陶瓷烧成与窑炉热工

第三讲陶瓷烧成技术烧成是将陶瓷坯体在相应的窑炉中进行加热处理，使其发生一系列的物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，从而形成固定的外形并获得所要求性能的工序。

烧成时坯体将发生脱水、分解、化合等物理和化学变化，烧成后制品具有一定的机械强度及使用性能。

陶瓷烧成的窑炉主要有隧道窑、辊道窑、梭式窑等。

烧成时的温度制度、气氛制度、压力制度等与产品的质量有直接关系。

因此，烧成过程是陶瓷生产中重要的工序之一。

一、陶瓷坯体的烧成过程（一）烧成过程的阶段划分陶瓷坯体烧成时，根据不同温度区间的主要作用与主要变化反应可分为如下几个阶段（见表3-1）。

在整个烧成过程中，制品在窑内经历了不同的温度变化和气氛变化，既有氧化、分解、新的晶体生成等复杂的化学变化，也伴随有脱水、收缩、以及密度、颜色、强度与硬度的改变等物理变化。

并且这些变化总是相互交错地一起进行。

（二）影响坯体烧成时物理化学变化的主要因素影响坯体烧成时物理化学变化的主要因素主要有坯料的化学组成与矿物组成、坯料的物理状态等。

1．坯料的化学组成与矿物组成根据坯料的化学组成，可以推断坯体在烧成过程中产生膨胀或气泡的可能性，可以估计坯体的耐火度的高低，也可以推断坯体烧后的呈色等。

坯体在烧成过程中的物理化学变化与坯体的化学组成有关，但坯料的化学分析只能提供坯料性质的大致情况，不能完全说明问题的本质，因为化学分析是将泥料的化学组成用氧化物表示出来，实际上泥料的各种成分绝大部分不是以游离氧化物形式存在，而是各式各样的化合物。

更准确地说，坯体在烧成过程中的物理化学变化是取决于泥料的矿物组成。

例如高岭土和多水高岭土，它们的晶体结构基本相似，但在加热过程中的脱水反应是不相同的。

即使是同一氧化物，在两种不同的矿物组成中所起的作用也不一定相同，例如游离石英与黏土或长石中的氧化硅，其所起作用的性质就不一样。

同样是氧化硅，在以不同的晶态（石英、鳞石英、方石英）存在时，会表现出不同的特性。

陶瓷烧成工艺制度与窑炉一陶瓷烧成烧成是指坯体在高温下发生一系列物理化学反响，使坯体矿物组成与显微构造发生显著变化，外形尺寸固定，强度进步，最终获得某种特定使用性能陶瓷制品的过程。

坯体在烧成过程中的物理化学反响，如表1所示：二烧成工艺制度烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。

影响产品性能的重要因素是温度和气氛，压力制度旨在温度和气氛制度的实现。

温度制度包括升温速度、烧成时间和保温时间，冷却速度等参数。

2.1 烧成温度曲线的制定烧成温度曲线表示由室温加热到烧成温度，再由烧成温度冷却至室温的烧成过程全部的温度—时间变化情况。

烧成温度曲线的性质取决于以下因素：①烧成时坯体中的反响速度。

坯体的组成、原料性质以及高温中发生的化学变化均影响反响的速度。

②坯体的厚度、大小及坯体的热传导才能。

③窑炉的构造、形式和热容，以及窑具的性质和装窑密度。

2.1.1 升温速度确实定低温阶段：升温速度主要取决于坯体入窑时的水分。

氧化分解阶段：升温速度主要取决于原料的纯度和坯件的厚度，此外，也与气体介质的流速和火焰性质有关。

高温阶段：升温速度主要取决于窑的构造、装窑密度以及坯件收缩变化的程度。

2.1.2 烧成温度及保温时间确实定烧成温度必须在坯体的烧结范围之内，而烧结范围必须控制在线收缩(体积收缩)到达最大而显气孔率接近于零〔细瓷吸水率<0.5%〕的一段温度范围。

