第四讲：实验窑炉烧成技术与操作

4.4.3、倒焰窑和它的特点 倒焰窑是因火焰的流动情况命名的。火焰有 一段自上而下的流动，称为倒焰窑。如图：
它的特色在于： 1、它对制品加热情况比较好，窑内温度比较均匀。 2、烧成温度比较灵活。 它的缺点在于： 1、燃料消耗比较大； 2、装、出窑操作均在窑内进行，属于高温作业，且窑 体较高，装窑辛苦； 3、它是间歇式的窑炉，烧成制度灵活，因此，要求工 人有比较熟练的技术，否则就会难于掌握。
①、高岭石类粘土含量多的坯体排除结晶水温度范围（400— 6000C）； ②、原料杂质含量多，且坯体大而厚； ③、氧化气氛弱，烟气流速小，氧化分解缓慢。 C：玻化成瓷期（9500C——烧成温度） 2、最高烧成温度以及保温时间 一般：日用瓷烧成温度在1280——14000C，保温1——2H； 陶器最高烧成温度在1150——12500C，保温1H之内； 精陶素烧温度为1220——12500C，保温2——3H。 3、冷却速度
4.5、烧成技术
4.5.1、一次烧成与二次烧成
一般，按具体的烧成工艺方案的不同可以分为一次 烧成和二次烧成两大类。
4.5.2、粘土质瓷器坯釉在烧成过程中发生的物理化 学变化特征，可以将烧成过程分为五个阶段：参 见图表：
• 4.5.2.1、主要的化学变化 （1）、脱水反应 入窑坯体含有两种水分：干燥残余水分和其它含 水矿物的结晶水。坯体水分在温度达 110—1200C 是即可完 全排除。排除化学结晶水的温度范围取决于矿物组成及其 结晶完整性程度。高岭土的脱水反应如下列所示：
CaSO4 氧化气氛中 CaO + SO3
• 如在还原气氛中，则在9100C开始被还原成亚硫酸钙，继而在较高温 度下再分解： CaSO4 + CO CaSO3 + CO2 CaSO3 CaO + SO2
③、Fe2O3的分解温度因气氛条件不同而异。在氧化气氛中12500C开始 分解，13700C时急剧反应： 2Fe2O3 氧化气氛中 13700C 4FeO + O2
（2）、收缩 在低温阶段，由于平衡吸附水的蒸发，体积略微收缩。石英在 5730C发生晶型转化导致坯体体积膨胀。 β——石英 α——石英 + △V（+0.82%） （3）、气孔率的变化 由于机械吸附水和结晶水的排出以及氧化分解反应的相应完 成，坯体的气孔率逐渐增高。但液相一旦出现，固体颗粒靠 拢，气孔急剧下降。到达烧成温度时，气孔率呈现最低质。 （4）、强度与硬度的变化 脱水阶段无明显变化，5730C石英晶型转化时，强度略有下降， 但自5730C以后，坯体的强度逐渐增大。 4.5.3.、烧成制度的制定 （1）、拟定温度曲线 1、烧成过程各阶段的升温速度 A：加热蒸发期（室温——3000C） B：氧化分解及晶型转化期（300——950或10000C）
如在还原气氛中，则11000C即大量分解： 2Fe2O3 还原气氛中 11000C 4FeO + CO2
④液相的生成与再结晶（玻化成瓷作用） 4.5.2.2、坯体在烧成过程中的物理变化 （1）、灼减 在加热蒸发期，坯体的灼减量等于排出机械吸附水的质量。进 入氧化分解期后，由于脱水反应引起急剧灼减。此外，还由于 有机物、矿物杂质的氧化与分解所引起的灼减。一般，灼减量 在3—8%左右。
4.2.4、按用途分：有素烧窑、本烧窑、烤花窑、熔 块窑等； 4.2.5、按形状分：有圆窑、方窑、隧道窑、阶级 窑、梭式窑等； 4.2.6、按制品运载工具分：有窑车式窑、推板窑、 锟底窑、气垫窑等； 4.2.7、按烧成过程的连续与否来分，有： ①、间歇窑：装、烧、冷、出等操作周而复 始地间歇进行； ②、连续式窑：整个窑分若干段，装、烧、 冷、出等操作在不同地同时进行； ③、半连续式窑：
第四讲：实验窑炉烧成技术与操作
4.1、什么是窑炉
窑炉是“窑”和“炉”的合称，“窑”指工 作空间，“炉”指燃烧系统，二者合起来，就称 为窑炉。如果给窑炉下一个定义，就可以这样叙 述：凡用来对物料进行高温处理，使之符合使用 和外观的要求的一切设备，都称为窑炉。
4.2、窑炉的分类
窑炉的种类很多，分类方法很多，概括起来， 大致有如下几种： 4.2.1、按使用的燃料与热源分：有柴窑、煤窑、 煤气窑、油窑、电窑等； 4.2.2、按火焰流动的方向分，有： 升焰窑：火焰径直向上； 平焰窑：火焰流动近于水平，如：龙窑、 阶级窑、轮窑、隧道窑等； 倒焰窑：火焰在流动过程中，有一段自上 而下的路程，如倒焰圆窑、方窑 等；
4.3、窑炉的命名
为了强调某一方面的特点，而进行命名，如 油窑、煤窑、电窑等。
4.4、本专业主要使用窑炉原理特征
4.4.1、龙窑为什么要依山倾斜建筑？ 从古到今，龙窑都是依山倾斜建筑的，这说 明了如下三点：如图：
