回转窑整体结构与加热方式
1 引言
在铁氧体磁性材料生产过程中，通常用于成型的粉体都须经过预先高温热处理，这一工艺
过程称为“预烧”。预烧的目的是使原料进行初步固相反应，以获得部分或全部铁氧体化，从
而增大粉体的松装密度，改善粉体成型的压制性，减小最终烧结的收缩和变形，确保产品机电
性能的提高和稳定。
实施预烧工艺的设备经历了由间歇式箱形炉、连续式推板窑至现代式回转窑的演变过程。箱
形炉的生产量小、预烧周期长、温度重复精度低等缺点是显而易见的，而推板隧道窑虽然产量
大、机械化程度高，但因其匣式装料方式的限制，预烧均匀性自然难以保证，于是回转窑预烧
工艺得到广泛应用。
回转窑是对散状粉体或浆状流体物料进行加热处理的热工设备，问世已逾百年历史。早期回
转窑广泛应用于冶金、化工、水泥、耐火材料等行业，六十年代初期才被引用于铁氧体行业的
预烧工艺。虽然它是一种热效率较低的热工设备，但就铁氧体预烧工艺而言，因其具有煅烧物
料均匀、生产效率较高，易于控制调节、操作维修方便、劳动强度低、环境污染小、适合于连
续自动化生产等特点，故为国内外铁氧体生产企业所普遍青睐。
但是，回转窑整体结构的合理性和加热方式的合理选择，对于磁材粉体的预烧品质、生产能
力、运行成本、环境保护以及生产管理的便利性都是至关重要的。
2 整体结构探讨
软磁铁氧体生产预烧工艺使用的回转窑整体结构有两种类型。一类是引进德国Riedhammer公
司的一体式结构，另一类是日本赤见株式会社推出的分段式结构。这两类结构形式利弊互见，
各有千秋。
2.1 一体式结构
所谓一体式结构，即是加热管和冷却管联成一体，并置于同一支座之上，前段为加热部分，
后段为冷却部分，用一套驱动装置同步驱动运行。其整体结构如图1所示。
这是一种间热式回转窑，它主要由喂料机构、驱动机构、回转管轴向支撑装置、耐热金属
回转管、前后托轮、加热窑体、前后支架、敲击装置、加热元件、冷却装置、排气口、卸料
口、窑体倾角调节机构、电气控制系统等组成。这种一体式回转窑，其回转管是由加热管和冷
却管两段通过法兰与键块联成一体，冷却管长度一般为加热管的1/2~3/5，厚度约为加热管的
1/3~1/2，加热管材质为1Cr25Ni20Si，冷却管材质为1Cr18Ni9Ti。
一体式结构回转窑由于加热管和冷却管联成一体，因此结构紧凑，只需要一套减速机构驱动，
其制造与运行成本均低，而且整体占地面积亦小，这是它的主要优点。但是它存在如下诸多缺
点。
（1）粉末料预烧容易粘壁
为了降低预烧工艺成本，减少辅助工艺环节，MgZn和NiZn铁氧体粉体制备大都采用粉末料直
接预烧工艺。由于原始粉料颗粒度小且粒度分布宽，因此粉料在回转管中的流动性极差，容易
造成粘壁现象，而粉料粘壁之后不仅影响了粉料在管中的流动速度，同时还由于金属回转管的
导热性变差使其热效率降低，结果导致了设备出力下降、粉料预烧一致性差、单位能耗上升、
回转管使用寿命缩短等一系列恶性循环现象的产生。
（2）解决粘壁问题困难
解决回转管“粘壁”问题一般有四种办法：一是在进料端装设钢球或重锤敲击装置；二是
在加热管中放置自由翻滚的三翼刮壁器；三是在加热管内设置逆流顺壁压力气流；四是人工定
期清壁操作。第一种方法，无论是一体式或分段式结构回转窑都可方便地使用，但效果因料状
不同而不同。对于球料或粒料预烧，敲击装置对防粘壁尚有一定效果，对于粉末料预烧，效果
