石灰、耐火原料在煅烧竖窑内物料煅烧特性介绍，下面先讲一下竖窑的分类及优缺点：
 

1、竖窑(又称立窑、瓶窑)是用于锻造耐火原料和石灰的窑炉。

(1)垂窑分类方法:

一般可根据不同的锻料类型和燃料使用情况进行分类，也可根据不同的送风方式和机械化水平进行分类。

1)根据不同类型的锻料可分为：

粘土竖窑(锻烧温度1300-1400℃).(煅烧温度1600-1650℃).(煅烧温度12000-1300℃).(煅烧温度1600-1650℃).(煅烧温度14500-1650℃)；

2)按使用燃料类型可分为：

固体燃料竖窑(焦炭.无烟煤为燃料).液体燃料竖窑(以重油为燃料).气体燃料竖窑(焦炉气体燃料).混合煤气.天然气)；

3)根据不同的送风方式可分为：

强制通风垂直窑利用鼓风机将空气鼓入窑内，加强锻造过程。

自然通风竖窑：窑内气体流动主要依靠竖筒本身的自然抽力。

·根据机械化程度的不同可分为：人工加料垂窑.机械化垂窑，从加料到出料完全机械化。

(2)垂直窑的优点：

设备简单.投资少.单位成品消耗的燃料较少.成本低.单位体积利用系数大.设备本身占地面积小。缺点:窑内温度分布不均匀，容易产生欠烧和过烧产品；使用焦炭或无烟煤作为燃料时，灰分污染产品；对内原料块度有一定限制，碎料(0)mm)垂直窑不能用于锻造，造成资源浪费，垂直窑生产能力小，劳动条件差。

从垂直窑的发展来看，初是人工操作，自然通风，定期加料。随着生产技术的发展，为了提高产量.质量.改善劳动条件.提高生产效率.降低燃料消耗，逐步实现机械化通风.机械化加料和出料.水冷炉壁.密封装置等类型的机械化竖窑，使竖窑不断改进，以适应生产现代化。

 

图1:机械化垂直窑示意图

图2:哑铃重油石灰垂窑

2.竖窑结构.形状

(1)竖窑结构

窑体.加料装置.密封装置.汽化冷却装置.卸料装置及通风装置等。

(2)窑体形状:

无疑对窑内物料的运动和气流在窑内的分布有重要影响。保证窑内物料的均匀下沉和使气流沿窑截面均匀分布，是垂直窑形状的基本要求。其形状大致如下：

1)直筒形:即上下内径相同的圆筒形，适用于煅烧各种耐火原料。这种垂直窑结构简单.坚固，有利于材料顺行均匀下沉，砌筑方便。但是，当材料在窑内自上而下运动时，一旦烧结，体积就会收缩，与窑壁形成环形缝隙，导致窑周围阻力小于窑中间；同时，靠近窑衬的材料堆积密度也比中间松散，导致垂直窑同一截面通风不均匀，导致材料煅烧不均匀。

2)锻烧带内径收缩的圆柱形垂直窑:为了克服上述缺点，煅烧带内径可以稍微收缩，从而减少材料与窑壁之间的缝隙，使气体沿窑段均匀分布。对于使用汽化冷却炉壁的垂直窑，周围材料在下沉过程中也可以向内翻转，从而改善材料的煅烧条件，减少欠烧产品。

3)哑铃垂直窑：为扩大窑体积，常采用预热带和冷却带扩大哑铃截面。

4）矩形垂直窑：以重油和煤气为燃料的垂直窑。由于火焰穿透深度的限制，窑体积不宜过大。因此，大容积重油的设计.气体和外火箱竖窑应采用矩形截面，其体积范围：白云石.镁石.粘土及高铝原料竖窑容积在50以上m?;石灰竖窑容积大于1000m?。

 

3.竖窑各带的作用。

(1)竖窑原料需经过三带:预热带.煅烧带.冷却带。

（2）预热带原料借助烟气预热；长期燃烧带的原料通过燃料燃烧产生的热量煅烧；在冷却带中煅烧的原料与膨胀的冷却空气进行热交换，原料冷却，空气加热后进入煅烧带，以帮助燃烧，热交换在预热带和冷却带上，热得到更好的利用。因此，与其他类型的窑相比，垂直窑具有较高的热效率。原料在窑中的停留时间具有重要意义。如果停留时间短，会影响煅烧质量；停留时间过长会降低窑产量，增加热耗，有时会影响产品质量。因此，原料在窑中的停留时间应与窑内的传热情况相匹配。如果锻造温度适当，增加流量速度，降低原料块度，可加快传热速度，缩短原料窑的停留时间，提高窑产量。

4.喇叭型垂窑窑窑窑型4。

(1)设计原则:

1)窑体上口直径等于或略小于窑体下口直径，有效高度12m;

2)窑体直径基本为两端小.中间大;

