阅读说明：本技术 一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑 (High-efficiency cooling tunnel kiln for firing multilayer foamed ceramics ) 是由 荆海山 祝守焱 陈军 曾磊 余晓俊 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑,包括由窑体框架和耐火保温层构成的窑炉主体,所述窑炉主体包括依次设置的高温烧成区段、急冷区段、缓冷区段和尾冷区段；所述高温烧成区段设有燃烧系统和助燃系统；所述急冷区段设有急冷风机、急冷风管和急冷风道；所述缓冷区段包括冷媒供应系统和设于窑炉主体内的热交换管；所述尾冷区段包括尾冷风管和尾冷抽风管。本发明烧成后的发泡陶瓷通过急冷区段、缓冷区段和尾冷区段,能够快速而稳定地将烧成的高温状态的发泡陶瓷进行冷却,效率高,发泡陶瓷的表面缺陷少,产品质量高。(The embodiment of the invention discloses an efficient cooling tunnel kiln for firing multilayer foamed ceramics, which comprises a kiln main body consisting of a kiln body frame and a fireproof heat-insulating layer, wherein the kiln main body comprises a high-temperature firing section, a rapid cooling section, a slow cooling section and a tail cooling section which are sequentially arranged; the high-temperature sintering section is provided with a combustion system and a combustion-supporting system; the quenching section is provided with a quenching fan, a quenching air pipe and a quenching air duct; the slow cooling section comprises a refrigerant supply system and a heat exchange tube arranged in the kiln main body; the tail cooling section comprises a tail cooling air pipe and a tail cooling exhaust pipe. The foamed ceramic after being sintered can be rapidly and stably cooled through the rapid cooling section, the slow cooling section and the tail cooling section, the efficiency is high, the surface defects of the foamed ceramic are few, and the product quality is high.)

一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑

技术领域

本发明涉及一种高温窑炉，尤其涉及一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑。

背景技术

发泡陶瓷料由工业废弃物(如瓷砖抛光废料、煤渣、钢渣等)、低质粘土(如淤泥、页岩等)和无机发泡剂(如碳化硅粉)等原料高温烧结而成，属于节能环保材料，具有保温优、耐高温、隔音好等性能，主要用于建筑墙体(内隔墙或外部保温)、冶金行业保温、地铁站消音、汽车尾气过滤等行业。通过高温发泡形成多孔结构，达到需要的保温隔热、消音、过滤等性能。近年来，随着住建部推广绿色建材、装配式建筑，一种大面积(如1200mm*2400mm)的发泡陶瓷隔墙板悄然兴起。但受到烧成过程能耗高、产量小、合格率低等因素制约，发泡陶瓷在产业化过程中遇到了技术瓶颈，陶瓷企业急需一种节能、高效、大产量、迭代升级的技术和装备，以减少过程损耗、降低成本、增强盈利能力。

现有连续烧成窑炉大致为2种：

一种为辊道窑，原料粉体分布在铺好陶瓷纸的耐火垫板上，四周设有挡料块，通过辊棒对耐火垫板及粉料进行传输，粉料在高温下熔化、发泡、冷却后形成多孔状的陶瓷板材。但由于辊棒为窑外两点支撑，承载力较小，因此其内宽一般在2.5m以内，并且只能装载单层，且产品厚度在100mm以内，产量低，目前单条窑最大日产量在60m³产品～80m³产品之间，甚至更少，单位产品的天然气耗量在150m³天然气/m³产品左右。

另一种为隧道窑，将耐火垫板平铺到窑车碳化硅梁上，设陶瓷纸、布置粉料，通过窑车运行，粉料在高温下熔化、发泡、冷却后形成多孔状的陶瓷板材。相比悬空的辊棒，窑车在轨道上运行，其承载力大幅增加，内宽可以做到3m～6m，产品厚度可以做到100mm～300mm。但现有隧道窑普遍装载单层，其日产量也仅有120m³产品左右，单位产品天然气耗量大约为120m³天然气/m³产品。

从上述情况得知，发泡陶瓷虽然是“变废为宝”的产品、优势明显，而隧道窑在产量、单位燃耗方面比辊道窑有所进步，但综合成本(能源成本占其40％以上)还是高于现有产品，如隔墙用的砌块、预制隔墙板、石膏龙骨和玻璃砖等，因此仍然难以满足陶瓷企业和市场需求，导致推广困难。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑，实现多层发泡陶瓷同时烧成，并快速而平稳地冷却。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑，包括由窑体框架和耐火保温层构成的窑炉主体，所述窑炉主体包括依次设置的高温烧成区段、急冷区段、缓冷区段和尾冷区段；

