王曉偉，任孟斌，林朵朵，牛景瑞

(山東建筑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

碼坯及磚坯預(yù)熱工藝是燒結(jié)磚生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的工藝環(huán)節(jié)[1]，對(duì)生產(chǎn)裝備的控制及燒結(jié)磚質(zhì)量具有決定性作用。其中，碼坯工藝決定了窯車可以承運(yùn)的磚坯數(shù)量，并直接影響磚坯干燥效率與燒制質(zhì)量，而坯垛碼法對(duì)窯內(nèi)溫度、氣流分布以及傳熱面積等有著重大影響。當(dāng)前，碼坯及磚坯預(yù)熱環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題主要是因碼坯工藝參數(shù)設(shè)置不合理而導(dǎo)致在預(yù)熱過(guò)程中坯垛內(nèi)部出現(xiàn)較大溫差，當(dāng)其進(jìn)入焙燒帶后會(huì)產(chǎn)生急劇升溫，并造成磚坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞而出現(xiàn)裂紋[2]，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且造成資源浪費(fèi)。

學(xué)者們一般采用相似模擬法或數(shù)值模擬法等方法對(duì)碼坯及磚坯預(yù)熱相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究，ABOUZIYAN[3]建立了1∶4的燒結(jié)磚隧道窯空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究了在恒定熱流通量情況下6種不同磚坯擺放形式的平均對(duì)流換熱系數(shù)和壓力損失；若松盈等[4]建立了1∶10比例尺的實(shí)驗(yàn)隧道窯研究其熱力學(xué)模型，研究了城市煤氣在實(shí)驗(yàn)隧道窯內(nèi)部燃燒時(shí)氣體速度場(chǎng)以及溫度場(chǎng)的分布。王雪峰[5]利用流體仿真軟件Fluent模擬在隧道窯冷卻帶中不同風(fēng)速、碼磚形式及不同孔隙率對(duì)磚塊流固耦合散熱的影響；晏云飛[6]基于Fluent數(shù)值模擬了燒結(jié)磚隧道窯冷卻帶氣固兩相流及燒成帶燃燒行為，研究在不同碼磚形式下冷卻帶粉塵濃度及燒成帶一氧化氮濃度變化；劉曉紅[7]根據(jù)隧道窯的實(shí)際運(yùn)行狀況及蜂窩陶瓷的燒成要求確定了窯車的裝載方式，并利用Fluent軟件分析窯車在不同裝載層數(shù)時(shí)窯內(nèi)溫度場(chǎng)的變化情況。目前，企業(yè)一般僅根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)微調(diào)碼坯形式，而就碼坯工藝對(duì)后期焙燒效果影響及溫度控制中準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的系統(tǒng)研究較少。

文章通過(guò)系統(tǒng)分析碼坯工藝過(guò)程中的編組、坯垛穩(wěn)定、碼坯密度及氣流通道等關(guān)鍵質(zhì)量控制因素，提出了相應(yīng)的優(yōu)化控制方法與措施，并以關(guān)于碼坯工藝質(zhì)量控制的研究分析為基礎(chǔ)，運(yùn)用Fluent軟件對(duì)兩種碼坯形式進(jìn)行流固耦合傳熱的數(shù)值模擬研究，模擬坯垛不同結(jié)構(gòu)、不同寬度氣流通道等對(duì)磚坯預(yù)熱效果的影響，根據(jù)模擬結(jié)果分析各坯垛單元的溫度場(chǎng)分布以及影響磚坯預(yù)熱效果的因素，并提出了減小磚坯預(yù)熱溫差的相關(guān)措施，為碼坯形式今后的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供指導(dǎo)。

1 碼坯關(guān)鍵工藝分析與質(zhì)量控制方法

坯垛碼法對(duì)窯內(nèi)溫度制度、氣流分布以及傳熱面積等有重要影響，合理設(shè)置碼坯工藝參數(shù)不僅可以提高磚坯預(yù)熱及窯燒質(zhì)量而且還能提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

1.1 編組質(zhì)量控制

磚坯編組是指通過(guò)編組裝置將切割成型的磚坯編排成與干燥、焙燒相適應(yīng)的坯體方陣[8]。編組質(zhì)量是影響碼坯質(zhì)量及碼坯速度的關(guān)鍵因素，提高裝置的編組精度及其裝置與碼坯裝置的配合程度是提高碼坯質(zhì)量和碼坯速度的重要舉措之一。

