辊道窑的窑体结构及内宽规范

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：辊道窑的窑体由窑墙、窑顶和窑底组成。为便于建筑安装，辊道窑沿窑长分成长度相等的结构单元，生产中把每一结构单元称为一节，每节长2.2m左右。现场砌筑的辊道窑，则是每两钢架之间的区段为一节。部分烧制日用陶瓷的辊道窑也有采用拱顶的，窑顶结构主要有以下几种。目前，我国辊道窑的内宽一般小于3.5m。

辊道窑的窑体由窑墙、窑顶和窑底组成。辊子穿过窑墙，辊面将窑内空间分成两部分，辊面以上为工作通道，辊面以下为辊下通道。辊面处于窑道中间或中间偏下部分。为便于建筑安装，辊道窑沿窑长分成长度相等的结构单元，生产中把每一结构单元称为一节，每节长2.2m左右。现代辊道窑采用模块装配式结构，每1～2节为一个钢框架结构，工厂生产钢框架和窑体材料，现场装配。现场砌筑的辊道窑，则是每两钢架之间的区段为一节。

（一）窑墙

辊道窑窑墙必须具备耐高温、有一定的强度、保温性能好等基本条件，特别是，由于辊棒要穿过窑墙，为了提高辊棒长度的有效利用率，对窑墙的厚度有更严格的控制。所以辊道窑窑墙均采用新型轻质耐火和保温材料砌筑。辊道窑沿长度方向温度是逐渐变化的，不同温度区间所用窑墙材料和厚度也各不相同，如图5-1-4所示，为某辊道窑高温后段窑体结构和使用材料示意图。

图5-1-4　某辊道窑高温后段窑体结构示意图

窑墙孔砖是辊道窑窑墙的重要组成部分，它与窑墙砌体的结合主要有两种形式，一种是由耐热钢托支撑辊上窑墙结构，如图5-1-5（1）所示。辊上窑墙支撑在焊于钢架结构的耐热扁钢上，不和孔砖接触。为了增加辊上窑墙与孔砖间的密封性，辊上窑墙放在支撑钢托上的砖呈“7”字形，孔砖做成与之吻合的形状，如图5-1-6（1）所示。另一种是辊上窑墙支撑在孔砖上，如图5-1-5（2）所示，所用孔砖如图5-1-6（2）所示。第一种结构为正常运转后的维修、调整与更换辊子带来了极大的便利。不足之处是窑体气密性减小，钢材用量增加。第二种结构的优点是结构简单，省材料，窑墙气密性好，但孔砖砌好后不能再移动，对孔砖的尺寸和砌筑要求更严格。

图5-1-5　孔砖与窑墙的组合形式

1—窑支承钢架；2—纤维毯；3—角钢；4—耐热扁钢；5—孔砖；6—7字砖；7—上窑墙；8—吊顶

图5-1-6　窑墙孔砖

孔砖材质的优劣直接影响辊子的正常运转。因为窑墙受热膨胀，孔砖很容易将辊子卡住，孔砖的材质除了具备窑墙要求的一般条件外，还要有好的热稳定性和高温体积稳定性。砖孔的形状多为“腰子”形，以便于运行时辊子的上下调整，也有圆形的。辊子穿过砖孔以后，空隙部分用耐火纤维棉填充以保证窑墙的致密性。每块孔砖的长度不小于3孔。孔砖厚度略小于窑墙的砖体部分厚度，以便于填充耐火纤维棉。辊子穿过孔砖时与壁应留有5mm～10mm的间隙。

（二）窑顶

辊道窑由于采用扁平截面，窑顶多为平拱。部分烧制日用陶瓷的辊道窑也有采用拱顶的，窑顶结构主要有以下几种。

1.吊顶结构

吊顶结构将整个窑顶的重量支撑在钢架上，而且可以不受窑宽的限制，在辊道窑上得到广泛的使用，辊道窑的吊顶主要有下列三种结构形式。

（1）耐热钢棒穿吊

将吊顶砖穿在耐热钢棒上，通过挂钩与上部金属横梁连接在一起而形成吊顶，如图5-1-7所示。吊顶砖上层覆盖一层耐火纤维毯或矿渣棉制品。这种吊顶结构简单，但由于耐热钢棒成本较高，这种结构逐渐被淘汰。

图5-1-7　耐热钢棒穿吊轻质吊顶砖的吊顶结构

1—吊顶砖；2—耐热钢棒；3—挂钩；4—吊顶横梁

（2）T型吊顶砖与薄板砖的组合吊顶

T型吊顶砖用重质耐火材料制造，由两块砖组合而成，如图5-1-8所示，穿吊在钢架上。在相邻的T型砖之间搭盖薄平板砖。T型砖空心部分填塞耐火纤维棉，平板砖上面分层铺设耐火纤维毯，如图5-1-9所示。但T型砖技术要求高，这类吊顶不常用。

