先进陶瓷批量生产为何常采用电热隧道窑来烧结

您好，煤矸石综合利用技术
适用范围
利用百分之百煤矸石生产承重多孔砖和非承重空心砖等新型墙体材料。
主要技术内容
一、基本原理
煤矸石经破碎达到要求的粒度后，加水搅拌输送到陈化仓内进行陈化；原料达到一定陈化时间，用多斗挖料机将其通过胶带输送机送入到二次搅拌机内，加水搅拌，使其与水充分混合，再经胶带输送机将其送入湿式轮碾机内进行混合均化、碾炼增塑等效果，将其通过胶带输送机输入到半硬塑双级真空挤砖机内，通过抽真空后高压挤出成型，进余热隧道干燥窑内进行干燥后，再送入到全内燃焙烧隧道窑内进行焙烧，直至烧成成品。
二、技术关健
1、 制砖不用煤。用百分之百煤矸石为原料；焙烧无需外投任何燃料，又改进了窑炉结构和通风系统，创造了特大型窑炉低温耗炭控制和有效利用余热的新技术；
2、 自动化程度高。生产线四台程控机和一台计算机联网控制；
3、 半硬塑真空挤砖最大挤出压力38兆帕，一机多用不仅能生产出承重多孔砖和非承重空心砖，还可以生产出高质量的外承重砖装饰砖和广场、道路砖；
4、 特大断面吊顶铠装隧道窑，全长23194米，宽923米，焙烧温度1050℃，我国窑炉之首。
典型规模
年产6000万块（折标）全煤矸石烧结空心砖。
主要技术指标及条件
一、技术指标
年产6000万块（折标）全煤矸石烧结承重多孔砖和非承重空心砖，减少了散煤燃烧对环境污染。
二、条件要求
建厂需占地42万平方米，地面建筑面积约一万平方米（含公用设施、厂房等）设备装机总量为1130千瓦。水 、电、路要齐全。
主要设备用运行管理
一、主要设备
全生产线主要设备有鄂破机、锤破机、搅拌机、液压多斗挖土机、湿式轮碾机、双级真空挤砖机、切条机、切坯机、翻坯机组、码坯机及窑炉运转系统设备共计42台套。
二、运行管理
原料粉碎工段三班作业，成型工段二班作业，成品工段三班作业；全厂职工人数137人，其中管理人员18人，占职工总数的13%，实施股份制管理最好。
投资效益分析（使用者）
一、投资情况
1、 总投资为2400～2800万元（人民币）。其中设备投资850万元。
2、 运行费用
生产线运行费用400万元流动资金。
3、 投资回收年限
生产线投资回收年限 57年。
二、经济效益分析
1、 直接经济效益，年收入1500万元；
2、 年利税可达270万元，增值税可享受负税政策。
三、环境效益分析
生产线达产后，年年利用煤矸石17万吨；节约土地近100亩，退还煤矸石占地6亩；年节标煤3720吨。
推广情况及用户意见
一、推广情况
在墙改政策的推动下，煤矸石空心砖求大于供，产品得到认可。
九七至九九年，公司的煤矸石综合利用技术及装备推广应用厂家37户，计划设计产量约153亿块（折标）空心砖，其中有22户利用百分之百煤矸石和大掺量粉煤灰等原料烧结空心砖近9亿块（折标）。年可利用煤矸石、 粉煤灰占地90亩，节约标煤56万吨；减少各种有害气体3330万立方米；减少烟气排放量5778万立方米。
二、用户意见（内蒙平庄矿务局红庙煤矸石空心砖厂）
我厂始建于1997年，设计能力为年产6000万块（折标 ）煤矸石空心砖，主要设备购置双鸭山东方工业公司生产的煤石制砖装备，通过一年多的生产实践看，从使用性能和技术指标看都实用，《70/60-38》型双级真空挤砖机所生产的煤矸石空心砖的产品质量达到了国家GB13544-92标准和GB13545-92标准，是国内先进设备，切条、切坯机设计的合理，性能稳定，切坯准确、电气性能可靠。
到目前（9810-20006）我厂已生产煤矸石烧结承重和烧结非承重空心砖已达8500万块（折标），利用煤矸石24万吨，节约土地140亩，腾出煤矸石占地78亩。
主要用户名录
山东新纹矿务局
宁夏石炭井矿务局矸石砖厂
鹤岗矿务局房地产公司
辽源矿务局房地产公司
辽源矿务局太信矿务局
内蒙石平庄矿务局红庙煤矿
山东淄博矿务局
鞍山热电新材股份有限公司
鞍山房产粉煤灰制品厂
淄博鲁中房地产股份有限公司
山西介休西集煤化有限公司
吉林光大集团
佳木斯升平煤矿等22户。谢谢！
隧道窑是现代化的热工设备，除主要用于陶瓷工业外，其它工业如耐火材料、磨料、磨具、砖瓦等生产，也广泛使用隧道窑。
隧道窑始于1765年，当时只能烧陶瓷的釉上彩，到了1810年，有可以用来烧砖或陶器的，但是，都不够理想。从1906年起，才用来烧瓷胎。最初著名的隧道窑，是福基伦式，到了1910年以后，就渐渐有了许多改进的方式，其中苏联列宁格勒地方设计的最新式隧道窑，较为先进。隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带--烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品的台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，推出一车）。隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较，具有一系列的优点。
