陶瓷烧成与窑炉热工

（三）结构和原理图
七、隧道窑
（一）定义
隧道窑是连续烧成陶瓷制品的热工设备， 它的主体是一条隧道，是一种按逆流原 理工作的横焰式窑。
（二）隧道窑的特点： 隧道窑的特点：
1、利用烟气余热预热坯体，废气排出温度 低，约200℃ 低，约200℃； 2、产品冷却之热加热空气，可助燃或作干 燥介质，产品出窑温度低； 3、连续窑，窑体温度不变，不蓄热，热耗 低； 4、产量大，劳动条件好； 5、较适合产品单一的生产： 6、调控不便，一次投资大
三、热量的概念
在热传递过程中物体内能改变的多少， 叫做热量。 计算公式：Q=cm(t2计算公式：Q=cm(t2-t1)
四、燃料的燃烧值（热值） 燃料的燃烧值（热值）
定义：1Kg或 定义：1Kg或1立方米燃料完全燃烧所放出 的热量。 发生炉煤气 1250~1550千卡/ 1250~1550千卡/立方米 焦炉煤气 4000~4300千卡/ 4000~4300千卡/立方米 天然气 9310千卡/ 9310千卡/立方米 液化石油气 12000千卡/ 12000千卡/立方米
陶瓷烧成与窑炉热工 基础知识
萍乡工业陶瓷技术服务中心
第一章 燃烧、安全与传热 燃烧、 基础知识
一、燃烧与安全
（一）、燃烧的基本化学反应过程： ）、燃烧的基本化学反应过程： 燃烧的基本化学反应过程 C+O2→CO2↑ C+O2→CO2↑
燃烧条件 失火事故） （失火事故）
灭火条件
爆炸条件 缺一不可） （缺一不可）
（三）结构和原理图
八、辊道窑
辊道窑的特点
辊道窑可以在辊道的上下同时加热， 升温快，温度分布均匀，便于控制， 易于点火和停窑。上下温差一般不超 过±5℃，能保证正确的烧成制度，适 合快速烧成。 辊道窑有利于实现烧成工序（包括装 卸制品）的机械化和自动化。便于与 上下工序衔接，形成完整的连续生产 线，缩短了周期，提高了生产效率。
（3）坯料中铁的硫化物及硫酸盐的分解和 氧化 FeS2+ O2350～450℃ FeS+SO2↑ O2350～450℃ FeS+SO2↑ 4FeS+7O2500～ 4FeS+7O2500～ 800℃2Fe2O3+4SO2↑ 800℃2Fe2O3+4SO2↑ Fe2(SO3)560～770℃ Fe2O3+3SO2↑ Fe2(SO3)560～770℃ Fe2O3+3SO2↑
四化： a、轻型化 b、煤气化 c、自动化 d、辊底化（宽体化）
六、梭式窑
（一）概念 梭式窑是一种新型窑车式间歇窑，其结构与传统 的矩形倒焰窑基本相似，窑墙、窑顶围成一个较 短的隧道，与二端设置的窑门围成一个空腔，以 在轨道上运行的窑车作为窑底，吸火孔、水平支 烟道设于窑车上，窑车上的水平支烟道在窑墙下 部与窑尾的垂直支烟道或与窑底的烟道相连。制 品装在窑车上，两辆窑车之间、窑车与窑墙之间 设立曲折密封。每完成一个烧成周期，窑车在隧 道内来回运动一次，窑车就象织布的梭子一样， 故称为梭式窑。也有只设一个窑门的，窑车的运 动就象拉一个抽屉，故又称为抽屉窑。
1、水分蒸发期（室温～摄氏300℃） 水分蒸发期（室温～摄氏300℃ 此阶段主要是排出干燥中未除掉的水分。 要求：①入窑坯体水分小于2%否则，坯体 要求：①入窑坯体水分小于2%否则，坯体 有可能因水分蒸发而开裂；或与窑炉SO2 有可能因水分蒸发而开裂；或与窑炉SO2 发生化学反应，造成坯体蒙上一层“白霜” 发生化学反应，造成坯体蒙上一层“白霜” 或产生气泡缺陷；②加强窑内通风，使水 汽及时排除。此阶段坯体强度缓慢提高。 一般升温速度：20～35℃ 一般升温速度：20～35℃/hr
第三章 热工设备——窑炉 热工设备——窑炉
一、窑炉的发展过程 馒头窑（葫芦窑） 穴窑――直焰窑―― 穴窑――直焰窑―― 龙窑 阶级窑 ――景德镇窑―― ――景德镇窑―― 倒焰窑 ――隧道窑――梭式窑――辊道窑 ――隧道窑――梭式窑――辊道窑 钟罩窑
二、窑炉的作用、意义 窑炉的作用、
原料是基础，工艺是前提，烧成 是关键。窑炉是硅酸盐工厂的心脏。 硅酸盐工业的发展均受窑炉发展的制 约。在日本，不叫陶瓷而叫窑业，可 见窑炉和烧成的重要性。
