從輥道窯的窯頭到窯尾,每個(gè)單位窯提供一個(gè)特定的溫度,這些串聯(lián)的溫度區(qū)間使整條輥道窯呈現(xiàn)出一條完整的燒成溫度制度。坯體從窯頭進(jìn)入,在窯內(nèi)輥道的傳輸下勻速穿過整條窯,先后經(jīng)歷預(yù)熱、低溫?zé)、高溫(zé)、冷卻等熱處理窯段,最終成為燒成熟坯,從窯尾排出。
一、預(yù)熱窯段
預(yù)熱窯段是指從室溫到 300℃的加熱區(qū)間,該區(qū)間功能是進(jìn)一步對坯體干燥,排除坯體的殘留水和大氣吸附水。由于加熱空氣介質(zhì)溫度和坯體溫度均較少,因此該窯段的輻射傳熱作用很弱,以對流傳熱為主要傳熱方式,可通過增加窯內(nèi)空氣擾動(dòng)方式提高傳熱效率。
二、低溫?zé)筛G段
低溫?zé)筛G段是指 300℃~950℃的加熱區(qū)間,坯體內(nèi)諸多物質(zhì)逐步氧化和分解,排出多種氣體,并伴隨一定程度的晶型轉(zhuǎn)變、液相形成等現(xiàn)象發(fā)生。該窯段的加熱空氣介質(zhì)主要來自后續(xù)高溫窯段的燃燒熱風(fēng),同時(shí)也配合窯段設(shè)置的多個(gè)燃燒器進(jìn)行輔助,加熱窯段窯爐內(nèi)坯體、輥棒、窯爐內(nèi)襯等。而窯爐內(nèi)燃燒器火焰、內(nèi)襯、輥棒又進(jìn)一步通過輻射傳熱加熱坯體。通過恰當(dāng)?shù)剡x取燃燒器類型和位置,利用噴嘴的火焰高速噴射,可有效加速空氣快速均勻擾動(dòng),提高對流傳熱效率和均勻溫度場的分布。
三、高溫?zé)筛G段
高溫?zé)筛G段是指 950℃~最高燒成溫度的加熱區(qū)間,坯體在這階段主要是液相形成和晶型轉(zhuǎn)變階段,坯體的微觀結(jié)構(gòu)和晶相組成不斷轉(zhuǎn)變和優(yōu)化。該窯段在整條窯的熱量供給強(qiáng)度最大,通過設(shè)置于輥道上下方的多個(gè)燃燒器進(jìn)行供熱。空氣介質(zhì)通過對流傳熱加熱坯體、輥棒和窯爐內(nèi)襯,而輥棒和窯爐內(nèi)襯則通過輻射傳熱進(jìn)一步加熱坯體,而燃燒火焰通過輻射傳熱加熱著窯內(nèi)坯體、輥棒和內(nèi)襯。該階段溫度很高,輻射傳熱是坯體加熱的主要方式。同時(shí),空氣的快速擾動(dòng)對提高空氣介質(zhì)與窯爐內(nèi)襯等之間的對流傳熱效率以及窯內(nèi)橫截面上的溫度均勻度也很關(guān)鍵,主要依靠燃燒器火焰的高速噴射攪動(dòng)作用來實(shí)現(xiàn)。
四、冷卻窯段
冷卻窯段是指從最高燒成階段到常溫的冷卻區(qū)間,根據(jù)冷卻速度的不同分為初始快速冷卻窯段、慢速冷卻窯段和最終快速冷卻窯段。 初始快速冷卻窯段:指從最高燒成溫度到約 650℃冷卻區(qū)間,該階段燒成熟坯體內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)和晶相組成通過冷卻固定下來,從高溫塑性坯體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏赜操|(zhì)坯體。該區(qū)間內(nèi)沒有危害性的體積變化反應(yīng),因而可以進(jìn)行快速冷卻(冷卻速度可達(dá) 100℃~200℃/min)。該階段冷卻介質(zhì)來自鼓風(fēng)機(jī)的常溫新鮮空氣,坯體、輥棒和窯爐內(nèi)襯通過輻射傳熱及對流換熱交換至空氣介質(zhì)中。
慢速冷卻窯段:指從約 650℃~300℃的冷卻區(qū)間。由于在 573℃時(shí),高溫石英(β-石英)快速轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥ⅲé?石英),并伴隨著 0.82%的體積收縮,且坯體已固化,故坯體內(nèi)部的溫度差異將導(dǎo)致局部的體積收縮步調(diào)不一致,從而易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。為保證坯體冷卻的均勻性,需要避免坯體表面出現(xiàn)強(qiáng)烈的空氣擾動(dòng),以減少坯體表面的對流傳熱冷卻速度。
最終快速冷卻窯段:指從約 300℃到常溫的冷卻區(qū)域。坯體在該區(qū)域內(nèi)沒有危害性體積變化反應(yīng),可進(jìn)行快速冷卻。由于坯體溫度較低,輻射傳熱作用很小弱,以對流傳熱為主要的冷卻方式,較大的空氣流速對獲得較高的對流傳熱效率起關(guān)鍵作用。