粉体产业常见工业窑炉分类及盘点

工业窑炉是指在工业生产中利用燃料燃烧或电能等转换产生的热量，将物料或工件进行熔炼、熔化、焙（煅）烧、加热、干馏、气化等的热工设备。工业窑炉的种类繁多、用途多样，在冶金、化工、有色金属、建材、机械、轻工、先进陶瓷等行业，不同的工业炉被用于不同的工业目的。通常对某一特定窑炉来说，不只具有一个特点，因此同一窑炉按分类着眼点不同，有多种分类方式和命名方式，如连续式烧结炉，既属于烧结炉，又属于连续式炉。下面小编对工业窑炉的分类做一个盘点。

在工业窑炉中，常用的热源来自固体燃料、液体燃料、气体燃料以及电能转化等。这些热源在形成过程中.一般有两类：一类是以火焰形式存在;另一类是以非火焰形式存在。因此，按热源分类可分为火焰炉和电窑炉两类。

以燃料燃烧的火焰作为热源的，称为火焰炉。火焰炉炉膛内的火焰可与物料直接接触进行加热，温度一般在2000℃以内，燃烧过程中，炉子内壁既辐射热量，也部分地反射投射来的热量，在热交换过程中起重要作用。但有时为防止物料（工件）的氧化，需将火焰与物料隔开，火焰的热量通过隔墙间接传给物料。火焰炉既可用来加热物料，也可用来熔化物料。

图1所示的高温倒焰窑，是火焰炉的一种，由窑体（有圆窑和矩形窑）、燃烧设备和通风设备3个部分组成，具体操作是将燃料加进燃烧室的炉栅上，空气通入灰坑，穿过炉栅，经过煤层与煤进行燃烧。火焰及燃烧产物自挡火墙和窑墙所围成的喷火口喷至窑顶，再经窑顶自上而下反射至窑底，由吸火孔、支烟道及主烟道向烟肉排出。在火焰流经制品时，其热量以对流和辐射的方式传给制品。

高温倒焰窑结构示意图

火焰炉具有熔化速度快、产量高等特点，但也存在热效率低、排出废气污染车间环境等问题。因此火焰炉的使用应保证：

（1）在规定的热负荷条件下保证燃料的完全燃烧；

（2）燃烧过程稳定，能向窑炉连续供热；

目前，火焰炉常用于传统陶瓷、工业陶瓷、玻璃制品、耐火材料、新材料烧结、金属热处理等领域。

电热窑炉一般是通过电热元件把电能转变成热能，根据电流产生的方式还可进一步分为电阻炉、感应炉、电弧炉、电子束炉和离子炉等五类。由于没有燃料燃烧的问题，所以不需设置供给空气、排除燃烧产物等通风设备，结构简单，占地面积小，窑内制品也不会受烟气及灰渣等影响，同时电热窑炉还可获得火焰窑炉难以达到的2000℃以上的高温，温度和气氛也更便于实现精确控制和监测，故产品烧成质量好，多用于一些优质、特殊材料的生产和处理，比如用于生产锂电人造石墨负极材料。

但为了保证窑炉断面上温度分布均匀，其断面尺寸通常不能过大，故电热窑炉对烧成大件、厚壁等制品不利，产量也不大。另外，电热窑炉附属电器设备比较复杂，电热元件消耗也多，导致电热窑炉的设备费和操作费用较高。

利用电能转化成热能的艾奇逊石墨化炉

工业窑炉在冶金、化工、建材、陶瓷、玻璃、电子、食品等行业都是必不可少的热工设备，按不同行业的工艺分类，可分为烧结炉、排胶炉、煅烧炉、干燥炉、石墨化炉、硫化炉等。就先进陶瓷产业来说，排胶炉、烧结炉都是生产过程中常用的热工设备。

新型陶瓷成形时加入了较多的有机黏合剂和塑化剂等，如热压铸成形的石蜡及轧膜、流延成形中的聚乙烯醇等，内部孔隙率大。如果直接烧结，陶瓷坯体中大量的有机物熔融、分解、挥发，会导致坯体变形、开裂，相互粘结，影响基板的成品率和热导率。同时有机物含碳量多，当氧气不足形成还原气氛时，会影响烧结质量。因此，需要在坯体烧成前通常需将胚体置于排胶炉中，在低于烧结成型的温度下烘烤，将其中的有机物排除干净，以保证产品的形状、尺寸和质量的要求。

排胶完成的陶瓷胚体可利用烧结炉进行烧结。在烧结炉里，由于高温作用，陶瓷生胚固体颗粒的相互键连。晶粒长大，空隙和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有优异力学性能的致密多晶烧结体。

在烧结过程中，烧结温度和烧结时间是影响陶瓷烧结的最重要因素，他们很大程度的决定了陶瓷中晶粒的尺寸与分布情况，炉内烧结气氛和烧结压力则能够影响陶瓷内部气孔的多少，进而影响致密化程度。因此，烧结时，应该精准控制和监测烧结炉内的这些参数，保证烧结产品不开裂、不变形。