4、冷却期 （1）止火后，液相会析晶，晶体会粗大， 低铁可能重新氧化；瓷坯由塑性态变为固态， 温度约为850℃ 温度约为850℃。 （2）烧成操作：850℃以上采取快冷，可 ）烧成操作：850℃ 防止液相析晶，晶体长大和低铁氧化，从而 提高产品强度、白度和釉面光泽度，可直接 吹冷风急冷，冷却速度达120℃/hr； 吹冷风急冷，冷却速度达120℃/hr； 850℃ 850℃以后，瓷坯由塑性态较为固态，且有 石英的573℃ 石英的573℃转化宜慢冷； 在400～80℃，此时制品强度大，可直接鼓 400～80℃ 冷风快速冷却。
二、传热的三种方式
（一）热传递的缘由
物体内部或物体之间存在温差 （二）传热方式 （二）传热方式 a、对流 b、传导 c、辐射
１、对流
（１）、定义：依靠液体或气体本身的流动 而实现的热传递过程。高度越高，温差越大； 气流速度大或有乱流，可减少温差。 （２）、特点：热的流体向上运动，冷得流 体向下运动。 （３）、应用；在工业窑炉中，在８００摄 氏度以下主要以对流来传递热量。
消除措施 减少、 减少、阻断可燃 物供应， 物供应，同时 加强气体流动 如吹风）， （如吹风）， 使可燃气体扩 逸出， 散、逸出，防 止集聚 减少或隔断空气 进入
有可燃物（木材、 有可燃物（木材、 减少阻绝可燃物 油、燃气等） 燃气等） 供给
可燃物在相对封 闭的空间聚集 （如窑内） 如窑内）
阻断空气（盖砂、 阻断空气（盖砂、 有氧气（空气） 有空气（氧气） 有氧气（空气） 泼水， 泼水，注入二 有空气（氧气） 氧化碳） 氧化碳） 断绝一切火源 如不抽烟， （如不抽烟， 不开关电器开 关等） 关等）
（2）碳素和有机物氧化 粘土中含有一定量有机物和碳素，成 型粘结剂的使用，坯体表面沾的各类 油，在烧成时的低温阶段，烟气中 CO→2C↓+ O2↑,C沉积于坯体等， CO→2C↓ O2↑,C沉积于坯体等， 都会使坯体发生氧化反应： C有机物+ O2大于350℃CO2↑ 有机物+ O2大于350℃CO2↑ C碳素+ O2大于600℃CO2↑ 碳素+ O2大于600℃CO2↑
第二章
陶瓷的烧成机理
烧成是指坯体在特定的窑炉内经过高 温处理，发生质变的过程，是陶瓷生 产最重要的工序，对最终产品质量和 企业成本效益影响很大。烧成过程中 坯体会发生一系列的物理、化学变化， 如膨胀、收缩，气体的产生和排除， 液相的出现，旧晶相消失，新晶相产 生等。
（一） 坯体在烧成过程中的物理 化学变化和相应的烧成要求
3、高温阶段（950℃～烧成最高温度） 、高温阶段（950℃ （1）在1050℃以前，继续上述的 ）在1050℃ 氧化分解反应和排除结构水； （2）硫酸盐分解和高价铁的还原与分 解
在氧化气氛下 MgSO4﹥900℃MgO +SO3↑ CaSO41250～ 1370℃Ca+SO3↑ 2Fe2O31250～ 1370℃4FeO+O2 是坯体起泡的主 要原因
（4）石英晶型转化 β—石英(573℃) — α — 石英(体积膨胀 石英(573℃ 石英( 0.82%) 此阶段从200~600℃体积膨胀，600℃ 此阶段从200~600℃体积膨胀，600℃以 上体积开始收缩，强度迅速增长（5 上体积开始收缩，强度迅速增长（5）烧成 要求： ①负压，强氧化气氛，加强通风，否则后 期将产生烟熏和起泡；②在保证温度均匀情 况下，可快速升温（因此时坯体气孔率高， 有缓冲应力作用；且坯体收缩不明显，坯体 强度又有所增加。）
（4）烧成操作要求： ①950～1020℃：强氧化并低速升温或 950～1020℃ 保温，应确保窑内负压，加强烟气流通量， 同时使全窑的温差尽可能缩小； ②1020～1150℃：重（强）还原将游 1020～1150℃ 离氧O2控制在0 1%，并使温度平稳上升； 离氧O2控制在0～1%，并使温度平稳上升； 应确保窑内呈正压状态，防止漏入冷空气， 同时要保证充分的还原时间。 ③1150℃～烧成止火温度：弱还原＋慢 1150℃ 升温＋保温
