CHOOS辊道窑预烧的工艺与特性
2010-11-06 10:04:04
来源：《磁性元件与电源》2010年11月刊
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1 前言
软磁材料在发展，并且随着软磁材料的附加功能的增加，整机使用软磁铁氧体元件的数量亦在提高。人均使用软磁铁氧体材料的数量从一个侧面反映了一个国家的发达程度。
软磁材料行业属于高新技术（新型材料）、高能耗及劳动密集型行业，欧洲及日本等老牌磁性材料厂商正越来越失去其成本优势。与此同时中国的磁材行业却以每年15%以上的速度增长。原材料方面氧化铁质量目前和国外的还有一定差距，在高性能软磁铁氧体生产方面还需进口一部分氧化铁。但企业也注意到此问题，采取必要的技术引进与开发，来满足日益发展的软磁材料业需要。四氧化三锰、氧化锌原材料比较丰富，同时具有生产世界上公认的高质量产品的企业。中国软磁铁氧体的生产设备，已经从制粉——成品，能成套制造，有些设备还出口。主要特点是价格比国外低，对磁性材料成本下降，参与国际竞争很有竞争力。
即使在目前的金融危机下，中国的市场还是是巨大的，日本，美国，欧洲等国外的家电行业在我国有大量投资企业，国外大型汽车行业在我国合作生产汽车，国外通讯行业和IT行业也在中国发展。这些为软磁材料在我国的发展提供了市场保障，中国必将成为世界上最大的磁性材料销售市场。
2 预烧对铁氧体颗粒料生产的重要性
软磁铁氧体也称磁性陶瓷，其颗粒料制备方法主要分为干法和湿法。干法原料便宜、工艺简单，是目前工业生产的主要方法。预烧是干法制备铁氧体颗粒料必不可少的重要环节，也是最不容易控制的工序。
为了获得最佳电磁特性和机械特性的最终产品，通常在砂磨之前将按一定比例混合原材料，在高温下进行预先热处理，这一过程称为预烧。
预烧使部分氧化物和碳化物进行分解，使容易挥发的杂质（如Cl、S等酸根元素）蒸发获得均匀的混合物；使部分混合物进行初步的固相反映，转变成尖晶石结构；减少最后产品烧结后的收缩和变形。
预烧程度较低的铁氧体粉，烧结时，低熔点物质挥发浓度过大，不能完全排放，造成烧结磁芯晶粒超常增长，表面或内部出现花斑。预烧程度适当，可以成功地抑制MnZn铁氧体中异常晶粒增大，并获得较小的平均晶粒微结构。另一方面在这种情况下，氧化物原料低的可压缩性和铁氧体烧结后大的收缩会造成粉料在成型时产生不均匀，并在烧结后产生形变，这些会降低铁氧体磁芯制作的再现性，可靠性。因此，预烧对铁氧体材料生产至关重要。
3 超思(CHOOS)独特的辊道窑预烧工艺
目前国内多数厂家采用回转窑进行铁氧体预烧，使用能源为电，但其产量较小，预烧时间短，不能很好地达到预烧效果，而且能耗成本较大。预烧温度及保温时间对铁氧体的颗粒料制备相当关键，温度太低达不到预烧效果；温度过高，不仅会造成预烧料硬度过大，不利于砂磨和喷雾造粒，还会影响烧结产品收缩和磁性能。
重庆超思信息材料股份有限公司是目前西部地区首家建设规模最大的高性能软磁锰锌铁氧体料粉生产企业，也是独家采用国家发明专利生产软磁锰锌铁氧体料粉的专业生产厂商。国家西部大开发和信息产业重点西移的发展布局，为高性能软磁料粉提供了广阔的市场和发展机遇。超思公司采用先进的干法工艺，结合自主研发的专利021282564——“一种预烧软磁铁氧体料粉的方法”，即采用天然气为燃料，采用辊道窑预烧软磁铁氧体料粉的工艺，节约了软磁铁氧体预烧过程中的能耗，大大降低了生产成本。在金融危机影响下、行业的激烈残酷的竞争中，超思公司依然屹立在行业最前沿，公司靠的就是自己的成本优势和工艺技术优势。
3.1 辊道窑工艺流程
超思(CHOOS)采用辊道窑预烧的具体工艺如下（见图1）：
