陶瓷窯爐與設計：緒論

1、陶瓷窯爐及設計school of materials science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論陶瓷是水、土和火的藝術陶瓷的生產(chǎn)工藝過程燒成原料粉碎配料球磨成型干燥上釉生在成型，死在燒成三分做，七分燒陶瓷是火里求財school of materials science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論1.1 陶瓷窯爐的特點及分類 1.定義： 陶瓷窯爐是工業(yè)爐的一種。一般特指對無機非金屬材料進行熱加工的熱工設備。熱工設備包括窯爐及其附屬設備。 在窯爐中，將燃料或電能轉(zhuǎn)化為熱能，滿足被加熱物料（制品）進行必要的化學反應所需要的的

2、條件，從而使材料（制品）具有所需的理化性質(zhì)。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論2.重要性：是陶瓷工業(yè)中重要的設備燒成：陶瓷制品在窯爐中經(jīng)過熱處理的過程。 是陶瓷生產(chǎn)工藝中最重要的工序（1）物料（陶瓷坯體）經(jīng)過燒成發(fā)生質(zhì)變，得到所需的陶瓷材料的各種優(yōu)異性質(zhì)，窯爐是專門完成燒成工藝過程的設備；（2）燒成工序是陶瓷生產(chǎn)過程最后或接近最后的工序，不能正常進行作業(yè)，前工盡棄，損失很大；（3）窯爐是重大設備，在整個陶瓷工業(yè)投資中占有較大例；school of material science and engineering

3、 S U S T陶瓷窯爐與設計緒論（4）窯爐是陶瓷生產(chǎn)過程中消耗能源最多的設備，提高燒成質(zhì)量降低能耗有很大的經(jīng)濟意義。（5）到目前為止，尚無專門的所謂窯爐或燒成技術人員，都由工藝人員擔任或兼任；而我們要對燒成過程進行控制、優(yōu)化、克服缺陷都應對窯爐有充分的認識，窯爐類型很多，情況各不相同，要具體問題具體對待，就要求對窯爐的原理和熱工基礎有深入的掌握才能舉一反三，處理生產(chǎn)實踐中的各種問題。（課程的重要性）school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論3.陶瓷窯爐的性能要求：（1）保證產(chǎn)品燒成質(zhì)量；（2）生產(chǎn)能力高；（3）具有生

4、產(chǎn)靈活性；（4）單位能耗低（5）自動化程度高；（6）使用壽命長；（7）單位產(chǎn)品投資額少；（8）環(huán)境污染小。 指標要綜合考慮，不斷改進提高，同時達到不容易，又要馬兒好又要馬兒不吃草school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論4. 評價窯爐的標準： （1）滿足制品燒成的熱工制度要求（溫度、氣氛）（2）操作方便、靈活。對制品適應性寬。（3）經(jīng)濟性高：熱效率高燃料、電能轉(zhuǎn)換率高 單位制品綜合能耗低爐齡長、基建投資小、平時維護費用低（4）能實現(xiàn)機械化、自動化操作，勞動強度低，勞動條件好。（5）環(huán)境污染小（排氣、散熱）。 schoo

5、l of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論5.陶瓷窯爐的分類：陶瓷工業(yè)較大，歷史悠久，制品種類繁多，原料不同，要求和性質(zhì)不同，燃料不同，技術先進性不同，種類繁多，歷史與現(xiàn)實、傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存，且發(fā)展很快，分類標準也不相同（1）按所用燃料分柴窯、煤窯、油（輕、重）窯、燃氣（天然氣、煤氣）窯、電窯（2）按用途分干燥窯、素燒窯、本燒窯、釉燒窯（烤花）school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論（3）按產(chǎn)品燒成過程是否連續(xù)間歇窯、連續(xù)窯（4）按形狀分隧道窯、梭式窯、

