关于影响隧道窑加热速率的几种因素

隧道窑升温时间是指从常温下将坯体加热到允许烧成温度，也即我们常讲的预热过程，需要考虑坯体的类型（尺寸大小、形状、厚度等）是否能够经受得起加热时的热冲击。从原理上讲有三种因素影响着隧道窑加热的速率.

（1）脱水过程

坯体中残留的孔隙水黏土矿物层间水的蒸发，各种矿物结晶水的释放，来自可燃物氧化生成的水分等均会在预热带出现。

例如在黏土矿物脱去羟基期间，根据计算每100磅（45.4kg)的黏土矿物约有14磅（6.35kg）的水蒸气进入窑内空气中。在脱去羟基的温度（450~600℃）下，这些水蒸气将占有22.2m3的空间。

大概估算年产6000万块空心砖的隧道窑仅黏土矿物脱水每小时就要排出1800~3000m3的水蒸气。除了坯体中残留孔隙水的蒸发和可燃物氧化生成的水分外，其他各种矿物的层间水和结晶水的排出均可由热分析方法来确定。

对坯体带入的残留水分（平衡水分）必须给出明确的限定（例如3％~5％），过干则会吸潮，过湿则会延长焙烧周期。总之在预热带各种水分的蒸发和排出，意味着坯体可能会出现显微结构上的裂纹或是裂纹的扩展、松弛等现象，使坯体的结构强度降低，从而影响了最终产品的质量。

特别是坯体含水率过大时，预热速度过快会造成哑音等废品。如从差热曲线和热膨胀曲线上发现某一温度区间有大量的脱水（吸热峰并伴随有较大的失重），在此温度区间的升温速度就应减慢。例如，富伊利石+蒙脱石原料在500℃前就有很大的失重，此情况下绝对不能快速升温，更不能使用快速焙烧。

（2）热膨胀与收缩过程

在预热期间坯体不可避免地要出现膨胀与收缩，如果这种过程发生在很狭窄的温度范围内，就极有可能由于膨胀应力导致坯体 内部显微裂纹的产生，众所周知的例子是石英晶形的转变。

另外在加热过程中由于热的作用坯体本身也会出现膨胀和收缩，只是因原材料组成的不同，而出现的强弱不同，亦可在坯体中引发显著的应力。

这些特征均可在热膨胀曲线上看到，例如某种原材料的热膨胀曲线表明在835℃前该原料的最大膨胀率达到了1.48％，而剧烈膨胀出现的温度区间在600~835℃之间，所以在该温度区间的升温速度应当平缓。

另外，如原材料中含有较高的碳酸盐时，在分解的温度范围内（700~900℃）也会出现所谓的“中间状态”的收缩，此时如焙烧控制不当，极有可能在坯体中产生裂纹。顺便提及，由预热或是由冷却不当造成的细裂纹，可从裂纹的断面上判断出来，冷却产生的裂纹断面平滑而细长，预热产生的裂纹断面粗糙。

（3）可燃物的燃烧或氧化过程

例如煤矸石、粉煤灰这类材料均含有较高的可燃物质，为了保证其在坯体出现液相之前充分氧化，成为了限制大断面隧道窑产量的关键因素之一，也给窑炉的设计和焙烧操作带来了困难。

现国内外解决这一问题的措施均是加大隧道窑的长度，例如法国赛力克公司设计的用于煤矸石烧结空心砖的大断面隧道窑长度为185m，宽度10m，烧成周期为92h，全窑容车数为53辆，所用煤矸石的发热量为500~600kcal/kg，在850℃前这些可燃物完全燃尽，然后配以天然气在1020℃下完成烧结。

德国林格公司为我国某地提供的煤矸石空心砖生产线设计方案，其窑长也是176m；意大利阿尔匹纳公司为我国某地提供的煤矸石空心砖生产线设计采用的窑长181m，均有很长的预热带，其目的就是为了保证可燃物的完全燃烧和氧化。

碳和有机物的燃烧、黄铁矿的氧化，各种材料的放热温度区间及始熔温度在差热分析曲线和热膨胀曲线上完全可以看到。

煤矸石、粉煤灰以及原材料中的其他有机物的燃烧温度范围（或区间）差异很大，如有的煤矸石的着火点高（如无烟煤的矸石），有的着火点低（如烟煤或无烟煤矸石），这些差异在差热曲线和热膨胀曲线上也能很大地分辨出来。

需要注意的是，烟煤或洗选矸石在预热带会形成低温碳气（CO），随烟气排放出来，但是这种气体对大气环境是有害的，应在窑炉的结构上采取措施尽量减少其排放量，或是采取专门的复燃装置燃烧后排放。这类煤矸石的特征是着火点低，一般在300℃左右就开始燃烧。

另外，粉煤灰中玻璃体的含量及性能均不相同，因而其始熔温度也相差很大，这种特性在热膨胀曲线上也能够很好地分辨出来。

综合分析以上三种因素，找出主要影响升温速度的因素所在，并考虑坯体的特性（大小、厚度、形状等）因素，来确定出合理的升温时间。加热的速率可分为若干段，如在最初脱水期选择较低的加热速率；在有碳和黄铁矿存在时采用较低的加热速率和较长的时间，等等。

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