则微乎其微。第二种方法适用于粉末料直接预烧工艺，但不宜在一体式结构的回转窑上使用。
这是因为三翼刮壁器单只长度达500~700mm，单只重量达50~70kg，这就要求加热管管壁加厚、
管子低端设有支撑机构、装卸十分方便的窑体结构，而对一体式结构的回转窑而言，显然不易
实现。第三种方法是美国Harper公司提出的一种设想，实施似非易事，效果亦未为实践所验
证，至今未有任何一厂家采用过。第四种方法是目前众多用户所惯用的方法。此法即是在一根
金属管的一端焊上一块类似锅铲的钢板，将其从回转管出料端伸入管中，通过人工来回推动刮
击，使管壁上的粘料剥落下来，达到清除目的。此法虽说简单实用，但操作麻烦辛苦，实不可
取。
（3）预烧料冷却效果不佳
一体式结构回转窑的加热管和冷却管是直接联为一体的，且冷却管一般短于加热管，虽然
从管外以水淋方式冷却，但由于金属材质的两管互相传热，同时预烧料在管中移动路程又短，
因此冷却效果较差，这不仅影响了设备本身的出力，而且还因为预烧料自身温度较高而直接流
入砂磨机中化浆，使料粒硬度提高而降低了砂磨效率。
（4）预烧处理能力有限
由于“粘壁”问题的存在又难以通过有效措施得以解决，不仅降低了粉体的预烧品质，增加
了单位能耗，恶化了加热管的工作条件，而且还因为管内外温差大和粉体随管壁移动速度降低
而限制了设备的生产能力。通过生产实践验证，Di250管回转窑，其生产能力仅为60kg/h，
Di300管回转窑，其生产能力仅达80~100kg/h，Di500回转窑，其产量亦限制在150~180kg/h的
范围内。可见，一体式结构回转窑的生产能力实在是不尽如人意。
2.2 分段式结构
顾名思义，分段式结构是指加热管和冷却管分成两段，各自独立形成加热窑和冷却窑两部
分，分别由各自的托架支撑和传动装置驱动，且回转管的工况亦是各自控制调节，两体之间由
通道接口互联起来。其整体结构如图2所示。
它同样是间热式回转窑，喂料、支撑、驱动等机构与一体式相似，所不同的主要是加热管
和冷却管分开，各自有独立的支撑和传动装置。加热部分由喂料机构、耐热金属回转管、前后
托轮和支架、敲击装置或刮壁器、加热窑体、加热装置、电传动和手传动装置、排气口、出料
口、窑体倾角调节机构等组成。冷却部分则是由冷却管、前后托轮和支架、水套和水淋管、水
循环装置、管回转驱动机构等所组成。一般将前段加热部分称为加热窑，后段冷却部分称为冷
却窑。前后段之间通过安装高差由过渡通道和风罩联接起来，构成预烧系统。
分段式结构回转窑是一种改进型回转窑。结构改进的目的显然是为了解决料粉粘壁问题和
改善成料冷却效果，进而提高粉体的预烧品质，提高设备的生产能力。实现如此目的，主要是
由下列因素决定的。
（1）加热管独立构成加热窑，有利于加设防粘壁装置
对于铁氧体粉体采用回转窑预烧而言，无论是粉末料直接预烧，还是粒料或球料预烧，粘壁
现象总是不同程度地存在。要解决这个问题诚如前文所述，有多种途径可供选择。但如果要实
现粉末料直接预烧，则最好是选择在加热管中加设三翼刮壁器，而独立的加热窑结构对这种防
粘壁装置的加设却是十分方便和可行的。
三翼刮壁器在加热管中是按轴向串排的形式放置的，在加热管低端（即出口端）设置十字
形支持架，以制约刮壁器在管中低端的极限位置。当加热管运转时，刮壁器在管中随加热管转
动借助磨擦和离心力作用，作无序的自由滚滑运动，从而实现冲击和刮壁功能，使管壁上刚已
