1、豎窯的分類及優缺點

豎窯(又稱立窯、瓶窯)是用于鍛造耐火原料和石灰的窯爐。

(1)垂窯分類方法:

一般可根據不同的鍛料類型和燃料使用情況進行分類，也可根據不同的送風方式和機械化水平進行分類。

1)根據不同類型的鍛料可分為：

豎窯(鍛燒溫度1300-1400℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度1200-1300℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度1450-1650℃)；

2)按使用燃料類型可分為：

固體燃料豎窯(焦炭.無煙煤為燃料).液體燃料豎窯(以重油為燃料).氣體燃料豎窯(焦爐氣體燃料).混合煤氣.天然氣)；

3)根據不同的送風方式可分為：

強制通風垂直窯利用鼓風機將空氣鼓入窯內，加強鍛造過程。

自然通風豎窯：窯內氣體流動主要依靠豎筒本身的自然抽力。

·根據機械化程度的不同可分為：人工加料垂窯.機械化垂窯，從加料到出料完全機械化。

(2)垂直窯的優點：

設備簡單.投資少.單位成品消耗的燃料較少.成本低.單位體積利用系數大.設備本身占地面積小。缺點:窯內溫度分布不均勻，容易產生欠燒和過燒產品；使用焦炭或無煙煤作為燃料時，灰分污染產品；對內原料塊度有一定限制，碎料(0)mm)垂直窯不能用于鍛造，造成資源浪費，垂直窯生產能力小，勞動條件差。

從垂直窯的發展來看，初是人工操作，自然通風，定期加料。隨著生產技術的發展，為了提高產量.質量.改善勞動條件.提高生產效率.降低燃料消耗，逐步實現機械化通風.機械化加料和出料.水冷爐壁.密封裝置等類型的機械化豎窯，使豎窯不斷改進，以適應生產現代化。

 

圖1:機械化垂直窯示意圖

圖2:啞鈴重油石灰垂窯

2.豎窯結構.形狀

(1)豎窯結構

窯體.加料裝置.密封裝置.汽化冷卻裝置.卸料裝置及通風裝置等。

(2)窯體形狀:

無疑對窯內物料的運動和氣流在窯內的分布有重要影響。保證窯內物料的均勻下沉和使氣流沿窯截面均勻分布，是垂直窯形狀的基本要求。其形狀大致如下：

1)直筒形:即上下內徑相同的圓筒形，適用于煅燒各種耐火原料。這種垂直窯結構簡單.堅固，有利于材料順行均勻下沉，砌筑方便。但是，當材料在窯內自上而下運動時，一旦燒結，體積就會收縮，與窯壁形成環形縫隙，導致窯周圍阻力小于窯中間；同時，靠近窯襯的材料堆積密度也比中間松散，導致垂直窯同一截面通風不均勻，導致材料煅燒不均勻。

2)鍛燒帶內徑收縮的圓柱形垂直窯:為了克服上述缺點，煅燒帶內徑可以稍微收縮，從而減少材料與窯壁之間的縫隙，使氣體沿窯段均勻分布。對于使用汽化冷卻爐壁的垂直窯，周圍材料在下沉過程中也可以向內翻轉，從而改善材料的煅燒條件，減少欠燒產品。

3)啞鈴垂直窯：為擴大窯體積，常采用預熱帶和冷卻帶擴大啞鈴截面。

4）矩形垂直窯：以重油和煤氣為燃料的垂直窯。由于火焰穿透深度的限制，窯體積不宜過大。因此，大容積重油的設計.氣體和外火箱豎窯應采用矩形截面，其體積范圍：白云石.鎂石.粘土及高鋁原料豎窯容積在50以上m?;石灰豎窯容積大于1000m?。

 

3.豎窯各帶的作用。

(1)豎窯原料需經過三帶:預熱帶.煅燒帶.冷卻帶。

（2）預熱帶原料借助煙氣預熱；長期燃燒帶的原料通過燃料燃燒產生的熱量煅燒；在冷卻帶中煅燒的原料與膨脹的冷卻空氣進行熱交換，原料冷卻，空氣加熱后進入煅燒帶，以幫助燃燒，熱交換在預熱帶和冷卻帶上，熱得到更好的利用。因此，與其他類型的窯相比，垂直窯具有較高的熱效率。原料在窯中的停留時間具有重要意義。如果停留時間短，會影響煅燒質量；停留時間過長會降低窯產量，增加熱耗，有時會影響產品質量。因此，原料在窯中的停留時間應與窯內的傳熱情況相匹配。如果鍛造溫度適當，增加流量速度，降低原料塊度，可加快傳熱速度，縮短原料窯的停留時間，提高窯產量。

4.喇叭型垂窯窯窯窯型4。

(1)設計原則:

1)窯體上口直徑等于或略小于窯體下口直徑，有效高度12m;

2)窯體直徑基本為兩端小.中間大;

