等温高速烧嘴在间歇窑炉上

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1、对等温高速烧嘴在间歇窑炉上应用的建议‘安永欣等温高速烧嘴已被越来越多的窑炉工作者所认识，将其广泛应用于工业窑炉、特别是间歇式陶瓷、砂轮、耐火材料窑炉，在一些金属加热或热处理炉上也得到推广应用。高速烧嘴的特殊功效使得间歇窑炉能够达到温度分布均匀(升温阶段≯±5oC，而传统窑炉升温阶段温差高达50～80℃甚至更高)，喷出的焰气温度大幅可调。从而使窑炉可以实现快速加热，升温，提高了窑炉周转率和节省燃料的效果。然而，并非用上高速烧嘴的间歇窑就一定能收到预期的经济技术效果。本文试从传热机理和加热特性变化的角度，说明高速烧嘴在怎样的应用条件下，才能发挥作用，并从窑炉设计的角度提出一些建议。1普通烧嘴在

2、窑炉内的传热状况无论在何种窑炉内加热产品，特别是在间歇式窑炉内焙烧陶瓷产品，都要经历由室温开始加热到最高烧结温度的过程。升温速率一般控制在不损坏坯件的最佳限度内。在低温阶段或某个温度区间，如果坯件表面温度骤升或在冷却阶段的某个温度区间产品表面温度骤降，造成产品内外温度梯度过大，内应力可能会引起坯件(瓷件)开裂或炸裂而产生废品。因此在加热升温过程中，应力求被加热或冷却的产品均匀受热，避免局部过热或骤冷。这在传统的间歇窑炉内是很难达到的。因此，在加热初期一般将燃烧器开的很小，但是火焰温度仍然很高，在每个烧嘴喷出口附近的坯件被迅速加热。由于火焰喷出速度很低，温度高重度小，在加热了喷火口附近坯件和

3、窑墙的瞬间即开始上浮，使被加热坯件的背火面和远离火口的坯件很难像迎火面一样同时受到均匀加热，产生较大温度不均匀性和受热滞后现象。因此，在中低温阶段，为防止和克服由于各部位温度不均匀可能造成的产品缺陷，烧成工艺往往采取保温和放慢升温速度的办法，通过“均温”逐步缩小窑内各部位温差。只有等到窑温升到700～900℃以后，窑内待烧制品间可以互相辐射并逐步得到加强，强化了制品表面和自身内在的传热时才有可能加快升温速度。根据传热理论中辐射传热的“斯且芬一波尔茨曼定律”得知，辐射能量的大小是与辐射源和受热体之间绝对温度差的四次方成正比，也就是说，进入窑内的可辐射的焰气与待加热的坯件温差越大，辐射传热量也

4、越多。经验证明这种用加大温差的办法来提高传热效率．在陶瓷行业制品(尤其是大型或形状复杂的制品)焙烧过程中，特别在几个容易出现产品缺陷的阶段，往往造成靠近辐射源(火口，喷嘴出口)的坯件或朝向辐射源的坯件有因过快加热而产生缺陷的危险。况且窑内装码的坯件被辐射能穿透的能力很弱。因此，背着辐射源的坯件或坯件的部分，往往与朝向辐射源的部分有明显的温差，严重时可能造成坯件变形，弯曲·作者简介：安永欣，男，中机国际工程咨询设计总院窑炉公司，总工程师，高级工程师。2O03年第2期总第115期甚至开裂、炸裂等等。可见，对于焙烧陶瓷的窑炉单靠辐射能力的提高来加快传热效率还是存在许多弊端的。2采用等温高速烧嘴有

5、利于提高传热效率采用了等温高速烧嘴的窑炉，由于高速喷出的焰气的温度可以调节到接近产品烧成工艺规定的各阶段温度(近似地称为等温)，尤其在低温阶段特别重要，可以避免由于普通烧嘴喷出的焰气温度最低都要超过700℃、以及可调节范围小所造成的与坯件温差太大而产生的产品缺陷。等温高速烧嘴一般燃气的喷出速度都在60—120m／s以上，高速气流所产生的扰动和卷吸作用，使得窑内对流传热效率大为提高，各点温度的均匀性分布大为改善。根据窑内气体与制品以及窑墙间对流传热系数的计算公式，可以得出如下结论：当窑内焰气以lOm／s的速度运动时，其对流换热系数约等于焰气以150m／s的速度运动时对流换热系数的1／7。也就

6、是说，由于高速烧嘴的应用，窑内焰气运动速度的加快，使焰气对坯件的对流传热系数可以提高若干倍(特别在中低温阶段)。由于采用了高速烧嘴，对流传热量约占全窑总热交换量的50％以上，这不仅大大加快了热交换过程，对均化窑内各部分温度的分布、改善坯件受热条件(消除背火面和“列角”)都是十分有利的，特别在650℃以下阶段，表现更加明显。因此可以说，采用等温高速烧嘴，是缩短窑炉烧成周期、提高产品质量、大幅降低能耗的重要途径之一。高速焰气在窑内火道和坯件之间剧烈扰动、循环，使坯件受热总量中，有很大一部分是对流换热传给的。相对来说通过辐射传热形式传给坯件的热量减少了很多。因此，炉壁(窑墙和窑顶)的间接辐射作用

7、减弱、甚至降低到了很小的程度。对于窑内坯件来说对流换热的增加较之接受辐射传热来得更均匀、更充分。虽然制品和窑墙受热作用是一样的，但由于窑壁是单方面受热并始终有热量散失，就有可能出现窑壁温度低于窑内制品温度的情况，特别在中低温阶段表现的更为明显。因为制品在窑内始终受到对流和辐射形式的传热而没有向外散热，这时会出现反向辐射的现象。冶金系统曾有人在热处理炉上作过试验，当金属加热温度(工艺规定温度)越高，供热负荷越大时，随气流循