粘结而未及粘牢的粉料被震脱或擦落下来，以达到清壁的目的。
三翼刮壁器的清壁效果与刮壁器三翼端周径有关。周径小时，冲击距离和跌落高度大，冲
击动能亦大，清壁效果好。但冲击距离和跌落高度太大时，加热管内壁受到刮壁器翼端击伤程
度愈甚，这一则会造成管内壁被击毛后反而容易使物料粘壁的弊端，二则还会因为冲击动能过
大而有损窑管和窑体的使用寿命。图3示出三翼刮壁器在加热管中的初始静止状态和转动时的
运动状态。以内径Di=542mm的窑管为例，经过实验分析得到的刮壁器冲击距离S、跌落高度h、
冲击动能比i与三翼端周径di的参数关系列于表1。由表1可看出，di愈小，S与h值愈大。因
此，在三翼刮壁器的几何形状和翼片厚度相同情况下，适当调整di值，即可控制刮壁器运动时
所产生的冲击动能和清壁效果。如果从清壁效果和确保窑管最佳使用寿命的双重因素综合考
虑，显然取di =486mm是最优选择。
（2）粘壁问题有效解决，促成了生产能力提高
回转窑的生产能力与许多因素有关，包括物料特性、水分含量、流动情况、操作因素等。
这些因素很难用公式来定量表达，但对条件相似的窑而言，可用填充率指标来进行估算。即
式中：G—回转窑生产能力（t/h）；
r—物料容重（t/m3）；
L—回转管长度（m）；
Di—回转管内径（m）；
t—物料在回转管中停留时间（min）；
φ—填充率，即物料层的截面积与回转管内筒截面积之比。一般取值0.2～0.25；
C″—回转管内物料流通量变化与管内设施对物料流通影响的有关系数。管内无挡料设施时，C″=1，一般C″=1.1～1.45。
（1）式中的L、Di由回转管尺寸决定，r与物料特性有关，φ按有无刮壁器或扬料挡圈取值，而t值则按经验公式计算。即
式中：Vm—物料在回转管中的移动速度（m/min）；
a—物料自然堆积角或称物料安息角（°）；
β—加热窑体倾斜角（°），一般β=1～5°；
n—回转管转速（r/min)，一般n= 1~6.5r/min。
由（2）式可见，停留时间与回转管的有效长径比成正比，与窑体的斜率和回转管转速成反比。但回转窑在实际运行中，如果没有采取有效的防粘壁措施，物料粘壁现象是客观存在的，这就会导致物料在回转管内的流动性变差，若维持窑体斜率和回转管转速不变的工况条件，则物料的流动速度也会因此随之降低，从而延长了物料在管中的停留时间，降低了回转窑的生产能力。相反，对于分段式结构，可以方便地在窑管中增设刮壁器，实现有效的清壁作用，使物料的流速不会受到影响，这无疑确保了回转窑生产能力的稳定和提高。
（3）冷却管独立构成冷却窑，极大提高了冷却效果
冷却管与加热管分离成为独立的冷却窑后，其强冷过程得以更有效的加强。这不仅克服了预
烧料由于温度较高而即时化浆所造成砂磨效率低的缺点，而且对于加热窑提高生产效率也创造了较为富裕的冷却条件。
（4）加热管内外温差小，延长了加热管使用寿命
间热式回转窑如果加热管内不产生粉料粘壁问题，则窑管内外温差甚微，一般不会超过
5℃，这不仅提高了热能利用率，降低了单位能耗，而且也不会造成因需要满足预烧工艺要求
而故意提高管外加热温度，以弥补管内温度不足的问题。长期保持加热管在材质允许工作温度
的下限使用，其寿命自然可以有效地延长。
分段式结构回转窑虽然有许多优点，但也有不足之处，这主要是制造和运行成本略高，且
整体占地面积亦大。可是因其预烧工艺性能和技术经济指标优于一体式结构回转窑，目前应为
