陶瓷烧成仿真实验

i、两边大中间小：靠近窑炉两侧的砖比中间的砖大,边上的砖的两条长边也不一样长；
ii、两侧砖大小不一：窑炉装有热电偶的一侧的砖比较正常,而没有热电偶一侧的砖会出现偏大或偏小的缺陷。
4、黑心与色差
i、原料中有机物质、碳素及铁质等含量过高；
ii、单件产品的各部位或一批产品和另一批产品呈色深浅不一。
六、实验结果：
1.烧成制度的制定原则：
各阶段都有其最大的升温或降温速率，需考虑该阶段坯体中原料所进行的物理化学变化所需要的时间。对于大件复杂形状的如卫生洁具，还要考虑升降温度过快，坯体各个部位传热不均匀，使坯体产生应力极易因破坏应力而损坏。
1）预热阶段（常温~200℃）。在这个阶段中主要是消除坯体中的吸附水分，如果坯体入窑水分过高，则不宜升温过快，以免引起坯体不均匀收缩,产生变形和开裂，甚至炸坯。坯体入窑水分控制在临界水分(约1%)以下，则可快速升温而不致使坯体开裂。快速烧成的窑,要求更严,入窑水分应小于0.5%。而开裂或“水迹”。
答：烧成制度的温度主要包括烧成温度和烧结温度。烧成温度是为了达到产品的性能要求，应该烧到的最高温度；烧结温度是材料加热过程达到气孔率最小、密度最大时的温度。
1、陶瓷坯体的含水率以及窑头温度会影响陶瓷产品的最终成型，理想的陶瓷坯体含水率应该是0.5%；
2、瓷砖变形分为两种，第一种是两边平行上超或两边平行下翘，第二种是砖坯四角翘起上翘或下翘；
3、由于温度的不同会造成成品的尺寸偏差，主要有两边大中间小和两侧砖大小不一；
4、如果陶瓷坯体中含有有机物质或者碳素及铁质等会造成黑心与色差现象的产生。
(2)陶瓷辊道窑的工作系统图
(3)陶瓷辊道窑主要设置组成图
(4)辊道窑主要部位剖面图
7.学习分析陶瓷的烧成缺陷，根据缺陷出现的情况分析产生原因。
五、实验数据和数据处理：
1、瓷砖开裂：
入窑坯体含水率（%）
0.5
1
1.5
2
2.5
陶瓷成品表现
完整
陶瓷顶端有较小的裂缝
陶瓷顶端有较大的裂缝
陶瓷顶端有很大的裂缝
4. 点击运行LicenseRequest.WibuCmRaU，选择是，完成所有步骤。
5. 启动软件后，出现仿真软件加载页面，软件加载完成后进入仿真实训和厂区工艺流程操作界面，在该界面可选择相应的任务进行工艺操作，以及设备知识点与厂区安全知识学习。
6.学习陶瓷辊道窑运行三维动态图
(1)陶瓷辊道窑运行三维动态模拟。陶瓷坯体温度变化，窑炉各段温度、气氛及压强变化，窑炉结构等。
2）200一500℃阶段，排除高岭土中的结构水。结构水指结晶水和粘土矿物中的层间水。现在快速烧成窑脱水温度提高到700℃。伴随着坯体中水分的逐渐消除，固体颗粒物开始紧密靠拢，并发生较小的体积变化。如果坯体中含残余水分较多，而窑内通风环境较差，则易造成烟气所含水蒸气达到最大限度，从而使得部分水蒸气从烟气中析出并凝集到温度较低的陶坯表面，从而造成制品胀大而开裂或“水迹”。
8）700一400℃属缓冷阶段。此阶段坯体中的玻璃相将随温度的不断降低，由塑性状态转变为固态，靠弹性抵抗热应力。残余石英在 573℃发生晶型转变（由α-SiO2—>β-SiO2），并伴有体积收缩，故在这个温度变化过程中降温速率不能太大，应采取缓冷，以防止制品裂开。
9）400一室温阶段。由于制品和冷却介质之间的温差小，传热的推动力小，冷却速率大大减小，制品所受热应力也减小，因此可以采取措施，加快冷却速率。通常采用直接鼓风的方法。
完全碎裂
窑头温度（℃）