3)根据窑体有效高度合理设计预热带.煅烧带.冷却带各带高度；

4)高度与直径之比建议为3.8?4.(范围不超过42(范围不超过42(范围不超过42).3)。由于高径比小，原料预热不足，窑顶废气温度过高，热能利用率低；高径比大，原料在窑内停留时间长，操作困难；

5)窑壁收缩率(窑壁向内倾斜)应掌握在5?6%之间，因为太小变成直筒型，太大时窑顶直径太小；

6)窑尾收缩应在中炉条以上1.2m高处开始向下收缩，因为过高不利于落料，过低的炉条承受压力过大，容易损坏炉条，其收缩率为25?30%;

7)设计应通过预热有利于原材料.煅烧.冷却三带不紊乱，顺序下沉。操作方便，三带稳定，无事故。之后达到高品质、高产量、高产量。.低消耗的目的。

（2）12m竖窑各部分主要尺寸：

1)窑体有效高度12)m，中炉条上1.2m处直径为2.8?3m。窑底直径为2.5?2.6m，窑顶直径为1.6?1.8m，窑壁向内倾斜为5?6%。

2)窑壁厚度:由窑衬和隔热层组成。窑衬用耐火砖砌筑时厚度为0.35m。窗衬与隔热层厚度之和不小于1.1?1.2m。

3)出料口：高2.2m，宽1.8?2.0m。出料口前后窑壁厚度为1.2m。

4)进料口：高1.6m，宽0.8m。如果炉顶口较大，则相对开启两个进料口。

5)吸尘洞：与窑体纵向平行，一般在窑体后面。距窑内壁22.8m左右。下口低于下面的大炉条；上出地面2；m。底圆直径为0.6m，上口直径为0.5?0.4m。

6)吸热洞：位于工房顶部，直径0.4?0.5m，上面超过地面2m。

7)炉帽：位于窑顶，有圆形和方形两种。以方形为例：高2.2m，内墙靠近窑壁的点为0.35m。外墙长.宽均为2.2m。其墙厚度为0.4m(或0.37m)，两对进料口或一个进料口和一个排烟口。

8)烟囱拐道:是连接烟囱和炉帽的设施，其长度取决于情况。要有一定的坡度，内部尺寸高0.8m，宽0.7m。出口高度应与烟囱下留下的口一致，距地面2.5?3m高。

9)烟囱:高度为窑体有效高度1.5?两倍。外壁向内倾斜3%。烟囱出口内径不小于0。.8-1m。

 

5、竖窑的高径比

 

窑的内径是基于煅烧原料的性质.锻烧温度高低.煅烧操作的灵活性是由其他因素决定的。窑内径大，产量高。然而，内径过大，在整个窑体的横截面上很难一致地透气.煅烧均匀，窑内煅烧不易掌握。一般来说，锻造温度是根据原料的性质要求的.高径比由各种因素决定，如产量要求和能耗。

所谓高直径比是指窑体的有效高度与窑体内径之比。如果高直径比过大，则意味着窑体过长，会增加空气通过材料层的流体阻力；如果高直径比太小，窑体太短，热交换太晚。因此，不适当的高直径比，无论是太大还是太小，都会影响产品质量.产量和燃料消耗。

目前，河南省明矾土立窑的高径比一般为3.8?4.2，不能超过4.3.对于煅烧耐火原料，高径比可达上限4.2、对于煅烧研磨级原料，高径比可取下限3.8。

 

6.垂直窑内物料的运动模式

（1）在垂直窑中，材料和气流向相反方向移动。材料在垂直窑中移动有两个原因：一是煅烧过程中材料收缩引起的上部材料（预热带和锻造燃烧带）；二是下部材料的卸载导致整个窑材料的运动。因此，预热带上层的材料包括所有收缩运动和排放运动（而冷却带几乎只有排放运动）。混合窑应包括燃料燃烧引起的收缩运动。

(2)垂直窑内的空气从窑底膨胀或吸入，烟气通过烟囱从上部排出。气体通过散料层时，阻力损失很大，每米散料层阻力可达800?1000Pa。因此，研究垂直窑的气体运动，以确保煅烧带燃料燃烧所需的空气供应.合理分布窑面气体.减少气体流动过程中的阻力损失.保证垂窑产量.质量等方面都是有意义的。

1)垂直窑生产与鼓风条件之间的关系：当垂直窑段固定时，如果气流增加，气流速度加快；随着空气量的增加，燃料燃烧速度加快；同时，气流和材料之间的对流热交换增加，从而加材料预热.窑炉在煅烧和冷却过程中的产量.可以提高煅烧材料的质量。垂直窑一般采用高压离心鼓风机或罗茨鼓风机。为了降低功耗，在实际操作中应确定更经济合理的气流速度。

