一种适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统的制作方法

本技术涉及窑炉热工领域，具体为陶瓷烧成设备，更具体为一种适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带热烟气导流系统。

背景技术：

发泡陶瓷是指制品具有封闭孔洞的陶瓷制品，其具有轻质、隔音、隔热等特性，是作为砌筑墙体的优良材料。

发泡陶瓷的生产主要依靠高温发泡剂，即在陶瓷原料中加入高温发泡剂（例如碳化硅），在高温烧结时，发泡剂分解产生气体，同时坯体原料在高温下产生液相，液相将发泡剂产生的气体封闭包裹，冷却后形成封闭的气孔，获得发泡陶瓷制品。

目前，工业化生产发泡陶瓷的窑炉主要有辊道窑和隧道窑两种，但这两种窑炉是针对烧结常规通过冲压或真空挤出成型的陶瓷砖产品而设计的，对于在烧结过程中会剧烈膨胀的发泡陶瓷制品有诸多不适，因此需要针对发泡陶瓷烧结特点对窑炉进行改进。

发泡陶瓷主要用于砌筑墙体，通常要求其具有一定的厚度（大于等于20mm），并且以板状或块状型材为佳，因此使用冲压成型制成砖坯的成型方式在烧成过程会因膨胀变形造成很多故障，例如与辊棒或窑壁粘连造成停窑等。对此，目前多采用粉料烧结的方式制备发泡陶瓷。具体为，使用耐火材料制成窑具，然后将粉料原料在窑具内铺平形成粉料层，最后送入窑炉内进行烧结。由于有窑具定型限制，制品烧结过程中仅在竖直方向进行膨胀，因此可以保持良好的形貌，同时也避免侧边膨胀变形与窑壁产生的碰撞粘连。

陶瓷制品在窑炉中烧成的过程分为三个阶段，分别是预热阶段、烧结阶段和冷却阶段。预热阶段初期，主要利用烧成带多余热烟气对陶瓷坯体/粉料进行预热，使水分蒸发；在预热阶段的中后期，要使原料中可分解组分进行分解（例如碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐），需要将原料加热至600℃以上，因此需要使用燃料燃烧补充热能。因此在辊道窑预热带的末端设有位于辊棒下方的喷枪，喷枪以水煤气/天然气/重油等作为燃料对窑腔进行加热，燃料燃烧产生的热烟气向上穿过辊棒对窑具进行加热。对于常规的经粉料冲压成型的陶瓷砖坯，因其平铺在辊棒上，且较薄（通常为9-15mm），此过程热内分布均匀，但对于使用窑具承装较厚的粉料进行烧结的发泡陶瓷，热能会因烟气向上窜动使窑具侧壁迅速升温，使靠近窑具侧壁处的粉料首先熔融，粉料熔融产生的液相会将排气过程中的气体进行包裹，在后续高温烧结过程中，发泡剂也产生的气体与排气的气体进行融合，很容易形成大气孔或贯通的气孔，这会对最终产品的强度造成不利影响，降低产品合格率。

技术实现要素：

针对背景技术提出的技术问题，本发明提供一种适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统，通过此系统对辊道窑预热带热烟气的导流，使热能不会在窑具的侧壁集中，进而避侧壁处粉料快速熔融将排气阶段的气体封闭在坯体内造成的裂角、断裂等缺陷。

一种适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统，其包括由耐火材料制成的烟气导流板，所述烟气导流板设置在辊道窑预热带的窑腔内且位于辊棒和喷枪之间，所述烟气导流板之间设有使烟气流通的间隙。在辊棒和喷枪之间设置烟气导流板，喷枪的火焰及热烟气在烟气导流板的导流作用下仅可通过预设的间隙向上流通，使热能分布可控，避免热能在窑具侧壁集中。并且，烟气导流板也使部分热能向窑头流动，提高热能的利用效率，将有害的多余热能进行更好的综合利用。