超思公司借鉴集团公司四维瓷业（集团）有限公司生产卫生陶瓷的生产工艺，采用以陶瓷和金属棒作为运载工具，把按配方称好的三氧化二铁、四氧化三锰、氧化锌经过干混、振磨后的红料混合物，装于耐高温材料制作的不锈钢匣钵中。匣钵随辊棒转动进入窑炉内部，并在辊道窑内完成对红料粉的干燥预热、升温、烧成及冷却四道工序。烧成周期在约4小时。
(1)预热阶段：在辊道窑内的预热段，利用烟气热量，使料粉从常温加热到600℃。料粉水分从1%左右变为0，同时脱去了红料粉中自由水、结合水，并使红料粉颗粒表面相互作用形成表面分子膜（假分子或孪晶）；少数金属离子发生扩散至表面离子接触，构成新的表面分子，但无明显的新相生成。
(2)升温阶段：在这一时段主要完成对粉料从600℃到900℃左右的升温过程，速度控制在300℃/h左右，升温过快会造成粉料爆沸，瓷管爆裂等。
(3)烧成阶段：通过烧嘴喷出天然气，使炉内气温度达到900℃左右。料粉从600℃加热到大约900℃，表面和内部金属离子充分扩散形成固熔体，进而形成新相，形成晶粒，并不断修正结构缺陷，晶粒长大，密度上升。在此阶段约有90-95%的原始料粉生成新相，料粉变为黑色。在本段，主要通过控制空气流量来控制窑内氧化气氛，通过调节天然气流量大小来控制温度。
(4)冷却阶段：通过制冷风机，抽入常温空气，炉内温度由900℃左右急速降温，黑料粉从高温降为50-60℃，在此过程中，黑料粉中大部分热量被空气带回窑内。
辊道窑预烧适用于入窑水分在0-5%的料粉，软磁锰锌铁氧体待预烧的红料在辊道窑中预烧反应过程分为水分蒸发及添加剂挥发、盐类原料分解及有害杂质分解挥发，经预烧后可提升软磁锰锌铁氧体料粉的性能。
3.2 辊道窑窑炉系统
3.2.1 窑炉内氧化度
氧化度是表明粉体预烧过程中固相反映及吸氧量的一个重要参数，其测试值与测试装置影响大，如果在预烧过程中吸氧不足，则会在二次烧结过程中吸氧速度过快，而引起产品内应力增大造成产品开裂，因此对预烧温度曲线及其工艺控制相当重要。
(1)分析室可由用氮气排出三角烧瓶内的空气，然后在密封的三角烧瓶内，将样品溶解到含有硫酸亚铁铵溶液的硫磷混酸中，用重铬酸钾标准溶液滴定。测试预烧料中Fe2+的含量，Fe2+越多，氧化度越大，高导的氧化度小于功率料的氧化度。测试氧化度装置图如下：
(2)目测也很重要：一般预烧合适的粉料颜色为黑色微微发灰。
(3)预烧工艺主要控制关键是：选择合适的预烧曲线，严格控制窑炉内氧含量（一般控制含量为10%以上）、预烧的进料量和进料速度，使其达到标准规定要求。
Md：预烧料的磁化度(uH/G)≤5%
Md=(L1-L0)/L0×100% （L0空芯线圈的电感量，L1磁粉电感量）
d：预烧料的一次粒子径 d≤1.7±0.15um（透气法，单位重量4g）
3.2.2 窑炉基础
本窑炉为先进的轻型装配式结构，全窑面积约为140m2，其中由下至上分别为100mm厚C15混泥土垫层和200mm厚C20钢筋混泥土，除窑体本体外，另外还有各种设备基础：包括风机平台、进窑机、出窑机、电器柜等。
3.2.3 窑体结构
窑体有效长度54.96米，共分为27节。其中第1-3节为排烟段，第4-7节为预热升温段，8-21节为高温段（约占窑总长的51%），22-27节为快速冷却段。见辊道窑外观图4：
窑炉的窑顶采用Ｚ型纤维预制块组合吊挂，减轻了窑体重量，增加了加热保温效果。在设置喷嘴和急冷风部位的窑顶加设有金属换热器（占窑顶面积的65％以上），用以预热助燃空气及急冷风。窑墙则采用浇注捣打成型的Ｕ型耐火材料砌块（高铝、粘土质），砌块内填充有耐火纤维棉，外面采用耐火材料纤维毡或硅钙板，Ｕ型砌块与外部钢架相连接，这种结构比较稳定，热稳定性好且节能效果高。据计算，当窑内壁温度达到1250℃时，窑外壁温度仅为50℃左右，说明窑体的密封性极好。窑车上的耐火材料也全部采用了耐火纤维材料，这同样降低了热能的无为消耗。
