人類窯爐的發(fā)展與硅酸鹽材料的歷史是分不開的。從今天起我們就來說說工業(yè)窯爐是如何發(fā)展演化的。在這里我們可以把窯和爐來做一個區(qū)分了，窯和爐還是稍微有點區(qū)別的。在所謂的窯中，被加熱的物質(zhì)與加熱介質(zhì)是明顯分開的，不直接與加熱介質(zhì)接觸。而爐恰恰相反，爐中被加熱介質(zhì)要么直接與熱源接觸。

要說到窯爐就不能不說火了，*早的火焰應(yīng)該是木材燃燒導(dǎo)致的，火焰溫度可以達(dá)到600攝氏度，這個溫度加熱食物綽綽有余，也可以用來冶煉部分金屬。對于當(dāng)時的人類來說是*綽綽有余的，以至于現(xiàn)在的非洲土著依然沒有演化出更高大上的燃燒技術(shù)。

在距今12000-7000年前，人類進入了陶器時代，早期的陶器就是用富含硅酸鹽以及鋁酸鹽的陶土，加水成型后在火焰下進行燒制。燒成溫度一般來說和陶土的特性有關(guān)，好燒的陶土土燒結(jié)溫度也就在700-800℃。但是這個溫度對于人類來說稍微有點困難的，主要是由于火焰會與周圍空氣換熱導(dǎo)致溫度難以提高。為了燒制陶器，人類不得不開始思考燃燒保溫問題，*早的窯爐誕生了。

土窯誕生可以說非常早，至少是在新石器時代。從現(xiàn)有情況來看，至少在公元5000年前，人類就已經(jīng)做出了比較復(fù)雜的窯爐，也就是我們所說的橫穴窯，這種窯爐的溫度可以說燒制陶器是綽綽有余了。于此同時，對于燃料方面也進行了改進，由于木材熱值低，后續(xù)的窯爐主要采用木炭作為燃料了。

如圖所示的恒穴窯，在新石器時代晚期就已經(jīng)出現(xiàn)了，其主要特點就是燃燒與加熱部分分開，在窯下端燃燒，產(chǎn)生的煙氣進入窯內(nèi)加熱陶器。

橫穴窯出現(xiàn)后的2000年中，人類對窯爐進行了進一步的改進，這個改進主要是在通風(fēng)方面，早期的窯爐都是自然通風(fēng)的，當(dāng)窯爐內(nèi)空氣不足的時候，木炭燃燒不充分就難以達(dá)到預(yù)定溫度。為了補充窯爐內(nèi)的空氣，就采用了強制通風(fēng)的方法，于是乎風(fēng)箱被發(fā)明了出來，對應(yīng)的人類開始有意識地加工制造風(fēng)嘴，窯爐內(nèi)溫度進一步提高。到了商周時期，人類已經(jīng)在窯體內(nèi)達(dá)到1000℃以上的高溫，這樣煉銅煉鐵與燒制青瓷也就成為了可能。

現(xiàn)在我們來說一說東西方窯爐在發(fā)展路線上的區(qū)別，實際在窯爐方面我國在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)還是*于時代的。前文說道由于礦產(chǎn)資源不同，中國于西方對于無機材料的使用走向了兩個路線，中國由于高嶺土等資源豐富，走向了陶瓷這個技能。而西方由于火山與水晶較多，*后走向了水泥和玻璃這個技能點。這也間接導(dǎo)致了東西方窯爐技術(shù)走向兩個不同的方向。

長期以來西方對于窯爐的要求實際上不高，首先西方基本不自產(chǎn)瓷器，一般用陶器，鐵器甚至還一度使用鉛制備容器。另外比較重要的一點就是西方人偶然地發(fā)現(xiàn)了玻璃，而早期的玻璃的冶煉溫度只有800℃，所以長期以來西方窯的改進動力一直不大。

   和現(xiàn)在的玻璃不同，早期的玻璃因為燒成溫度低因此透明度不高，要得到今天玻璃的透明度，燒成溫度要到1200℃左右，因此玻璃作為光學(xué)元件用于望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡已經(jīng)是十六世紀(jì)以后的事情了。中國古代實際上也有使用玻璃的記錄，但那實際上是鉛鋇玻璃，與我們現(xiàn)在觀念中的玻璃是兩個概念。

而中國就不同了，在秦漢時期，中國窯爐的燒成溫度就已經(jīng)能夠達(dá)到1200-1300℃，同時，在燒制過程中還能對窯爐內(nèi)的氣氛進行控制。這一時期的窯形主要以龍窯與饅頭窯為主。這個一般與地形有關(guān)，據(jù)說是北方多平原，因此一般以饅頭窯為主，而南方山多，可以直接依靠山勢做出龍窯。