300
400
500
陶瓷成品表现
陶瓷顶部中间及边角产生较小裂缝
陶瓷顶部中间及边角产生较大裂缝
很大的裂缝以及完全碎裂
2、瓷砖变形
i、两边平行上超或两边平行下翘的变形砖坯的前端及后端两边上翘或下翘70-80mm；
ii、砖坯四角翘起上翘或下翘约30mm,其他部分平整或只有少许下凹；
3、尺寸偏差
八、思考题：
1.就石英晶型转化的体积效应来看，缓慢转化的体积效应大，而快速转化的体积效应小，但是，为什么缓慢转化对制品的危害小？
答：石英的高温型的缓慢转化是与表面开始向内部进行的，发生结构变化，形成新的稳定晶型，其体积膨胀大，但时间长，同时生成缓冲液相，因而对陶瓷制品影响不大。相反低温型的快速转化是晶体表里瞬间同时发生转化，无结构变化，膨胀小，但反应是瞬间的，无液相缓冲因而破坏性大。
5）高温烧成阶段1200℃左右。在这个阶段，形成新莫来石晶相；坯体在此阶段发生的物理变化主要有：坯体的强度有所增加气孔率减少，坯体的外形收缩，色泽由淡黄色、青色转变成白色。
6）保温阶段。砖的烧制保温阶段没有了。
7）烧成温度一700℃属冷却的急冷阶段。就是从保温阶段的温度到 700℃，此阶段坯体中有较多的液相，因此还处于塑性状态，可以急冷而不开裂。并且快冷防止了析晶、晶体进一步长大+，从而提高了坯的机械强度。但也要注意冷却均匀，否则仍会开裂，特别是大型和厚壁制品。
6.通过虚拟平台，可以根据配方中加入的不同性能原料，制定合理的烧成制度。
7.引导学生在交互实验中对于企业大型生产流程的直观认识，对大型生产窑炉运行形成深刻印象，培养学生应用理论知识分析问题，解决生产实际问题的能力。
二、实验原理
在陶瓷生产过程中，烧成是陶瓷工艺中最重要的关键环节，产品质量的好坏，取决于烧成工序，可以说窑能最大的设备，干燥及烧成中的能耗占陶瓷生产总能耗的 60%～80％。陶瓷砖是建筑陶瓷的主要产品之一， 它的常规烧成温度在 1210±20 ℃之间， 常规烧成周期在 60±5 min，通过引入大量长石类原料，其产品烧成温度仅降至 1192±3 ℃、烧成周期仅缩短至 48 min。还有降为烧成温度为 1170~1180 ℃、烧成周期为 30 min。还有采用废玻璃和
三、实验仪器（：
能接入互联网的电子计算机。
四、实验步骤：
4.1安装驱动
1.鼠标左键点击运行CodeMeterRuntime.exe，在安装界面中选择默认“下一步”，一直到安装完成。2. 鼠标左键打开托盘区，鼠标右键点击如下图所示红色圆圈中图标，选择“显示”。
3. 在弹出如下界面中，选择“许可”列表框，将DPSP1.wbb文件拖入列表框中。
3）500一600℃阶段，石英在573℃晶型转变，体积膨胀0.82%。未烧结坯体空隙率高，完全可以消化晶型转变而发生的体积膨胀。
4）氧化分解阶段（600~1050℃）。在此阶段，坯体里面将会有众多而繁杂的物理化学反应，硫化铁氧化成氧化铁,并放出二氧化碳；碳酸盐分解放出二氧化碳；有机物氧化生成二氧化碳等气体。这些反应都要在釉面玻化前完成，以便生成的气体排出干净。同时还发生一些物理反应，产生的气体的排除，坯的质量减轻，坯体内玻璃相开始形成，气孔率减少，坯的外形、表面颜色和光泽度也会有变化，硬度和机械强度提高。
2、尺寸偏差原因：两头大中间小：是窑炉烧成带成负压,窑炉两侧漏入冷空气,造成两侧的温度偏低;也可能是烧嘴的助燃风量过大,造成局部温度偏低；两侧大小不一：是没有热电偶一侧的温度偏高或偏低；