所述高温烧成区段设有燃烧系统和助燃系统，所述燃烧系统包括燃气主管、燃气下落支管、纵向燃气支管以及三排以上的位于不同高度的烧嘴，每个燃烧模块内水平方向的同一排烧嘴由同一根纵向燃气支管供气，所述纵向燃气支管通过对应的燃气下落支管与燃气主管连接；所述助燃系统包括助燃主管、助燃下落分管和纵向助燃分管，所述纵向助燃分管通过助燃下落分管与助燃主管连接，为各个烧嘴供应助燃风；

所述急冷区段设有急冷风管和急冷风道，所述急冷风道设于窑炉主体的两侧壁内，所述急冷风管与急冷风道连接；

所述缓冷区段包括冷媒供应系统和设于窑炉主体内的热交换管，所述冷媒供应系统与热交换管连接，为热交换管通入冷媒；

所述尾冷区段包括尾冷风管和尾冷抽风管，所述尾冷风管与尾冷出风口连接，所述尾冷出风口设于所述窑炉主体的侧壁中；所述尾冷抽风管与尾冷抽风口连接，所述尾冷出风口包括顶部尾冷抽风口和侧面尾冷抽风口。

作为上述方案的改进，所述急冷风道正对正对底部火道、顶部火道和产品之间的火道设置。

作为上述方案的改进，所述冷媒供应系统包括冷媒供应管和冷媒驱动装置，所述冷媒包括空气、水或油的任意一种。

作为上述方案的改进，所述顶部尾冷抽风口设于窑炉主体顶壁上，所述侧面尾冷抽风口在窑炉主体的两侧壁上对称设置。

作为上述方案的改进，所述顶部尾冷抽风口与设于窑炉主体顶壁上的两个抽风罩连接。

作为上述方案的改进，所述尾冷出风口在窑炉主体的两侧壁上交错设置。

作为上述方案的改进，还包括与之适配的窑车，所述窑车包括底座，所述底座上设有车轮，顶面上设有窑车耐火保温层；

所述底座还设有支撑柱，所述支撑柱上设有装载架，所述装载架包括横向固定于支撑柱上的主梁、纵向安装于主梁上的支梁，以及位于支梁上拼接而成，用于装载产品的耐火垫板，所述装载架上设置有多层耐火垫板。

作为上述方案的改进，所述耐火保温层包括位于窑炉底部的底部耐火保温层，所述底部耐火保温层两边内侧设有凹凸结构，与窑车两边的凸凹结构配合，形成密封的窑底。

作为上述方案的改进，拼装而成的所述耐火垫板的总宽度大于窑车耐火保温层的宽度。

作为上述方案的改进，同一燃烧模块内，标记最低一排烧嘴为下层烧嘴，最高一排烧嘴为顶层烧嘴，位于下层烧嘴和顶层烧嘴之间的若干排烧嘴为中层烧嘴，其中，顶层烧嘴、中层烧嘴和下层烧嘴在水平方向和竖直方向上错开设置；所述顶层烧嘴对应加热最上层垫板所装产品的上方空间，所述中层烧嘴对应加热中间上部垫板底部和中间下部垫板所装产品之间的空间，所述底层烧嘴对应加热最下层耐火垫板下方的空间；每排底层烧嘴的数量是每排顶层烧嘴的两倍。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明烧成后的发泡陶瓷通过急冷区段、缓冷区段和尾冷区段，能够快速而稳定地将烧成的高温状态的发泡陶瓷进行冷却，效率高，发泡陶瓷的表面缺陷少，产品质量高。

附图说明

图1是本发明一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑的整体结构示意图；

图2是本发明的隧道窑的排烟区段的侧视图；

图3是本发明的隧道窑的排烟区段的俯视图；

图4是本发明的隧道窑的排烟区段的剖视图；

图5是图4的A部放大图；

图6是本发明的窑车结构示意图；

图7是本发明的隧道窑的高温烧成区段结构示意图；

图8是图7的A部放大图；

图9和图10是本发明的隧道窑的高温烧成区的不同纵向位置的截面图；

图11是本发明的隧道窑的急冷区段的结构示意图；

图12是本发明的隧道窑的缓冷区段的结构示意图；

图13是本发明的隧道窑的尾冷区段的结构示意图；

图14-图16是本发明的隧道窑的尾冷区段的不同纵向位置的截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。在本申请中，顺着窑长方向为纵向，窑宽方向为横向，垂直或竖直方向为高度空间方向，两侧指窑炉两边，横截面指窑内宽方向。

