浅谈现代陶瓷窑炉的烧成制度
- 格式:doc
- 大小:25.00 KB
- 文档页数:2
陶瓷窑炉分类按工作方式分类(1)间歇窑(2)连续窑按热源分类:(1)火焰窑——常用于普通陶瓷工业(2)电热窑——常用于电子陶瓷或特种陶瓷工业烧成过程是若干过程的综合,包括下面五个过程:(1)物料的物理化学变化过程(2)物料的运动过程(3)气体流动过程(4)燃料燃烧过程(5)传热过程陶瓷的烧成制度须满足以下三点基本要求:1、各阶段应有一定的升温或降温速度,不得超过,以免坯体内外温差过大而形成破坏应力,同时还应考虑到该阶段中所进行的物理化学变化所需要的时间。
2、在适宜的烧成温度下应有一定的保温时间,以使坯体内外温度趋于一致,保证坯体内外充分烧结和釉面成熟平整。
3、在某些阶段应保持一定的气氛,以保证坯体中某些物理化学过程的进行。
烧成制度:1温度制度2气氛制度3压力制度4温度制度:①温度制度::将窑炉内制品温度随时间(或位置)变化的规律在直角坐标系上绘成曲线称烧成曲线。
(温度为制品的表面温度)常用窑温来代替此温度。
②气氛制度:窑炉内制品周围气体性质随时间(或位置)变化的规律。
③压力制度:窑内气体压力随时间(或位置)变化的规律耐火材料的主要性能:A、耐火度定义:耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。
B、荷重软化温度(荷重软化点)定义:荷重软化温度就是耐火材料在一定压力下发生一定变形和坍塌时的温度。
C、热稳定性定义:耐火材料抵抗温度急剧变化而不破裂或剥落的能力称热稳定性或称耐急冷急热性。
D、抗化学腐蚀性耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力E、高温体积稳定性(残余收缩或膨胀、重烧收缩或膨胀)指材料在高温下长期使用时,体积发生不可逆变化(收缩或膨胀)的性能。
现代窑炉分类、节能的原理及烧成操作能源紧张已制约世界经济和中国经济的发展,陶瓷行业作为耗能大户行业之一,如何节能降耗不单是为国家考虑,为我们的子孙后代考虑,也是我们行业自身求生存求发展的迫切需求。
陶瓷整个生产过程,烧成成本占去总成本30%以上,二次烧成、三次烧成的成本更高。
降低烧成成本就是降低了生产总成本,我们陶瓷行业已进入微利时代,如果在烧成成本上降低10~20%以上,那么我们工厂可能增加2~6%以上的利润空间。
在烧成成本上降低20%以上有可能吗?我的回答是肯定的,对潮州大部分陶瓷工厂窑炉能耗还相当的高,窑炉节能的潜力还很大。
今天我所要讲的是现代窑炉节能原理,也就是说现在哪种类型的窑炉最节能,确定了窑型后怎样建造这座窑可以达到最佳的节能效果。
一、陶瓷窑炉分类1、按构造型式分:梭式窑、隧道窑、辊道窑、推板窑、圆型(转盘窑)、钟罩窑。
2、按供热方式分:煤窑、柴窑、电窑、燃气窑。
煤窑、柴窑已被淘汰,清洁能源窑炉(电、燃气)已走向成熟及发展阶段。
3、按烧成温度分:高温窑、中温窑、低温窑。
实际上我们现在有一些窑已经把窑炉构造,供热方式,烧成温度全概括出来了,如八立方高温燃气梭式窑、双板燃气式中温辊道窑、电热辊道烤花窑、电热网带烤花窑等。
二、各种窑炉的适用范围及节能比较1、梭式窑。
间隙式生产窑炉,适合小批量多品种生产,由于生产的灵活性,现在很多中小陶瓷瓷厂都还采用这种窑炉。
但由于是间隙式,窑壁、台车要吸热消耗能量,总的比较起来耗能相对较高,但通过窑炉设计和制造者的努力,比如采用高速燃烧机快速烧成,采用轻质耐火保温材料减少窑炉蓄热,有的快速烧成梭式窑已达到与旧有隧道窑相媲美的节能效果。
2、隧道窑。
故名思议,它的窑体像隧道。
其实广义上的隧道窑包含辊道窑、台车式隧道窑、推板窑、转盘窑都属于隧道窑的范围。
狭义上的隧道窑。
我们仅指台车式隧道窑,但潮式叫法叫推板窑,五年前在潮州听到真把我搞糊涂了,事实上我要说明一下,推板窑是耐火板直接承载在耐高温的导轨上,(如刚王砖导轨或刚玉球导轨能原地滚动)耐火板一块接着一块,由于受耐火板承载推力所限制,一般不长,长则二十米,短则几米,一般烧成高温粉末或特种陶瓷,日产量不大。
窑炉烧成工艺技术窑炉烧成工艺技术是指对陶瓷制品进行烧结和成型的一种工艺技术。
它是将制作好的陶瓷坯体经过高温烧制,使其发生物理和化学变化,在炉中进行一系列的处理,使其变得致密,增强强度和耐磨性的过程。
窑炉烧成工艺技术对于陶瓷制品的质量和性能有着重要影响。