采用独特的吊挂形式和选用轻型材料，能有效的减轻窑顶重量和蓄散热，并且能有效的减少窑顶落脏。
3.2.4 事故处理孔和观察孔
为了方便维修和处理事故，窑子每节窑体两侧交错设置有330×134mm事故处理孔，以便在瓷辊断裂时起到清理断辊和掏出匣钵的作用。
每只烧嘴对面窑墙的对应位置均设置有Φ50mm观察孔，一方面起到看火的作用，便于调节烧嘴燃烧状态，一方面又起到观察窑内辊棒及匣钵的运行状态的作用。
3.2.5 燃烧系统
天燃气管道主管及支管为不锈钢材质。阀门为密封良好的优质不锈钢球阀、蝶阀。天然气经主管调压阀（2台，一开一备）、电磁总阀、流量计、过滤器及支路比例阀、手阀、电磁阀等到烧嘴后喷入窑内充分燃烧（有焰燃烧）。
烧嘴选用德国进口产品，先进节能，不易结焦，燃烧完全，温度场分布均匀。同时，窑炉备用助燃风机、排烟风机、抽热风机、快冷风机各两台。
3.2.6 传动系统
传动系统采用斜齿轮分段传动，传动组件由轴承、轴承套、弹簧卡、联体座、45°斜齿轮、传动轴组成。
3.2.7 产量核算
用300×300×50mm匣钵装载锰锌红料，每钵出窑合格预烧料为3.2kg，窑长54.96米，可装匣钵183排，窑宽2100mm，可装匣钵6列，窑内可以装匣钵数量为1098个。则辊道窑年生产量为：
1098×3.2×24×365/3(全年按)=10259712kg，合10200吨。
3.3 辊道窑预烧的目的及特性
3.3.1 辊道窑预烧的锰锌铁氧体目的和意义
辊道窑预烧使锰锌铁氧体中铁、锰、锌三种原材料间发生初步固相反应，部分地或全部的铁氧体化，减小预烧料粉的内应力。辊道窑预烧是将经过混合均匀的粉料加热（天然气）到适当的高温，由于高温的作用使铁、锰、锌原料颗粒接触、粘接，按扩散机理发生致密化及收缩，并在接触面上首先发生局部的固相反应，随着加热温度升高，反应加速，红料在辊道窑明焰烧结下固相反应完成程度也提高了，对于软磁锰锌铁氧体则希望预烧时部分生成铁氧体，使其在最后烧结时有利于磁芯晶粒成长和提高密度。考虑到700℃~900℃时锌铁氧体生成时伴随有体积的膨胀，在烧结时不利于致密化，所以预烧时要尽量使锌铁氧体反应完成。
辊道窑预烧可以改善粉料成型的压制性，由于预烧时原料颗粒间黏接和致密化，预烧时体积收缩，提高了料粉的松装密度和振实密度，减小了压制成型时粉料的压缩比，有利于磁芯模具设计和成型操作，改善了粉料的成型性和压制性。
辊道窑预烧可以减小最终烧结磁芯产品的收缩和变形。预烧使红料粉颗粒致密化，大大提高了单个颗粒的自身密度，使获得高的毛坯密度较为容易。众所周知，高的毛坯密度可减小烧结产品的收缩率，避免因产品收缩过大而引起的变形或开裂现象，有利于产品外形尺寸的控制。
辊道窑预烧还有利于产品性能的提高。当用氧化物作为原材料时，辊道窑预烧可预先去除因热分解而产生的气体，避免烧结产品时形成气孔，提高了最终产品的密度。同时可去除硫酸根、氯根及其他有害的非金属杂质，纯化了成分；预烧时的固相反应，加上烧结时的完全固相反应，可使铁氧体反应完全，消除局部成分和微观结构的不均匀性，大大有利于最终产品性能的提高。
3.3.2 辊道窑主要的特性
(1)采用明焰裸烧工艺。燃烧产物与料粉直接接触，热交换充分，料粉受热均匀，可以实现低温快烧。明焰裸烧方法作为最先进的烧成方法在窑温的均匀性、窑容积、生产强度和单位耗能方面均表现出最佳效果，可成为现代软磁铁氧体生产的优选窑型，因此可能在很短的时间内得以推广普及。明焰裸烧方式窑温均匀性高，这是由于此种烧成方式预烧料粉阻力小、窑内压力降低、预热带负压低，因此漏入冷空气少。
(2)采用低导热率、低蓄热的轻质耐火或隔热材料。窑墙及窑顶砌体大量使用耐火纤维，窑车衬砌采用轻质、低蓄热材料及合理的结构，因而使窑炉升、降温快，保温好，窑体外表面及车下温度低，散热及蓄热均少，从而大大降低了能耗。另外，还在窑顶的材料选用和结构设计上做了特殊的处理，以消除纤维材料长期使用后，因粉化脱落而造成的落脏。