除了单独进行排胶、烧结等工艺的窑炉外，通常还可根据需求，利用一体炉设定好温度曲线，满足多种工艺一体化生产。

排胶预烧一体炉（来源：合肥费舍罗）

在产品生产加工的过程中，工业窑炉主要有两种工作方式，连续式和周期(或间歇)式。

间歇式窑炉的工艺特点是炉膛内不划分温度区段，利用人工炉子成批装料进行加热或熔炼，在炉内完成加热或熔炼工艺后，再人工成批出料。炉料在炉内不运动，炉温随时间变化，常用的有井式炉、箱式炉、钟罩炉、梭式炉等。

①钟罩炉

钟罩炉一般由钟罩、底座和升降结构等组成，电热体安装在炉罩内壁，其特点是当胚体烧好并冷却至一定温度时，钟罩可迅速转移到另一个底座上，开始烧制另一炉内的胚体，因此很适合用作一些在移动时容易损坏的元件的烧结设备。一般来说，它的密封性好，炉内的温度和氛围稳定、均匀、热损失小、热效率高。

钟罩烧结炉（来源：合肥高歌）

②箱式炉

箱式炉，顾名思义，外形类似“箱子”，电热体分布在炉膛内壁。生产时，胚体放置于承载盘上再一起置于炉膛中间位置烧制，待一批胚体烧制完成，再出炉进行下一批胚体的装炉烧制。箱式炉的通用性较强，适用于多种形状的单件、小批量零件的热处理，但由于炉口、炉门密封不严，散热量较大，温度不均，炉门附近温度要比炉膛中心温度低，通常不能满负荷工作，生产效率低，可通过在炉门加装电热元件或设置风扇解决。

真空箱式炉（来源：合肥品炙）

③井式炉

大多数井式炉为圆形结构，工件由专用吊车等工具垂直装入炉内加热。炉体采用高温耐火纤维砌成，能减少热量损失，节约能源，热效率和密封性均比箱式炉要高，但在操作和维修上，没有箱式炉简便。

井式回火炉（来源：网络）

④梭式窑

梭式窑的结构类似火柴盒，工作时，待烧胚体由窑车推进窑内，烧制完成后，再往相反的方向拉出来，卸下烧制好的胚体，由于窑车类似梭子在窑内穿梭，被命名为梭式窑。梭式窑的特殊结构使得它很适合小批量多品种生产，生产方式和时间安排非常灵活。除此之外，其装窑、出窑和制品的部分冷却可以在窑外进行，既改善了劳动条件，又可以缩短窑的周转时间。但由于窑车来回进出窑内，窑的蓄热损失和散热损失大，烟气温度高，热耗量较高。通常可以通过增设了废气余热利用装置来改善这一缺点。

梭式炉（图源鹏炀窑炉）

在连续式窑炉内，炉内各点温度基本不随时间变化，胚体以一定的速度依次通过炉子的预热段、高温段及冷却段的炉膛后完成烧结。这种烧结炉能够不间断连续烧结、操作非常简单、热效率高，因此生产量大、产品质量均匀，但其建投资较大、热工制度不易经常调整，故多用于产量大、品种较为单一的制品。粉体行业常见连续式窑炉有隧道窑、辊道窑等。

①隧道窑

隧道窑的结构类似一条长长的直线形隧道，在隧道底部铺设的轨道上运行台车。燃烧设备在隧道窑的中部，构成了高温烧成带。在窑炉前段设置了引风机或烟囱，可将烧成带的高温烟气引至窑头，预热即将烧制的胚体，构成了预热带。在窑尾则通常鼓入冷风，冷却烧制完成的制品，构成了冷却带。由于烧成带的高温烟气余热大部分能利用，故比间隙式窑炉节能效果好，但由于在窑尾还要进行冷却，故还是会浪费一部分热量。

隧道窑（图源炜特窑业）

②辊道窑

辊道窑是把产品直接或间接地放置在间隔很密的辊棒上，每根辊棒的端部通过链轮，由链条带动棍棒进行不断运转，靠着棍棒的转动使制品从窑头传至窑尾。由于在预热、烧成、冷却过程中温差极小，生产时间非常短，而且辊道窑比隧道窑的气密性好得多，所以它的节能效果比隧道窑要好。但它也存在一个缺陷，即烧成高温还原的产品对棍棒的质量要求较高，一般采用碳化硅棍棒，可较好地解决1350℃以内的高温陶瓷产品的烧成。

辊道炉

③推板窑

推板窑的窑底铺设了由坚固耐火砖精确砌成的滑道，顶推机构将装有胚体的耐火板推入窑内，逐次经过预热带、烧成带和冷却带，有时为减小摩擦力，可在耐火板下放置瓷球等。由于推板窑与辊道窑的原理类似，优点也类似，但推板窑受耐火板承载推力所限制，一般不长，长则二十米，短则几米，一般用于烧成高温粉末或特种陶瓷，日产量不大。

随着技术的发展和环保政策的不断落实，工业窑炉的发展正逐步由低级到高级，由产量、质量低，燃料消耗大，劳动强度大，烧成温度低，不能控制气氛，发展到产量、质量高，燃料消耗低，烧成温度高，能控制气氛，以及机械化和自动化。除了以上整理的几种分类，还可按照温度分为高温炉、中温炉、低温炉；按工作制度分为辐射式工作制度炉窑、对流式工作制度炉窑和层式工作制度炉窑等，生产企业可按照产品对于处理工艺、气氛、产量等要求的侧重点采用合适的工业窑炉提高生产效率，提升产品质量。

粉体圈Corange整理