3)根據窯體有效高度合理設計預熱帶.煅燒帶.冷卻帶各帶高度；

4)高度與直徑之比建議為3.8?4.(范圍不超過42(范圍不超過42(范圍不超過42).3)。由于高徑比小，原料預熱不足，窯頂廢氣溫度過高，熱能利用率低；高徑比大，原料在窯內停留時間長，操作困難；

5)窯壁收縮率(窯壁向內傾斜)應掌握在5?6%之間，因為太小變成直筒型，太大時窯頂直徑太小；

6)窯尾收縮應在中爐條以上1.2m高處開始向下收縮，因為過高不利于落料，過低的爐條承受壓力過大，容易損壞爐條，其收縮率為25?30%;

7)設計應通過預熱有利于原材料.煅燒.冷卻三帶不紊亂，順序下沉。操作方便，三帶穩定，無事故。之后達到高品質、高產量、高產量。.低消耗的目的。

（2）12m豎窯各部分主要尺寸：

1)窯體有效高度12)m，中爐條上1.2m處直徑為2.8?3m。窯底直徑為2.5?2.6m，窯頂直徑為1.6?1.8m，窯壁向內傾斜為5?6%。

2)窯壁厚度:由窯襯和隔熱層組成。窯襯用耐火磚砌筑時厚度為0.35m。窗襯與隔熱層厚度之和不小于1.1?1.2m。

3)出料口：高2.2m，寬1.8?2.0m。出料口前后窯壁厚度為1.2m。

4)進料口：高1.6m，寬0.8m。如果爐頂口較大，則相對開啟兩個進料口。

5)吸塵洞：與窯體縱向平行，一般在窯體后面。距窯內壁22.8m左右。下口低于下面的大爐條；上出地面2；m。底圓直徑為0.6m，上口直徑為0.5?0.4m。

6)吸熱洞：位于工房頂部，直徑0.4?0.5m，上面超過地面2m。

7)爐帽：位于窯頂，有圓形和方形兩種。以方形為例：高2.2m，內墻靠近窯壁的點為0.35m。外墻長.寬均為2.2m。其墻厚度為0.4m(或0.37m)，兩對進料口或一個進料口和一個排煙口。

8)煙囪拐道:是連接煙囪和爐帽的設施，其長度取決于情況。要有一定的坡度，內部尺寸高0.8m，寬0.7m。出口高度應與煙囪下留下的口一致，距地面2.5?3m高。

9)煙囪:高度為窯體有效高度1.5?兩倍。外壁向內傾斜3%。煙囪出口內徑不小于0。.8-1m。

 

5、豎窯的高徑比

 

窯的內徑是基于煅燒原料的性質.鍛燒溫度高低.煅燒操作的靈活性是由其他因素決定的。窯內徑大，產量高。然而，內徑過大，在整個窯體的橫截面上很難一致地透氣.煅燒均勻，窯內煅燒不易掌握。一般來說，鍛造溫度是根據原料的性質要求的.高徑比由各種因素決定，如產量要求和能耗。

所謂高直徑比是指窯體的有效高度與窯體內徑之比。如果高直徑比過大，則意味著窯體過長，會增加空氣通過材料層的流體阻力；如果高直徑比太小，窯體太短，熱交換太晚。因此，不適當的高直徑比，無論是太大還是太小，都會影響產品質量.產量和燃料消耗。

目前，河南省明礬土立窯的高徑比一般為3.8?4.2，不能超過4.3.對于煅燒耐火原料，高徑比可達上限4.2、對于煅燒研磨級原料，高徑比可取下限3.8。

 

6.垂直窯內物料的運動模式

（1）在垂直窯中，材料和氣流向相反方向移動。材料在垂直窯中移動有兩個原因：一是煅燒過程中材料收縮引起的上部材料（預熱帶和鍛造燃燒帶）；二是下部材料的卸載導致整個窯材料的運動。因此，預熱帶上層的材料包括所有收縮運動和排放運動（而冷卻帶幾乎只有排放運動）。混合窯應包括燃料燃燒引起的收縮運動。

(2)垂直窯內的空氣從窯底膨脹或吸入，煙氣通過煙囪從上部排出。氣體通過散料層時，阻力損失很大。因此，研究垂直窯的氣體運動，以確保煅燒帶燃料燃燒所需的空氣供應.合理分布窯面氣體.減少氣體流動過程中的阻力損失.保證垂窯產量.質量等方面都是有意義的。

1)垂直窯生產與鼓風條件之間的關系：當垂直窯段固定時，如果氣流增加，氣流速度加快；隨著空氣量的增加，燃料燃燒速度加快；同時，氣流和材料之間的對流熱交換增加，從而加材料預熱.窯爐在煅燒和冷卻過程中的產量.可以提高煅燒材料的質量。垂直窯一般采用高壓離心鼓風機或羅茨鼓風機。為了降低功耗，在實際操作中應確定更經濟合理的氣流速度。