1、生产连续化，周期短，产量大，质量高。
2、利用逆流原理工作，因此热利用率高，燃料经济，因为热量的保持和余热的利用都很良好，所以燃料很节省，较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右。
3、烧成时间减短，比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天，而隧道窑约有20小时左右就可以完成。
4、节省劳力。不但烧火时操作简便，而且装窑和出窑的操作都在窑外进行，也很便利，改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。
5、提高质量。预热带、烧成带、冷却带三部分的温度，常常保持一定的范围，容易掌握其烧成规律，因此质量也较好，破损率也少。
6、窑和窑具都耐久。因为窑内不受急冷急热的影响，所以窑体使用寿命长，一般5-7年才修理一次。 但是，隧道窑建造所需材料和设备较多，因此一次投资较大。因是连续烧成窑，所以烧成制度不宜随意变动，一般只适用大批量的生产和对烧成制度要求基本相同的制品，灵活性较差。

1、烧成气氛的概念 陶瓷产品的烧成气氛是指在烧制的过程中，窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。一般将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛，游离氧含量在4%~5%的称为普通氧化气氛，游离氧含量1%~15%的称为中性气氛当游离氧的含量小于1%，并且co含量在3%以下时，称为弱还原气氛，co含量在5%以上的称为强还原气氛。 在实际生产中，采用何种气氛制度来烧制陶瓷产品，要根据产品配方中原料的组成以及烧制过程中各阶段的物化反映情况来确定。当原料中所含有机物和碳较少，且粘性低、吸附性弱、含铁量较高时，适合与还原气氛烧成反之，则适合与氧化气氛烧成。　2、烧成气氛对产品性能的影响 众所周知，气氛会影响陶瓷坯体在高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸与气孔大小等，尤其对陶瓷坯的颜色、透光度和釉面质量的影响，更显突出。　① 影响铁和钛的化合价 在实际生产中，当氧化气氛烧成时，坯料中的fe2o3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低，可析出胶态的fe2o3使坯显当还原气氛烧成时，形成的feo熔化在玻璃相中呈淡青色。另外，当坯体中的氧化铁含量一定时，若用氧化气氛烧成，被釉层所封闭的fe2o3将有一部分与sio2反应生成铁橄榄石并放出氧，其反应如下：（2fe2o3+2 sio2→2（2feo·sio2）+o2↑） 反应生成的氧会使釉面形成气泡与孔洞，而残留的fe2o3会使坯体呈。对含钛较高的坯料应避免用还原气氛烧成，否则部分tio2会变成蓝至紫色ti2o3，还可能形成黑色2feo·ti2o3尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而呈色加深。　② 使sio2还原和co分解 在一定的温度下，还原气氛可使sio2还原为气态的sio，在较低的温度下它将按2sio→sio2+si 分解，因而在制品表面形成si的黑斑。还原气氛中的co在一定的温度下会按2co→co2+c分解。在400℃时co2是稳定的，而在1000℃时，仅有07%（体积）co2。co的分解在800℃以下才速度较快，而高于800℃时需要一定的催化剂。碳虽也有催化作用，但要求一定的表面积，游离态的氧化铁催化作用则与表面积无关，因此在还原气氛中很可能因co分解出碳沉积在坯、釉上形成黑斑。若再继续升高温度烧成，在碳被封闭在坯体中若再被氧化成co2就会形成气泡，对吸附性能强的坯体尤为严重。　3、烧成气氛对产品缺陷的影响 陶瓷产品在烧成过程中会发生一系列的物理化学反应，如水分的蒸发，盐类的分解，有机物、碳和硫化物的氧化，晶型的转变，晶相的形成等。这些物理化学反应的速度，除了受温度影响之外，气氛对其也有很大的影响，如果控制不当，就会使陶瓷产品产生各种缺陷，下面介绍最常见的几种缺陷。　① 黑心 陶瓷产品的黑心是指在坯体的烧成过程中，有机物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和铁质的还原物，致使坯体中间呈黑色或者灰色、等现象。