(3)窑膛空间结构、断面构造设计及气幕等设置合理。采用宽而低的断面，从而在优质低耗的前提下，大幅度提高了产量。随着燃烧及自动控制系统的改进，我们已能更有效地控制上下温差，这进一步增加了装载量，并可适应高大产品装烧的特殊要求。
(4)采用天然气燃料，选用低生产能力、小功率的高速调温烧嘴，在预热带后段和烧成带中采用多点密集布置和上下交错布置、分组控制的方式设置燃烧系统。高速调温烧嘴喷出气体速度可大于100m/s，流量大，搅动剧烈，温度又可调，从而大大强化了窑内尤其是中温段的对流换热，使窑内制品加热极为均匀。现已可使最高烧成温度断面上的最大温差控制在3℃以内。这样既利于沿窑长方向烧成温度和气氛制度的建立和调整，使燃烧充分，又利于窑内横断面上温度的均匀，从而可实现快烧。软磁料粉烧成周期一般在(2-4)h以内，最短的已达2h。
(5)窑炉的温度、压力、气氛及流量等均采用先进的多变量模糊控制(FC， FuzzyContr01)结合P，D控制的计算机自动控制技术，通过计算机、模糊控制器、可编程序控制器(PLC)和智能仪表，实现高精度的双回路串级自动调节、控制和管理。模糊控制系统的核心是软嵌入式无模型自学习多变量模糊控制器。它不需要事先知道被控制对象的特性及其数学模型，它可以动态处理相互耦合的多回路， 以实现软磁锰锌铁氧体预烧时的温度、压力、气氛和流量等诸多变量之间的协调控制，并且可以充分利用烧成操作的成功经验，模拟现场人员的操作，从而优化并稳定烧成制度，协调控制各变量，实现高品质的控制。而模糊控制结合P，D控制的综合控制方法，更保证了窑炉运行的可靠性。当一种控制方式出现故障时，另一种方式仍能保证窑炉的正常运行，从而克服了单一控制模式一旦出现故障后，便无法自动控制的缺点。控制系统的关键部位均选用进口设备，以充分保障窑炉运转和使用的可靠性，且使维护修理费用大幅度下降，从而使窑炉运行成本很低。
(6)配置了合理的通风工作系统。不仅全面地满足了窑炉的工作要求，而且还做到了通风机与管网的良好匹配，从而减少了电能的消耗。窑炉进出风管全部采用不锈钢材质。既可防止污染料粉，又增加了窑炉管道的使用寿命。
(7)自动进出窑系统、窑车运转系统、步进回车系统等均采用PLC实现全自动程序控制，从而大大降低了操作人员的劳动强度。现代化的安全和报警系统设施、科学化的连锁程序编排，还大大提高了窑炉操作的安全性和可靠性。
(8)采用先进的计算机控制和管理软件使操作变得简单直观和人性化，且更利于数据的积累与分析，进而实现对窑炉的科学化管理。
(9)磁性材料行业内，对软磁铁氧体粉料预烧，均采用的是回转窑，使用回转窑在预烧过程中有大量的粘壁现象，造成窑内温度不均、部分料粉预烧不完全，影响料粉的一致性。要解决此问题，只能先对粉料进行湿混、再干燥、使用造球机造球后进入回转窑预烧，这种方法需要增加工序，自然提高了成本。而我们采用辊道窑预烧，就完全地解决了使用回转窑中出现的问题，能耗也仅是使用回转窑的50%，产生了本行业预想不到的效果，是软磁铁氧体粉料预烧工艺的一次革命，具备突出的实质性特点和显著进步。
我公司运用传统的干法工艺，采用天然气为燃料在辊道窑中预烧软磁锰锌铁氧体料粉，不仅节约了铁氧体预烧过程中能耗，大大降低了生产成本，而且很好地达到了预烧效果，提高了产品的磁性能。附表2，我公司生产的SP2K3（同TDK公司PC40）颗粒料在东莞飞磁的检测报告。
4 结论
超思公司采用辊道窑预烧锰锌铁氧体料粉的工艺，是软磁料粉生产行业预烧设备上的一次改革与突破，辊道窑上下温差小，控温精度高、温度均匀、使产品可以在允许的工艺条件下快速升降温，大大节约能源，降低了成本，大大的提高了产品的产量与质量。
