工业炉窑（工业炉窑）
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更新时间：2023-05-19
工业炉窑
工业窑炉：工业窑炉按热工制度又可分为两类：一类是间断式窑炉又称周期式窑炉，其特点是窑炉子间断生产，在每一加热周期内窑炉温是变化的，如室式窑炉、台车式窑炉、井式窑炉等；第二类是连续式窑炉，其特点是窑炉子连续生产，窑炉膛内划分温度区段。在加热过程中每一区段的温度是不变的，工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区，如连续式加热窑炉和热处理窑炉、环形窑炉、步进式窑炉、振底式窑炉等。
基本信息
| 中文名 | 工业炉窑 |
| 别名 | 周期式窑炉 |
| 特点 | 窑炉子间断生产 |
| 例如 | 室式窑炉、台车式窑炉、井式窑炉 |
工业窑炉历史
工业窑炉的创造和发展对人类进步起着十分重要的作用。中国在商代出现了较为完善的炼铜窑炉，窑炉温达到1200℃，窑炉子内径达0.8米。在春秋战国时期，人们在熔铜窑炉的基础上进一步掌握了提高窑炉温的技术，从而生产出了铸铁。
1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天窑炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式窑炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平窑炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热，从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后，电能供应逐渐充足，开始使用各种电阻窑炉、电弧窑炉和有芯感应窑炉。
二十世纪50年代，无芯感应窑炉得到迅速发展。后来又出现了电子束窑炉，利用电子束来冲击固态燃料，能强化表面加热和熔化高熔点的材料。
用于锻造加热的窑炉子最早是手锻窑炉，其工作空间是一个凹形槽，槽内填入煤炭，燃烧用的空气由槽的下部供入，工件埋在煤炭里加热。这种窑炉子的热效率很低，加热质量也不好，而且只能加热小型工件，以后发展为用耐火砖砌成的半封闭或全封闭窑炉膛的室式窑炉，可以用煤，煤气或油作为燃料，也可用电作为热源，工件放在窑炉膛里加热。
工业窑炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步，而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生窑炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料，并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。
工业窑炉的结构、加热工艺、温度控制和窑炉内气氛等，都会直接影响加工后的产品质量。在锻造加热窑炉内，提高金属的加热温度，可以降低变形阻力，但温度过高会引起晶粒长大、氧化或过烧，严重影响工件质量。在热处理过程中，如果把钢加热到临界温度以上的某一点，然后突然冷却，就能提高钢的硬度和强度；如果加热到临界温度以下的某一点后缓慢冷却，则又能使钢的硬度降低而使韧性提高。
为了获得尺寸精确和表面光洁的工件，或者为了减少金属氧化以达到保护模具、减少加工余量等目的，可以采用各种少无氧化加热窑炉。在敞焰的少无氧化加热窑炉内，利用燃料的不完全燃烧产生还原性气体，在其中加热工件可使氧化烧损率降低到0.3%以下。
不同类别窑炉
冲天窑炉
在冲天窑炉内熔炼铸铁，往往受到焦炭质量、送风方式、窑炉料情况和空气温度等条件的影响，使熔炼过程难于稳定，不易获得优质铁水。热风冲天窑炉能有效地提高铁水温度、减少合金烧损、降低铁水氧化率，从而能生产出高级铸铁。
火焰窑炉
火焰窑炉的燃料来源广，价格低，便于因地制宜采取不同的结构，有利于降低生产费用，但火焰窑炉难于实现精确控制，对环境污染严重，热效率较低。
电窑炉
燃气为液化气，天然气，焦窑炉煤气，城市煤气，转窑炉煤气，混合煤气，发生窑炉煤气，高窑炉煤气等。工业窑炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。广义地说，锅窑炉也是一种工业窑炉，但习惯上人们不把它包括在工业窑炉范围内在铸造车间，有熔炼金属的冲天窑炉、感应窑炉、电阻窑炉、电弧窑炉、真空窑炉、平窑炉、坩埚窑炉等；有烘烤砂型的砂型干燥窑炉、铁合金烘窑炉和铸件退火窑炉等；在锻压车间，有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热窑炉，和锻后消除应力的热处理窑炉；在金属热处理车间，有改善工件机械性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理窑炉；在焊接车间，有焊件的焊前预热窑炉和焊后回火窑炉；在粉末冶金车间有烧结金属的加热窑炉等。