6、鐘罩窯、方窯、圓窯、階梯窯（5）按窯內(nèi)火焰是否直接接觸制品明焰窯、隔焰窯（6）按產(chǎn)品在窯內(nèi)的運載方式窯車式、輥道式、推板式同一窯爐按不同的標準可屬不同的種類。如：既是明焰又是連續(xù)的又是隧道又是油燒的。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論1.2 陶瓷窯爐的歷史與發(fā)展1.陶瓷窯爐的歷史（1）古代陶瓷窯爐（1850年以前）作坊式生產(chǎn)經(jīng)濟下出現(xiàn)的。龍窯、饅頭窯、景德鎮(zhèn)窯等。（2）近代窯爐（18501950年）從英國的工業(yè)革命開始，作坊式向現(xiàn)代工業(yè)轉(zhuǎn)變。倒焰窯、隧道窯、輪窯。（3）現(xiàn)代陶瓷窯爐（1950現(xiàn)在） 二次大戰(zhàn)后，

7、現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎上產(chǎn)生的梭式窯、現(xiàn)代隧道窯及輥道窯。隨著相關技術的發(fā)展，陶瓷窯爐技術達到一個高峰。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論2.陶瓷窯爐發(fā)展（1）陶瓷窯爐發(fā)展過程：產(chǎn)量，質(zhì)量低，燃料消耗大，勞動強度大，燒成溫度低，不能控制氣氛產(chǎn)量、質(zhì)量高，燃料消耗低，燒成溫度高，能控制氣氛，機械化和自動化。（2）窯型的發(fā)展：古老的陶器是無窯燒成的燒陶器的穴窯、升焰式圓窯和方窯燒瓷器的饅頭窯，龍窯，階級窯和景德鎮(zhèn)窯現(xiàn)代的倒焰窯。棱式窯、車式隧道窯和輥底隧道窯(即輥道窯)等。（3）窯爐的燃料發(fā)展：木柴煤氣體燃料和液體燃料

8、school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論 五千年前我國建造了燒陶器的豎穴窯（西安半坡遺址）橫穴窯。 school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論明末清初(約四百年前)在江西景德鎮(zhèn)創(chuàng)建了蛋形窯(稱景德鎮(zhèn)窯)在這些窯中燒出了著名的中國瓷器。薄如紙白如玉聲如磬school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論二千五百年前的戰(zhàn)國時代，我國南方建造了燒陶瓷的傾斜式龍窯用煙氣來預熱制品，用

9、產(chǎn)品冷卻之熱來預熱空氣。燒成溫度達1300,可控制還原氣氛。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論明代(約六百年前)在福建德化創(chuàng)建了階級窯，school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論半倒焰的饅頭窯燒氧化氣氛的，最高溫度可以達到1300。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S

10、U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T

11、陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論3.相關技術的發(fā)展，促進了現(xiàn)代窯爐的進步：（1）能源工業(yè)的發(fā)展：非清潔燃料清潔燃料 意義重大：可明焰燒成、能減少污染、熱利用率高。（2）耐火材料工業(yè)的進步。耐火纖維、輕質(zhì)材料、高溫 耐火材料等的使用，實現(xiàn)了窯爐輕型化、窯具輕型 化。降低了熱耗，減少了熱慣性，操作靈活。（3）自動測量及控制技術的發(fā)展，特別是計算機技術的 應用，使窯爐控制精確、時效

12、快、復現(xiàn)性好。（4）陶瓷工藝技術的發(fā)展。原料、配方、相關工藝 school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論4.現(xiàn)代窯爐的特征： （1）使用清潔燃料（2）明焰裸燒（3）快速燒成（4）內(nèi)寬大、內(nèi)高小（5）使用高速燒嘴（6）窯體、窯車輕型化（7）模塊裝配式結(jié)構(gòu)（8）計算機控制 school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論3 陶瓷的燒成過程與燒成制度1.物料在窯爐中的熱處理有：1）熔制：物料變成液態(tài)（熔融態(tài)），進而.如：制造玻璃和陶瓷行業(yè)的熔塊。(melt

13、ing)2）煅燒：散狀物料，如水泥。(calcining)3）燒成：指對成型后的半成品進行熱處理。(firing)我們所討論的是指第3種陶器在8001000；瓷器12001300；陶瓷在8001300干燥？school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論school of material s