附录：
软磁材料在发展，并且随着软磁材料的附加功能的增加，整机使用软磁铁氧体元件的数量亦在提高。人均使用软磁铁氧体材料的数量从一个侧面反映了一个国家的发达程度。
软磁材料行业属于高新技术（新型材料）、高能耗及劳动密集型行业，欧洲及日本等老牌磁性材料厂商正越来越失去其成本优势。与此同时中国的磁材行业却以每年15%以上的速度增长。原材料方面氧化铁质量目前和国外的还有一定差距，在高性能软磁铁氧体生产方面还需进口一部分氧化铁。但企业也注意到此问题，采取必要的技术引进与开发，来满足日益发展的软磁材料业需要。四氧化三锰、氧化锌原材料比较丰富，同时具有生产世界上公认的高质量产品的企业。中国软磁铁氧体的生产设备，已经从制粉——成品，能成套制造，有些设备还出口。主要特点是价格比国外低，对磁性材料成本下降，参与国际竞争很有竞争力。
即使在目前的金融危机下，中国的市场还是是巨大的，日本，美国，欧洲等国外的家电行业在我国有大量投资企业，国外大型汽车行业在我国合作生产汽车，国外通讯行业和IT行业也在中国发展。这些为软磁材料在我国的发展提供了市场保障，中国必将成为世界上最大的磁性材料销售市场。
2 预烧对铁氧体颗粒料生产的重要性
软磁铁氧体也称磁性陶瓷，其颗粒料制备方法主要分为干法和湿法。干法原料便宜、工艺简单，是目前工业生产的主要方法。预烧是干法制备铁氧体颗粒料必不可少的重要环节，也是最不容易控制的工序。
为了获得最佳电磁特性和机械特性的最终产品，通常在砂磨之前将按一定比例混合原材料，在高温下进行预先热处理，这一过程称为预烧。
预烧使部分氧化物和碳化物进行分解，使容易挥发的杂质（如Cl、S等酸根元素）蒸发获得均匀的混合物；使部分混合物进行初步的固相反映，转变成尖晶石结构；减少最后产品烧结后的收缩和变形。
预烧程度较低的铁氧体粉，烧结时，低熔点物质挥发浓度过大，不能完全排放，造成烧结磁芯晶粒超常增长，表面或内部出现花斑。预烧程度适当，可以成功地抑制MnZn铁氧体中异常晶粒增大，并获得较小的平均晶粒微结构。另一方面在这种情况下，氧化物原料低的可压缩性和铁氧体烧结后大的收缩会造成粉料在成型时产生不均匀，并在烧结后产生形变，这些会降低铁氧体磁芯制作的再现性，可靠性。因此，预烧对铁氧体材料生产至关重要。
3 超思(CHOOS)独特的辊道窑预烧工艺
目前国内多数厂家采用回转窑进行铁氧体预烧，使用能源为电，但其产量较小，预烧时间短，不能很好地达到预烧效果，而且能耗成本较大。预烧温度及保温时间对铁氧体的颗粒料制备相当关键，温度太低达不到预烧效果；温度过高，不仅会造成预烧料硬度过大，不利于砂磨和喷雾造粒，还会影响烧结产品收缩和磁性能。
重庆超思信息材料股份有限公司是目前西部地区首家建设规模最大的高性能软磁锰锌铁氧体料粉生产企业，也是独家采用国家发明专利生产软磁锰锌铁氧体料粉的专业生产厂商。国家西部大开发和信息产业重点西移的发展布局，为高性能软磁料粉提供了广阔的市场和发展机遇。超思公司采用先进的干法工艺，结合自主研发的专利021282564——“一种预烧软磁铁氧体料粉的方法”，即采用天然气为燃料，采用辊道窑预烧软磁铁氧体料粉的工艺，节约了软磁铁氧体预烧过程中的能耗，大大降低了生产成本。在金融危机影响下、行业的激烈残酷的竞争中，超思公司依然屹立在行业最前沿，公司靠的就是自己的成本优势和工艺技术优势。
3.1 辊道窑工艺流程
超思(CHOOS)采用辊道窑预烧的具体工艺如下（见图1）：
超思公司借鉴集团公司四维瓷业（集团）有限公司生产卫生陶瓷的生产工艺，采用以陶瓷和金属棒作为运载工具，把按配方称好的三氧化二铁、四氧化三锰、氧化锌经过干混、振磨后的红料混合物，装于耐高温材料制作的不锈钢匣钵中。匣钵随辊棒转动进入窑炉内部，并在辊道窑内完成对红料粉的干燥预热、升温、烧成及冷却四道工序。烧成周期在约4小时。