2、氧化分散及晶型转化期（300～950℃） 氧化分散及晶型转化期（300～950℃ （1）粘土、瓷石、滑石等矿物结构水排除： Al2O3.2Si02.2H2O400～ Al2O3.2Si02.2H2O400～ 800℃Al2O3.2Si02+2H2O↑ 800℃Al2O3.2Si02+2H2O↑ MgCO3500～750℃MgO+CO2↑ MgCO3500～750℃MgO+CO2↑ CaCO3550～1000℃ CaCO3550～1000℃CaO+ CO2↑ CO2↑
（四）、完全燃烧和不完全燃烧 ）、完全燃烧和不完全燃烧
完全燃烧：燃料燃烧后完全转变为不 可再燃烧产物的一种燃烧方式 不完全燃烧：燃料燃烧后的烟气中有 可再燃烧产物的一种燃烧方式
（五）、燃料的种类 ）、燃料的种类
1、固体燃料：柴、烟煤、无烟煤、煤 粉等 2、液体燃料：重油、柴油、焦油、液 态煤等 3、气体燃料：发生炉煤气、焦炉煤气、 液化石油气、天然气
２、传导
（１）、定义：热由物体体的一部分 传递给另一部分，或者从一个物体传 递给另一个物体，而同时并没有物质 的迁移过程。温差越大或导热系数越 大，传热量越大； （２）、特点：是固体传热的唯一方 式。 （３）、应用：窑墙材料绝热，制品 导热。
３、辐射
（１）、定义：借助于不同波长的各 种电磁波（如远红外线）传热的方式。 （２）、特点：沿直线传播，可被物 体阻挡。 （３）、应用：在工业窑炉中，辐射 传热多发生在８００摄氏度以上。
在还原气氛下 CaSO4+CO﹥910℃ CaSO3+CO2↑ CaSO31080～ 1100℃CaO+SO2↑ Fe2O3+CO1000～ 1100℃2Fe+CO2↑ CaO和Fe0促进烧成 致密化，减少泛黄 现象
（3）形成大量液相和莫来石 ①985℃开始出现液相，温度越高，液 985℃ 相越多 液相的作用： A、促使晶体（如莫来石）长大； B、填充坯体孔隙拉紧颗粒，促进坯体致密 化，提高瓷件抗蚀性和机械强度； C、液相会阻碍气体排出，易发生冲泡和变 形。 ②1100℃以上开始形成莫来石. 1100℃以上开始形成莫来石.
Leabharlann Baidu道窑不必用蓄热量大的窑车和匣钵， 可以采用甚至不用耐火垫板，因此热 耗量大大降低，燃料显著节省。 辊道窑操作简便，有利于提高产品质 量，降低成本。窑炉占地面积小，投 资少。
第四章 烧成操作
一、装窑 对烧成质量、能耗有重大影响， 对烧成质量、能耗有重大影响，装窑不好， 还会发生倒窑事故。 １、确定合理的装窑部位：烧不同配方的 制品时，把烧结温度高的装在高火位，如 烧嘴附近和窑顶，反之，则装在下火位； 烧同一配方的产品，根据产品尺寸大小、 厚薄和形状确定火位。
有火源并达到可 燃物着火温度
有火源并达到着 火点
不点火， 不点火，不开关 电器， 电器，不抽烟 等
（二）、气体燃料燃烧过程 ）、气体燃料燃烧过程
1、燃气与空气混合； 2、着火； 3、燃烧。
（三）、三种燃烧方法 ）、三种燃烧方法
1、长焰燃烧法：燃气在烧嘴内完全不和空 气混合，喷出后靠扩散作用进行混合燃烧； 2、短焰燃烧法：燃气在烧嘴内完全预先和 部分空气混合，喷出后边与空气混合边燃 烧； 3、无焰燃烧法：燃气在进烧嘴前或在烧嘴 内完全和空气混合，在烧嘴内或喷出后立 即燃烧；
（二）具体特点为
（1）间歇式操作，易改变产品及烧成 制度，可适应周末节假日休息，生产 灵活性大； （2）在窑外装卸制品，劳动强度低， 改善了劳动条件；
（3）采用了高速烧嘴，加快了窑内传 热，缩短了烧成时间，能耗低，产量 高； （4）采用轻质隔热材料，降低了窑体 蓄热，可以快烧； （5）实现了自动控制； （6）投资少，见效快。
三、窑炉的基本要求
１、燃料能充分燃烧，能按工艺要求 进行控制； ２、传热效率高，热利用率高； ３、保证物化过程的进行。
四、窑炉的分类
１、按结构：重型，中型，小型窑； ２、按燃料：柴，油，煤，气烧窑； ３、按操作：手动，机械化，自动化 窑； ４、按工作连续性：间歇式、连续式 窑。
五、窑炉发展方向