窯具對陶瓷燒成能耗的影響

摘要 窯具作為陶瓷產品的托燒用具，在生產中起著重要作用，但因其占用裝窯空間，且燒成過程中吸熱，增加了單位產品的燒成能耗。本文根據對不同隧道窯燒成能耗的實測數據，分析了窯具對陶瓷燒成能耗的影響，并提出合理選擇窯具、降低燒成能耗的途徑。

關鍵詞 窯具;燒成能耗

1引 言

陶瓷屬于能耗較高的行業，而在日用陶瓷單位產品綜合能耗中，燒成約占80%。陶瓷燒成離不開窯具，目前國內日用陶瓷生產多以柴油或燃氣為燃料明焰裸燒，能耗相對較低;且這類型窯爐多采用燒結碳化硅或堇青石-莫來石窯具，窯具相對于產品的重量比較小，但一般仍需要2倍以上，這樣窯具在燒成過程的吸熱量遠大于產品的吸熱量及產品物化反應熱耗之和。由此可見，窯具在燒成過程中需消耗大量的熱量，合理選用窯具，是降低產品燒成能耗的重要途徑。

筆者通過對日用陶瓷燃氣隧道窯的調查，分析了影響窯具能耗的因素，并就此提出幾點意見，供大家參考。

2調查及實測數據

2.1 窯具現狀

目前，我國對燃料窯的環保要求日益提高，已逐步采用清潔燃料，如液化石油氣、天然氣等，對具有一定規模的陶瓷企業，多采用隧道窯或輥道窯，因其連續式使用，能耗較低。這類型的窯爐多采用燒結碳化硅或堇青石-莫來石棚板明焰裸燒，因棚板能適應于多種產品，且對多數產品而言空間利用率較高。

近年來，國內窯具發展迅速，高強度超薄棚板、反應燒結碳化硅、重結晶碳化硅等優質窯具，以其重量輕、性能優良深受人們關注，但窯具投資相對高，目前市場占有率仍不大。

2.2測試方法

以日用陶瓷燃氣隧道窯為代表，計量周期為連續12h，為縮小窯爐性能差異的影響，對同一組類型產品選擇同一窯爐公司安裝的窯爐。

測量方法如下:

(1)產品總重量:統計12h內所燒成的各種規格型號的產品數量，分別計量各種規格型號的每百件重量，再統計出產品總重量。

(2)窯具重量:由于窯具的主要重量來自于柵板，且托燒柵板為規格化，每片重量相同，所以統計各窯車所裝的柵板數量，并按相同的12h計算出柵板的總重量。由于支撐柵板的支柱所占的窯具重量比例很小，故抽出10臺窯車的支柱稱重并計算出平均重量，再按相同的12h計算支柱重量，并與柵板重量合并為窯具重量。

(3)液化石油氣重量:液化石油氣重量的統計是用臺秤，稱出在上述相同12h接上管道供氣的全部鋼瓶總重(含石油氣)，并稱出在相同段從管道上卸下的空瓶總重(含未用完的石油氣)，上述兩項之差即為石油氣總消耗量。

(4)根據上述測出的產品重量、窯具重量與液化石油氣重量，計算出產品燃耗及“產品+窯具”的燃耗:

2.3測試結果

甲組燒成條件:產品:日用餐具;溫度:1250℃;氣氛:氧化氣氛;燃料:液化石油氣，具體數據見表1。

由表1可以看出窯具重量比由1.57/1增大至4.22/1，其單位產品能耗由0.0783 LPG kg/kg瓷增加至0.2846 LPG kg/kg瓷，即隨著窯具/產品重量比增大而能耗增加。其中A、C用戶含窯具及產品總物重能耗最低，這是因為總裝載密度小有利于縮短燒成周期，增加了產品的燒成重量，而H用戶與A、B用戶相反，能耗最高。