(1)预热阶段：在辊道窑内的预热段，利用烟气热量，使料粉从常温加热到600℃。料粉水分从1%左右变为0，同时脱去了红料粉中自由水、结合水，并使红料粉颗粒表面相互作用形成表面分子膜（假分子或孪晶）；少数金属离子发生扩散至表面离子接触，构成新的表面分子，但无明显的新相生成。
(2)升温阶段：在这一时段主要完成对粉料从600℃到900℃左右的升温过程，速度控制在300℃/h左右，升温过快会造成粉料爆沸，瓷管爆裂等。
(3)烧成阶段：通过烧嘴喷出天然气，使炉内气温度达到900℃左右。料粉从600℃加热到大约900℃，表面和内部金属离子充分扩散形成固熔体，进而形成新相，形成晶粒，并不断修正结构缺陷，晶粒长大，密度上升。在此阶段约有90-95%的原始料粉生成新相，料粉变为黑色。在本段，主要通过控制空气流量来控制窑内氧化气氛，通过调节天然气流量大小来控制温度。
(4)冷却阶段：通过制冷风机，抽入常温空气，炉内温度由900℃左右急速降温，黑料粉从高温降为50-60℃，在此过程中，黑料粉中大部分热量被空气带回窑内。
辊道窑预烧适用于入窑水分在0-5%的料粉，软磁锰锌铁氧体待预烧的红料在辊道窑中预烧反应过程分为水分蒸发及添加剂挥发、盐类原料分解及有害杂质分解挥发，经预烧后可提升软磁锰锌铁氧体料粉的性能。
3.2 辊道窑窑炉系统
3.2.1 窑炉内氧化度
氧化度是表明粉体预烧过程中固相反映及吸氧量的一个重要参数，其测试值与测试装置影响大，如果在预烧过程中吸氧不足，则会在二次烧结过程中吸氧速度过快，而引起产品内应力增大造成产品开裂，因此对预烧温度曲线及其工艺控制相当重要。
(1)分析室可由用氮气排出三角烧瓶内的空气，然后在密封的三角烧瓶内，将样品溶解到含有硫酸亚铁铵溶液的硫磷混酸中，用重铬酸钾标准溶液滴定。测试预烧料中Fe2+的含量，Fe2+越多，氧化度越大，高导的氧化度小于功率料的氧化度。测试氧化度装置图如下：
(2)目测也很重要：一般预烧合适的粉料颜色为黑色微微发灰。
(3)预烧工艺主要控制关键是：选择合适的预烧曲线，严格控制窑炉内氧含量（一般控制含量为10%以上）、预烧的进料量和进料速度，使其达到标准规定要求。
Md：预烧料的磁化度(uH/G)≤5%
Md=(L1-L0)/L0×100% （L0空芯线圈的电感量，L1磁粉电感量）
d：预烧料的一次粒子径 d≤1.7±0.15um（透气法，单位重量4g）
3.2.2 窑炉基础
本窑炉为先进的轻型装配式结构，全窑面积约为140m2，其中由下至上分别为100mm厚C15混泥土垫层和200mm厚C20钢筋混泥土，除窑体本体外，另外还有各种设备基础：包括风机平台、进窑机、出窑机、电器柜等。
3.2.3 窑体结构
窑体有效长度54.96米，共分为27节。其中第1-3节为排烟段，第4-7节为预热升温段，8-21节为高温段（约占窑总长的51%），22-27节为快速冷却段。见辊道窑外观图4：
窑炉的窑顶采用Ｚ型纤维预制块组合吊挂，减轻了窑体重量，增加了加热保温效果。在设置喷嘴和急冷风部位的窑顶加设有金属换热器（占窑顶面积的65％以上），用以预热助燃空气及急冷风。窑墙则采用浇注捣打成型的Ｕ型耐火材料砌块（高铝、粘土质），砌块内填充有耐火纤维棉，外面采用耐火材料纤维毡或硅钙板，Ｕ型砌块与外部钢架相连接，这种结构比较稳定，热稳定性好且节能效果高。据计算，当窑内壁温度达到1250℃时，窑外壁温度仅为50℃左右，说明窑体的密封性极好。窑车上的耐火材料也全部采用了耐火纤维材料，这同样降低了热能的无为消耗。
采用独特的吊挂形式和选用轻型材料，能有效的减轻窑顶重量和蓄散热，并且能有效的减少窑顶落脏。
3.2.4 事故处理孔和观察孔