1.2 坯垛穩(wěn)定性及提高措施

為使坯垛具有良好的穩(wěn)定性，坯垛上、下層磚坯間應(yīng)整齊劃一和交錯(cuò)壓縫，保證氣流能在坯垛中暢通無(wú)阻的流動(dòng)和坯垛上、下層磚坯之間受力面積大且受力均勻、接觸點(diǎn)平而穩(wěn)[9]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 磚坯交錯(cuò)壓縫示意圖

當(dāng)坯垛層數(shù)較高時(shí)，為防止底部磚坯因承受壓力過(guò)大而造成壓裂并最終導(dǎo)致塌坯事故的發(fā)生，應(yīng)先將濕坯碼放至底部磚坯能夠承受的層數(shù)，在自然環(huán)境中放置一段時(shí)間，使其脫去部分水分，在強(qiáng)度增加后繼續(xù)在其上部碼放磚坯至最終所需層數(shù)[10]。若坯垛層數(shù)較高且各垛體間距離較小時(shí)，為了提高坯垛的穩(wěn)定性，應(yīng)采取在坯垛頂部的第1、2層或第1、2、3層設(shè)置拉條坯的措施。

1.3 碼坯密度及控制方法

普通實(shí)心磚(外形尺寸為240 mm×115 mm×53 mm)的常規(guī)碼坯密度為230～240塊/m3，在確定多孔磚的碼坯密度時(shí)，應(yīng)先按其外形體積為普通實(shí)心磚的倍數(shù)(折普通磚系數(shù))換算為普通實(shí)心磚的數(shù)量，再計(jì)算出碼坯密度[11]。對(duì)于多孔磚，因其本身具有孔洞，相比于實(shí)心磚可增大通風(fēng)面積，故其折標(biāo)計(jì)算的碼坯密度在280～300塊/m3較為合適[12]。

碼坯形式與碼坯密度決定了內(nèi)燃料在窯內(nèi)各部位的分布情況，為了創(chuàng)造良好的熱交換條件，使氣流在坯垛及磚坯間均勻分布，以及使坯體中燃料燃燒的熱量充分用于磚坯的燒成，內(nèi)燃燒磚須遵循“上密下稀、邊密中稀”的局部碼坯原則[13]。上密下稀的局部碼坯原則可均衡坯垛上下氣流，使上、下火行速度基本一致，從而減小斷面溫差，提高焙燒質(zhì)量[14]；邊密中稀的局部碼坯原則可使熱量在坯垛中分布更加均勻，避免邊部磚坯欠燒、中部磚坯過(guò)燒的現(xiàn)象發(fā)生。

1.4 通道設(shè)置及參數(shù)確定

碼坯示意圖如圖2所示。其中h為頂隙間距，mm；d1、d2為側(cè)隙間距，mm；t1、t2、t3、t4、t5為氣流通道的不同間距，mm。

圖2 碼坯示意圖

1.4.1 側(cè)隙和頂隙

為防止坯垛在隨窯車移動(dòng)過(guò)程中與兩側(cè)窯墻及窯頂發(fā)生刮擦而導(dǎo)致倒垛事故，需保證坯垛與兩側(cè)窯墻和窯頂之間留有一定寬度的通道，分別是“側(cè)隙”和“頂隙”，如圖2中所示。側(cè)隙和頂隙間距合理的取值范圍為50～80 mm[12]。

空隙系數(shù)是K空根據(jù)側(cè)隙和頂隙評(píng)價(jià)坯垛性能的一個(gè)重要指標(biāo)，表達(dá)式由式(1)表示為

式中F側(cè)為坯垛與隧道窯兩側(cè)墻之間形成的空隙面積，m2；F頂為坯垛與隧道窯窯頂之間形成的空隙面積，m2；F孔為坯垛斷面上可通過(guò)氣體的孔道面積總和，m2。

在不考慮磚坯因焙燒發(fā)生收縮而對(duì)側(cè)隙和頂隙大小產(chǎn)生影響的情況下，空隙系數(shù)應(yīng)≤0.5。為最大限度的減小空隙系數(shù)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)碼坯形式，增加坯垛自身有效斷面的孔道面積，減小因側(cè)隙和頂隙對(duì)磚坯焙燒產(chǎn)生的不利影響。