窑炉烧成工艺技术的主要步骤包括:上物、砌炉、放坯、烧成和取坯等环节。
首先是上物,是指将制作好的陶瓷坯体放到窑炉里的过程。
在上物时需注意坯体摆放的方式,要做到整齐划一,使得每个坯体都能充分接触到热源,从而实现坯体的均匀加热。
接着是砌炉,即将上好的物品按照特定的方式摆放到窑炉中。
不同陶瓷产品的烧成工艺是不同的,因此需要根据产品的特性和炉型来进行合理的摆放。
常见的摆放方式有矩形排列、楔状排列等。
砌炉时还需要注意留有放坯道,方便进行放坯操作。
放坯是指将上好的陶瓷坯体放置在窑炉内的过程。
主要有手工放坯和机械放坯两种方式。
手工放坯通常用于小型窑炉,操作者根据物品大小、质量和窑炉容量等因素,将坯体放置在窑炉内适当的位置。
机械放坯则是通过机械设备将坯体精确地放置在预定位置。
烧成是窑炉烧成工艺技术的核心步骤。
通过加热使坯体达到一定的温度,使其中的有机物脱失、水分蒸发、胶结剂燃烧等过程发生。
烧成过程的控制很关键,需要根据陶瓷产品的特性和要求来控制温度升降速率、保温时间等参数。
同时,还需要防止窑炉内气氛的氧化还原和陶瓷表面的氧化等问题。
最后是取坯,即将烧成好的陶瓷制品从窑炉中取出。
这一步需要注意的是防止窑炉内外温度骤变引起陶瓷制品破裂。
通常使用自然冷却和缓冷两种方式来保证陶瓷制品的品质。
总结一下,窑炉烧成是对陶瓷制品进行烧结和成型的过程,其工艺技术的重要性不可忽视。
合理的上物、砌炉、放坯、烧成和取坯等步骤,能够保证陶瓷制品的质量和性能得到充分提升。
只有不断提高窑炉烧成工艺技术,才能生产出更加优质的陶瓷制品。
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应,使坯体矿物组成与显微结构发生显著变化,外形尺寸固定,强度提高,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应,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下列因素:①烧成时坯体中的反应速度。
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应的速度。
②坯体的厚度、大小及坯体的热传导能力。
③窑炉的结构、形式和热容,以及窑具的性质和装窑密度。
2.1.1 升温速度的确定低温阶段: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结构、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的确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)达到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。
保温时间的确定原则是保证所需液相量平稳地增加,不致使坯体变形。
2.1.3 冷却速度的确定冷却速度的确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,恰当选择气体介质(气氛)。
陶瓷窑炉烧成技术
陶瓷窑炉烧成技术是我国的传统文化重要的组成部分。
陶瓷烧成窑分类如下:
(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。
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。
(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。
陶瓷材料的烧成制度是为了实现所需的物理、化学和结构特性而设计的一套烧成工艺和规则。
以下是一个基本的陶瓷材料烧成制度的概述:1.烧成温度控制:确定合适的烧成温度范围,以达到所需的材料性质。
根据不同的陶瓷材料类型和成分,确定最佳的烧成温度,并确保温度控制的准确性和稳定性。
2.烧成时间控制:确定适当的烧成时间,以确保陶瓷材料充分结晶和烧结。
根据材料的组成和形状,确定最佳的烧成时间,并严格控制烧成时间的长度,避免过度或不足烧结。
3.烧成气氛调节:根据具体的陶瓷材料要求,选择适当的烧成气氛。
常用的气氛包括氧化性气氛(如空气)和还原性气氛(如氢气),以影响材料的氧化还原状态和色彩表现。