燃气工业窑炉工业窑炉按供热方式分为两类：一类是火焰窑炉（或称燃料窑炉），用固体、液体或气体燃料在窑炉内的燃烧热量对工件进行加热；第二类是电窑炉，在窑炉内将电能转化为热量进行加热。
膛式火焰窑炉膛式火焰窑炉的工作室叫做窑炉膛，由窑炉底、窑炉墙和窑炉顶组成。用作或时，窑炉底的结构有多种型式，并可按窑炉底结构称为车底窑炉、推料式窑炉、步进窑炉、辊底窑炉、链式窑炉、环形窑炉等。熔炼用火焰窑炉（如、炼铜）的窑炉底是凹下的熔池，用以存放熔融金属。熔池的形状，呈长方形、圆形或椭圆形。熔池底部有液体金属的排出口。窑炉墙上有窑炉门、窥视孔、出渣口等。窑炉顶结构有拱顶和吊顶两种；前者用于宽度较小的窑炉子，后者用于较宽的窑炉子。在高温火焰窑炉上，火焰直接进入窑炉膛。如以块煤为燃料，则需单独设置固体燃料的燃烧室，火焰翻过火口进入窑炉膛。如以粉煤、煤气或燃料油为燃料，则需用燃烧器。
回转窑炉回转窑炉或称回转窑，在冶金工业中用于铁矿石的直接还原、氧化铝矿物的焙烧、粘土矿物的焙烧，以及各种散状原料的焙烧挥发、离析和干燥作业。回转窑炉的窑炉体呈圆筒形，用厚钢板制成，筒内衬以耐火材料。窑炉体横架在支座的滚轮上，稍倾斜(4～6%)。窑炉体长度与直径之比在12:1到30:1之间。操作时窑炉体匀速转动。由于窑炉体的倾斜和转动，窑炉料由高处逐渐移向低处。窑炉料在运动过程中逐渐升温，并依次发生物理、化学变化。回转窑炉的温度一般控制在窑炉料熔点以下。
热工仪表
电工仪表
工业窑炉以单位时间单位窑炉底面积计算的窑炉子加热能力称为窑炉子生产率。窑炉子升温速度越快、窑炉子装载量越大，则窑炉子生产率越高。在一般情况下，窑炉子生产率越高，则加热每千克物料的单位热量消耗也越低。因此，为了降低能源消耗，应该满负荷生产，尽量提高窑炉子生产率，同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。此外，还要减少窑炉墙蓄热和散热损失、水冷构件热损失、各种开口的辐射热损失、离窑炉烟气带走的热损失等。
金属或物料加热时吸收的热量与供入窑炉内的热量之比，称为窑炉子热效率。连续式窑炉比间断式窑炉的热效率高，因为连续式窑炉的生产率高，而且是不间断工作的，窑炉子热制度处于稳定状态，没有周期性的窑炉墙蓄热损失，还由于窑炉膛内部有一个预热窑炉料的区段，烟气部分余热为入窑炉的冷工件所吸收，降低了离窑炉烟气的温度。
提高窑炉子热效率的基本措施是：充分提高燃烧效率，强化对工件的传热；尽可能地连续生产和满负荷工作；设置预热器，对空气及煤气进行预热，以回收烟气余热；采用比热容和热导率低的耐火材料，以减少窑炉墙蓄热和散热损失。
为了使窑炉温恒定和实现规定的升温速度，除必须根据工艺要求、预热器和窑炉用机械型式、燃料和燃烧装置类别、工业窑炉排烟方式等确定优良的窑炉型结构外，还需要对燃料和助燃空气的流量和压力，或对电功率等可控变量通过各种控制单元进行相互调节，以实现窑炉温、窑炉气氛或窑炉压的自动控制。
高档工业产品对窑炉内温度场的均匀性要求较高，对燃烧气氛的稳定可控性要求较高，使用传统的连续燃烧控制无法实现。随着宽断面、大容量的工业窑炉的出现，必须采用脉冲燃烧控制技术才能控制窑炉内温度场的均匀性。窑炉高温漆是把常耐温要达到窑炉高温，耐温度要提高到1800℃，耐温高，涂层工作稳定，高温耐火防腐防氧化，耐火隔热保温节能，工业生产窑炉持续耐磨抗冲击，具体高温漆如下：窑炉耐高温隔热保温漆，采用特制高温溶液，耐温可以达到1800℃，可以直接面对火焰长时间烧烤，隔热保温率极佳，涂层导热系数都只有0.03W/m.K，能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导，隔热保温抑制效率可达90%左右，可抑制高温物体的热辐射和热量的传导散失，绝缘、耐压、固化后可再加工，涂刷不规则物体方便，功能涂料直接涂刷在物体上几个毫米即可。窑炉耐高温防腐漆，耐温可达到1700℃，功能涂料可以在高温气体（烟气）、火中、高温液体（海水、污水）环境中保护基体耐防腐、抗氧化、封闭保护等作用，涂料涂层稳定性高耐磨，在高温环境下会与其他活性分子反应，使用寿命长。窑炉耐磨防水漆，耐温可达600℃，主要成分是纯刚玉，其常温下强度可达210Mpa以上，涂料功能涂料可以薄层涂刷，可用工业、冶金、矿山、建筑、交通、医药、轻工等上的汽蚀摩擦不粘、硬度摩擦不粘、撞击摩擦不粘，另外功能涂料耐酸碱、防水、附着力好、施工方便。