图5-1-8　T型吊顶砖结构

图5-1-9　T型吊顶砖与薄平板砖组合的吊顶

1—T型砖；2—平板砖；3—高温耐火纤维毯；4—低温耐火纤维毯

图5-1-10　一种组合吊顶砖的制作

（3）组合吊顶砖结构

这种组合吊顶砖是用几块直形轻质耐火砖和耐热钢板用高温粘结剂粘结在一起而成。例如德国汉索夫辊道窑的吊顶砖就是用四块标准轻质耐火砖和一块耐热钢板粘合而成。图5-1-10所示为我国一些窑炉公司采用的组合吊顶砖，它是用两块直形砖预先在接合面上各开一小槽，涂上高温粘合剂，将加工好的耐热钢板卡入小槽粘合而成。建窑时只需将吊顶砖钩挂在窑顶钢架的横梁上，砌筑安装十分方便，如图5-1-11所示。

图5-1-11　用组合吊顶砖砌筑安装的吊顶结构

2.拱顶结构

宽度较小的辊道窑也有采用拱顶的，为使上部气流通道不过大，辊道窑拱顶多采用接近于平顶的倾斜拱，如图5-1-12所示。

图5-1-12　某拱顶辊道窑高温段窑体结构

3.全耐火纤维窑顶

这类窑顶内衬为高温耐火纤维毯或耐火纤维Z形折叠块，外层为耐火纤维毯，并包有钢板外壳。由于耐火纤维制品易受湿气、釉的挥发物及烟气的侵蚀而粉化，加上辊道窑内空间较小，不便维修和更换，所以这类窑，一般在耐火纤维窑内表面用堇青石质护板进行保护。

（三）窑底

辊道的窑底结构比较简单，分内衬、保温层、外壳几个层次。所用材料根据各段温度不同，与相应段窑墙、窑顶相一致，一般高温段厚些，低温段薄些。有的窑将助燃风管道布设在窑底的保温层中，用于预热助燃空气。

（四）窑道尺寸

窑道尺寸包括截面尺寸和长度。截面尺寸又分内宽和内高。

1.截面尺寸(www.chuimin.cn)

（1）窑内宽

窑内宽即窑道内两侧窑墙之间的距离。窑内宽越大，产量越大。窑内宽受三方面因素的制约：一是辊子长度，而辊子长度又受限于材料与制造工艺；二是窑顶跨度，辊道窑是平拱或倾斜拱，较宽的窑顶须用吊顶，使窑顶结构复杂，窑越宽，费用越大；三是横向窑温的均匀性要求。窑越宽，横向窑温的均匀性就越难得到保证。目前，我国辊道窑的内宽一般小于3.5m。

（2）窑内高

窑内高指窑底表面至窑顶内表面的空间高度，又分辊上高和辊下高，分别为辊子中心线上下的空间高度。辊上高应大于制品和垫板的高度，还要考虑窑内限制空间的气流循环，传热速率大，窑温均匀。辊下高也应考虑辊下气流的通畅性，以免影响辊下窑温的均匀性，还要保证辊道运行的安全与处理事故的方便。如果辊下高度大小不合适，一旦从辊上掉下制品或碎片，不能完全落到窑底上，就会阻挡制品向前移动，引起堆积，造成制品堵塞。目前，我国建筑陶瓷辊道窑的内高为500～800mm。

2.窑长

辊道窑的窑长除与窑的产量、窑内宽、装载密度及烧成工艺等紧密相关，还受辊面的平整度、传动的平稳性制约。如果辊面不平整，传动系统不精密，运行中制品容易跑偏，辊道窑的窑长一般在45～200米。若窑长太短，窑内温度梯度较大，辊道窑的烧成周期短（约1个小时，有的窑甚至只有25分钟），这样，制品在窑内就要经受剧烈的温度变化，造成合格率下降；若窑长较长，则沿窑长方向温度变化小，产品纵向温差小，合格率高。虽然窑长太长使摩擦阻力损失加大，但陶瓷墙地砖辊道窑属中空窑，气流阻力并不大，加热段两端压差也不大。现代辊道窑的窑长有向更长方向发展的趋势，特别是部分辊道窑在窑前加装干燥段，使窑长更长，有的窑长达400多米，甚至600多米。

（五）窑体附属结构

1.事故处理孔

辊道窑在使用过程中，有时会产生断辊、卡砖、堵塞等事故。为排除这些事故，保证窑炉正常运行，需设置事故处理孔，如图5-1-13所示。事故处理孔分布在两侧窑墙的辊上及辊下，交错排列。孔宽240～450mm，高65～135mm。事故处理孔的设置要以能处理窑内事故为目的，同时尽量减少个数以免热量散失。此外，在窑墙上还设有人孔，主要用于停窑后修窑或兼作事故处理用。这些孔在窑正常运行时须用塞孔砖堵严，防止散热。