如图1所示，本发明具体实施例提供了一种烧成多层发泡陶瓷的高效冷却隧道窑，包括由窑体框架11和耐火保温层12构成的窑炉主体1。窑顶为堇青石-莫来石板+轻质保温棉(比重为0.128g/cm³)结构、窑墙为轻质耐火砖(比重为0.8g/cm³)+轻质棉板(比重小于0.3g/cm³)结构、窑车耐火层以轻质保温棉为主，使其保温、密封效果好，散热小，节能效益高。为了实现不同的功能，所述窑炉主体1分成不同的区段，不同区段窑炉主体1的形状和配套设备均不相同。具体地，所述窑炉主体1包括排烟区段2、高温烧成区段4和冷却区段；所述排烟区段2用于排出高温烧成区段4产生的烟气，所述高温烧成区段4用于对发泡陶瓷的坯料进行升温，使其发泡、烧结，所述冷却区段用于发泡陶瓷的冷却。

其中，结合图2-图5，所述排烟区段2设有排烟系统、位于窑炉主体1顶部的顶部烟道21以及位于两侧窑墙内的窑墙烟道22。所述窑墙烟道22的进烟口221位于窑内下部，所述顶部烟道21和窑墙烟道22均与所述排烟系统连接，用于从窑腔顶部和底部同时将烟气抽出；所述排烟系统包括排烟风机23、排烟主管24、外排烟囱25、顶部排烟下落管26和顶部排烟横管27，所述排烟风机23设于排烟主管24上，所述外排烟囱25、排烟主管24、顶部排烟下落管26和顶部排烟横管27依次连接，所述顶部排烟横管27与所述顶部烟道21连接。所述窑墙烟道22通过侧排烟支管28与所述排烟主管24连接。通过高温烟气与发泡陶瓷坯料接触，排除原料中的机械水和吸附水，坯体不发生化学变化，只发生体积收缩、水分蒸发等物理变化。为了缩小横截面和垂直高度方向上的温差，采取顶抽与两侧底抽相结合的方式，所述顶部烟道21成排布置于窑炉主体1顶部，通过阀门29调节烟气量的大小，以改变同一截面气流大小和流向，通过搅拌、分流来缩小截面温差。两侧底抽，便于将集聚在窑顶部分的烟气往下拉，烟气在流动过程中升高下部温度，满足多层材料升温的需求，减小窑内上下温差。

优选地，所述排烟区段2和高温烧成区段4之间还可以设置预热区段3，在此区段内，温度从600℃升至1050℃左右。所述预热区段3内设置有独立的燃烧系统(图中未画出)，配合从高温烧成区段4排出的高温烟气，对发泡陶瓷坯料进行预热。具体地，在底部火道(窑车面与底层耐火垫板之间形成的通道)加热，由两侧窑墙的烧嘴从火道之间交叉喷出，热气上逸后可以加热其他层的产品。在此区段中，原料的主要化学变化是结晶水的排除、原料中所含有机物、碳酸盐、硫酸盐等化合物的分解和氧化以及石英晶型转变等。通过在高温烧成区段4前设置预热区段3和排烟区段2，能够降低排出的废气的温度，延长排烟管道和风机的寿命。利用高温烟气对原料进行预热，能够充分利用废气的热能，节省能源。另外，通过排烟区段2和预热区段3对原料进行分步预热，原料按照预定温度曲线升温，避免原料在低温状态直接接触烧嘴喷出的火焰，升温过快而导致产品缺陷。

所述高温烧成区段4设有燃烧系统和助燃系统，用于将温度从1050℃升至最高烧成温度(发泡陶瓷一般在1150℃左右)。所述燃烧系统包括燃气主管41、燃气下落支管42、纵向燃气支管43以及三排以上的位于不同高度的烧嘴44，每个燃烧模块内的同一排烧嘴44由同一根纵向燃气支管43供气，所述纵向燃气支管43通过对应的燃气下落支管42与燃气主管41连接；所述助燃系统包括助燃主管45、助燃下落分管46和纵向助燃分管47，所述纵向助燃分管47通过助燃下落分管46与助燃主管45连接(图中未画出将烧嘴44与纵向助燃分管47连接的软管)，为各个烧嘴44供应助燃风。