优选地，再上述烟气导流系统中，烟气导流板与辊棒之间的距离小于烟气导流板与喷枪之间距离。这样喷枪内燃料燃烧产生的火焰和热烟气经过相对长的距离再与烟气导流板接触，在其的导流作用下，大部分会在中间的间隙向上与窑具接触，同时烟气导流板与辊棒之间的距离小于烟气导流板与喷枪之间的距离，减少热烟气在窑具侧边聚集上窜，也就避免了在窑具侧边处因热量聚集而带来的局部升温过快的问题。同时，这种设置，也使得多余的热量随烟气导流板向窑头（与传动方向相反）方向扩散，使燃料燃烧的热量在窑炉预热带均匀分配，避免局部温度过高的问题，进而也避免因局部温度过高粉料原料在排气未完全情况下熔融，降低出现大气孔和贯通气孔/不规则气孔的概率。

优选地，在上述烟气导流系统中，烟气导流板靠近窑墙的一侧与窑墙贴合。若靠近窑墙的一侧留有间隙，则火焰和热烟气会顺着间隙向上窜，窑具的侧边也靠近窑墙，直接上窜的热烟气会使窑具侧壁进一步被加热。

优选地，在上述烟气导流系统中，其还包括向窑腔内突出的耐火横梁，所述烟气导流板位于所述耐火横梁上。在窑墙壁设置向内突出的耐火横梁并将烟气导流板架在其上，可以方便拆卸，特别是当出现故障损坏的情况可以方便进行替换。当然，卡扣固定在一起亦可。

优选地，在上述烟气导流系统中，烟气导流板与辊棒之间的距离为2-8cm。烟气导流板与辊棒间要留有一定间隙，这样火焰和热烟气在穿过导流板之间的间隙后具有一定的扩散空间，若间隙过小，则热量会在间隙处集中，可能造成窑具底部局部过热，间隙过大，热能损耗大，而且会使窑炉的窑腔体积变大，造成不必要的热能浪费。通过测试，2-5cm距离能耗利用效果较佳。

优选地，在上述烟气导流系统中，烟气导流板对称平行设置，其宽度为窑腔宽度的1/10—1/5。这里烟气导流板的长度方向是沿着辊棒输送的方向，宽度是与辊棒平行的方向。烟气导流板伸入窑腔的距离（宽度）过短，烟气导流效果不明显，伸入窑腔过长，热量过于集中，热量容易在中部集中，造成热能分布不均匀。

优选地，在上述烟气导流系统中，烟气导流板是岩棉板、高温硅酸铝毯、堇青石莫来石硼板、sic硼板中的一种或多种组合。其中以岩棉板的效果最佳。岩棉板是由耐火纤维制成，丰富的耐火纤维使其能更好的蓄热，特别适合在这种情况下使用，利用其自身可以蓄热的特点，可以让辊道窑预热带的截面温度分布更均匀，而且在输送方向上升温速率更均匀。

优选地，在上述烟气导流系统中，至少部分耐火横梁设置在喷枪的正上方。这样耐火横梁可以对喷枪喷出的火焰进行分流，使窑炉内热能分布更合理。

优选地，在上述烟气导流系统中，耐火横梁沿窑炉长度方向的间距≤窑具的长度。

优选地，在上述烟气导流系统中，喷枪的外侧设有由耐火材料制成的套筒。这样使得燃气通过喷枪喷出至套筒内与助燃空气充分混合，燃烧充分后喷出，尽量减少废气，火焰更集中不分散。

和现有技术相比，本发明提供的适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统具有如下优点。

1、预热带底部多余热烟气可以通过烟气导流板引导热烟气至窑具底部加热窑具，提高热能的利用率。

2、窑具在辊道窑中，窑具与窑墙基于窑具运行安全考虑，存在一定的间距，通过设置在底部喷枪与棍棒之间的烟气导流系统，可有效改善烟气直接上升至窑顶的剧烈程度，降低热烟气直接上窜的机会。

3、窑具内粉料的受热更加均匀，位于窑具侧边的粉料不会过早熔融封闭，避免熔融的液相将排气阶段的气体封闭在坯体内部，降低因过多气体在烧结阶段膨胀导致的封闭孔贯通或出现大孔洞的缺陷。