磁材行业预烧工艺所首选。
3 加热方式比较
间热式回转窑的加热方式，主要有电热、燃油、燃气（人工煤气或液化石油气）三种。
3.1 电热回转窑
电热回转窑是采用电阻材料作为电热元件而进行加热的。1980年代从德国Riedhammer公司
引进的回转窑，其加热元件是采用镍铬合金（1Cr18Ni9Ti或Cr25Ni20Si2）或铁铬铝合金（
0Cr13Al4或0Cr25Al5）制成螺旋形发热体，一般按窑墙两侧和窑底三面布置安装。优点
是窑管三面受热，加热均匀，热效率高；缺点是一旦窑墙发热体损坏，必须掀起窑顶盖，吊出
窑管后方可进行修换，操作非常麻烦，而且费工费时，大大地影响了生产。几经国产化后，现
已改进为用硅碳棒（SiC）作加热元件，在窑底单面布置。 这样虽然是单面辐射传热，但由于
窑管是匀速旋转的，管子受热仍很均匀，因此，在不影响回转窑热效率和正常工况条件下，很
好地解决了加热元件方便修换的问题。
过去一直认为电热窑的生产能力有所限制，其实这是一种盲从习惯经验的误解。如果合理
采取防粘壁措施，有效解决粉料粘壁问题，同时适当改进窑体的保温性能，并规范工艺操作纪
律，电热回转窑的产量仍可与燃油或燃气回转窑相媲美。南京某磁性材料公司的生产实践证
明，Di500分段式结构电热回转窑，其生产能力已达500kg/h以上。尽管有人对此表示怀疑，但
事实毕竟是事实。目前该公司又添置了Di300、Di400同样类型回转窑各一台，用于软磁粉体生
产的扩能，以满足市场对磁材粉体成品的需求。
3.2 燃油回转窑
国产的燃油回转窑是在消化吸收日本赤见株式会社产品的基础上改进设计而成的产品。其
加热方式系采用3~4台轻柴油燃烧器，成直线地均布于加热窑体的一侧，明焰式火焰直接喷射
在窑管外表面上，使窑管受热后将热能传递给管内物料。特点是油雾燃烧反应迅速，升温过程
较快，有利缩短窑炉冷态升温过程，缩短升温时间。
但是，从燃油组成的分析可知，它的成分是C、H、O、N、S、灰分和水分的质量百分含量。
在燃烧反应过程中，燃油受热蒸发成气态烃，一部分气态烃遇热燃烧时，又使一部分气态烃裂
化为固态碳及气态氢，故燃油的燃烧可视为固态碳和气态烃两种基本燃烧成分的燃烧。在油蒸
汽碳氢化合物燃烧反应过程中放出的氢原子，除了与氧分子作用生成羟基之外，还可能与S原
子生成H2S，H2S虽然也可以燃烧并放出一定的热量，但燃烧后又可生成SO2气体，这种气体不
仅对窑管起腐蚀作用，而且通过排气管排出后还会污染大气环境。
3.3 燃气回转窑
燃气回转窑的燃料一般有人工煤气和液化石油气两种。采用的燃烧装置则分别是人工煤气
燃烧器和液化石油气燃烧器。燃烧器使用的数量和安装布置的形式与燃油回转窑基本相同。燃
气燃烧也是明焰式火焰燃烧，同样有升温速度较快的特点。
人工煤气的热值较低，一般为5400kJ/m3，不能获得较高的火焰温度。液化石油气的热值较
高，一般在22500~62800kJ/m3的范围内，只要有变压设备就能方便使用。液化石油气的气态和
液态体积比高达250∶1，有利于实现液体贮运，气态使用。但贮站和变压设备投资较大，且安
全管理工作亦十分重要。
气体燃料通常是可燃气体和非可燃气体的混合物。煤气中的可燃成分是CO、H2、CH4、
C2H4、CmHm和H2S等，不可燃成分有CO2、N2、O2等；液化石油气中的可燃成分主要是C3H8、
