隧道窑的窑体结构及设计要点

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：隧道窑的窑体由窑墙、窑顶所组成。图5-2-6典型隧道窑窑墙结构3.膨胀缝及灰缝为防止热应力破坏窑体，窑墙每隔一定间隔应设置一条膨胀缝。现代隧道窑窑顶只是在楔形砖上部铺设保温纤维棉，以加强窑顶的保温，其结构相对简单。隧道窑是平焰窑，预热带易产生上下温差，其有效高度不可过大。日用陶瓷隧道窑的内高一般都在1.5m以下，对于有的小截面隧道窑，其高度不超过1m。

隧道窑的窑体由窑墙、窑顶所组成。为加固窑体，设有钢架结构。

（一）窑墙

1.窑墙的作用与要求

窑墙与窑顶、窑车衬面一起构成窑道（即窑室）。窑道内的温度很高，特别是烧成带，因此窑墙必须具备长期经受高温、支撑窑顶和承受本身的重量，特别是窑内热量不向外界散失的作用。根据它的作用，窑墙必须满足以下要求：

（1）能耐高温和烟气的侵蚀。

（2）具有足够的强度，尤其是高温强度。

（3）具有良好的保温性能。

2.窑墙基本结构

为了满足以上要求，窑墙一般采用组合型结构，如图5-2-6所示。有的窑炉也采用全纤维型窑墙，使窑墙重量更轻，厚度更小，隔热性能更好，蓄热更少。但由于纤维易受到烟气及水汽的冲刷和腐蚀，产生粉化、剥落，一方面造成产品落脏，另外维修更换不便，故全纤维型窑墙在接触窑内烟气的一层大多采用耐火材料薄板，以克服上述不足。

图5-2-6　典型隧道窑窑墙结构

3.膨胀缝及灰缝

为防止热应力破坏窑体，窑墙每隔一定间隔应设置一条膨胀缝。膨胀缝的间距及缝宽的大小，应根据砌体材料的热膨胀性及所处温度的高低决定。为保证窑砌体的密封性能和结构强度，各层砌体的膨胀缝应错开一定位置，并在缝内填塞石棉绳或耐火纤维。

灰缝（砖缝）越小，窑墙使用寿命越长。但越小的灰缝对砌筑要求越高。所以，在砌筑技术可能的基础上，灰缝应砌得小一些。陶瓷窑炉对砖砌体灰缝的要求一般为：耐火砖及隔热砖2mm～4mm，有的窑墙外层采用红砖，则红砖的灰缝可为7mm～10mm。

（二）窑顶

1.对窑顶的要求

窑顶除了满足窑墙所具备的性能要求外，还须具备下列条件：

（1）结构严密，不漏气，坚固耐用，不易下沉塌陷。

（2）质量轻。

（3）横推力小，便于加固。

（4）有利于减小顶部气体通道。

2.窑顶形状

隧道窑的窑顶一般采用平顶和拱顶。

（1）平顶

对于跨度较大的窑，其窑顶多采用平吊顶，用轻质材料建造。吊顶结构有组合型和全耐火纤维型两种。组合型窑顶如图5-2-7所示，图（1）为天花板式结构，用堇青石质薄板托住耐火纤维内层，薄板中有圆孔，从下往上穿以堇石质耐火销钉，销钉头部有槽，可固定在窑顶外横梁上的圆管内。耐火纤维分三层，下层为高温耐火纤维毯，中层为耐火纤维折叠块，上层为低温耐火纤维毯。这种窑顶使用寿命长，节省高温耐火纤维用量，但需现场装配。图（2）为轻质砖吊顶式结构，这种结构的窑顶使用寿命长，安装比较方便。

图5-2-7　组合型窑顶结构

1—堇青石质耐火销钉；2—堇青石质薄板；3—高温耐火纤维毯；4—耐火纤维折叠块；
5—低温耐火纤维毯；6—钢梁；7—耐热钢片；8—轻质耐火砖

全耐火纤维型窑顶如图5-2-8所示。这种窑顶是在耐火纤维折叠块出现后广泛采用的。耐火纤维折叠块是将耐火纤维按一定规则折叠、压紧而成的耐火纤维制品。全耐火纤维型窑顶质量最轻，隔热好，蓄热少，安装方便。

图5-2-8　全耐火纤维型窑顶结构

1—耐火纤维折叠块；2—矿渣棉板

（2）拱顶

隧道窑拱顶和倒焰燃气窑一样也分为半圆拱、标准拱、倾斜拱和平拱四类。(www.chuimin.cn)

①窑顶横推力及窑体加固

拱顶自身重力P均分在窑两侧拱脚砖上，但这只是窑顶对拱脚砖在垂直方向上的一个分力，其合力S是沿拱的切线方向作用在拱脚砖上，由此附加了一个水平方向的分力F（如图5-2-9所示），称之为横推力。这个横推力对窑体是有破坏作用的。从图5-2-9可看出，根据力的平行四边形法则，可以计算出因窑顶重量产生的横推力F的大小：