图5-1-13　事故处理孔及塞孔砖

2.窑道挡板与挡墙

窑道挡板与挡墙是辊道窑的重要结构之一，通常在窑道的一些部位设有上挡板和下挡墙。上挡板用硬质高温耐火纤维板或耐热钢板制成，砌窑时，设上挡板处留有插入挡板的狭缝，两边窑墙也留有相应的凹槽，窑炉运行时，挡板可以上下移动调节，所以又叫闸板。下挡墙（又称挡火墙）用直形砖砌在窑底，固定不动，其高度一般为4～6层砖。

（1）窑道挡板的形状与作用

①一字式挡板

挡板端部外形呈直线形状，并垂直于窑炉长度方向横列设置，如图5-1-14所示。这种设置方式比较简单，一般适用于横截面积较小或烧成速度较慢的窑炉，设于预热带可改变预热带气体流速，改善预热带上下温差；设于高温带可增加高温气体在高温带停留时间，改善辐射换热；设于急冷气幕前起阻挡、分隔作用。其作用如图5-1-15所示。

图5-1-14　一字式窑道挡板

图5-1-15　一字式挡板与挡墙的作用示意图

②锯齿式挡板

挡板端部外形呈凹凸锯齿形状，并垂直于窑炉长度方向横列设置，图5-1-16为锯齿式挡板示意图。图中a、b设置的特点是窑内两侧纵向通道比中间大。而c这种设置与a、b相反。在操作中，可通过调节两边和中间挡板的高度，来调节窑内两侧和中间气体的流量分配，从而调节窑内水平方向温差。

图5-1-16　锯齿式挡板

一般情况下，预热带多采用a、b设置，烧成带多采用c设置。

（2）窑道挡板与挡墙的布置

挡板与挡墙通常布置在预热带与烧成带间、烧成带与冷却带间以及烧成带内。在冷却带急冷风鼓风段两端和抽热风段两端也可设置类似的挡板与挡墙（或仅设下挡墙）。

3.测温孔与观察孔

（1）测温孔

为严密监测及控制窑内温度制度，辊道窑沿窑长方向设有一定数目的测温孔，在其中安装热点偶。测温孔一般交错布置于辊上辊下的窑墙上，也有设在窑顶的，其间隔一般为2～5m。按控制需要，窑内关键的温度点须设置测温孔，一般每个测控区的烧嘴群有一个测温孔。由于辊上辊下都设有测温孔，可以有效地控制窑内上下温差。测温孔的位置一般选在每一测控区烧嘴群区域的下游处，以减少烧嘴群组间的温度互扰。

（2）观察孔

观察孔设在两侧窑墙上，用来观察窑内制品的运行情况和烧嘴的火焰燃烧情况。观察孔一般做成锥形，由外向内扩大，形成一个较大的视域，以便于观察。多数辊道窑的观察孔都设于烧嘴的对侧。

4.膨胀缝

窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，辊道窑的窑墙、窑顶及孔砖等都应设膨胀缝。由于辊道窑窑体较薄，有的为单层砌体，故膨胀缝的间距较小，缝宽较小，一般2m左右设一条10～20mm宽的膨胀缝，烧成带可比预热带、冷却带密些。膨胀缝内填塞耐火纤维棉，以防碎屑进入膨胀缝影响膨胀。同时也起到了密封作用。为保证节与节之间的气密性，装配式辊道窑的膨胀缝一般设在每节的中部。

（六）钢架结构

辊道窑的钢架结构既起加固窑体的作用，又是传动系统的机架。钢架结构分整体式和装配式两大类。钢架结构由立柱、横梁、侧梁、支撑和钢板等构成。立柱、横梁、侧梁等框架可用槽钢和角钢制作，也可全用方形钢管制作。由于方钢管外形美观、抗弯强度大，现代辊道窑多采用方形无缝钢管作为框架。为使结构紧凑和外形美观，钢架结构和管道布置应统一考虑。现代辊道窑助燃风管多采用方钢管，布置在钢架的四角，使其外侧与窑墙侧板平齐，替代了部分钢板，又使窑结构整齐紧凑。图5-1-17为采用方形无缝钢管作为框架的钢架结构。

图5-1-17　辊道窑的钢架结构

1—吊顶梁；2—上侧梁；3—助燃风方管；4—上侧板；5—立柱；6—下侧板；7—助燃风方管；
8—下侧梁；9—底板；10—底框架；11—下侧梁；12—底侧梁；13—底支撑

钢架的底支撑设有调节螺栓，以便把窑体调节成水平状态。当窑顶采用拱顶时，拱脚梁固焊在立柱上，以便把窑顶的重量支撑在钢架上。当窑顶采用吊顶时，一般窑顶两侧焊有等边角钢制成的托梁，吊顶横梁活动地放在托梁上，而不是与窑框焊接固定，这样做的好处，一是吊顶砌筑安装时在长度方向上有调整的余地，二是便于检修。

辊道窑的窑体结构及内宽规范

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