C4H10和少量CO、H2、H2S等，不可燃成分也有少量CO2、N2、O2等。因此，气体燃料在燃烧过程
中也会产生一定数量的SO2和尚未充分燃尽的CO等有害气体，这无疑会腐蚀窑管及污染大气环
境。但是液化石油气燃烧后无烟、无灰、无残渣，比起燃油和煤气来，也算得是一种比较清洁
的能源。
3.4 电、油、气加热方式比较
在电、油、气三种加热方式中，电热是一种最清洁的能源，除了取用和分配方便之外，还
具有热效高、无烟气、无灰渣带走显热、窑体结构简单紧凑、散热面积小、散热损失少、易于
自动控制调节、窑温控制精度高、适合较窄预烧温度工艺要求等特点，这是燃油和燃气加热方
式所不能比拟的。
另外，电热回转窑不仅无需建设燃料贮运站场，简化了燃料采购运输和安全管理工作，而
且还可以避免因SO2气体腐蚀窑管和污染环境的弊端，因此其经济社会效益是非常明显的。三
种加热方式的经济指标比较情况列于表2。从表2分析可见，在生产能力指标相同条件下，假定
贮油站投资以10万元计，液化气贮站投资以30万元计，则设备初期投资总额，燃油回转窑是电
热回转窑的2.6~2.9倍，燃气回转窑是电热回转窑的3.1~3.3倍，而运行耗能成本则燃油、燃气
回转窑分别高出电热回转窑48%和25%。
4 结束语
（1）尽管一体式和分段式结构回转窑各有利弊，但从适应铁氧体预烧工艺的多样性和提高设
备自身的生产效率综合考虑，分段式整体结构显然优于一体式整体结构，因此分段式整体结构
回转窑是值得推荐优选的窑型。
（2）选择防粘壁装置应根据预烧工艺而定，粉末料直接预烧宜选用三翼刮壁器，喷雾干燥造
粒料或机械式造球料预烧宜选用重锤敲击装置，否则清壁效果会适得其反。
（3）按初期投资、运行成本、简化管理、保护环境等多方面因素分析比较，回转窑选择电加
热方式最经济、最合适。
（4）对于盛产液化石油气的地区来说，回转窑采用燃气加热方式亦不失为较好的选择。因为
液化气燃烧无烟、无灰、无残渣，也是一种比较清洁的能源，且就地取用方便，价格又较便
宜，即使初期投资费高些，但从长远计，还是合算的。
回转窑主要技术参数：
|
型号规格
|
技术参数
|
主减速机
|
主电机
|
挡轮形式
|
支撑数量
|
重量(t)
|
|||||
|
转速r/min
|
斜度(%)
|
产量t/h
|
型号
|
速比
|
型号
|
功率(kw)
|
转速r/min
|
||||
|
Ф1.9/1.6×36m
|
0.53-1.59
|
4
|
2.5-3
|
JZQ750-1
|
48.85
|
JZT-72-4
|
30
|
1200/400
|
机械 |
3
|
53
|
|
Ф2.1/1.8×36m
|
0.5-1.51
|
4
|
4
|
UT2-110
|
163.36
|
JZS-81
|
30/10
|
1410/470
|
机械
|
3
|
75
|
|
Ф1.2×35m
|
0.5-1.6
|
3
|
1.5
|
PM650
|
40.17
|
JZTY71-4
|
22
|
1200/120
|
机械
|
3
|
34
|
|
Ф1.6×32m
|
0.158-0.258
|
3
|
2
|
PM750
|
48.57
|
JZTY61-4
|
15
|
1200/120
|
机械
|
3
|
责任编辑:商永刚
本文关键词：回转窑
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