为了方便维修和处理事故，窑子每节窑体两侧交错设置有330×134mm事故处理孔，以便在瓷辊断裂时起到清理断辊和掏出匣钵的作用。
每只烧嘴对面窑墙的对应位置均设置有Φ50mm观察孔，一方面起到看火的作用，便于调节烧嘴燃烧状态，一方面又起到观察窑内辊棒及匣钵的运行状态的作用。
3.2.5 燃烧系统
天燃气管道主管及支管为不锈钢材质。阀门为密封良好的优质不锈钢球阀、蝶阀。天然气经主管调压阀（2台，一开一备）、电磁总阀、流量计、过滤器及支路比例阀、手阀、电磁阀等到烧嘴后喷入窑内充分燃烧（有焰燃烧）。
烧嘴选用德国进口产品，先进节能，不易结焦，燃烧完全，温度场分布均匀。同时，窑炉备用助燃风机、排烟风机、抽热风机、快冷风机各两台。
3.2.6 传动系统
传动系统采用斜齿轮分段传动，传动组件由轴承、轴承套、弹簧卡、联体座、45°斜齿轮、传动轴组成。
3.2.7 产量核算
用300×300×50mm匣钵装载锰锌红料，每钵出窑合格预烧料为3.2kg，窑长54.96米，可装匣钵183排，窑宽2100mm，可装匣钵6列，窑内可以装匣钵数量为1098个。则辊道窑年生产量为：
1098×3.2×24×365/3(全年按)=10259712kg，合10200吨。
3.3 辊道窑预烧的目的及特性
3.3.1 辊道窑预烧的锰锌铁氧体目的和意义
辊道窑预烧使锰锌铁氧体中铁、锰、锌三种原材料间发生初步固相反应，部分地或全部的铁氧体化，减小预烧料粉的内应力。辊道窑预烧是将经过混合均匀的粉料加热（天然气）到适当的高温，由于高温的作用使铁、锰、锌原料颗粒接触、粘接，按扩散机理发生致密化及收缩，并在接触面上首先发生局部的固相反应，随着加热温度升高，反应加速，红料在辊道窑明焰烧结下固相反应完成程度也提高了，对于软磁锰锌铁氧体则希望预烧时部分生成铁氧体，使其在最后烧结时有利于磁芯晶粒成长和提高密度。考虑到700℃~900℃时锌铁氧体生成时伴随有体积的膨胀，在烧结时不利于致密化，所以预烧时要尽量使锌铁氧体反应完成。
辊道窑预烧可以改善粉料成型的压制性，由于预烧时原料颗粒间黏接和致密化，预烧时体积收缩，提高了料粉的松装密度和振实密度，减小了压制成型时粉料的压缩比，有利于磁芯模具设计和成型操作，改善了粉料的成型性和压制性。
辊道窑预烧可以减小最终烧结磁芯产品的收缩和变形。预烧使红料粉颗粒致密化，大大提高了单个颗粒的自身密度，使获得高的毛坯密度较为容易。众所周知，高的毛坯密度可减小烧结产品的收缩率，避免因产品收缩过大而引起的变形或开裂现象，有利于产品外形尺寸的控制。
辊道窑预烧还有利于产品性能的提高。当用氧化物作为原材料时，辊道窑预烧可预先去除因热分解而产生的气体，避免烧结产品时形成气孔，提高了最终产品的密度。同时可去除硫酸根、氯根及其他有害的非金属杂质，纯化了成分；预烧时的固相反应，加上烧结时的完全固相反应，可使铁氧体反应完全，消除局部成分和微观结构的不均匀性，大大有利于最终产品性能的提高。
3.3.2 辊道窑主要的特性
(1)采用明焰裸烧工艺。燃烧产物与料粉直接接触，热交换充分，料粉受热均匀，可以实现低温快烧。明焰裸烧方法作为最先进的烧成方法在窑温的均匀性、窑容积、生产强度和单位耗能方面均表现出最佳效果，可成为现代软磁铁氧体生产的优选窑型，因此可能在很短的时间内得以推广普及。明焰裸烧方式窑温均匀性高，这是由于此种烧成方式预烧料粉阻力小、窑内压力降低、预热带负压低，因此漏入冷空气少。
(2)采用低导热率、低蓄热的轻质耐火或隔热材料。窑墙及窑顶砌体大量使用耐火纤维，窑车衬砌采用轻质、低蓄热材料及合理的结构，因而使窑炉升、降温快，保温好，窑体外表面及车下温度低，散热及蓄热均少，从而大大降低了能耗。另外，还在窑顶的材料选用和结构设计上做了特殊的处理，以消除纤维材料长期使用后，因粉化脱落而造成的落脏。