2)垂直窯段上的氣流分布：由于窯內材料的積累方式不同，在氣體流動過程中會明顯影響阻力損失。在窯壁附近，材料堆積與窯壁之間的孔隙率大于材料之間的孔隙率。此外，材料收縮導致環形間隙，使氣流更容易通過周圍，即在窯的同一部分，周圍氣流的分布大于中心。由于氣流分布不均勻，窯同一部分的材料煅燒不均勻，這種現象被稱為窯壁效應。由于截面上的氣流分布不均勻，影響垂直窯內鍛造帶材料的位置和形狀。

例如，對于固體燃料的混合材料，由于氣流容易通過周圍區域，周圍燃料點燃較早，燃燒速度較快；由于流體阻力大，中心氣流不易通過，需要較晚點燃，燃燒過程也較慢，從而形成“碗狀”煅燒帶。隨著鼓風壓力的增加，空氣供應充足，整個煅燒帶會向上移動，相應縮短；但是，它周圍的火還是比中心快，所以還是“碗狀”。如果窯內阻力大，鼓風壓力低，空氣供應不足，煅燒帶向下移動，拉長。這不僅降低了煅燒溫度，而且縮短了冷卻帶，影響了材料的煅燒和冷卻。

為了克服上述現象，應增加周圍流體的阻力，平衡窯段的通風。因此，有必要進行合理的布料，即將碎料分布在周圍，以增加阻力，并減少周圍的燃料量以降低溫度。

為了保證窯內氣體的正常流動，保持鍛造燃燒帶所需的空氣量，可采用三種不同的通風方式：一種是壓入通風，即風機從窯底鼓入空氣，在窯內形成正壓；第二種是從窯頂抽出通風，在窯內形成負壓；第三種是平衡通風，即從窯底抽風，從窯頂抽風，在窯內形成既有正壓區又有負壓區，在窯內一定高度形成零壓面壓力系統。一般來說，機械化垂直窯采用通風形式，而自然通風垂直窯是第二種方式。

 

7.在垂直窯中燃燒固體燃料的方法

在垂直窯中，除原料燒結外，燃料燃燒釋放的熱量是窯襯里散熱，煙氣帶走熱量，導致垂直窯熱效率低(約50%)。

垂直窯中的燃料是固體.液體.氣體三者均可。天然氣。.重油常用于高煅燒溫度的白云石或鎂砂立窯；爐煤氣可用于低煅燒溫度的石灰或粘土立窯。但目前，固體燃料（煤和焦炭）被廣泛使用。

（1）垂直窯內固體燃料的燃燒方法分為窯內燃燒和窯外燃燒室燃燒兩種。前者可分為燃料和原材料分層裝載和混合裝載。

（2）外火箱燃燒方式：主要適用于低溫粘土垂直窯。其優點是煤中的灰分不會污染原料，熟料的純度較高，特別是對于灰分較多的煤。當燃料添加到垂直窯中燃燒時，它會同時將熱量傳遞給原材料，從而快速傳遞熱量.產量高.煤耗低.設備也比較簡單。但是這種燃燒方式對燃料有一定的要求：

1)煤灰含量應小于20%。灰分過高，一方面降低了熱值.污染原料.影響熟料的純度；同時，很容易造成窯.結瘤現象。對鎂砂.白云石質熟料要求燃料灰分低于13%。

2)煤的粒度控制非常重要，影響燃料燃燒速度和燃燒帶的厚度。為了確保原材料在鍛造和燃燒過程中有足夠的時間，煤的粒度應與原材料的粒度（塊）成一定的比例。煤粒太小，燃燒時高溫帶過于集中，高溫帶較短，高溫帶原材料的鍛造和燃燒時間較短，原材料的物理和化學變化太晚，影響熟料的質量。同時，煅燒帶縮短，預熱帶相對增長，煅燒帶產生CO預熱帶時還原為CO比例增加，導致熱耗增加。如果煤粒過大，燃燒速度會減慢，煅燒帶拉長，火力不集中，冷卻帶會相應縮短，導致煅燒和冷卻原料質量差。

入窯燃料粒度要求:對于白云石.鎂砂垂直窯，易燒結原料，燃料粒度25?40mm;難燒結原料，燃料粒度40?70mm或25?40mm。石灰垂直窯：原料粒度30?70mm，燃料粒度13?25mm或25?40mm;原料粒度70?75mm，燃料粒度25?40mm。

 

3)為了防止熱損失過大，燃料的揮發分應小于7%。

燃料在外部燃燒室內燃燒，燃燒產生的煙氣通過窯壁火孔進入窯內。這種窯爐可以使用揮發性含量高的燃料。燃料灰分對原料的粘性也比混合垂直窯輕，因此這種垂直窯采用了廣泛的燃料類型，也可以使用劣質煤。然而，由于燃燒室中的一些熱量損失，其燃料消耗量高于混合垂直窯。此外，原料煅燒不夠均勻，窯的中心部分容易出現原料現象。為了克服這一現象，外部燃燒室的垂直窯一般形成一個矩形截面，根據煙氣的滲透深度確定矩形截面的寬度，以確保沿截面的均勻煅燒。