14、cience and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論2.陶瓷的燒成過程是一個綜合過程：1）物料的物理化學變化過程；2）物料的運動過程；3）氣體流動過程；4）燃料燃燒過程；5）傳熱過程。為保證第1個過程實現(xiàn)而必須的外部條件(溫度、氣氛)school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論3.陶瓷在燒成過程中所發(fā)生的物理化學反應1）預熱帶 20200，排除殘余水分；H2O 約1%以下2） 200500，排除結(jié)構(gòu)水；粘土礦物中的結(jié)晶水和層間水3） 500600，石英晶型轉(zhuǎn)化；-SiO2-SiO2體積膨脹0.8

15、2%4）6001050,氧化階段;硫化鐵氧化;碳酸鹽分解;有機物氧化釉面?；巴瓿杀阌跉怏w排除,否則起泡,硫化鐵沒有氧化完全,坯體起黑點和青邊,保證足夠的氧化氣氛school of materials science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論5）10501200，還原階段； 燃燒產(chǎn)物中含有24的一氧化碳，制品中的氧化鐵Fe2O3(褐黃色)還原成氧化亞鐵FeO(青色)， 使坯體白里泛青。 原料含鐵量較少，含鈦量高，不宜在還原氣氛，在氧化氣氛中燒成。6）1200最高溫度，燒結(jié)階段； 坯體中出現(xiàn)了玻璃相，達到密實化而燒結(jié)。制品通過燒成帶的時間長短決定于氧化，還

16、原和燒結(jié)速度的快慢。school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論7）最高溫度700，冷卻帶急冷階段； 處于塑性階段， 可以急冷而不開裂。急冷宜采用急冷氣幕，即直接吹風急冷。直接吹風急冷還有阻擋煙氣倒流，防止產(chǎn)品熏煙的作用。8）700400，緩冷階段，產(chǎn)品中存在石英晶型轉(zhuǎn)化； 產(chǎn)品中的石英晶型轉(zhuǎn)化，有體積收縮。必須注意窯內(nèi)溫度均勻，使產(chǎn)品冷卻均勻，才不會開裂。9）40080，直接鼓風冷卻；school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論陶瓷制品總燒成時間

17、窯爐類型衛(wèi)生陶瓷釉面磚 素燒釉面磚 釉燒 地磚日用瓷素燒炻器 電瓷電子陶瓷舊式窯爐現(xiàn)代窯爐207271440600.51.020300.751.150700.751.02440 l33050 28667848605060 46窯爐類型衛(wèi)生陶瓷內(nèi)墻磚素燒內(nèi)墻磚釉燒日用瓷舊式窯爐現(xiàn)代窯爐125012801170119012001150110010001350 1200陶瓷制品燒成溫度school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論4.陶瓷燒成過程中的燒成制度： 制品在燒成過程中，對所經(jīng)歷的爐內(nèi)條件有一定的要求，而且由于制品的原料

18、不同，形狀不同，成品的要求不同，制品在窯內(nèi)的裝載方式不同，窯爐不同，因此，對條件的要求也不同，這些所有的條件統(tǒng)稱為燒成制度。1）溫度制度溫度時間曲線2）氣氛制度氧化氣氛/還原氣氛3）壓力制度窯內(nèi)氣體壓力分布 school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論1.溫度曲線2.CO2曲線3.O2曲線4.燒還原氣氛時 CO曲線5.燒煤自然通風 時壓力曲線6.燒油、氣燃料 時壓力曲線L-窯長 隧道窯燒成制度school of material science and engineering S U S T陶瓷窯爐與設計緒論5.燒成制度的確定原則1）各階段應有一定的升（降）溫速率；2）在適宜的溫度下應有一定的保溫時間，以使制品內(nèi)外趨于一致，均達到燒成溫度，保證整個制品內(nèi)外燒結(jié)；3）在氧化和還原階段應保持一定的氣氛制度；4） 全窯應有一個合理的壓力制度，以確保溫度制度和氣氛制度的實現(xiàn)；注 高溫短時間低溫長時間（盡量保證低溫快速燒成）school of material science and engineering S