第四讲实验窑炉烧成技术及操作

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
如在还原气氛中，则11000C即大量分解： 2Fe2O3 还原气氛中 11000C 4FeO + CO2
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：
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。
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。
4.4.3、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。
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；
4.2.4、按用途分：有素烧窑、本烧窑、烤花窑、熔 块窑等；
（4）、烧成缺陷分析
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，
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：
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
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
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）
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
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。
2CO
2C + O2
（沉碳）
• 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 + O2
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。
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、
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。
（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
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：
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。
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
AL2O3·2SiO2· 2H2O 500~6000C AL2O3·2SiO2 + 2H2O
高岭土
脱水高岭（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
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；
4.2.3、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；
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
（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。
FeS2 + O2 350--4500C FeS + SO2
4FeS + 7O2 500--8000C 2Fe2O3 + 4SO2
• 2、碳酸盐、硫酸盐以及氧化铁的分解
• ①盐类、，坯料含有石灰石（CaCO3），白云石（MgCO3·CaCO3）等碳酸
M9C0ga0CC0COO。33的的碳分分酸解解盐开的开始分始温解温度温度为度为5范54围00— 0取—6决0500于00C碳0C，酸左结盐右束矿，温物结度的束为结9温晶60度完—整为1程0750度000—，C。 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。
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。
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。