结合图6，为了一次烧成多层发泡陶瓷，本发明的窑炉还包括与之适配的窑车5。所述窑车5包括底座51，所述底座51上设有车轮52，底座51的顶面上设有窑车耐火保温层53；所述底座51还设有支撑柱54，所述支撑柱54上设有装载架，所述装载架包括横向固定于支撑柱54上的主梁55，纵向安装于主梁55上的支梁58，以及支承于主梁55上，分成至少两层的耐火垫板56。多块所述耐火垫板56在支梁58上拼接，形成承载板面。装料时，如生产1200mm*2400mm发泡陶瓷板，在耐火垫板56四周通过挡料块57组成一个1200mm*2400mm的空间，里面铺贴2mm厚度左右的整张陶瓷纸(可耐1200℃左右的温度)，防止从拼接的耐火垫板56之间漏料，高温熔化后避免粘连、损坏耐火垫板56和挡料块57。在本实施例中，本窑车5装载3层产品，窑顶和上部产品之间形成顶部火道、装载产品的耐火垫板56和它的下层产品之间形成中间火道、窑车耐火保温层53和装载产品的最下层耐火垫板56之间形成底部火道。在窑炉水平方向分布4排烧嘴44，顶部火道、中间火道、底部火道分别设置燃烧组，中间2排烧嘴44为同一个燃烧组，以此控制每层产品的上下温差，使产品质量稳定。

进一步地，结合图7-图10，所述高温烧成区段4由多个结构相同的燃烧模块组成。同一燃烧模块内，标记最低一排烧嘴44为底层烧嘴44a，最高一排烧嘴44为顶层烧嘴44c，位于底层烧嘴44a和顶层烧嘴44c之间的若干排烧嘴44为中层烧嘴44b，其中，顶层烧嘴44c、中层烧嘴44b和底层烧嘴44a在水平方向和竖直方向上错开设置。所述顶层烧嘴44c对应加热最上层耐火垫板所装产品的上方空间，所述中层烧嘴44b对应加热中间上部垫板底部和中间下部垫板所装产品之间的空间，所述底层烧嘴44a对应加热最下层耐火垫板下方的空间。升温时，火焰由两侧墙的烧嘴44从火道之间交叉喷出，通过辐射、对流和传导的方式传热给产品。通过每侧设置多层烧嘴44，由热电偶48、电磁阀49、电动阀40、温控表等零部件控制每层温度，从而解决不同层产品之间的温差问题，使每层产品的孔洞均匀、质量稳定。所述电磁阀49通电开、断电自动关，在遇到突发断电的情况时，能够自动切断气源，起到安全保护作用。所述电动阀用于根据温度的变化自动调节供气管的开度，以控制烧嘴44的气压。

本申请采用轻质耐火保温棉的窑体、窑车结构，减少散热；利用节能型等温高速烧嘴加热；将冷却区余热回收利用于提高助燃风温度等节能技术；优化装载方式，如减薄耐火垫板(如从10mm减到8mm)和减小挡料块重量、增加所烧成的每层产品厚度，通过提高产品在窑具中的重量比来增加热量利用率等。装载层数增加后单窑日产量可达250m³产品以上，由于节能技术、装载结构优化，单位产品的天然气耗量可控制在80m³天然气/m³产品以内，达到了产能大、燃耗低、合格率高的目的，解决了现有问题。

优选地，每排底层烧嘴44a的数量是每排顶层烧嘴44c的两倍。由于热空气上升，上部原料升温较快，因此，通过增加底层烧嘴44a的数量，可以使位于低层的原料与高层的原料的升温速度接近，降低温控难度，提高产品质量。

在此区段中，原料发生的变化是坯体中的长石类熔剂熔融出现液相，形成硅酸盐共熔物。由于发泡剂的存在，在高温下气体体积膨胀后逸出形成孔洞，在共熔物表面张力的作用下，不仅促使颗粒重新排列紧密，而且将孔洞之间的薄壁相互胶结，降温后形成闭孔陶瓷板材。多孔状也使这种陶瓷的体积增加，密度下降，从而达到保温、隔音、隔热的效果。