4.烧成速率控制:确定适当的烧成速率,以避免材料在烧成过程中发生应力和裂纹。
对于大型或复杂形状的陶瓷制品,需要逐渐升温或降温,控制烧成速率,确保均匀加热或冷却。
5.烧成介质选择:根据具体要求,选择合适的烧成介质,如炉内的支撑物或烧盘等。
这些介质可以提供稳定的支撑和传热,以保持陶瓷材料的形状和结构稳定。
6.烧成后处理:对于某些陶瓷材料,可能需要进行烧结后的附加处理,如表面抛光、釉料涂覆、装配等,以改善材料的表面质量和使用性能。
7.质量检验:制定相应的质量检验标准和方法,对烧成后的陶瓷材料进行质量检测和评估。
包括物理性能测试(如密度、硬度、强度等)和化学分析(如成分检测),以确保符合所需的规范和要求。
以上是一个基本的陶瓷材料烧成制度的概述,具体的烧成工艺和规则应根据不同陶瓷材料的类型、用途和要求进行具体设计和调整。
重要的是确保烧成过程的稳定性和可控性,以获得高质量的陶瓷制品。
陶瓷窑炉烧成技术1、烧成气氛的概念陶瓷产品的烧成气氛是指在烧制的过程中,窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。
一般将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。
游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛,游离氧含量在4%~5%的称为普通氧化气氛,游离氧含量1%~1.5%的称为中性气氛当游离氧的含量小于1%,并且co含量在3%以下时,称为弱还原气氛,co含量在5%以上的称为强还原气氛。
在实际生产中,采用何种气氛制度来烧制陶瓷产品,要根据产品配方中原料的组成以及烧制过程中各阶段的物化反映情况来确定。
当原料中所含有机物和碳较少,且粘性低、吸附性弱、含铁量较高时,适合与还原气氛烧成反之,则适合与氧化气氛烧成。
2、烧成气氛对产品性能的影响众所周知,气氛会影响陶瓷坯体在高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸与气孔大小等,尤其对陶瓷坯的颜色、透光度和釉面质量的影响,更显突出。
①影响铁和钛的化合价在实际生产中,当氧化气氛烧成时,坯料中的fe2o3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低,可析出胶态的fe2o3使坯显黄色当还原气氛烧成时,形成的feo熔化在玻璃相中呈淡青色。
另外,当坯体中的氧化铁含量一定时,若用氧化气氛烧成,被釉层所封闭的fe2o3将有一部分与sio2反应生成铁橄榄石并放出氧,其反应如下:(2fe2o3+2 sio2→2(2feo·sio2)+o2↑)反应生成的氧会使釉面形成气泡与孔洞,而残留的fe2o3会使坯体呈黄色。
对含钛较高的坯料应避免用还原气氛烧成,否则部分tio2会变成蓝至紫色ti2o3,还可能形成黑色2feo·ti2o3尖晶石和一系列铁钛混合晶体,从而呈色加深。
②使sio2还原和co分解在一定的温度下,还原气氛可使sio2还原为气态的sio,在较低的温度下它将按2s io→sio2+si 分解,因而在制品表面形成si的黑斑。
还原气氛中的co在一定的温度下会按2co→co2+c 分解。
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。
在产量方面,一般都在50万件以上,在我们调试过的美国SD公司的窑炉,断面3.8米年产量在100万件。
窑炉适应能力强,高、中、低档产品在同一窑炉中都能有非常好的烧成质量。
产品能耗低、周期短,并且如果压力制度调节合适,产品出窑温度也很低,能够达到60℃以下。
由于新方法、新技术的应用,现代陶瓷窑炉的调试极为方便,和传统窑炉相比,更加有规律可循。
故而现代窑炉产量高、缺陷低,并且能够长期保持稳定。
但现代陶瓷窑炉在结构上,设备上与传统窑炉相比,毕竟有所不同,沿有过去的传统思想和方式,会产生一系列的偏差,这一点主要体现在烧成制度中温度制度和压力制度相互适应上。
在现代陶瓷窑炉中,要掌握其调试方法,必须认清和掌握现代陶瓷窑炉中各种布置的特点和作用,只有这样,才能充分地利用这些新技术、新方法。
二、现代陶瓷窑炉中烧成制度的制定1、在现代陶瓷窑炉中,温度制度和压力制度的配合尤为重要,总体来讲,现代窑炉,由于使用的是保温砌体,低蓄热窑车,燃料是洁净化气体燃料,以及自动化控制。
