陶瓷辊道窑的烧成制度

陶瓷辊道窑的烧成制度李萍2013年5月第二讲目前，在我国经济快速发展，能源相对缺乏的情况下降低能耗提高经济效益成为任何企业的首要任务，特别是能源消耗大户——陶瓷企业更是如此。自从上个世纪80年代初辊道窑投入我国陶瓷工业使用以来，各个陶瓷企业的产品质量和产量都有了大幅度的提高并显著降低了能耗。特别是近年来宽断面辊道窑的使用、发展，使得陶瓷产品的质量与产量又进一步大大提高。陶瓷辊道窑概述１、截面小，窑内温度均匀，产品质量好２、适合快速烧成，产量大，能耗低３、机械化、自动化程度高又称辊底窑。主要用于瓷砖等陶瓷建材的生产。辊道窑是连续烧成的窑，以转动的辊子作为坯体运载工具的隧道窑。陶瓷产品放置在许多条间隔很密的水平耐火辊子上，靠辊子的转动使陶瓷从窑头传送到窑尾，故而称为辊道窑。辊道窑（rollerhearthkiln）的定义辊道窑的主要优点1、窑体：窑墙、窑顶、窑底2、燃烧装置：主要由烧嘴、燃料供应设备及管线3、排烟装置：包括排烟风机、烟囱及排烟管道等4、冷却系统：包括助燃风机、急冷、缓冷风机、窑尾冷却风机及相应的管道系统5、传动系统：包括辊子及驱动装置、窑炉的进、出窑机构及必要的储坯系统6、自控装置：包括窑炉的温度、压力检测装置、自动控制及调节装置辊道窑的结构（单层结构的辊道窑）典型陶瓷辊道窑的结构辊道窑烧成制度烧成制度：烧成过程中各阶段气氛、温度及其温度变化速率的具体要求，包括温度制度、气氛制度和压力制度，其中温度制度是核心。烧成工序是陶瓷生产过程中最重要的工序之一，制定科学合理的烧成制度并准确执行，是产品质量的重要保证。预热带的温度制度1、室温～350℃（预干区）（1）主要特征利用窑头预热区的热烟气来对坯体进行加热。其整个反应过程基本集中在窑炉的第一和第二组排烟支管处。此阶段反应主要是排除坯体中的吸附水。坯体不发生化学变化，只发生体积收缩、气孔率增加等物理变化。（2）控制要点此阶段要避免急速升温，以防止坯体内水分挥发过快，导致坯体内应力释放不均而引起裂纹或炸坯。要保持负压状态，且压力分布要均匀，以利排气排湿。控制好入窑坯体水分，不要过高，尽可能1.5％。此阶段的控制主要是调整窑头相应区域的抽力、近窑头的挡火板的高度等。2、350～700℃（预热区）（1）主要特征此阶段利用窑头预热区的热烟气来对坯体进行加热。其整个反应过程基本集中在窑炉的后部排烟支管处及整个传统窑炉结构的低箱位处。坯体中各种有机物开始排除、挥发。坯体中的晶体重组，分子间的结晶水被排除，坯体收缩、气孔率增大，失重迅速增加，粘土结晶结构破坏，强度降低。在573℃时坯体发生石英的晶型转变，并伴有急剧的体积膨胀，此阶段要严格控温，否则会产生裂纹。（2）控制要点在500~600℃之间应略放慢升温速率，保证石英晶型安全转换。保持负压。此阶段的控制也主要是调整窑头相应区域的抽力、近窑头挡火板的高度、前后各支闸的合理开度分配、上下第一组烧嘴开度的位置等。烧成带的温度制度3、700～1050℃（氧化分解区）（1）主要特征热能主要来自底枪燃烧产生的高温气体和高温区热气体，此阶段也是坯体反应过程的最大耗能阶段（通过观察，此区域的烧嘴压力较高，快烧时，有时局部较难升温）。坯体中的有机物、碳酸盐主要集中在该阶段进行分解和氧化。有大量的CO、CO2、H2O等气体，坯体内有冒烟及燃烧现象。坯体表面开始出现液相，颗粒重新排列并填充间隙，坯体逐渐致密。若此阶段坯体内的碳素或有机物未完全燃烧和氧化就会产生发蓝或黑心．或固定位置的密集黑点杂质。若此阶段辊道上层与下层的温度控制不合理，会导致坯体产生过度上弯或下耷的变形。如果在正压及还原气氛中烧成，会导致坯体呈灰蓝或黑灰色．对色料的发色有影响。（2）控制要点一旦控制不合理，极易出现黑心、发蓝、针孔、变形、气泡、阴阳色等缺陷。此阶段必须保证有较长的时间及充足的氧化气氛，使坯体得以充分的分解和氧化。其氧化的效果取决于坯体的大小和厚度及压制过程中的致密度、上下及两侧温度的均匀性。