CN112762708A - 发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及窑炉热工领域，具体为发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其包括过沿着辊棒输送方向依次设置的过渡冷却带、急冷带和缓冷带，过渡冷却带位于辊道窑烧成带的后端且两者之间设有用于分隔火焰的挡火墙，在急冷带的窑炉侧壁上设有伸入辊道窑的窑腔内的急冷风管，急冷风管的一端伸入窑腔内且其开口方向与发泡陶瓷坯体的顶面平行，急冷风管的另一端连接有鼓风机，通过鼓风机抽取外部冷空气送入急冷带的窑腔内。本发明提供的发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统可以使发泡陶瓷降温过程更平稳，气孔的均匀性更好，进而提升发泡陶瓷产品性能；另外，产品的优等率也得以大幅提升，并且工艺的与配方的容错率增加，减少因配方调整造成的调试损耗。

Description

发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统

技术领域

本发明涉及窑炉热工领域，具体为发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统。

背景技术

辊道窑是发泡陶瓷生产常用的窑炉设备，其以转动的耐火辊棒作为输送介质，带动坯体由窑头向窑尾运动，完成烧结。为了提高生产效率，并使热能得到更好利用，辊道窑均设置有冷却系统对烧后的坯体进行冷却。

参照附图1，附图1是现有常规辊道窑的冷却系统的结构示意图，其包括两部分，分别为急冷带和缓冷带，其中急冷带的前端紧邻辊道窑的烧成带，急冷带的末端紧邻辊道窑的缓冷带，至少在急冷带和烧成带之间设有挡火墙2。在急冷带，设有通向窑炉内的冷风管，冷风管与鼓风机相连，在冷风管朝向陶瓷坯体的一侧开有出风孔，鼓风机抽外部冷空气，冷空气通过冷风管上的出风孔直接打向窑炉内炽热的坯体，对其进行冷却降温，缓冷带设有通入窑炉内部的抽风斗，抽风斗的一端与外部的抽风机相连，通过外部抽风机将窑炉内的热烟气抽走（通常输送至窑头对用于对原料的预热干燥）。以上的冷却系统适用于常规的建筑陶瓷产品烧成冷却，但发泡陶瓷与常规陶瓷制品不同：

首先，发泡陶瓷在高温烧结过程中会膨胀发泡，当急冷风打在炽热的发泡陶瓷坯体上时会影响发泡进程。并且现有发泡陶瓷生产多采用粉料烧结工艺，使用的耐火窑具之间多留有空隙，急冷带打入冷风冷却板材的时候通过板空隙经过急冷带热电偶时会使急冷风压、风量发生较大变化，也会影响零压位前后移动，造成烧成带温度波动，对发泡陶瓷发泡进程造成不利影响，影响产品发泡厚度。

其次，发泡陶瓷多作为砌筑材料使用，经烧成带烧成后其体积会膨胀多倍，目前发泡陶瓷坯体的厚度多设置≥10厘米，而且烧成后的发泡陶瓷为多孔结构，热传导率低，因此，当急冷风打在炽热的发泡陶瓷坯体上时，其表层会迅速降温，而内部的温度依然较高，这样表层迅速冷却固化，而内部还在高温下持续发泡，致使内外部出现应力差，造成开裂，而且这样也使发泡陶瓷的孔径变得不均匀，内部孔径会大于外部孔径，这进一步加大了应力累积，增大产品开裂的缺陷。

发明内容

针对背景技术中提出的技术问题，本发明提供一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，此冷却系统增设了过渡冷却带，并对急冷带的及冷风管结构进行改良，增设的过渡冷却带使发泡陶瓷坯体缓慢降温、发泡反应充分，使发泡陶瓷的孔径更为均匀，另外急冷风管的出风口由之前的垂直朝向坯体顶面改成与坯体顶面平行，这样鼓入的急冷风不直接打向炽热的坯体，减少因坯体内外冷热不均造成的应力累积及产品开裂。