見于中國南方的龍窯，一般依托山的斜坡建造，呈長條形。煙氣從窯體底部自下而上穿過，連煙囪都省了。用我們反應(yīng)工程的說法，這龍窯有點像管式反應(yīng)器，充分利用了煙氣的熱量，整體能耗小。

龍窯發(fā)展到了宋代后漸漸演化成了階梯窯，也就是所謂德化窯，德化窯是有4-6間窯室串聯(lián)起來來的。也可以理解為在龍窯內(nèi)部增加了隔斷，將龍窯分成了幾段。相對于龍窯，德化窯結(jié)構(gòu)進行了改進，窯體可以做的更大，可以燒制更大的瓷器，同時熱效率也明顯提高。到了南宋時期，景德鎮(zhèn)出現(xiàn)了鎮(zhèn)窯，鎮(zhèn)窯*大的特點就是出現(xiàn)了保溫層。在窯體內(nèi)壁與外壁之間做了一層縫隙，里面都是空氣，整個窯體保溫能力更強，熱量損失更小，這一時期窯體內(nèi)的溫度已經(jīng)能達(dá)到1400℃了。

中國窯爐先后經(jīng)歷的龍窯，階梯窯與鎮(zhèn)窯幾個階段的演變。可以說在保溫性能，氣氛控制，窯爐結(jié)構(gòu)與體積方面中國窯爐是遠(yuǎn)遠(yuǎn)*于同時代的西方的。但是非?？上У囊稽c，之前說過了我國的窯爐一般用來燒制成品，而西方窯爐一般用來燒制粉料，這*終導(dǎo)致我國窯爐在發(fā)展上長時間無法點出一個關(guān)鍵的技能點，那就是連續(xù)化生產(chǎn)。連續(xù)化生產(chǎn)至少窯實現(xiàn)物料的連續(xù)進出，這一點來說粉料更容易實現(xiàn)。同時也容易導(dǎo)致出現(xiàn)其他的衍生成果，比如說流態(tài)化技術(shù)。而實現(xiàn)成型物料的連續(xù)操作窯等到20世紀(jì)隧道窯出現(xiàn)了。

非?？上У氖牵捎谥袊A(chǔ)科學(xué)非常薄弱，盡管在一個時期生產(chǎn)技術(shù)上處于*，但是很快發(fā)展就遭遇了瓶頸，自明代以后中國窯爐的發(fā)展就沒有出現(xiàn)進步。不久以后，歐洲發(fā)生工業(yè)革命，很快在窯爐技術(shù)方面實現(xiàn)了彎道超車。

首先，從18世紀(jì)中期開始，西方開始有了水泥的需求，這時候就需要對水泥進行燒制了，*早的水泥燒制采用的是立窯，也就是燒石灰用的。到了1877年的時候出現(xiàn)了第一臺回轉(zhuǎn)窯，至此水泥工業(yè)基本成型。

   水泥回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu)是一個圓柱形不斷旋轉(zhuǎn)的筒，筒又一定傾斜，隨著筒轉(zhuǎn)動粉料可以不斷排出，從而實現(xiàn)粉料可以連續(xù)進出?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐火磚保障其在高溫下可以使用?；剞D(zhuǎn)窯窯頭配有燃燒器，利用空氣吹起流態(tài)化的煤粉進行燃燒提供熱量。

回轉(zhuǎn)窯的出現(xiàn)也不是一蹴而就的過程，如果大家還有印象的話我們說制堿的時候就又提到路布蘭制堿所用的設(shè)備，這嚴(yán)格意義上應(yīng)該叫回轉(zhuǎn)煅燒爐，與我們現(xiàn)在概念的回轉(zhuǎn)窯還是有差別的，這實際上是回轉(zhuǎn)窯的雛形之一，在這一套系統(tǒng)中就實現(xiàn)了窯體的轉(zhuǎn)動與物料的連續(xù)進出。只不過制堿的碳酸氫鈉分解過程溫度只需要200℃左右，因此窯體結(jié)構(gòu)非常簡單，沒有燃燒器與耐火磚等結(jié)構(gòu)。。

而一開始回轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)的時候并沒有被直接用于水泥工業(yè)中，究其原因有兩點。首先水泥這個行業(yè)大概開始發(fā)展就是再18世紀(jì)末期?；剞D(zhuǎn)爐剛剛出現(xiàn)的時候人類對水泥的配方才稍有了解。另外就是水泥燒制溫度高，同時耐火磚襯里的技術(shù)還不發(fā)達(dá)，1400℃的高溫不是那個時候的金屬可以承受的。此外對應(yīng)的煤粉燃燒技術(shù)也需要一定的積累。因此，直到回轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)100年后，它才被用于水泥工業(yè)。

來源：YEBOSS的化工知識大雜燴