(3)窑膛空间结构、断面构造设计及气幕等设置合理。采用宽而低的断面，从而在优质低耗的前提下，大幅度提高了产量。随着燃烧及自动控制系统的改进，我们已能更有效地控制上下温差，这进一步增加了装载量，并可适应高大产品装烧的特殊要求。
(4)采用天然气燃料，选用低生产能力、小功率的高速调温烧嘴，在预热带后段和烧成带中采用多点密集布置和上下交错布置、分组控制的方式设置燃烧系统。高速调温烧嘴喷出气体速度可大于100m/s，流量大，搅动剧烈，温度又可调，从而大大强化了窑内尤其是中温段的对流换热，使窑内制品加热极为均匀。现已可使最高烧成温度断面上的最大温差控制在3℃以内。这样既利于沿窑长方向烧成温度和气氛制度的建立和调整，使燃烧充分，又利于窑内横断面上温度的均匀，从而可实现快烧。软磁料粉烧成周期一般在(2-4)h以内，最短的已达2h。
(5)窑炉的温度、压力、气氛及流量等均采用先进的多变量模糊控制(FC， FuzzyContr01)结合P，D控制的计算机自动控制技术，通过计算机、模糊控制器、可编程序控制器(PLC)和智能仪表，实现高精度的双回路串级自动调节、控制和管理。模糊控制系统的核心是软嵌入式无模型自学习多变量模糊控制器。它不需要事先知道被控制对象的特性及其数学模型，它可以动态处理相互耦合的多回路， 以实现软磁锰锌铁氧体预烧时的温度、压力、气氛和流量等诸多变量之间的协调控制，并且可以充分利用烧成操作的成功经验，模拟现场人员的操作，从而优化并稳定烧成制度，协调控制各变量，实现高品质的控制。而模糊控制结合P，D控制的综合控制方法，更保证了窑炉运行的可靠性。当一种控制方式出现故障时，另一种方式仍能保证窑炉的正常运行，从而克服了单一控制模式一旦出现故障后，便无法自动控制的缺点。控制系统的关键部位均选用进口设备，以充分保障窑炉运转和使用的可靠性，且使维护修理费用大幅度下降，从而使窑炉运行成本很低。
(6)配置了合理的通风工作系统。不仅全面地满足了窑炉的工作要求，而且还做到了通风机与管网的良好匹配，从而减少了电能的消耗。窑炉进出风管全部采用不锈钢材质。既可防止污染料粉，又增加了窑炉管道的使用寿命。
(7)自动进出窑系统、窑车运转系统、步进回车系统等均采用PLC实现全自动程序控制，从而大大降低了操作人员的劳动强度。现代化的安全和报警系统设施、科学化的连锁程序编排，还大大提高了窑炉操作的安全性和可靠性。
(8)采用先进的计算机控制和管理软件使操作变得简单直观和人性化，且更利于数据的积累与分析，进而实现对窑炉的科学化管理。
(9)磁性材料行业内，对软磁铁氧体粉料预烧，均采用的是回转窑，使用回转窑在预烧过程中有大量的粘壁现象，造成窑内温度不均、部分料粉预烧不完全，影响料粉的一致性。要解决此问题，只能先对粉料进行湿混、再干燥、使用造球机造球后进入回转窑预烧，这种方法需要增加工序，自然提高了成本。而我们采用辊道窑预烧，就完全地解决了使用回转窑中出现的问题，能耗也仅是使用回转窑的50%，产生了本行业预想不到的效果，是软磁铁氧体粉料预烧工艺的一次革命，具备突出的实质性特点和显著进步。
我公司运用传统的干法工艺，采用天然气为燃料在辊道窑中预烧软磁锰锌铁氧体料粉，不仅节约了铁氧体预烧过程中能耗，大大降低了生产成本，而且很好地达到了预烧效果，提高了产品的磁性能。附表2，我公司生产的SP2K3（同TDK公司PC40）颗粒料在东莞飞磁的检测报告。
4 结论
超思公司采用辊道窑预烧锰锌铁氧体料粉的工艺，是软磁料粉生产行业预烧设备上的一次改革与突破，辊道窑上下温差小，控温精度高、温度均匀、使产品可以在允许的工艺条件下快速升降温，大大节约能源，降低了成本，大大的提高了产品的产量与质量。
附录：
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