窑车5不仅用于装载、运输产品，其窑车耐火保温层53也起到密封窑底的作用。所述耐火保温层12包括位于窑炉底部的底部耐火保温层12a，所述底部耐火保温层121两边内侧设有凹凸结构122，与窑车5两边的凸凹结构531配合，形成密封的窑底。所述窑车5与窑炉主体1之间还设有砂封机构13。通过凸出部122和契合部531的交错配合，能够阻挡大部分的热气，防止热量传递到窑炉底部。位于凸出部122和契合部531下方的砂封机构13实现了烟气的进一步密封，进一步防止热气泄漏。

优选地，所述底部耐火保温层121的顶面高于窑车耐火保温层53的顶面。拼装而成的所述耐火垫板56的总宽度大于窑车耐火保温层53的宽度。一旦发生窑车5倒塌等意外，窑车5上的耐火垫板56会支承在底部耐火保温层121上，不会完全倾倒而卡在窑炉内，便于后续的窑车5将耐火垫板56以及耐火垫板56上的发泡陶瓷推出。

发泡陶瓷烧结完成后，进入冷却区段，所述冷却区段包括急冷区段6、缓冷区段7和尾冷区段8。

如图11所示，所述急冷区段将产品从最高烧成温度快冷至600℃左右，完成急冷。所述急冷区段6设有急冷风机(图中未画出)、急冷风管62和急冷风道61，所述急冷风道61设于窑炉主体1的两侧壁内，所述急冷风机61通过急冷风管62与急冷风道61连接；所述急冷风道61正对底部火道、顶部火道和产品之间的火道，冷风从急冷风道61喷射而出，以便对每层产品进行均匀冷却。急冷区段6的主要作用是快速冷却。此阶段制品中玻璃相粘度增大，并由塑性状态转化为固体状态，硬度和强度增至最大。由于液相的存在，能够抵消产品收缩出现的应力，因此可以直接吹风快冷，这也是陶瓷生产缩短烧成周期的关键区域。

如图12所示，所述缓冷区段7将产品温度从600℃缓冷至350℃左右。包括冷媒供应系统和设于窑炉主体1内的热交换管71，所述冷媒供应系统与热交换管71连接，为热交换管71通入冷媒；所述冷媒供应系统包括冷媒供应管72和冷媒驱动装置(图中未画出)，所述冷媒包括空气、水或油的任意一种。在本实施例中，冷媒采用空气，外界空气自动进入负压的热交换管71中，通过风机将空气从热交换管71另一端抽出，冷风通过换热管后靠管壁与窑内热气进行交换降温。所述热交换管71纵向设置于窑炉内，以便保证窑炉内不同高度的产品降温速度一致。缓冷区主要作用是慢冷，消除急冷而来的产品内、外应力，防止开裂，一般采用间接冷却的方式。此阶段发生石英的晶型转变(573℃)，尽管只有0.82％的体积收缩，但由于转变时间仅有几分钟，因此必须缓慢冷却，否则会出现“冷裂”缺陷，降低了烧成合格率。

结合图13-图16，所述尾冷区段8包括尾冷风机(图中未画出)、尾冷风管82、尾冷抽风管83和尾冷抽风机(图中未画出)，所述尾冷风机通过尾冷风管82连接尾冷出风口81；所述尾冷出风口81设于窑炉主体1的侧壁中。优选地，所述尾冷出风口81在窑炉主体1的两侧壁上交错设置。所述尾冷抽风管83连接顶部尾冷抽风口85和侧面尾冷抽风口86；所述顶部尾冷抽风口85设于窑炉主体1顶壁上。优选地，所述顶部尾冷抽风口85与设于窑炉主体1顶壁上的两个抽风罩84连接。所述侧面尾冷抽风口86在窑炉主体1的两侧壁上对称设置。尾冷区主要作用是最终冷却，将产品降到可以人工或机械出窑的温度。同排采用2个抽风罩84顶抽，两侧墙分别采用多根抽风管对准火道对称抽，每个抽风口通过阀门调节风量大小；供风采用多根风管从两侧墙对准火道交错吹，以减小窑内温差，防止产品开裂或变形。

常规陶瓷产品烧成周期比例，一般为烧成占60％以上，冷却在40％以内。该发明根据产品工艺特点设计，即该产品由粉料熔化后发泡而成，进窑后无需担心开裂问题，可以快速升温，因此一进窑就将温度快速升至300℃以上并在短时间内升至最高烧成温差，以缩短烧成过程；但该产品保温性能较好，降温后内部热量难以释放，内外温差大，控制不好极易开裂，因此本申请将冷却带的长度比例提高到整体窑长的60％以上(常规陶瓷冷却占比在40％以内)，以最大可能缩短烧成周期，增大产量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。