1.4.2 坯垛通道

坯垛斷面設(shè)置的氣流通道中，中間通道最寬，兩邊通道漸窄，直至將氣流通道寬度遞減至側(cè)隙寬度，且中間氣流通道的寬度應(yīng)等于或略大于兩邊側(cè)隙之和[12]，如圖2所示，t1為中間通道，t2、t3、t4、t5為兩側(cè)通道，其大小關(guān)系可表示為:t1≥d1+d2且t1＞t3＝t4＞t2＝t5。通過(guò)合理設(shè)置氣流通道寬度還可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃燒磚生產(chǎn)工藝中“邊密中稀”碼坯原則的要求，有利于提高焙燒質(zhì)量。

在隧道窯預(yù)熱帶中，為防止煙氣排出受阻而導(dǎo)致出現(xiàn)“凝露”和“回潮”現(xiàn)象，碼放至窯車的坯垛還應(yīng)設(shè)置橫向氣流通道，形成縱橫氣流通道，有助于煙氣快速順暢地排出至窯外。

1.4.3 坯間通道

相鄰磚坯之間氣流通道寬度可根據(jù)“邊密中稀”原則靈活設(shè)置，如常見(jiàn)的兩種磚坯碼放形式如圖3所示，均遵循交錯(cuò)壓縫的碼坯原則。圖3(a)為三壓二的磚坯碼放形式，坯間通道均為105 mm；圖3(b)為五壓三的磚坯碼放形式，兩側(cè)坯間通道為105 mm、中間兩坯間通道為30 mm。

圖3 磚坯間距示意圖/mm

上述坯垛通道和坯間通道的設(shè)置是為了保證在坯垛斷面上留有足夠的通風(fēng)面積。坯垛斷面上可以通過(guò)氣流的孔道面積之和不僅應(yīng)大于坯垛總面積的30%，還應(yīng)大于坯垛與窯頂及兩側(cè)窯墻之間的通道面積之和[14]。

2 流固耦合傳熱數(shù)學(xué)模型

在預(yù)熱帶內(nèi)磚坯與窯內(nèi)高溫?zé)煔饨佑|并通過(guò)對(duì)流換熱方式傳遞熱量，磚坯表面溫度首先升高然后通過(guò)傳導(dǎo)傳熱方式升高磚坯內(nèi)部溫度。在高溫?zé)煔馀c磚坯進(jìn)行流固耦合傳熱過(guò)程中遵循3大守恒方程，即質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程[15]。隧道窯預(yù)熱帶內(nèi)熱空氣的流動(dòng)可看做黏性不可壓縮的湍流流動(dòng)，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型，其表達(dá)形式由式(2)和(3)表示為

式中ρ為流體密度，kg/m3；k為湍流動(dòng)能，m2/s2；ε為湍流動(dòng)能耗散率；t為熱空氣流過(guò)預(yù)熱帶的時(shí)間，s；ui為x、y、z3個(gè)方向流體速度的分量，m/s；xi、xj為方向分量；μ為分子擴(kuò)散造成的動(dòng)力黏性，N·s/m2；μt為湍流黏度，N·s/m2；Gk為由于平均速度梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，σk及σε為常數(shù)項(xiàng)，C1ε＝1.44、C2ε＝1.92、σk＝1.0、σε＝1.3[16-17]。

文章數(shù)值模擬采用有限體積法離散控制方程，其具有計(jì)算效率高、占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)[18]，并采用目前應(yīng)用最為廣泛的壓力耦合方程組的半隱式(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations，SIMPLE)算法求解每個(gè)體積單元上離散后的控制方程組[5]。

3 燒結(jié)磚流固耦合傳熱分析

3.1 坯垛幾何建模

以山東某燒結(jié)磚生產(chǎn)企業(yè)的兩種碼坯形式中邊垛坯垛單元作為研究對(duì)象，生產(chǎn)產(chǎn)品為240 mm×115 mm×90 mm的DP1內(nèi)燃型燒結(jié)多孔磚，兩種邊垛形式如圖4所示。