一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其包括过沿着辊棒输送方向依次设置的过渡冷却带、急冷带和缓冷带，过渡冷却带位于辊道窑烧成带的后端且两者之间设有用于分隔火焰的挡火墙，在上述急冷带的窑炉侧壁上设有伸入辊道窑的窑腔内的急冷风管，急冷风管的一端伸入窑腔内且其开口方向与发泡陶瓷坯体的顶面平行，急冷风管的另一端连接有鼓风机，通过鼓风机抽取外部冷空气送入急冷带的窑腔内。

过渡冷却带的范围设置为坯体从最高烧成温度降温至1000℃的区间范围，当发泡陶瓷坯体温度降温至1000℃后，再打入与之不直接接触的急冷风会减少坯体内应力的累积，减少发泡陶瓷制品开裂缺陷，进而提升发泡陶瓷产品性能。

优选地，在过渡冷却带的窑炉侧壁上还装有用于调节降温速率的喷枪。通过喷枪对窑炉进行适当加热，使过渡冷却带的降温速率可以进行精确控制，可进一步提高发泡陶瓷制品的优等品率。

优选地，在以上发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统中，上述急冷风管与为其送风的鼓风机为一一对应关系。通常，我们会使用一台功率较大的鼓风机为所有急冷风管送风，这样系统更为简单，但对发泡陶瓷烧成用窑炉的冷却系统而言，对每根急冷风管匹配唯一对应的鼓风机效果更好，在发泡陶瓷在急冷带进行急速冷却时，单独的鼓风机可以很好的控制其对应风管的送风量，使整个控制更为精细。

优选地，急冷风管伸入窑腔内的长度为窑腔宽度的1/10～1/5为宜。小于此长度，通入的急冷风会首先对窑墙进行冷却，然后再冷却窑具和坯体，这样会影响降温速率；如果过长，急冷风在通入时会有一定压力，相对的急冷风会有部分直接扫向发泡陶瓷坯体，这样会使发泡陶瓷坯体的表面冷却过快。我们的理想状态是首先对窑腔内的整体环境进行冷却，发泡陶瓷的热能通过空气和窑具作为热交换媒介进行热交换降温。

优选地，在以上发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统中，在缓冷带设置有多根抽风管，通过分散抽风方式抽取窑炉内的热烟气，抽风管通入缓冷带的窑腔内并与设置在辊道窑外部的抽风机连接。在现有技术中，通常在窑炉顶部设置抽风斗，在窑炉顶部直接将热烟气抽至窑头作为预热气体，这种方式抽风量大，而且不好控制，而且直接在窑顶直接抽取大量热烟气的会使发泡陶瓷坯体表层降温过快，容易出现开裂。

在急冷带打入窑腔内部冷环境进而冷坯体的冷风在急冷带加热后温度上升成为热烟气，热烟气通过在缓冷段分散抽风方式抽取窑炉内热烟气扥缓冷管抽出，以此调节在冷却段的窑压。因此我们采用分散抽风的方式抽取窑炉内的热烟气，通过设置多根抽风管，优选地，在抽风管上还设有闸阀，对抽取热烟气的过程进行调控。再者还可以在缓冷段间隔设置无抽风孔的缓冷管，缓冷管一端设置有闸阀控制外部冷空气进入抽风管的冷空气量，另一端与抽风机连接，无需抽取窑内热烟气，该类抽风管的高度应该设置在接近距离发泡陶瓷坯体表面或距离窑车底部棍棒距离的10～25cm处。

优选地，在以上发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统中，上述抽风管采用与辊道窑中辊棒平行的方式穿入辊道窑的窑腔内，且在抽风管上开有朝向发泡陶瓷坯体的抽风孔。抽风管与辊道窑中辊棒平行更便于安装，这样我们窑炉侧壁上设有相对的安装孔并将抽风管穿入即可，抽风管上开有抽风孔，当启动抽风机时，窑炉内的热烟气就会顺着抽风孔进入抽风管内并被抽出窑外，将抽风孔朝向发泡陶瓷坯体的目的是减少污物在抽风管上的沉积，避免风孔堵塞。