4、本系统可有效引导多余热烟气通过窑炉底部向前端排烟系统流动，而非上窜后再向排烟系统流动，使预热带后段的控温更均衡。

附图说明

图1为常规辊道窑预热带末端横截面结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的辊道窑预热带末端横截面结构示意图。

图3为本发明实施例1提供的辊道窑预热带纵截面结构示意图。

图4对比实施例1提供的辊道窑预热带末端横截面结构示意图。

图5为本发明实施例2提供的辊道窑预热带末端截面结构示意图。

图6为本发明实施例3提供的辊道窑预热带末端截面结构示意图。

附图标号说明：

1——窑墙；2——辊棒；3——喷枪；4——窑具；41——窑具侧边；42——窑具底板；5——发泡陶瓷粉料原料；6——烟气导流板；7——耐火横梁；8——陶瓷粉体/砖坯；9——耐火支撑。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明内容进行说明。附图均为方便说明本发明方案原理的示意图，并未严格按照比例绘制。附图1、2、4、5、6的横截面是指与辊棒平行的截面，附图3的纵截面是指沿着辊棒输送方向，与辊棒垂直的截面。

辊道窑是陶瓷墙地砖制品工业生产的主要窑炉，其具有生产连续高效、单位能耗低的特点。通常我们将辊道窑按其功能分成三个部分，分别是预热带、烧成带和冷却带。预热带的利用烧成带抽来的热烟气对原料/坯体进行预热，使其内水分蒸发同时，在预热带的末端为了使坯体中的有机物燃烧分解，碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐等分解，需要在辊棒底部设置喷枪，使用燃料对其进行加热。具体可参见附图1，附图1是常规辊道窑预热带末端横截面结构示意图，由窑墙1形成封闭的窑腔，辊棒2位于窑炉的中部（非绝对中间位置），由传动链条带动转动，进而将其上承载的砖坯或窑具向前输送，在辊棒底部设有喷枪3，喷枪3的喷嘴朝向窑腔内，燃料和助燃气体在喷枪内混合，燃烧的火焰由喷嘴喷出，使窑腔升温。参照附图1，对于现有的常规辊道窑，所烧结的产品为陶瓷砖粉体/砖坯8，喷嘴喷出的火焰及热烟气直接作用在砖坯上，而且由于陶瓷砖粉体/砖坯8较薄，热能在片状的陶瓷砖粉体/砖坯上分布均匀，基本无局部过热情况。并且，对于陶瓷砖砖坯，即使在局部出现过热，其也仅是提前进入烧结过程，出现熔融的液相将排气阶段产生的气体包裹后也多会在烧成阶段被进一步排出（因烧成阶段无发泡剂产生的气体）对产品整体质量影响也较小。但对于发泡陶瓷而言，情况会有所不同。首先，发泡陶瓷与陶瓷墙地砖的应用场景不同，发泡陶瓷是结构性材料，主要用于非承重墙体的砌筑，而陶瓷墙地砖主要用于墙面或地面的装饰。因此陶瓷墙地砖的厚度较薄多为9-15mm，而发泡陶瓷作为墙体砌筑材料，使用厚度至少为20mm，因此传统的粉料冲压成型后进行烧结的方式很难适用。为获得质地均匀，具有封闭气孔的发泡陶瓷产品，工业化生产中多采用粉料烧结的方式，也就是将粉料布撒在耐火窑具内，布撒厚度根据产品设计需求和原料膨胀比例进行设定，为了获得具有均匀封闭气孔的发泡陶瓷制品，通常布撒厚度≥20mm。在烧成时，发泡剂产生气体，同时粉料烧结熔融，大部分气体被封闭在坯体内，形成封闭气孔，同时，承装粉料的耐火窑具的侧边的高度大于粉料烧结后的膨胀高度，这样，利用窑具侧边的围挡，使粉料在烧结过程的膨胀仅沿着竖直方向进行。具体可参照附图2给出的辊道窑预热带末端的截面结构示意图。

