无机材料产品烧成设备

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1、1第六章无机材料产品烧成设备硅酸盐制品如:陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃以及石膏、石灰等,一般都是将经过加工处理的原料置于高温下经煅烧反应而制得的。此高温加工的过程称之为烧成。烧成所需设备在硅酸盐工业中称之为窑炉。烧成在硅酸盐工业生产过程中是关键的工序。制品的产量，质量以及能耗高低在很大程度上取决于烧成工序，即与制品的烧成工艺(温度制度、气氛与压力制度)、窑炉的类型及流程等有密切的关系。2原料的配合，成型加工过程，燃料的选用等也至关重要。如原料在烧成过程中的物理化学变化、窑炉结构及操作原理、燃料燃烧与炉内传热等，以

2、期达到优质、高产、低消耗和改善操作条件的目的。3第一节烧成反应与煅烧的热工设备一、烧成反应的分类(一)分解反应(热分解)(二）晶型转换（三）固相反应（四）烧结（五）熔融二、窑炉的分类三、窑炉参数控制4(一)分解反应(热分解)热分解是由氢氧化物、碳酸盐等所组成的原料，在加热到一定的温度时，逸出其中的水分或CO2的过程。分解后所得为无水物或氧化物。分解反应为吸热反应。见图6-1：高岭石(Al203·2SiO2·2H2O)、水铝石(Al203·H2O)、叶蜡石(A12O3·4SiO2·H2O)、5水滑石(Mg(OH)

3、2)、蛇纹石(3MgO2SiO2·2H2O)、菱苦土(MgCO3)，白云石(CaCO3·MgCO3)及方解石(CaCO3)加热时因脱水或分解出CO2而呈现的吸热峰。6高岭石在500—650℃左右开始脱水，放出约14％的水分，生成偏高岭石：A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3·2SiO2+2H20该分解属一级化学反应，温度每升高100℃，其分解速度就加快一倍。在烧制陶瓷制品时，当温度为200～500℃这一阶段，排除的即为此类结构水(粘土矿物中的结晶水和层间水)，此时分解速度快，制品也不致开裂。7在快速烧成

4、窑中，若坯体干燥(入窑水分<0.5%)，脱水温度提高到700℃，只需几分钟就可以达到完全脱水的程度。将高岭石的温度再升高，至980℃左右，遂发生放热反应而开始生成莫来石(3A1203·2SiO2)并发生明显体积收缩。所以应将70%左右的粘土先行煅烧成熟料，促使其体积安定后再加工制砖。8碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行分解反应，成为多孔质的氧化物：9在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成过程中，由于碳酸盐分解吸热量很大(一般为1800~2060kJ／kg料)，分解反应对烧成的速度与热耗影响都很大。这时，碳

5、酸盐的分解不仅取决于化学反应过程，还受到热量传递和质量传递(CO2的扩散)的影响；在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分解速度可用下式表示：1011分解反应的表面即两相界面，在分解过程中不断缩小，且正比于未分解碳酸钙量的2／3次方，即12考虑到分解过程中ΔPCO2的变化很小,把它归纳到系数c’项中去，则可得：反应速度常数k’是物料温度、周围环境CO2分压和颗粒大小等因素的函数。缪勒(Muller)根据试验，将温度、原料因素并入比速率常数k”中，得到：13式中k”---比速率常数，k"=A×exp(-E/RT);dk

6、---颗粒平均直径；Pco2---在试验条件下环境中CO2的分压(在工业性分解炉内为CaCO3分解出的CO2的分压与燃料燃烧生成CO2分压之和)；Peq---CO2的平衡分压力。14分解反应所生成的氧化物富于反应活性。如果这种氧化物立即进一步反应生成所需化合物，则这种反应活性是有利的，如在水泥熟料烧成中那样。如果这种氧化物不需要进一步反应，则这种反应活性是不利的，因为它们易于水化、碳化，这就需要在更高的温度下烧成更稳定的形态，如用做耐火材料原料时的情况。15对于陶瓷制品，碳酸盐、硫酸盐的分解应在釉面玻化以前完成

7、，以便生成的CO2SO3体排除干净，否则在釉面玻化时反应还在进行，气体排不出，就会使制品起泡，影响制品质量。16(二)晶型转换天然矿物一般均呈低温晶型，烧成时就会转变成高温晶型。在转换温度下，有的产生可逆的急剧变化，如βα型之转换；有的成非可逆的迟钝型转换。这些转换伴有显著的体积膨胀或收缩，如果使用会发生这类变化的原料时，在烧成过程中，必须使其变成稳定的高温晶型。石英就是最好的例证。17(三)固相反应固相反应是传统硅酸盐材料以及新型无机功能材料生产过程中的基本反应，它直接影响到这些材料的生产过程和产品质量。固体

8、和固体之间反应的特点是反应只在相界面上进行。首先在相界生成一产物层，接着在相界上继续进行反应。因此反应物在产物层中的扩散往往成为控制反应速度的主要因素。18(四)、烧结粘土类及其他原料的烧成制品，在烧成过程中的固结现象皆称为烧结。烧结的目的是把粉状物料转变为致密体。烧结的形式大致可分为二种：一种是坯料在高温下形成共熔物，然后降至低温时生成玻璃相或结晶相而烧结，这种烧结称为液相烧结。如一