黑心缺陷的存在会影响陶瓷产品的强度、吸水率、色泽等性能指标。陶瓷产品产生黑心缺陷的关键是有机物、碳化物、硫化物氧化不足，陶瓷产品在烧成过程的低温阶段发生有机物的分解和如下的氧化反应：（fes2+o2→fes+so2↑（350~450℃））、（4fes+7o2→2fe2o3+4so2↑（500~800℃））、（c+o2→co2↑（600℃以上）） 在此阶段如果氧化气氛不足，有机物的分解和上述的氧化反应就无法完全地进行，c、fes2和feo等过多地残留积聚在坯体内而使坯体呈黑色、灰色、。在实际生产中要消除产品黑心，须在600~650℃让有机物开始燃烧，在300~850℃让有机物、铁化合物和碳充分氧化，也就是说，应在预热带保证足够强的氧化气氛。另外，在烧成的低温阶段，烟气中的co会被分解，反应式如下：（2co→2c↓+o2↑） 这一分解在800℃以上时会比较明显，而800℃以下时，在有一定催化剂的情况下反映也很明显（游离态的feo就是很好的催化剂）。如果在低温阶段窑内的氧化气氛不足，且存在还原气氛的情况下，由于在还原气氛中存在的feo，因此co会激烈分解而析出c。在低温阶段由于坯体的气孔率较高，析出的c很容易被吸附在坯体气孔的表面而形成黑斑缺陷。　② 气泡和针孔 陶瓷产品在烧成过程的低温阶段，除了发生前面所述的氧化反应外，还伴随着碳酸盐的分解：（mgco3→mgo+co2↑（500~750℃））、（caco3→cao+co2↑（550~1000℃）） 这些反应的速度和完全程度都受到气氛的影响，氧化气氛足够时，反应会快且进行得更完全反之，反应速度变缓且不完全。当烧成过程进入高温阶段后，坯体出现液相，反应所产生的气体无法自由排出坯体外，于是便出现针孔、气泡等缺陷。 在低温阶段将坯体内的气体成分全部氧化分解是不可能的，因为碳酸盐和fe2o3在氧化气氛中要在高于1300℃以上才进行分解，但是在这样高的温度区域，坯体已经有液相存在，粘度减小，分解出来的气泡会冲破液相逸出，造成釉面不平，或者残留在釉层内，形成气泡缺陷。为解决这一问题，在高温前（1000℃左右）要将烧成气氛控制为还原气氛，让fe2o3及硫酸盐类发生如下还原分解：（fe2o3+co→2feo+co2↑）、（caso4+co→caso3+co2↑）、（caso4→cao+so2↑）　③ 色差 陶瓷产品的色差是指单件产品的各部位或单件（批）产品之间的呈色深浅不一的显现。在陶瓷坯体和釉料的原料中，总会或多或少地引入一些铁、钛化合物，在烧结过程中烧成气氛的不同会影响到铁、钛存在的价数，不同价数的铁、钛会有不同的呈色，当烧成气氛不稳定时，坯体的呈色相应改变，从而形成产品的色差。 目前，市场上流行的钒钛金属砖，由于其坯料含钛较高，如在还原气氛下会有部分tio2转变成蓝色至紫色的ti2o3，形成色差，也有可能形成黑色的feo·ti2o3尖晶石和铁钛混合晶体，从而加深铁的呈色，形成砖面颜色深浅不一，其反应式如下：（tio2+co→ti2o3+co2↑）、（feo+2tio2+co→feo·ti2o3+co2↑）　4、烧成气氛的控制 烧成气氛的控制受到窑炉结构和设备配置的限制，比如风机风量的大小，风管直径的大小，排烟口、抽热口、抽湿口位置的设置等，都会影响到烧成气氛的控制。但是，最关键的还是稳定压力制度和合理操作燃烧器。　① 稳定压力制度 压力变化会影响到气体的流动状态，因此窑内压力制度的波动会引起气氛的波动，要控制好气氛，就必须稳定好压力制度，而稳定压力制度的关键在于控制好零压面。在窑炉预热带，因要排走水分和燃烧时产生的烟气，故压力相对比窑外环境的低，对比之下窑内气压处于负压状态在冷却带要鼓入冷空气使制品冷却，压力相对比窑外环境的高，对比之下窑内气压处于正压状态在正负压之间有一零压面，烧成带就处在预热带和冷却带之间，因而零压面的移动就会引起烧成带气氛的变化。当零压面位于烧成带前段，处于烧成带与预热带之间时，烧成带的气压为微正压状态，气氛为还原气氛当零压面位于烧成带的后端时，烧成带处于微负压状态，气氛为氧化气氛。　② 合理操作燃烧器 烧成的燃料是否完全燃烧将会影响到窑炉气氛，特别是烧成带的气氛。因此合理地操作燃烧器，控制好燃料的燃烧程度，是控制窑内气氛的重要手段。在燃料完全燃烧的情况下，燃料中的全部可燃成分在空气充足时能完全氧化，燃烧产物中没有游离c及co、h2、ch4等可燃成分，保证氧化气氛的实现当燃料不完全燃烧时，燃烧产物中存在一些游离c及co、h2、ch4等，使窑内气氛呈还原性。要使燃料完全燃烧，须注意以下三点：①确保燃料与空气充分，均匀地混合②保证充足的空气供给，并保持一定的过剩空气量③确保燃烧过程在较高的温度下进行。