必须在负压和氧化气氛中烧成，以利于坯体发色及排气通畅。此阶段烟气温度大于坯体温度，坯体主要通过对流和辐射两种方式获得热量。主要通过调节排烟总闸及各支闸的开度和各区域上下层的挡火板、挡火墙的高度来实现调控的目的。此阶段要特别注意上层温度的控制，避免表层过早熔融使坯体内的气体不能排出而产生针孔或发蓝，砖坯表层张应力不同而产生上弯或下耷变形。4、1050℃～最高烧成温度（烧成区）（1）主要特征由于各种陶瓷性质及所用原料、配方不同。其最高烧成温度也不同。此阶段坯体中的液相大量出现。并填充到石英骨架中，使坯体气孔率下降、强度增加，从而达到烧结，体积收缩最大。如果此阶段玻璃相产生过多，会软化坯体中的石英骨架从而出现高温变形，因此要防止过烧。由于墙地砖的使用性能很大程度上取决于坯体的烧结程度及最高温度，而烧成区是使产品达到足够机械强度和要求的关键区域，因此这个区域的控制至关重要。（2）控制要点为稳定色差并阻止坯体内继续排气而产生针孔。烧成带中部一般取零压或微正压。一般高温区的辊上零压住控制在开始保温区处。而下零压位则相对滞后2~5区，最高正压一般控制在3~5Pa，同时，在氧化气氛中操控有助于坯体发色和减少色差。如果正压过大，易形成局部蓄热过高而造成断棒增多。且大量的热量向外逸出，使操作环境恶化，能耗增加。相反，如果为负压，过多的冷空气吸入窑内，将导致同一截面的温差增大，从而造成产品出现阴阳色或尺寸不统一的缺陷，同时也增加了能耗。烧成区的温度控制主要是通过调节各区喷枪的风、气比例以及该区域的挡火板、墙的高度来实现的。必须学会看砖烧砖，灵活及时地调整烧成制度，如采取产品上限温度烧成．则高火保温时间可适当缩短，达到快烧的目的；反之，保温时间要长些，以确保性能达标。否则极易产生过火、生烧及变形等现象。冷却带的温度制度5、止火温度～650℃（急冷区）（1）主要特征坯体处于有较多液相的塑性阶段，受力必须均匀且避免撞压，否则极易产生变形。此阶段快速冷却所产生的热应力被坯体中的残余液相缓冲，快冷不会开裂。急冷的目的是将处于高温状态的坯体快速冷却至石英晶型的转换点573℃附近，以形成一个过渡区，让晶体的转化有较长且缓和的时间，保证其不会因产生收缩应力而开裂。急冷是使砖坯从液相转化为固相的过程，伴有体积收缩，对于厚而大的坯件，如急冷快，会由于内外散热不均匀而造成不均匀应力，引起开裂。对于大规格砖来说，急冷缓冷区应该长些。如果急冷段太短，为避免砖坯过高温进入缓冷，急冷风就要加大，砖坯四周热交换较快，而中间部分散热缓慢仍呈高温，这种温度差会引起应力差，造成由边部开始的风裂。（2）控制要点进入急冷前坯体温度不能过高，否则易导致坯体在进入缓冷区之前未能达到石英晶型转变的温度而出现裂纹。坯体降到650℃左右后，不能直接打冷风，否则易引起裂纹。无特殊要求，上下管的开度应均匀，避免收缩不一致而产生变形。一般情况下，不要采用急冷管来调节砖坯的变形度，因为这样会导致坯体的变形不稳定。此阶段必须保持在零压或正压状态下，以防止继续排气时产生针孔或吸入冷空气而造成坯体冷却不均，产生风裂。调整抽热支闸，使气流流向窑尾抽热方向，少量流向烧成区。挡火板一定要齐全。近烧成区的挡火板、墙应尽可能离辊间隙小，否则易造成烧成区气流不稳定。一般都有二道挡火板、墙，中间有一缓冲区，可起到很好的隔离作用。6、650～450℃（缓冷区）（1）主要特征坯体刚进入缓冷区时，脆性较大。石英在573℃左右发生晶型转换，体积快速收缩，冷却速率不可超过30℃/min。此阶段必须在正压~零压状态下控制，禁止负压，以免吸入冷空气产生冷裂。此处坯体开始出现黑色，但仍保持微红色，禁止向坯体内直接打冷风．即俗语所讲的冷红不冷黑。（2）控制要点必须保证石英晶型转换点573℃在缓冷区中部，提前或推后都会对坯体产生有害影响。使热空气缓慢流经坯体表面，从而达到自然缓慢降温的目的。