图5-2-9　拱顶结构及横推力示意图

工作时，拱顶内壁温度远大于外壁温度，内壁受热膨胀，外壁却力图维持原状，限制内壁的膨胀。由此产生了一个向下的附加压力，增加了拱顶的横推力。必须引进一个温度修正系数K，对式（5—2）加以修正。

K与拱顶内壁温度有关，见表5-2-1。

表5-2-1　K与内壁温度的关系

从式（5—2）、（5—3）可知，拱心角越小（拱高越小），窑顶质量越大，拱顶内壁温度越高，横推力越大；反之亦然。

从节约加固用钢材和稳固拱顶结构的角度来看，拱高宜大些为好。但隧道窑为平焰窑，易造成温度高的气体在上部流动，温度低的气体在下不流动，即气体分层，这是隧道窑最根本的缺陷。若拱越高，会使拱顶与料垛之间的气体通道越大，上部热气体流量越大，造成上下温差增大。所以，从窑内温度的均匀性来看，又希望拱高越小越好。综合上述两方面，应根据所用建窑材料，选用适当的拱高。隧道窑的拱顶一般用楔形砖或楔形砖夹直形砖砌筑而成，通常采用标准拱或倾斜拱，如图5-2-10所示。

图5-2-10　用楔形砖砌筑的拱顶示意图

为了加固窑体，拱顶通过拱脚砖支撑在两侧窑墙上，拱脚处的窑墙外侧设有拱脚梁，用以抵抗拱顶产生的横推力，这个横推力通过拱脚梁传给设于窑墙外侧的立柱上，立柱上端设有拉杆，拉杆上设有松紧可调的螺丝，立柱埋在基础内或用地脚螺栓固定，有的立柱下端也设拉杆，如图5-2-11所示。

图5-2-11　隧道窑的拱顶结构及加固

1—拱顶；2—拱脚；3—拱脚梁；4—立柱；5—拉杆

②拱顶结构层次

隧道窑拱顶结构层次与窑墙大致相同。所不同的是，由于顶上部对机械强度要求不高，且要求质量轻，所以楔形砖上部常用一些粉状或粒状隔热材料填平，如硅藻土、粒状高炉渣、废碎保温砖等。为了外表的整齐和便于行走，上边再铺一层红砖，如图5-2-11所示。各层所用材料的种类和厚度视窑温、跨度而定。砌筑这类窑顶时，为使窑顶严密不漏气和防止粉、粒状隔热材料落入砖缝内，在耐火砖和轻质砖之间常抹5mm～10mm耐火泥浆或在耐火材料上直接铺砌一层耐火纤维毯。为防止粉、粒状隔热材料落入顶部膨胀缝内，膨胀缝上部用一层平砌砖覆盖。

现代隧道窑窑顶只是在楔形砖上部铺设保温纤维棉，以加强窑顶的保温，其结构相对简单。

（三）窑道尺寸

1.截面尺寸

窑的横截面越大，每辆窑车装载的制品越多，窑的产量亦大。隧道窑是平焰窑，预热带易产生上下温差，其有效高度不可过大。日用陶瓷隧道窑的内高一般都在1.5m以下，对于有的小截面隧道窑，其高度不超过1m。卫生陶瓷隧道窑多在1.2m以下。

窑的内宽影响到窑截面水平温度的均匀性，其宽度与所用燃烧设备喷出的火焰的长度和速度有关，隧道窑的内宽一般小于3.5m。

2.窑长

窑长也是决定窑产量的一个重要因素。窑有效长和窑产量、窑有效宽、制品在窑内停留时间及装车密度的关系如式（5—4）所示。

式中：L——窑有效长度，m；

m——窑产量，kg制品/h；

τ——制品在窑内停留的时间，h；

A——窑的有效横截面积，m2；

g——装窑密度，kg制品/m3

从窑炉运行的情况看，窑越长，窑内的阻力损失越大，窑两端压差越大，造成窑内负压区的负压增大，正压区的正压增大，漏入的冷空气和漏出的热空气增多，对制品产量、质量、燃耗和窑炉安全运行带来不利影响。窑过短又使窑内温度、气氛变化过于剧烈，对窑炉调控带来难度，也可能影响烧成质量；过短的窑烟气和制品热交换不充分，离窑烟气温度高，热利用率低。所以，隧道窑的长度应适当，一般为80m左右。至于各带长度，则取决于制品在各带停留的时间。

（四）钢架结构

旧式隧道窑采用拱顶结构，其钢架结构包括拱脚梁、立柱、拉杆，是用来抵抗拱顶横推力，加固窑体的。拱脚梁多为槽钢、角钢或工字钢。立柱紧贴窑墙，多为槽钢和工字钢。拉杆多为圆钢，上有松紧螺丝，可调节拉杆的松紧。

现代隧道窑多采用吊顶结构，其钢架结构与辊道窑类似。

隧道窑的窑体结构及设计要点

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