优选地，在以上发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统中，上述抽风管设有与外部导通的开口，在开口处装有闸阀，通过闸阀控制在抽取窑炉内烟气过程中补入外部的空气量。这里的闸阀优选为可自动调控的电磁阀。

和现有技术相比，本发明提供的发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统可以使发泡陶瓷降温过程更平稳，气孔的均匀性更好，进而提升发泡陶瓷产品性能；另外，产品的优等率也得以大幅提升，并且工艺的与配方的容错率增加，减少因配方调整造成的调试损耗。

附图说明

图1为现有常规辊道窑冷却系统构成示意图。

图2为本发明提供的辊道窑冷却系统结构示意图。

图3为现有技术中辊道窑急冷带截面结构示意图。

图4为本发明提供的辊道窑急冷带截面结构示意图。

图5为现有技术中辊道窑缓冷带截面结构示意图。

图6为本发明提供的一个优选实施例中辊道窑缓冷带截面结构示意图。

图7为本发明提供的另一个优选实施例中辊道窑缓冷带截面结构示意图。

图8为本发明提供的再一个优选实施例中辊道窑缓冷带截面结构示意图。

图9为本发明提供的再一个优选实施例中辊道窑缓冷带截面结构示意图。

附图标号说明：

1——窑墙；2——挡火墙；3——辊棒；4——窑具；5——发泡陶瓷坯体；6——急冷风管；7——出风孔；8——鼓风机；9——闸阀；10—抽风斗；11——抽风机；12——抽风管；13——抽风孔;14——缓冷管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明方案进行详细说明。

参照附图1和附图3，附图1为现有常规辊道窑冷却系统结构示意图，辊道窑的冷却系统是指窑炉烧成带至窑尾用于控制窑炉内部降温的设施的集合。陶瓷坯体经烧成带烧制后进入冷却系统降温，初始阶段对于常规墙地砖产品可以快速冷却至700℃左右，这是因为常规墙地砖产品多为薄片状，厚度一般不超过1.5cm，且在573℃之前的晶型转化伴随的体积变化较小，因此可以进行快速冷却，对应地，在紧随烧成带之后设置的急冷带，在急冷带通过外部的鼓风机鼓入大量冷空气对陶瓷坯体进行降温，参照附图3，附图3使现有技术中辊道窑急冷带的结构示意图（烧结产品为发泡陶瓷）。从中附图3中可以看出，为了快速降温，现有的冷却系统直接将外部抽入的冷空气通过设置在冷风管上的出风孔向坯体直接喷射冷空气。在背景技术中已经说明，发泡陶瓷主要用于墙体的砌筑材料，具有保温隔热等功效，且在烧制过程中会膨胀发泡，烧后的坯体与布料时相交已经膨胀了数倍。若直接进行急速冷却，会使坯体因内外冷热不均而造成应力累积，降低发泡陶瓷制品性能，并会对产品生产的稳定性和优等品率造成极大的影响。

对此，我们对发泡陶瓷生产用辊道窑的冷却系统系统进行改进，参照附图2和4，我们提供一个具体的实施例。

一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其包括过沿着辊棒3输送方向依次设置的过渡冷却带、急冷带和缓冷带，过渡冷却带位于辊道窑烧成带的后端且两者之间设有用于分隔火焰的挡火墙2，在上述急冷带的窑炉侧壁上设有伸入辊道窑的窑腔内的急冷风管6，急冷风管6的一端伸入窑腔内且其开口方向与发泡陶瓷坯体5顶面平行，急冷风管6的另一端连接有鼓风机8，通过鼓风机8抽取外部冷空气送入窑腔内。

这里，主要有两个创新点，一个是在烧成带和急冷带之间增设了过渡冷却带，过渡冷却带的设置可以使发泡陶瓷的优等品率大大提高。在过渡冷却带，我们精确控制窑炉的降温速率，通常设置为2℃～8℃/min,优选为3℃～5℃。在其它条件不变的情况下，使用含有过渡冷却带的冷却系统，可以使发泡陶瓷的优等品率提升约10个百分点，且可以缓解原料组份波动对优等品率的影响。