禁止直接对产品吹冷风或提前抽过多的热气体，这样均会导致坯体因降温过快而开裂。此处温度变化平缓。避免出现局部高低温现象，上下挡火板、墙同截面一定要一致，使气流一致，否则易造成局部温差而出现风裂。降温速率不能过慢。若坯体被送出缓冷区时，还未降到573℃以下，会使石英晶型转换点后移到快冷区，而出现所谓的热脆现象。有些坯体出窑后，外表看来完整无损，但用力一敲，就很易破碎，这就是抛光线刮平机出现很多烂砖的原因之一。此阶段的两头上挡火板要齐全，否则易使产品出现风裂，且稳定性不好。7、450℃～出窑温度(强冷区)（1）主要特征坯体已完全固化，强度也随之增加。此阶段可直接对坯体吹冷风，快速冷却。坯体温度高于此阶段的热空气温度，应在零压或微负压下操作。（2）控制要点窑炉的余热主要经此处抽走，热风抽出口的闸开度由前向后逐级开大，使冷却带的热气流向窑尾移动，并利用余热来干燥坯体或作其它用途。避免热气流集中于强冷区首端抽走，造成局部温度降温过快而开裂。强冷风管开度也应由始端向末端逐渐开大。此外有些坯体的石英在270℃尚存在α一方石英与β一方石英之间的晶型转换，易产生开裂。压力制度对窑炉能耗影响窑内压力主要是由所供入的空气和燃烧产生的烟气以及吸入的空气总量与排烟及抽热所抽走的气体总量之间的差值所决定的。窑炉的各区压力大小不仅影响产品的质量，也影响到烧成的燃耗，主要表现在以下两方面。1、抽烟排出口温度抽烟排出口的烟气因其含水含硫等因素，很少直接利用。在没有换热器情况下，烟气直接排到外界空气中，带走的热量相当大，一般抽烟风机处测得温度在200℃以上，热损失严重。负压越大，则带走热量越多，燃耗也就越大。因此，从节能角度考虑，烟囱口温度越低越好，即预热带负压越小越好。2、高火保温区温度高火保温区与急冷区交界的温度要求应该只比最高温度稍低。如果烧成区为负压，则急冷风大量侵入，使高火保温区温度急剧下降，这样必然要加大燃气量以升高该段温度。因此，烧成区应控制微正压，特别是高火保温区。压力制度对窑炉损耗和使用寿命的影响窑炉正压越大，特别是烧成区，高温气体逸出的能力越强，会通过看火孔、多孔砖逸出，以致烧坏窑炉支撑钢架、窑炉侧板；从窑顶马弗板处逸出，烧坏吊顶砖外端及吊顶钩；同时高温气体冲击窑墙内壁，造成莫来石粉化程度加剧，保温棉毡温度过高硬化度加剧，保温性能降低。对于传动，因正压过大，导致多孔砖处散热，传动件容易受热，造成传动润滑油、脂流失或干化，使润滑效果降低，传动主动件、被动件均容易损坏。窑炉正压过大，容易使辊棒高温抗折强度、热震稳定性下降而断裂，尤其是长期高温情况下，在急冷处、最高温度处更为明显。正压过大，辊棒接触金属的棒头容易断或裂。所以，从辊棒等的损耗和窑炉使用寿命来看，窑内压力保持微负压是比较好的。预干区的压力制度在预干区，砖坯的排水速度控制不当会使产品开裂、炸坯，釉面砖还会影响其釉面盐霜、针孔等。影响排水速度的是烟气温度、湿度和流速，而决定这三者的是排烟风机的抽力。抽力越大，负压越大，流速越快，砖坯释放的水分能及时排走，从后段抽来的高温烟气量也多，干燥速率也快，所以预热区必须合理控制负压。负压过大，砖坯干燥太快，容易引起开裂或炸坯。可将排烟总闸开度关小，减小各排烟道支闸开度。负压过小，延长了砖坯的干燥期，但由于窑速的恒定，容易导致水分不能及时排除而使砖坯在预热区开裂或炸坯。氧化分解区的压力制度此区坯体进行氧化还原反应，释放出大量气体，所以要求负压。因为负压状态下可及时排走残留的吸附水、部分结构水以及氧化还原反应产生的气体。如果此段不控制负压或负压过小，由于产生的气体不能及时排走，很容易使得内部反应缓慢，从而出现黑心、黑点缺陷。对于釉面砖，特别是熔块釉，由于釉的熔点低，在釉始熔时还有大量气体逸出，很容易产生针孔缺陷甚至釉面盐霜。在坯体不开裂的情况下，可加大抽烟力。烧成区的压力制度烧成区若负压，窑内容易从窑边（多孔砖处、观火孔处等）吸入冷风从而降低窑边的温度，使得靠窑墙的砖尺码大。烧成区吸入冷风，