上述变化，而且其它组分之间也发生着剧烈的化学变化。

在预热带温度为450~550℃之间，CaO和Fe2O3发生反应，生成铁酸钙，随着温度进一步提高，铁酸钙转变成铁酸二钙，即：

CaO+Fe2O3→CaFe2O4

CaOFe2O4→Ca2Fe2O5

    在坯体温度达到600℃时，坯体中的MgO和Fe2O3发生固相反应，生成镁铁矿物。即：MgO+Fe2O3→MgFe2O4

同时，一些低熔点的矿物会在预热带高温段熔融，使坯体中出现液相。

    3.预热带的长度

    预热坯体的热源，来自窑烧成带流向排烟口的高温废烟气，烟气在预热带坯垛中流动时，不断与坯体进行湿热交换，把热量传给坯体，带走坯体蒸发的水分，最后变成温度低、湿度大的气体由排烟口排出。所以，预热带愈长，烟气与坯体热交换的机会增多，烟热得到了充分利用，既能降低烧成燃耗，又能增加坯体预热时间，使预热充分，提高坯体的预热质量。

预热带长度一般为25米~30米。隧道窑

    如果预热带过短，低于25米甚至更短时，坯体与高温烟气相遇后，表面急剧升温，水分蒸发很快，内部传热迟缓，水分扩散很慢，结果在坯体内部产生很大的内应力，从而使坯体产生裂纹。而且高温烟气在窑内的流程短，热能未经充分利用就从排烟口排出窑外，加大了窑炉烧成的燃料消耗。

如果预热带过长，超过30米甚至更长时，烟气在窑内的流程延长，与坯体湿、热交换过多，最后在预热带前端形成温度较低、湿度很大的潮湿气体，这种气体与低温并且是过干的坯体相遇，容易发生“凝露”、“回潮”现象，破坏制品质量。同时，预热带过长时，前面排风口排出的烟气温度低，不但不能增加窑内抽力，反而要减慢窑烧成的火行速度。

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