圖4 磚坯間距示意圖/mm

利用機(jī)械設(shè)計(jì)SolidWorks軟件為兩種碼坯形式中邊垛的坯垛分析單元建立幾何模型，并應(yīng)用幾何直接建模工具ANSYS SCDM前處理軟件為其設(shè)置相同的流場(chǎng)空間。采用流體仿真前處理工具Fluent Meshing對(duì)模型進(jìn)行多面體網(wǎng)格劃分，當(dāng)網(wǎng)格質(zhì)量滿足模擬計(jì)算要求后，導(dǎo)入Fluent軟件中開(kāi)展數(shù)值模擬計(jì)算研究工作[19]。

3.2 模型參數(shù)設(shè)定及邊界條件設(shè)置

將入口邊界定義為速度入口，熱空氣速度方向與流場(chǎng)空間入口截面垂直；熱空氣與磚坯相互作用后向出口流動(dòng)，其在出口處的壓力和流速均是未知量，因此將出口邊界定義為自由出流[20]。流場(chǎng)空間的四周壁面設(shè)為絕熱壁，不考慮磚坯之間及磚坯與流場(chǎng)壁面之間的輻射傳熱影響。流場(chǎng)空間內(nèi)部與坯垛實(shí)體外部區(qū)域設(shè)為流體區(qū)域，流場(chǎng)空間內(nèi)熱空氣的流動(dòng)在連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)過(guò)程中視為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，熱傳遞視為穩(wěn)態(tài)傳熱。

為減少計(jì)算工作量及提高運(yùn)算效率，仿真計(jì)算磚坯的關(guān)鍵升溫階段即120～300℃的升溫過(guò)程，因此設(shè)置熱空氣的溫度為300℃、其密度為0.935 kg/m3，熱空氣不可壓縮，以1.5 m/s的速度從速度入口吹向流場(chǎng)空間；DP1型燒結(jié)磚磚坯密度為1000 kg/m3、比熱容為750 J/(kg·K)、導(dǎo)熱系數(shù)為0.69 W/m·K，流場(chǎng)四周壁面的對(duì)流輻射表面換熱系數(shù)為15.54 W/(m2·K)、磚坯的對(duì)流導(dǎo)熱系數(shù)為1.2 W/(m2·K)、磚坯表面與流場(chǎng)壁面的初始溫度均設(shè)為120℃。

3.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

磚坯的初始溫度為120℃，向流場(chǎng)空間以1.5 m/s的速度吹入300℃的熱空氣，逐漸加熱磚坯，直至坯垛分析單元的平均溫度穩(wěn)定在300℃，得到每種坯垛分析單元流固耦合系統(tǒng)在不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)。

3.3.1 坯垛升溫過(guò)程分析

邊垛1與邊垛2坯垛單元平均溫度升溫過(guò)程曲線如圖5所示，可以看出預(yù)熱時(shí)耦合系統(tǒng)的溫度場(chǎng)存在如下規(guī)律:

圖5 坯垛單元平均溫度升溫過(guò)程曲線圖

(1)磚坯的熱慣性取決于磚坯本身的比熱容和質(zhì)量大小，由于熱慣性作用，耦合系統(tǒng)的溫度場(chǎng)需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。從邊垛1坯垛單元平均溫度升溫曲線中可以看出，在0～2000 s起始階段，坯垛單元平均溫度迅速升高，在2000～3000 s時(shí)間段，溫度仍呈上升趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)明顯比起始階段平緩很多，3000 s以后的時(shí)間里，坯垛單元平均溫度變化很小，溫度場(chǎng)已趨于穩(wěn)定；從邊垛2坯垛單元平均溫度升溫曲線中可以看出，在0～3000 s起始階段，坯垛單元平均溫度迅速升高，在3000～4000 s時(shí)間段，溫度仍呈上升趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)明顯比起始階段平緩很多，4000 s以后的時(shí)間里，坯垛單元平均溫度變化很小，溫度場(chǎng)已趨于穩(wěn)定。這是由于開(kāi)始吹入熱空氣時(shí)，磚坯與熱空氣存在較大溫差，傳熱迅速，隨著磚坯溫度的不斷升高，與熱空氣的溫差逐漸減小，傳熱速度逐漸減慢，直至坯垛單元達(dá)到穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。

(2)未吹入熱空氣時(shí)，磚坯的初始溫度均為120℃，隨熱空氣對(duì)磚坯的持續(xù)加熱，各坯垛單元溫度按照各自規(guī)律逐漸升高，在整個(gè)溫度升高過(guò)程中各坯垛單元溫度高低規(guī)律與穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的規(guī)律相同。邊垛1與邊垛2的坯垛單元中磚坯數(shù)量不同，但從升溫過(guò)程曲線的對(duì)比中可以看出，若熱空氣可以持續(xù)穩(wěn)定地加熱磚坯，坯垛單元中磚坯數(shù)量對(duì)坯垛整體溫度高低規(guī)律及穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)規(guī)律沒(méi)有影響。