第二个创新点为对急冷带的冷却方式进行改良，参照附图3，附图3提供的现有技术中急冷带的截面结构示意图，其是在急冷风管6上开有朝向冷却坯体（发泡陶瓷）的出风孔7，这样冷风会直接打在发泡陶瓷坯体上。而改进的方案可以参照附图4，急冷风管6的一端伸入窑腔内且其开口方向与发泡陶瓷坯体平行，急冷风管6的另一端连接有鼓风机8，通过鼓风机8抽取外部冷空气送入窑腔内。这里需要说明对于这里的一端和另一端并非特指管子的两个端口而是指管子上的开口处，附图4的方案是将及冷风管6的两个端口均插入了窑腔内，在急冷风管6上还设有与鼓风机8连通的开口。当然，此种方式还可以进行其它类似形式的变化，例如将冷风管6的一个端口插入窑腔内，另一个端口与鼓风机8连接，这种方式控制更为精细，一台鼓风机8控制一根冷风管。当然，如附图4上所示在冷风管6上装有控制的闸阀9可以使控制更精密。闸阀9优选为可精密控制的电磁阀。

参照附图4，以急冷风管6插入窑腔内的方案为例，急冷风管插入窑腔内的长度为窑腔宽度的1/10～1/5为宜，这个长度，从其端口处喷出的急冷空气首先会对窑墙内的环境进行冷却，而且冷空气对用于承载发泡陶瓷的窑具具有较好的降温效果，利用窑具的传导使发泡陶瓷坯体的降温更均衡。

当发泡陶瓷坯体降温至700℃左右时（通常设置为800℃）进入缓冷带，在缓冷带和急冷带之间优选也设置有用于分隔的挡火墙。我们知道石英在573℃时会发生β型石英向α型石英的晶型转变，在此转变过程伴随着较大的体积变化，因此在573℃左右需控制降温速率，使坯体缓慢冷却，减少因相变累积应力造成的坯体开裂。

参照附图5，附图5为现有技术辊道窑缓冷带截面结构示意图，在现有技术中，通过设置在窑顶的抽风斗10将窑炉内的热烟气抽走，启动抽风机11，抽风机11形成的负压将窑炉缓冷带内的热烟气抽至窑头为原料预热提供热能。这种方式效率高，但快速抽取热烟气的方式会使窑炉内降温过快，而在此阶段伴随β型石英向α型石英的晶型转变，降温过快会使坯体开裂的缺陷增多。

对此，我们采用如附图6的形式进行改良，将原来的抽风斗10改成抽风管12，抽风管12穿过窑腔，且与辊棒3相互平行，在抽风管上开有朝向坯体的抽风孔13，抽风管12的一端与抽风机11相连，另一端设置在窑炉外且通过一个可开闭的闸阀9控制是否与外部空气连通。

这种设计，可以实现窑炉缓冷带抽热烟气的精确控制，这里抽风管12设置为多根，而且除了如附图6的方式将其穿过窑顶外，还可以将其设置穿过窑底或部分穿过窑底，具体可参见附图7，附图7提供了抽风管穿过窑底方案的辊道窑缓冷带窑炉截面结构示意图。对发泡陶瓷制品来说，在窑底抽取热烟气更可取，因为发泡陶瓷多采用粉料烧结，粉料烧结需要使用用于承装粉料的耐火窑具，在窑底抽取热烟气，没有直接作用在发泡陶瓷坯体上，通过耐火窑具的缓冲，可以使发泡陶瓷的降温更平稳。

此外，抽风管11通过闸阀9控制与外部的导通，可以在抽风过程中进行适当调节，这样可以对降温速率实现进一步精确调控，当完成晶型转变后，我们可以通过调大闸阀，使更多的外部空气经窑炉内部进行预热循环，这样也可以将其作为窑炉烧成时的助燃空气。这里闸阀9我们采用可自动调控的电磁阀，使用电磁阀可以自动调控其开闭的程度，实现根据参数变化进行自动调节。