3、产生黑心缺陷的本质原因和前提条件。在烧成过程中,还料中含有的有机物燃烧不完全,残留在坯体内,形成黑心；产生色差的原因有很多，对烧成过程而言,烧成温度和密炉气氛的波动是产生色差的根本原因此外,个别烧嘴的开、灭、助燃风和燃料压力的不稳定、窑内压力的波动、烧成周期的变化、坯体进密的间断(空窑)、停电或密炉出现故障需作处理等原因都会给产品造成色差。
3.压力制度：
整个窑内都应该有一个合适的压力烧制要求，来保证温度烧制要求和气氛烧制要求的实现。陶瓷窑炉分为三个平衡：一是排烟系统与烟气和气幕搅拌风之间的压力平衡；二是冷却带抽出余热与急冷和窑尾冷却系统之间的平衡；三是窑内气体压力与窑下气体的压力平衡。首先由于气幕搅拌的使用，在预热带的上部到顶部的一段区域内，呈现一定的正压，而不是像传统窑炉那样，整个预热带都呈现负压状态；其次在预热带下部的负压也不像原来那么大，即预热带辊棒上面为微正压，鼓风机送风，辊棒下面为微负压，抽风；最后在烧成带后部至急冷风的一段区域内；窑炉的正压达到最大值。注意急冷风和窑尾冷却风的鼓人量与余热抽出的风量保持平衡；如果抽出的热风量过多，会造成烧成带后部的烟气倒流，引起急冷温度不易降温等问题；反之，如果抽出风量过小，急冷风会过多地窜人烧成带后部，造成烧成温度不稳等一系列问题。烧成带和陶瓷高温烧制步骤后的保温带的窑内压力为微正，主要是为了使窑炉外的空气很难进入窑炉内，并对窑内气氛和温度有稳固作用。冷却带一般情况下，应使其处于正压下且不宜过大。陶瓷烧制过程中的烧成带和预热带之间应控制压力为零。一般情况下，实际应用中各个阶段具体的压力还是要根据不同窑炉情况来定。
2.何谓烧成制度？合理烧成制度的确定应该考虑哪些因素？
答：烧成制度是通过高温处理，使坯体发生一系列物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，从而达到固定外形并获得所要求效果的工序。理烧成制度的确定应该考虑坯釉料的组成和性质、坯体的形状、大小和厚薄，以及窑炉结构、装窑方法、燃料种类等因素。
3.烧成制度的温度主要包括什么？
一、实验目的：
1.使学生通过高铁时代陶瓷窑炉虚拟仿真教学软件直观了解窑炉的结构组成；对于整体及细部都能全面深入学习安全可靠，不受时空限制。
2.掌握陶瓷原料的不同矿物种类，不同微观结构对于烧成的影响；
3. 掌握对于不同陶瓷原料的性质制定陶瓷烧成温度和烧成制度；
4. 学会分析陶瓷的烧成缺陷及产生原因；
5.可以通过调整喷枪供热值、窑炉抽力、烧成周期等解决陶瓷缺陷，保证烧成质量；
上述各阶段的分析可以看出,只要窑内温度均匀，各个阶段都可以快。但氧化、还原和烧结却要按照反应所需时间来控制。具体升降温快慢通过差热分析，失重，收缩率数据来确定。差热分析中吸热、放热峰大的温度，失重大的温度，收缩率大的温度，这时都要升降温慢一些。
2.烧成的气氛制度：
气氛就是窑炉里，如果氧气过剩，为氧化焰烧成，如果氧气不够，即燃料多了就不完全燃烧，就一氧化碳过剩，为还原焰烧成，现在陶瓷砖都是氧化焰烧成，只有艺术陶瓷表现釉不同的颜色，才用还原焰烧成。氧化成分在8%以上的称之为强氧化性气氛，氧化成分在 4% ~5%的称之为普通氧化性气氛，氧化成分在 1% ~1.5%的称之为中性气氛；当氧化成分小于1% ，并且还原成分在3%以下时，称之为弱还原性气氛，当还原成分占5%以上时，称之为强还原气氛。通过烧嘴喷枪空气与燃料提供比（空燃比）来控制。