最适宜的烧成温度或止火温度可根据坯料的加热收缩曲线和显气孔率变化曲线来确定。

保温时间确实定原那么是保证所需液相量平稳地增加，不致使坯体变形。

2.1.3 冷却速度确实定冷却速度确实定主要取决于坯体厚度以及坯内液相的凝固速度。

2.2 气氛制度气体介质对含有较多铁的氧化物、硫化物、硫酸盐以及有机杂质等陶瓷坯料影响很大。

同一坯体在不同气体介质中加热，其烧结温度、最终烧成收缩、过烧膨胀以及收缩速率、气孔率均不同，故要根据坯料化学矿物组成，以及烧成过程各阶段的物理化学变化规律，恰中选择气体介质〔气氛〕。

陶瓷窑炉的烧成制度分为温度制度、压力制度和气氛制度。

其中温度制度和气氛制度直接影响产品的产量的质量，而压力制度保证温度和气氛制度的实现。

它们之间既相互影响又相互辅助，在现代陶瓷窑炉中，由于在结构上与传统窑炉相比有了较为明显的变化，一些新方法，新技术已应用于现代陶瓷窑炉中，故而烧成制度，尤其压力制度呈现出了新的特点。

从而要求温度和气氛制度与之相适应。

一、现代陶瓷窑炉烧成制度最近几年，随着陶瓷窑炉的引进、消化吸收和对传统窑炉的改造，现代陶瓷窑炉已经在陶瓷工业中占到统治地位。

比传统窑炉，无论是在预热带、烧成带和冷却带，现代陶瓷窑炉都应用了新方法、新技术。

比如：在预热带，现代窑炉都较为普遍地使用了顶吹和侧吹气幕风。

这对于调节预热带上下温差，升温速率的缓急和窑头温度有关至关重要的作用，气幕风的使用，使得在预热带上部的一段区域内呈现一定程度的正压，而不象传统窑炉预热带全呈匀压的状态。

由于大部分窑炉都使用洁净化的燃料，如城市煤气、液化石油气和天然气，故而现代陶瓷窑炉自动控制水平提高，最高温度点能够控制到±1℃的范围内，并且能长期保持稳定，在冷却带，急冷风由狭缝式改为排管式冷却，冷却效果均匀稳定，在传统窑炉中，由于急冷风比较集中并且量大，急冷温度一般都在750℃以上，而在现代窑炉中，急冷温度甚至可以降到600℃左右，在烧瓷片和日用瓷的辊道窑中，急冷温度甚至可以降到550℃以下而不会出现风惊缺隐。

在压力制度方面，一般来讲，窑炉的最大压点是在急冷和烧成带尾部之间，在传统窑炉中一般在1.5-1.8mm水柱；即15-18Pa，而在现代陶瓷窑炉中，压力在5-8Pa左右，在缓冷带，美国SD和意大利西蒂等公司的窑炉中还采用了顶吹和侧吹结构。

此外，现代陶瓷窑炉的新型保温砌体和低蓄热窑车的应用，都使得现代陶瓷窑炉无论是在产品产量、质量，以及产品能耗方面与传统窑炉相比呈现出巨大优势。

在产品质量上，现代窑炉的烧成缺陷非常低，合格率、优级品率很高。

陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式陶瓷烧结是指坯体在高温下致密化过程和现象的总称。

随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大，表面能较高的粉粒，力图向降低表面能的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使坯体成为具有一定强度的致密的瓷体。

烧结的推动力为表面能。

烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。

烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。

为降低烧结温度，扩大烧成范围，通常加入一些添加物作助熔剂，形成少量液相，促进烧结。

一般粗线条结炉的燃烧方法主要有以下几种：热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、微波烧结、反应烧结、爆炸烧结。

固相烧结一般可表现为三个阶段，初始阶段，主要表现为颗粒形状改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为气孔尺寸减小。

烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产窑炉及附属设备。

烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一制品可以在不同类型的窑内烧成，同一种窑也可以烧结不同的制品。