此外，在缓冷带还可以采用如下改进方案，参照附图8，我们在缓冷带增设缓冷管14，缓冷管14为两端开口的由耐火材料制成的硬质管材，其一端与设置在窑炉外部的抽风机11连通，另一端也设置在窑炉外侧，通过设置在其上的闸阀9控制其开闭程度。使用时，抽风机11启动，将其上的闸阀9调节至合适的通量，这样抽风机会将外部的冷空气抽入缓冷管14内，在窑炉内，缓冷管在其管壁完成热交换，使窑炉内的温度降低，这种方式冷空气没有与窑炉内的热烟气直接作用，因此热交换过程平稳可供，尤其适合发泡陶瓷产品的缓冷降温。对于其位置，附图8中给出了其位于辊棒3上方的情况，在位于辊棒3上方时，其距发泡陶瓷坯体上表面的距离H通常设置为10cm～25cm。当然，也可以将缓冷管14设置在窑底，即位于辊棒3的下方，具体可参照附图9，这种情况下，缓冷管14距离辊棒3的距离H也以10cm～25cm为宜。当然，在辊棒上下均设置有缓冷管14亦可，具体根据窑炉设计需求选择合适的方案即可。这里缓冷管优选为导热良好且耐一定高温的材质，例如氧化铝、耐高温合金钢等。当然管材的形状可以做多种变化，例如常用的直管、S型管、U型管等。另外，在辊棒上方时，缓冷管通常设置在抽风管的下方；在辊棒下方时，缓冷管通常设置在抽风管的上方，这样设置，缓冷管距离发泡陶瓷坯体更近，因缓冷管内流动的空气是通过管壁与窑炉内完成热交换，因此距离发泡陶瓷坯体近一些可以提高热交换效率，而且没有冷空气与发泡陶瓷坯体直接接触，也使得降温更为平缓，即使出现故障也不会对降温速率造成特别大的影响。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，包括过沿着辊棒输送方向依次设置的过渡冷却带、急冷带和缓冷带，所述过渡冷却带位于辊道窑烧成带的后端且两者之间设有用于分隔火焰的挡火墙，在所述急冷带的窑炉侧壁上设有伸入辊道窑的窑腔内的急冷风管，所述急冷风管的一端伸入窑腔内且其开口方向与发泡陶瓷坯体的顶面平行，所述急冷风管的另一端连接有鼓风机，通过所述鼓风机抽取外部冷空气送入所述急冷带的窑腔内。

2.如权利要求1所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述急冷风管伸入所述窑腔内的长度为窑腔宽度的1/10～1/5。

3.如权利要求1所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，在所述过渡冷却带的窑炉侧壁上还装有用于调节降温速率的喷枪。

4.如权利要求1所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述急冷风管与为其送风的鼓风机为一一对应关系。

5.如权利要求1所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，在所述缓冷带设置有多根抽风管，所述抽风管通过分散抽风方式抽取窑炉内的热烟气，所述抽风管通入所述缓冷带的窑腔内并与设置在辊道窑外部的抽风机连接。

6.如权利要求5所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述抽风管采用与辊道窑中辊棒平行的方式穿入辊道窑的窑腔内，且在所述抽风管上开有朝向发泡陶瓷坯体的抽风孔。

7.如权利要求5所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述抽风管设有与外部导通的开口，在所述开口处装有闸阀，通过闸阀控制在抽取窑炉内烟气过程中补入外部的空气量。

8.如权利要求6所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述抽风管至少有部分位于所述辊棒的下方。

9.如权利要求1所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，在所述缓冷带还设置有多根穿过窑腔的缓冷管，所述缓冷管的一端连接有设置在辊道窑外部的抽风机、另一端也设置在辊道窑外侧且装有控制其进风量的闸阀。

10.如权利要求9所述的一种发泡陶瓷生产用的辊道窑冷却系统，其特征在于，所述缓冷管分布辊棒的上下方，其中位于辊棒上方的缓冷管距发泡陶瓷坯体上表面的距离为10cm～25cm、位于辊棒下方的缓冷管距辊棒下表面的距离为10cm～25cm。

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