　5、实际生产中烧成气氛的调整 对于上述稳定气氛的理论要点，许多人都很清楚，但在实际的操作中，会因为要解决某些烧成问题而不自觉地改变窑炉的气氛，这种变化往往容易被人忽视，以下是常见出现的问题。　① 为了提高烧成温度而改变空气过剩系数 有些多企业为了追求单窑产量的最大化，不断地加快烧成速度，缩短烧成周期。而操作工最常用的手段就是加大燃料供应量，但燃料供应量增加后往往没有及时调节助燃空气的供应量和助燃风机总闸的调节，造成烧成气氛由氧化气氛变为还原气氛。　② 为解决预热带出现的缺陷而改变其气氛 一些操作工为了降低预热带后段的温度而减小排烟闸的开度，影响了窑炉压力平衡和气体流速，使预热带的氧化气氛减弱，如控制不好容易造成前炉燃烧状态不良，使气氛出现波动。　③ 为解决冷却带出现的缺陷而改变冷风量 这样操作不仅影响到全窑压力制度的变化，而且会使气氛发生变化。比如加大冷风，容易使零压面向预热带移动，反之零压面又会向冷却带方向移动，这些都会使气氛发生改变。为了稳定压力，必须相应调节抽热闸的开度，以平衡全窑的气体进出量，稳定零压面。

玻璃熔窑各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到玻璃的产量和质量。在玻璃生产过程中对窑压和温度的稳定有严格的要求，同时窑压和温度的写急定又涉及到其它环节和参数，比如燃油的压力和温度，雾化介质的压力以及换向过程等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配合有不同的方法可以实现。随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对玻璃熔窑的各个参数进行自动控制，包括前面提到的各种参数、熔窑的换向控制以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。系统投入使用以来运行状况良好。
2、系统构成
本系统上位机部分选用一台上位机配以FIX软件包，PLC部分选用知名品牌的PLC，它具有成本低、运行可靠、功能较强的特点。执行机构主要有变频器、电磁阀、薄膜调节阀、三相异步电动机等。
系统构成框图如图所示：
3、PLC实现的功能
本系统大致可以分为三个部分；1、PID调节部分，2、熔窑的换向系统，3、PLC和变频器的通讯部分。其中PID调节部分包括油压、油温、油流（1-6号）、雾化介质、窑压等参数的控制。
31 PlD调节部分
PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性；1、l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制。2、数字滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统。3、多种输出规格可供选择。4、八组数据设置，八个数值（如设定点（SP）和报警设置值）可以预置在八个数据组中。5、可以用数据设定器输入和显示当前值。6、先行PID控制，利用先行PID控制器及自动调谐的特性获得稳定的PID控制。7、可以用PLC程序输入和检索数据。同时我们通过PLC的程序实现双PID控制，从而实现了窑压和油流的稳定运行。
PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改油温、油压、油流、雾化介质、窑压等每个控制回路的PID参数，如设定值（SV）、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。

隧道窑、工业箱式炉、马弗炉、连续退火炉、隧道窑炉、玻璃熔窑、耐火材料隧道窑炉、环保建材装置烧成区域窑体测温元件，目前采用S型热电偶，直接接触介质（炉内热气氛温度），炉内温度通常控制在750-1650℃左右，工况异常时温度可达1200-1700℃以上，再加上受高温气氛冲蚀影响，热电偶烧损频率较高，平均寿命在15天左右，故障严重，全年需更换热电偶频繁、成本较高。稳定生产保证产品质量，减少检修频次，降低检修维修人员作业风险。经现场分析，收集数据，并多次进行论证和模拟实验，结合现场工况，量身定制一种非接触式测温仪器。此仪器既可以准确监测炉内温度，降低检修的作业风险，而且可以节约检修费用。
隧道窑、反应炉、回转窑、热风炉等窑炉在冶金、建材等行业中应用非常广泛，它可以完成对物料的干燥、焙烧、挥发等不同的工艺作业。随着行业工艺的不同，窑炉内物料种类、加热方式、燃料、火焰温度、负压控制条件等差异也很大，但大多数情况下都要求进行温度控制，因此窑炉内的温度是一个关键参数，它直接影响到产品的产量、质量和能耗。