窑炉耐高温封闭漆，耐温到1700℃，防水封闭性能好，涂刷方便，使用寿命长，耐酸碱、抗老化、自洁、耐磨，可以很好的保持基体不被水、液体、汽侵蚀，延长基体的使用寿命，高温封闭功能涂料可以直接涂刷在高温烟道、烟囱、混凝土、各种金属、纤维面、保温砖等上。窑炉烟气防腐漆，可以长效防腐：极好的耐蚀性，抗烟气中H2S等介质腐蚀。和传统的玻璃鳞片防腐功能涂料有更好的延展性和牢固的附着力。超强的附着力：涂层与基体结合力极强，功能涂料组合物中含有的金属氧化物纳米材料和稀土氧化物超微粉体，帮助涂层形成一个致密的界面过渡层，使其综合热力学性质与基体相匹配。耐高温：本产品的基料和填料均有耐高温的无机材料组成，涂料的烟气防腐功能涂料耐热600℃。窑炉耐高温透明防腐隔热漆采用高纯度硅酸盐溶液，加如超微无机金属氧化物精细加工而组成，耐温可达1700℃，功能涂料完全透明，在常温和高温下无任何挥发性气味，功能涂料涂刷后涂膜影不响物体的本来颜色，功能涂料涂刷在无机的材质基体上，能与物体表面形成互穿网络结构，附着力好，透明功能涂料具有一定的隔热、阻燃、防氧化、防腐的保护作用，延长基体的使用寿命，节能环保。窑炉耐高温远红外辐射漆是一种耐高温(温度可以达到1700℃）、强辐射率（0.95）、耐蚀性和高耐磨性的特种功能节能功能涂料，通过功能涂料涂层红外辐射，改善炉内热交换、提高炉膛内温度场强及均匀性、使燃料燃烧更充分，达到增加热效率，大大提高耐火材料热效率，减少能耗、节约能源和延长炉体内衬使用年限。窑炉耐高温无机粘漆拥有自己知识产权的新型产品，耐温可以达到1800℃耐高温无机粘合剂粘结力强且对金属基体无腐蚀性，而且可以再高温下保持良好的粘接性能和抗腐蚀性，使用寿命长。窑炉耐高温陶瓷绝缘漆，耐温可以达到1700℃，能承受较强电场而不被击穿的陶瓷涂层。高温绝缘涂料涂层具有较高的机械强度和良好的化学稳定性，能耐老化，耐水，耐化学腐蚀；同时还具有耐机械冲击和热冲击性能。
脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比（通断比）实现窑窑炉的温度控制。燃料流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减小；需要降温时，烧嘴燃烧时间减小，间断时间加长。脉冲燃烧控制的主要优点为传热效率高，大大降低能耗。可提高窑炉内温度场的均匀性。无需在线调整，即可实现燃烧气氛的精确控制。可提高烧嘴的负荷调节比。系统简单可靠，造价低。减少NOx的生成。普通烧嘴的调节比一般为1：4左右，当烧嘴在满负荷工作时，燃气流速、火焰形状、热效率均可达到最佳状态，但当烧嘴流量接近其最小流量时，热负荷最小，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降，高速烧嘴工作在满负荷流量50%以下时，上述各项指标距设计要求就有了较大的差距。
脉冲燃烧则不然，无论在何种情况下，烧嘴只有两种工作状态，一种是满负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温度调节，所以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要低温控制时仍能保证烧嘴工作在最佳燃烧状态。在使用高速烧嘴时，燃气喷出速度快，使周围形成负压，将大量窑内烟气吸人主燃气内，进行充分搅拌混合，延长了烟气在窑内的滞流时间，增加了烟气与制品的接触时间，从而提高了对流传热效率，另外，窑内烟气与燃气充分搅拌混合，使燃气温度与窑内烟气温度接近，提高窑内温度场的均匀性，减少高温燃气对被加热体的直接热冲击。
工业窑炉行业中普及脉冲燃烧控制技术，由高速燃烧器和工业窑炉控制系统两部分组成，采用脉冲燃烧技术来完成工业窑炉的升温、控温。对于燃气窑窑炉内部温度场和温度波动力±2°C，对于燃油（柴油）窑窑炉内部温度场和温度波动为±3°C，在使用重柴油为燃料的窑窑炉上效果良好。普通燃烧器当窑窑炉内部温度低于燃料自燃温度时，燃烧器燃料间断后火焰立即熄灭，无法继续燃烧，对窑炉内温度不会产生影响，解决了熄火这一问题，并采用当今最先进的雾化技术——气泡雾化技术，使燃烧器的雾化效果更好、雾化介质使用量更少，原来烧轻柴油的窑窑炉现可烧重柴油。
在实际应用过程中，采用普通的脉宽调制的方法调节燃烧占空比时，当占空比接近0%或100%时，间断或燃烧的时间太短，现场的运行效果不理想，于是我们引人了最小时间这一概念，将间断和燃烧的最小时间定为3秒，当占空比接近0%或100%时，延长相应的燃烧和间断时间即可解决这一问题。脉冲燃烧作为一项新技术有着广阔的应用前景，可广泛应用于陶瓷、冶金、石化等行业，对提高产品质量、降低燃耗、减少污染将发挥重大作用，是工业窑炉行业自动控制的一次革新，将成为未来工业窑炉燃烧技术的发展方向。