3.3.2 溫度場(chǎng)分布

邊垛坯垛單元在加熱至5300 s時(shí)，其溫度場(chǎng)已基本穩(wěn)定且坯垛單元的平均溫度已升高至300℃，因此選取邊垛坯垛單元在其穩(wěn)定加熱至5300 s時(shí)的溫度場(chǎng)分布作為研究對(duì)象，分析其溫度分布規(guī)律，各坯垛單元在其穩(wěn)定加熱后的溫度分布如圖6所示。

圖6 坯垛單元5300 s時(shí)溫度分布圖

各坯垛單元溫度分布圖中顏色越深代表其溫度越高，沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向，坯垛升溫速度逐漸減慢。熱空氣在坯垛單元迎風(fēng)面的各通道中流速較快，對(duì)流作用較強(qiáng)；而在坯垛單元的背風(fēng)面，即沿流場(chǎng)空間寬度方向的通道中流速較慢。磚坯溫度隨熱空氣的持續(xù)加熱而逐漸升高，但因坯垛單元中各磚坯碼放方式及位置不同而導(dǎo)致不同位置的磚坯內(nèi)部溫度差異較大。此外，兩坯垛單元在加熱至5300 s時(shí)，邊垛2的溫差大于邊垛1，因此邊垛1的預(yù)熱效果優(yōu)于邊垛2。

3.3.3 坯垛溫差分析

在仿真計(jì)算中，每間隔500 s記錄1次坯垛單元平均溫度，并根據(jù)溫度分布得出各時(shí)刻的坯垛單元溫差，各坯垛單元溫差隨預(yù)熱時(shí)間變化情況如圖7所示。

圖7 坯垛單元溫差對(duì)比曲線圖

由圖7可以看出，在預(yù)熱初始階段邊垛1與邊垛2的坯垛單元溫差值相差較小，隨著預(yù)熱時(shí)間的增加，兩個(gè)坯垛單元的溫差都在逐漸減小，但邊垛2坯垛單元的溫差減小速度相對(duì)較慢，且在每一時(shí)刻的溫差值均大于邊垛1坯垛單元的溫差值。這是因?yàn)闊峥諝庠趩挝粫r(shí)間內(nèi)提供的熱量是一定的，而邊垛2比邊垛1坯垛單元中的磚坯數(shù)量多，對(duì)坯垛單元整體而言，升高相同溫度所需熱量值不同，因此邊垛2坯垛單元其升溫速度及溫差減小速度較慢。說(shuō)明在窯燒預(yù)熱初始階段，坯垛單元溫度差異隨坯垛單元中磚坯數(shù)量增加而增大。

磚坯預(yù)熱的理想狀態(tài)是在較短時(shí)間內(nèi)使坯垛整體平均溫度達(dá)到熱空氣的溫度，且坯垛內(nèi)部不存在溫差，但在實(shí)際的窯燒過(guò)程中基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。燒結(jié)磚生產(chǎn)企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本，在磚坯預(yù)熱階段只需坯垛平均溫度基本達(dá)到熱空氣溫度就會(huì)結(jié)束預(yù)熱，進(jìn)入焙燒帶進(jìn)行燒制。因此，坯垛單元平均溫度達(dá)到熱空氣溫度時(shí)即可認(rèn)為其溫度場(chǎng)基本穩(wěn)定，由圖7中邊垛1與邊垛2坯垛單元平均溫度升溫過(guò)程曲線可以看出，在5300 s時(shí)其溫度場(chǎng)均已基本穩(wěn)定，但此時(shí)邊垛2坯垛單元的溫差仍大于邊垛1坯垛單元的溫差，可見(jiàn)此時(shí)坯垛單元中磚坯數(shù)量不再是影響溫差的主要因素。

由上述分析可知，窯燒預(yù)熱初始階段，坯垛單元溫度差異隨坯垛單元中磚坯數(shù)量增加而增大，而坯垛單元中磚坯相互位置是影響坯垛單元最終溫度差異的決定性因素。邊垛2預(yù)熱溫差大于邊垛1的預(yù)熱溫差，因此邊垛1的磚坯預(yù)熱效果優(yōu)于邊垛2。