以碳化硅作为发泡剂为例，当烧结温度达到约880℃时，在复合物相作用下碳化硅开始迅速氧化，并在1100℃左右开始出现封闭气孔。同时，为了避免出现贯通或大尺寸的气孔，在预热阶段坯体中除发泡剂（碳化硅）外其余可分解组分的气体应尽量在原料出现的熔融液相封闭前尽量排出。参照附图4，对于现有的辊道窑预热带结构，喷枪3喷出的火焰及窑炉热烟气会沿着辊棒2间的空隙向上，因为使用窑具4承装粉料，在窑具侧边41处热量容易集中，使此处得粉料快速升温，对应地，靠近窑具侧边41的粉料也会在高温作用下会首先熔融，形成的液相会将其表面封闭，使分解产生的气体无法快速排出，包裹在液相内的气体在烧结过程中会与发泡剂产生的气体进行融合，形成大气孔或贯通气孔。这些大气孔或贯通气孔的应力会增大最终产品出现崩角、断裂的缺陷。针对以上问题，本发明提出了一种适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统，具体可参照图2，其包括由耐火材料制成的烟气导流板6，上述烟气导流板6设置在辊道窑预热带的窑腔内且位于辊棒2和喷枪3之间，上述烟气导流板6之间设有使烟气流通的间隙。通过这样设置，喷枪内喷出的火焰及热烟气首先会与烟气导流板6接触，利用其的分流阻挡作用，使火焰和烟气不会直接向上窜，这样热量就不会在窑具的侧边快速聚集，使整个窑具内承装的粉料原料受热均匀，不会因局部过热而过早熔融封闭。

实施例1

参照附图2和附图3，在本实施例中，在辊道窑的设有底部喷枪3的预热带内，窑墙内设有突出向窑腔内的耐火横梁7，耐火横梁由碳化硅材料制成，其为柱状结构，一端插入窑墙1内，另一端突出朝向窑腔内，烟气导流板6铺在耐火横梁7上，沿着窑炉长度方向（辊棒传动方向，图3中箭头所指方向）紧密贴合，不留间隙。烟气导流板6由无机耐火材料制成，例如公知的岩棉板、高温硅酸铝毯、堇青石莫来石硼板或sic硼板，在本实施例中选用的岩棉板，当然以上的几种材料的一种或组合亦可。棉岩板由耐火的无机纤维材料制成，其具有很好的蓄热作用，可以使预热带内热量分布更均衡对此，对此，在另外一些实施例中，我们选用由上述其余材料制成的烟气导流板进行比较（尺寸相同），岩棉板材质的效果最佳，生产的发泡陶瓷制品因侧边的大气孔或应力开裂的缺陷最少。在本优选实施例中，烟气导流板6的靠近窑墙1的一侧与窑墙1壁紧密贴合，之间不留间隙，这样设置，火焰和热烟气仅会从位于相对得两块烟气导流板6之间的间隙向上穿过辊棒与窑具接触，因烟气导流板6的格挡分流，热烟气难以直接窜上对窑具侧边进行加热，因此整个窑具的温度场分布均匀。烟气导流板6的宽度b为对应位置窑腔宽度的1/10——1/5。这样两者之间的间隙至少为窑腔宽度的3/5，通常窑具4与窑壁也会留有一定间隙，这个间隙小于烟气导流板的宽度b，火焰和热烟气在烟气导流板6的作用下不会与直接作用在靠近窑墙的窑具侧壁41，大多热能与窑具底板42直接作用，少量经烟气导流板6与辊棒2之间的间隙分散后对窑具侧边41进行加热，热能集中在侧边的问题得以大大改善。。在本实施例中，窑具4和辊棒2之间设有与辊棒2垂直的条状耐火支撑9，其将窑具撑起，避免窑具2与辊棒2的直接接触。这里耐火支撑的材料为公知的耐火材料制成均可，例如碳化硅、氧化铝等，在本实施例中选用的是条状的碳化硅。

在本实施例中对应窑腔的宽度为2.5m，对应烟气导流板6的宽度b为设置为25-50cm。耐火横梁7达到对烟气导流板6的支撑作用即可，为了降低耐火横梁7和烟气导流板6所吸收的热能，耐火横梁7优选使用具有较高高温强度的碳化硅棒或氧化铝棒，其一端嵌入窑墙内，另一端突出作为承载。烟气导流板6使用轻质的岩棉板为佳。