主要常用的有间歇式窑炉，连续式窑炉和辅助设备。

间歇式窑炉按其功能可分为电炉，高温倒焰窑，梭式窑和钟罩窑。

连续式窑炉的分类方法有很多种，按制品的输送方式可分为隧道窑，高温推板窑和辊道窑。

与传统间歇式窑炉相比较，连续式窑具有连续操作性，易实现机械化，大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度，降低了能耗等优点。

温度制度的确定，包括升温速度，烧成温度，保温时间和冷却速度等参数。

通过飞行坯料在烧成过程中性状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速度（相图，差热-失重、热膨胀、高温相分析、已有烧结曲线等）。

升温速度：低温阶段，氧化分解阶段，高温阶段。

烧成温度与保温时间：相互制约，可在一定程度上相互补偿，以一次晶粒发展成熟，晶界明显、没有显著的二次晶粒长大，收缩均匀，致密而又耗能少为目的。

冷却速度，随炉冷却，快速冷却。

压力制度的确定，压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。

全窑的压力分布根据窑内结构，燃烧种类，制品特性，烧成气氛和装窑密度等因素来确定。

陶瓷有限公司设备操作规程烧成窑炉操作规程1.每次停窑后重新点火前都要先将燃气管道内的空气经由排空管道排放干净，然后再关闭排空管的阀门，防止燃气爆炸。

2.启动传动,抽烟风机及助燃风机,点燃火枪.按升温曲线升温.3.温度达到800℃左右,启动急冷风机和抽热风机.4.适当调整马弗板上下位置,排烟风机前管道闸板开度,以便调节全窑压力分布,从而调节温度分布。

5.当窑温达到1180℃以上时,试放生砖坯,根据坯砖烧制情况细调窑炉温度曲线烧成周期.调整完毕,开始进砖.6.遇突然停电时,先检查确认燃气自动切断阀门装置已启动，开启备用发电机将辊棒传动“前进”改为“摆动”,来电后重新点火.7.停气时,先关闭燃气阀门,并停止砖坯入窑,待窑内无砖后,关闭所有风机.故障排除后,启动风机重新点火.8.需要停窑维修时,首先停止进砖,待窑内无砖时,关闭燃气阀门.调小抽烟风机及助燃风机,关闭抽热风机及急冷风机.温度降至200℃以下,停止所有风机及传动.9.每小时对窑炉温度、干燥器温度进行记录,每30分钟进行一次产品尺寸检测和记录,10.每小时一次目测砖的平直度，测量磨边后砖的平直度，出现不规则变形时，立即汇报，以便尽早处理。

11.每半小时一次侧量砖的尺寸，大时，高温带上下温度各加一度；小时，各减一度。

若一片砖的尺寸相差5㎜时调整上下烧咀的火焰长度，每次调节不得超过两节窑炉。

并做好标记，出砖后测量。

12.风机吸热口、闸板高度和窑炉转速等不得乱调，需要调整时报主任批准后方可进行，并做好记录。

13.窑炉两侧高温棉必须堵严，防止漏火引起火灾。

妥善保管窑炉两侧的消防器材，确保有效。

14.点火时要先打开排烟风机，再开电磁阀，开燃气，把烧咀点燃。

15.每次拆装烧咀出软管时，丝头必须使用生料带且拧紧，防止漏气。

16.窑炉控制室内禁止吸烟。

陶瓷烧成窑的三种窑炉类型，它们都用这些耐火材料(2016-12-22 11:45:50)转载▼分类：耐火材料烧成是生产陶瓷很重要的工序，它是在热工设备--窑炉中进行。