3.3.4 局部溫差分析

沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向，邊垛1坯垛單元中有7.5、105 mm兩種寬度的通道，邊垛2坯垛單元中有7.5、30、105 mm 3種寬度通道，邊垛1和邊垛2各通道左右兩側(cè)的磚坯截面溫度分布情況如圖8、9所示。

圖8 邊垛1坯垛單元在各通道處兩側(cè)磚坯截面溫度分布圖

圖9 邊垛2坯垛單元在各通道處兩側(cè)磚坯截面溫度分布圖

由圖8和9的各截面的溫度分布圖可以看出，沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向，坯垛單元中各截面的前端預(yù)熱效果最好，磚坯溫度已基本達(dá)到熱空氣溫度，從坯垛單元前端向后，磚坯預(yù)熱溫度逐漸降低。在邊垛1坯垛單元各通道兩側(cè)溫度的分布圖中，低溫區(qū)域主要出現(xiàn)在兩塊順坯貼合面的外壁處以及第2塊順坯的中心位置。在邊垛2坯垛單元各通道兩側(cè)的溫度分布圖中，低溫區(qū)域主要出現(xiàn)在兩順坯貼合面的外壁處以及第2塊和第3塊順坯的中心位置。這是由于兩磚坯貼合面處是兩塊磚坯外壁厚度之和，與順坯中其他位置相比其厚度最大，造成該處傳熱速度較慢。此外，熱空氣單向流動(dòng)，且兩順坯貼合面的外壁處溫度低于其他位置，造成在兩順坯貼合面處后端的磚坯中心區(qū)域溫度較低。因此，磚坯的低溫區(qū)域主要出現(xiàn)在兩順坯貼合面的外壁處及其后端順坯的中心位置。

兩坯垛單元中各通道截面溫差見(jiàn)表1。邊垛1坯垛單元在2個(gè)7.5 mm通道處兩側(cè)磚坯的平均溫差分別為1.7、1.8℃，邊垛2坯垛單元在2個(gè)7.5 mm通道處兩側(cè)磚坯的平均溫差分別為4.25、5.25℃。因此，沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向，在通道寬度相同時(shí)，坯垛單元中順坯數(shù)量是影響截面溫差的主要原因，且截面溫差隨順坯數(shù)量增多而增大。由上述分析可知，邊垛2比邊垛1坯垛單元順坯中的低溫區(qū)域面積及截面溫差值都要大。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)盡量減少各結(jié)構(gòu)坯垛中沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向的順坯數(shù)量。

表1 坯垛單元中各通道截面溫差表

此外，由表1還可以看出，邊垛1與邊垛2坯垛單元中各截面溫差都隨通道寬度的增加而減小，這是因?yàn)殡S通道寬度增加，流過(guò)該通道及穿過(guò)順坯孔洞的熱空氣增多，對(duì)流作用增強(qiáng)而使截面溫差減小。因此，設(shè)計(jì)碼坯形式時(shí)，應(yīng)在遵循各項(xiàng)碼坯原則的前提下，加大各磚坯間的氣流通道寬度，減小磚坯預(yù)熱溫差，提高預(yù)熱質(zhì)量。

4 結(jié)論

分析后得到以下結(jié)論:

(1)邊垛2(六壓三)預(yù)熱溫差大于邊垛1(四壓二)的預(yù)熱溫差，即邊垛1的磚坯預(yù)熱效果優(yōu)于邊垛2。因此，從邊垛角度出發(fā)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采用邊垛1所在的磚坯碼放形式。

(2)沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向，坯垛單元中順坯數(shù)量是影響截面溫差的主要原因，且截面溫差隨順坯數(shù)量增多而增大。因此，碼坯形式的設(shè)計(jì)或調(diào)整應(yīng)盡量減少各結(jié)構(gòu)坯垛中沿?zé)峥諝饬鲃?dòng)方向的順坯數(shù)量。

(3)邊垛1與邊垛2坯垛單元中各截面溫差都隨通道寬度的增加而減小。因此，在遵循各項(xiàng)碼坯原則的前提下，應(yīng)加大各磚坯間的氣流通道寬度，以此減小預(yù)熱溫差，提高預(yù)熱質(zhì)量。