通常，喷枪3与辊棒2之间的间距为15-20cm，烟气导流板6位于辊棒2和喷枪3之间，烟气导流板6与辊棒之间的间距h以2-8cm为宜。烟气导流板6与辊棒间要留有一定间隙，这样火焰和热烟气在穿过导流板之间的间隙后具有一定的扩散空间，若间隙过小，则热量会在间隙处集中，可能造成窑具底部局部过热，间隙过大，热能损耗大，而且会使窑炉的窑腔体积变大，造成不必要的热能浪费。在本实施例中间距h设置为5cm。在本实施例中，耐火横梁7设置在喷枪3的正上方。这样耐火横梁7可以对喷枪3喷出的火焰进行分流，使窑炉内热能分布更合理。耐火横梁7沿窑炉长度方向的间距≤窑具2的长度。在本实施例中，窑具2的长度（沿着辊棒输送方向）为2m，耐火横梁7沿窑炉长度方向的间距设置为0.5m。

在使用喷枪进行加热过程中，因为设置了烟气导流板6，一部分热烟气会顺着烟气导流板6向窑头流动，这也使热能得以更充分的利用。在发泡陶瓷预热过程中，需要控制发泡陶瓷粉料原料5逐步升温至排气温度，但同时又要保障其表面不会因温度过高而被熔融产生的液相封闭，因此在此阶段的需要快速升温至分解温度，同时又要避免局部温度过高，烟气导流板6使热能得以疏导充分利用，热烟气的行程增长，还可以对窑炉前端的窑具及其内的粉料原料进行加热，提高热能利用效率。如果还如适用传统结构的辊道窑预热带结构，热烟气在仅在有喷枪加热的区域循环，未能充分利用的热烟气会被排出，造成热能浪费。

对比实施例1

为说明使用本发明提供的适用于粉料烧结生产发泡陶瓷的辊道窑预热带烟气导流系统的有益效果，本发明还提供相应的对比实施例1，在本对比实施例中，辊道窑预热带末端截面结构示意图如附图4所示。

实施例1的优等品率为89%，对比实施例1的优等品率为72%。对比实施例1生产的发泡陶瓷制品主要缺陷集中在制品的边缘，在侧边上较大的孔洞使制品出现断裂等缺陷。

在本发明的一个优选实施例中，在喷枪的外侧设有由耐火材料制成的套筒。这里耐火材料选用碳化硅，这样使得燃气通过喷枪喷出至套筒内与助燃空气充分混合，燃烧充分后喷出，尽量减少废气，火焰更集中不分散。其与设置烟气导流板相结合，可以使辊道窑预热带的温度分布更为均匀，热能利用率更高。

实施例2参照附图5，在本实施例中，耐火横梁7的两端分别嵌入窑墙内，其位于喷枪的正上方，宽度为2-3cm，厚度为1-2cm，由碳化硅制成的长方体形状（当然，这仅为示例性的，其截面为圆形、椭圆形、正方形或其它多边形也亦可）。耐火横梁7横亘在窑腔内，烟气导流板6搭载在其上。对于这种结构，喷枪喷出的火焰和热烟气还会被耐火横梁分流，但相应窑炉的建造成本会提高。

实施例3

参照附图6，在本实施例中，未使用耐火横梁进行支撑，而是在窑墙直接向窑腔内设置一突出部作为烟气导流板6，这样烟气导流板必须为具有一定强度的耐火板，在本实施例使用厚度为1cm的碳化硅板，其长度为100cm，宽度b为20cm。将其直接砌筑在窑墙内。这种方式可以省去耐火横梁7，但出现损坏替换不便。

对于辊道窑而言，其窑腔的形状、尺寸等参数都会对发明效果有相应影响，但对于同一条辊道窑而言，在预热带末端的辊棒和喷枪之间设置烟气导流板对使用窑具承装粉料烧成发泡陶瓷制品的性能有改善是可以肯定。烟气导流板靠近辊棒的效果更好，其与辊棒间的距离以2-5cm为最佳。

需要说明，以上实施例仅为优选和比较实施例，本领域技术人员可根据其提示内容做出不脱离本发明创新精神之改动。