2)垂直窑段上的气流分布：由于窑内材料的积累方式不同，在气体流动过程中会明显影响阻力损失。在窑壁附近，材料堆积与窑壁之间的孔隙率大于材料之间的孔隙率。此外，材料收缩导致环形间隙，使气流更容易通过周围，即在窑的同一部分，周围气流的分布大于中心。由于气流分布不均匀，窑同一部分的材料煅烧不均匀，这种现象被称为窑壁效应。由于截面上的气流分布不均匀，影响垂直窑内锻造带材料的位置和形状。

例如，对于固体燃料的混合材料，由于气流容易通过周围区域，周围燃料点燃较早，燃烧速度较快；由于流体阻力大，中心气流不易通过，需要较晚点燃，燃烧过程也较慢，从而形成“碗状”煅烧带。随着鼓风压力的增加，空气供应充足，整个煅烧带会向上移动，相应缩短；但是，它周围的火还是比中心快，所以还是“碗状”。如果窑内阻力大，鼓风压力低，空气供应不足，煅烧带向下移动，拉长。这不仅降低了煅烧温度，而且缩短了冷却带，影响了材料的煅烧和冷却。

为了克服上述现象，应增加周围流体的阻力，平衡窑段的通风。因此，有必要进行合理的布料，即将碎料分布在周围，以增加阻力，并减少周围的燃料量以降低温度。

为了保证窑内气体的正常流动，保持锻造燃烧带所需的空气量，可采用三种不同的通风方式：一种是压入通风，即风机从窑底鼓入空气，在窑内形成正压；第二种是从窑顶抽出通风，在窑内形成负压；第三种是平衡通风，即从窑底抽风，从窑顶抽风，在窑内形成既有正压区又有负压区，在窑内一定高度形成零压面压力系统。一般来说，机械化垂直窑采用通风形式，而自然通风垂直窑是第二种方式。

 

7.在垂直窑中燃烧固体燃料的方法

在垂直窑中，除原料烧结外，燃料燃烧释放的热量是窑衬里散热，烟气带走热量，导致垂直窑热效率低(约50%)。

垂直窑中的燃料是固体.液体.气体三者均可。天然气。.重油常用于高煅烧温度的白云石或镁砂立窑；炉煤气可用于低煅烧温度的石灰或粘土立窑。但目前，固体燃料（煤和焦炭）被广泛使用。

（1）垂直窑内固体燃料的燃烧方法分为窑内燃烧和窑外燃烧室燃烧两种。前者可分为燃料和原材料分层装载和混合装载。

（2）外火箱燃烧方式：主要适用于低温粘土垂直窑。其优点是煤中的灰分不会污染原料，熟料的纯度较高，特别是对于灰分较多的煤。当燃料添加到垂直窑中燃烧时，它会同时将热量传递给原材料，从而快速传递热量.产量高.煤耗低.设备也比较简单。但是这种燃烧方式对燃料有一定的要求：

1)煤灰含量应小于20%。灰分过高，一方面降低了热值.污染原料.影响熟料的纯度；同时，很容易造成窑.结瘤现象。对镁砂.白云石质熟料要求燃料灰分低于13%。

2)煤的粒度控制非常重要，影响燃料燃烧速度和燃烧带的厚度。为了确保原材料在锻造和燃烧过程中有足够的时间，煤的粒度应与原材料的粒度（块）成一定的比例。煤粒太小，燃烧时高温带过于集中，高温带较短，高温带原材料的锻造和燃烧时间较短，原材料的物理和化学变化太晚，影响熟料的质量。同时，煅烧带缩短，预热带相对增长，煅烧带产生CO预热带时还原为CO比例增加，导致热耗增加。如果煤粒过大，燃烧速度会减慢，煅烧带拉长，火力不集中，冷却带会相应缩短，导致煅烧和冷却原料质量差。

入窑燃料粒度要求:对于白云石.镁砂垂直窑，易烧结原料，燃料粒度25?40mm;难烧结原料，燃料粒度40?70mm或25?40mm。石灰垂直窑：原料粒度30?70mm，燃料粒度13?25mm或25?40mm;原料粒度70?75mm，燃料粒度25?40mm。

 

3)为了防止热损失过大，燃料的挥发分应小于7%。

燃料在外部燃烧室内燃烧，燃烧产生的烟气通过窑壁火孔进入窑内。这种窑炉可以使用挥发性含量高的燃料。燃料灰分对原料的粘性也比混合垂直窑轻，因此这种垂直窑采用了广泛的燃料类型，也可以使用劣质煤。然而，由于燃烧室中的一些热量损失，其燃料消耗量高于混合垂直窑。此外，原料煅烧不够均匀，窑的中心部分容易出现原料现象。为了克服这一现象，外部燃烧室的垂直窑一般形成一个矩形截面，根据烟气的渗透深度确定矩形截面的宽度，以确保沿截面的均匀煅烧。