1、我国古代劳动人民在实践过程中，发现了原始的 升焰窑的缺点而加以改进，在一千多年前创建了 龙窑。这种窑依山倾斜，就使窑中的火焰不会径 直向上，一晃而过；而是倾斜前进，逐渐向上， 最后排出。这就有可能使窑中制品得到更多的热 量，加热也比升焰窑均匀，热利用率、产品质量 都有提高。 2、最古老的升焰窑是我国古代劳动人民利用火焰必 定向上升这一自然道理而修建的。龙窑的建筑同 样利用了火焰向上这一原理，只不过是倾斜向上 罢了。 3、利用山势，倾斜向上，砌筑起来，较为方便。 在古代筑窑技术还不堪发达的情况下，只有这样， 才可以比较容易地达到目的。如果在平地建一条 倾斜向上的龙窑就比较困难了。
• 2、碳酸盐、硫酸盐以及氧化铁的分解 • ①、坯料含有石灰石（CaCO3），白云石（MgCO3· CaCO3）等碳酸盐类， CaCO3 的分解开始温度为 550—6000C ，结束温度为 960—10500C 。 MgCO3的分解开始温度为400—5000C左右，结束温度为700—9000C。碳 酸盐的分解温度范围取决于碳酸盐矿物的结晶完整程度，气氛以及升 温速度。通常，坯体中的碳酸盐类在10000C左右基本上分解完毕。 CaCo3 CaO + CO2 MgCO3 MgO + CO2 ②、硫酸盐（CaSO4）在3000C以下的低温阶段脱水，在氧化气氛中直 至高温13000C 才急剧分解：
（2）、气氛曲线 1、气氛性质 一般：游离氧含量10—8%呈强氧化气氛； 游离氧含量5—4%呈普通氧化气氛； 游离氧含量小于1%而一氧化碳含量在2—7%时呈还原气 氛；弱还原取下线，强还原取上线。
2、烧成过程中各阶段对气氛性质的要求： A：加热蒸发期对气氛无特殊要求； B：氧化分解及晶型转化期要求氧化气氛由弱 转强，以促进硫化物、有机物、碳酸盐类 以及碳素等氧化反应顺利进行； C：玻化成瓷期坯体开始烧结、釉层开始玻 化，除严格控制升温外，还根据坯釉性能 和含铁、钛量的多少，确定气氛性质。 （3）、压力曲线
2CO
2C + （沉碳） O2
350--4500C
O2
•
•
坯体中存在的碳素及有机物在 6000C以上才开始氧化，一直进行到 高温阶段。
C
+
CO2
粘土中夹杂的硫化物的氧化反应一般在8000C左右基本结束。
FeS2 + O2
4FeS + 7O2
FeS + SO2
2Fe2O3 + 4SO2
500--8000C
4.4.4、隧道窑的优缺点 优点： 1、烧成周期较短，生产效率较高； 2、产品质量比较好； 3、节约燃料； 4、烧成制度单一，便于控制； 5、大大减少了工人的劳动强度； 缺点： 1、建设费用比较高； 2、烧成制度改变较难； 3、对产量变更的适应性较小； 4、它是平焰式窑炉，容易产生气体分层，造成上下温 差。特别是预热带，一般处于负压，上下温差更 大。
AL2O3· 2SiO2· 2H2O 500~6000C AL2O3· 2SiO2 + 2H2O 高岭土 脱水高岭土 水蒸汽 含水矿物的脱水温度参见后页下表：
（2）、氧化分解反应 粘土质陶瓷坯体的氧化分解反应如下： 1、碳素、硫化物及有机物的氧化 • 坯体组成中可塑性粘土及黑砂石等硬质粘土均含有一定量的碳 素、硫化物和有机物。在烧成的低温阶段，坯体气孔率较高，表面易 吸附烟气中一氧化碳的分解产物——碳素。当有氧化亚铁存在的条件 下，一氧化碳的低温沉碳反应加剧，一直进行到800—9000C为止。
4.2.3、按火焰与制品的接触情况分，有：
明焰窑：火焰直接进入烧成室，与被加热的制 品相接触，一般陶瓷制品焙烧，均采用明焰窑； 隔焰窑：也称马弗窑、炉胆窑，火焰不直接进 入烧成室，而在火道上燃烧。被加热的制品在炉 内，火焰在炉胆中，烧化多用此类窑； 半马弗窑：马弗窑不能烧还原焰，人们就在马 弗燃烧通道的一定部位上开一系列孔道，建成所 谓半马弗窑。这样就能使一部分燃烧产物进入燃 烧室，使窑内呈还原气氛；
4.4.2、阶级窑和它的特点
阶级窑是由龙窑改进而来的。它也是依山倾 斜建筑，由许多单独的窑室（一般以8间居多）组 成一个整体，如图：
每一间烧成室处在一个水平面上，后一间所在的水平面较前 一间的水平面高一些，这样就形成了一层层的“台阶”， 故名为“阶级窑”。 特点：它的余热利用比较好。前一间的燃烧废气通过 隔墙下的“囱脚眼”，进入后一间预热制品。往往头间烧 成 时，二间温度以达800℃左右；二间烧成时，二间温度以 达900℃左右；三间烧成时，它的后一间温度以达 1000℃左右。因此，一般从第五间开始，以后各间的烧 成时间只需4—5小时，比龙窑节能。 缺点：窑的上下、前后温差都比较大，窑体倾斜一般 为18—22°，搬运麻烦，装出窑的劳动强度大。
（4）、烧Fra Baidu bibliotek缺陷分析
四、实验小结
模型制作实验结束后，打扫卫生；组织学生们进行总 结，要求每人必须写出试验小结，