产品能耗是很低的(和传统窑炉相比)。
反映在窑炉上,就是整体窑炉的烟气量的降低,所以无论是预热带、烧成带和冷却带的压力普遍下降,这就要求整个窑炉的送风和排烟抽热要有良好的配合。
一般来讲,在整个窑炉内部应掌握三个平衡,一是预热带和烧成带之间的平衡,二是冷却带中、急冷风和窑尾送风与抽热之间的平衡。
三是窑内压力和窑下压力之间的平衡。
这三个平衡哪一个平衡做得不好,都会对产品质量窑炉使用寿命造成影响。
在此方面,一些教料书和技术资料中有详尽论述,在本文不再重复。
需要注意的是,窑头的气幕风机和窑尾风机、缓冷带的顶吹、侧风机都地对整个窑炉的温度和整窑的压力产生影响,调试时一定要综合考虑。
2、在现代陶瓷窑炉中,预热带和冷却带的温度压力制度的调节是很方便的。
技术人员可综合升温速度,上下温差、晶型转换等工艺因素,再结合排烟和气幕风机以及各分类闸板的开度可以实现升(降)温的缓急。
需注意的是在调节气幕风机时,不要频繁并且动作幅度不宜过大,否则会出现窑脏等缺陷。
在冷却带,冷风的鼓入应尽量由上部鼓入,抽热由上部抽出。
急冷的温度在保证不出风惊的情况下,尽量降低一些,以缓解缓冷段的压力。
3、在烧成带,制定温度曲线一定要与压力制度有效地结合起来,
这一点尤为重要。
在制定温度曲线时除考虑工艺质量要求以外,还必须考虑烧成带自动控制的设备特性的特点来制定。
一般烧成带各区的自动控制分为单独控制煤气和空、燃气比例控制两种。
在这两种控制中,由于温度制度不合理,它对压力制度的影响会呈现出两种不同的形式,调试人员一定注意。
a、在单独控制燃气的控窑中,由于窑气和燃气的比例是在一定燃气开度下的固定比例,这时亦会出现两种情况,一是烧成温度低于设定温度,这时此区的烧嘴处于开大状态,此区的烧嘴燃烧强烈,处于此区烧嘴控制下的窑炉内的温度场也很强。
二是某区的烧成温度高于设定温度,此区的烧嘴就会关小,而这时空气压力是不变的,空燃比例就会失调。
如果温度曲线不合理,设定温度高出实际温度许多,此区的烧嘴会关至最低,此时烧嘴起的就是降温作用,窑内的温度场因此强弱不均。
产生过多的废气,造成窑内压力制度不合理。
b、在空、燃比例调节的窑炉中,如果温度制度不合理也会出现两种情况,第一种情况与前面提到的是一致的,只是烧嘴开大的同时,空气和燃气是同时增长的。
在出现第二种情况时,如果设定温度过低,此区烧嘴的空燃气关得太小时,烧嘴处于最小火燃状态(如执行器和比例阀调得不好,没有此状态),烧嘴产生的烟气量大大减小。
而排烟拉力是一定的,此时,烧成带烟气就会被过多拉向窑头一侧,窑前部温度升高。
如果此时另一区甚至更多的温度高于设定温度时,就会加剧这种情况。
窑炉前温度和压力变得极不稳定,窑炉部温度升高而后部温度急剧降低。
这种情况在顶车不连续和装车不均时,尤为明显。
上述的两种情况表明,在制定温度制度时,除了考虑工艺要求外,还必须使烧嘴各区的执行器开度稳定在合适的位置上,使执行器上下都有一定余量来调节。
并且这个开度不应相差太大。
这个比例应该在40-60%之间。
这样温度制度和压力制度才能达到有机地配合。
否则,如果执行器的开度波动过大,如某一区开度在20%而加另一区又在80%,烧成过程中就会产生偏差,窑炉的稳定性也会降低。
三、对现代陶瓷窑炉烧成制度的几点想法从90年代始,随着对现代陶瓷窑炉的引进消化、吸收,我国的现代窑炉水平断提高,国内的窑断公司已经能设计建造出和国外窑炉相匹配的窑炉。
然而不可否认,国内建造的窑炉基本上还处于仿制阶段。
只是做到了形似,现代窑炉的内部精髓还没有被充分利用。
在设计、施工以及国内配套设备水平都未形成一整套完整的技术。
而且国内窑炉公司的技术水平和人员素质仍不太令人满意。
施工过程中粗制滥造,材料以次充好。
正因为这些因素的存在某些窑炉公司建造的窑炉建完后不能使用,有的把气幕风安装成向吹的,有的公司建的窑,空气的燃气管径不配套,有的窑炉自控系统和比例阀选型不当。
所有这些,都是制约我国现代陶瓷窑炉水平提高的关键因素。
另外,在我们的技术资料和学校的教材中,能学到的东西和实际操作相距甚远。
最近我查阅了一些教材和资料,发现里面的内容没有跟上现代陶瓷窑炉的发展形势。
比如现代陶瓷窑炉的压力制度的论述。
搅拌气幕的设置及使用,自控系统和比例调节以及冷却速率等都存在一些问题,甚至有些错误的论述。