陶瓷用的窑炉类型有：（1）按其外形和操作分，有间歇式和连续式。

间歇式窑如倒焰窑，连续式窑如隧道窑。

（2）按热源分，有使用燃料的火焰窑（烧煤、煤气或重油等）及电热窑炉。

（3）按火焰是否接触产品分，有明焰窑及隔焰窑（马弗窑）。

以上焙烧陶瓷的窑炉，因其具体用途不同，工作环境不一，应使用不同的耐火材料。

一、陶瓷烧成窑分类（一）隧道窑隧道窑因其产量高，燃耗低，劳动条件好，易机械化、自动化，是目前陶瓷及耐火材料工业应用较多的现代化窑炉。

隧道窑有多种分类，其划分见下表。

隧道窑的窑顶用耐火砖砌筑，或用耐火浇注料预制块砌筑。

窑底则由多台窑车组成。

窑车沿固定的导轨移动。

料坯放在窑车上由窑头推入窑内，经过预热、烧成和冷却，最后从窑尾出窑而获得成品。

（二）倒焰窑倒焰窑是陶瓷工业目前常用的一种火焰窑炉，亦是烧制耐火制品的热工设备。

因为火焰在窑内是自窑顶倒向窑底的，所以叫倒焰窑。

倒焰窑为间歇操作。

其容积随生产的需要和工艺条件而变化，容量小的只有几立方米，大的可达200?300立方米。

其外形可以分为圆窑和方窑两种。

圆窑窑内上下温差较小，约20℃左右，上下温度分布比较均匀，目前使用较多。

窑的烧成制度、亦随烧成制品的材质而变动。

倒焰窑的砌体遭受高温和燃烧气流的冲刷作用，以及温度变化的影响，所以，窑衬材料应具有较髙的髙温力学性质、良好的抗热震性。

倒焰窑属间歇式窖，热损耗较大，装、出窑劳动强度大、条件较差，与隧道窑相比产量较低，但具有生产上的灵活性。

（三）梭式窑梭式窑是一种窑车式的倒焰窑，其结构与传统的矩形倒焰窑基本相似。

梭式窑结构示意图如下图。

梭式窑烧嘴安设在两侧窑墙上，窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上，即窑底吸火孔、支烟道设于窑车上，并使窑墙下部的烟道和窑车上的支烟道相连接；窑车在窑室底部轨道移动，窑车数视窑的容积而定；窑车之间及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封。

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第一部分陶瓷烧成窑炉及干燥器分类
1.1 现代陶瓷工业热工设备主要包括：
（1）粉料制备用热工设备: 其主要作用是将陶瓷泥浆通过喷雾造粒过程，制成含有一定水份的成型粉料。

即原料车间喷雾干燥塔。

（2）成型制品干燥用热工设备: 其主要作用是将陶瓷湿坯，通过干燥过程，除去其所含的过多物理水满足下道工序的需要。

即所有的成型后干燥器。

（3）陶瓷烧成用热工设备: 其主要作用是将坯体在各种专用的烧成窑炉内，通过高温烧成过程转变为陶瓷制品。

即烧成窑。

（4）熔炼熔块热工设备:其主要作用是将部分配釉用原料在熔块窑（炉）内经过高温熔融过程，转变为配制釉浆用熔块。

即熔块窑。

（5）可燃气体的生产、调配输送系统:主要包括：煤气发生炉，加压与净化设备，输配管路以及LPG(或LNG)汽化站等。

（6）燃油储存及供应系统:主要包括重油、柴油库（站）、加热器、净化器、油泵、管路等。

（7）工业锅炉房，空压站等。

以上（1）---（4）项均属于陶瓷生产线专用热工设备，（5）---（7）项属于能源变换及输送热工设备。

今天主要介绍陶瓷烧成窑炉(3)及成型后干燥器(2)。

1.2陶瓷烧成窑炉的分类
陶瓷烧成窑炉（以下简称陶瓷窑炉）是用于烧成陶瓷制品的热工设备，可把陶瓷窑炉按不同原则进行分类，如下表所示
1.3成型后干燥器分类
成型后干燥器（以下简称干燥器）是用于成型后陶瓷坯体或烧后制品烘干的热工设备，可把干燥器按不同原则进行分类，如下表所示。

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1. 制坯。

根据产品形状和尺寸设计模具。