乙組燒成條件:產品:日用餐具;溫度:1350℃;氣氛:還原氣氛;燃料:液化石油氣。具體數據見表2。

由表2可以看出隨著窯具重量比由1.08/1增至5.41/1，其單位產品能耗由0.1122LPG kg/kg瓷增至0.4936LPG kg/kg瓷，即隨著窯具/產品重量比增加而能耗增加。其中A、B用戶含窯具及產品總物重能耗最低，這同樣是因為總裝載密度小，有利于縮短燒成周期，增加了產品的燒成重量，而G用戶與A、B用戶相反，能耗最高。對于C、D、E用戶，其窯具/產品重量比接近，則產品燒成能耗也接近。

3窯具及陶瓷產品燒成中的能耗分析

下面以隧道窯為例，分析窯具對單位產品能耗的影響。

3.1 隧道窯有效熱

由隧道窯有效熱計算所知，對于含窯具材料在內的隧道窯有效熱:

Qxy=Q′q+ Q′h+ Q′g+ Q′x+ Q′jg

式中:

Qxy——窯爐有效熱

Q′q ——坯體水份蒸發并加熱至離窯的熱耗

Q′h——產品燒成中物化反應熱耗

Q′x——產品燒結時玻璃相熱耗

Q′g——產品加熱至燒成溫度的升溫熱耗

Q′jg——窯具加熱至產品燒成溫度時的升溫熱耗

而式中Q′q、 Q′h、 Q′x相對于Q′g和 Q′jg所占比例一般較小，且由于窯具重量要比產品重量大得多，所以Q′jg比Q′g同樣要大得多。對日用陶瓷而言，根據隧道窯熱平衡測試所知各項相對于Qxy的比例:Q′q+ Q′h+ Q′x 約占15%，Q′g約占25%，Q′jg約占60%，窯具在產品燒成過程占用了大量的有效熱，這是因為目前大多數日用瓷生產企業使用的窯具重量在其產品重量的2倍以上，有的甚至高達5倍，而窯具比熱與陶瓷產品相當，由此可見，窯具在升溫過程需吸收大量的熱量，占用了大部分的有效熱，可見，合理選用窯具、減少窯具重量，對降低產品燒成能耗意義重大。

3.2窯具對隧道窯產量與單位產品燒成能耗的影響

從上面含窯具有效熱計算可以看出，窯具所消耗的有效熱可達60%，所以在升溫過程中窯具需吸收大量的熱量，吸熱量增加，在一定程度上降低了升溫速度，對于隧道窯而言必須降低推車速度，因而也降低了產量。另一方面，窯具重量增加，隧道窯窯腔裝載的密度也增加，從而預熱帶的氣流阻力也增加，為滿足排煙及分解物排出，需加大排煙力度，預熱帶漏風量增加，此時由于下層冷風的進入，增加了預熱帶的溫度分層，為確保下層產品有充分的氧化分解時間，必須降低推車速度，因而產量也隨之降低。

此外，由上面敘述可知在，冷卻帶中，窯具重量增加，蓄熱量也增加，帶進冷卻帶的熱量增加，從而加大了冷卻負擔，為使熱量充分排出，需延長冷卻時間，以降低冷卻速度，即降低推車速度，使產量減少。

從上述的工藝分析可知，窯具/產品重量比的增加將降低產量，而對同一隧道窯，產品類型相同，燒成溫度相同，總能耗相同，則單位產品燒成能耗增加。

3.3窯具及燒成時間對熱分配比例的影響

由上面加熱、冷卻過程可以看出，窯具重量增加，產量減少，而在此過程中窯體的表面散熱量并沒有減少，且排煙的煙氣帶出的顯熱增加，具體表現為兩個方面:一方面，窯具吸熱量增加，增加了燃料的消耗量，故燃料燃燒的干煙氣量增加;另一方面，排煙阻力增加時，為滿足燒成帶的煙氣排出需加大排煙的引風力度，故增加了預熱帶的漏風量，漏入的空氣受加熱后隨煙氣排出而增加煙氣的顯熱。

目前多數的陶瓷隧道窯中，煙氣顯熱、窯體表面散熱占燒成總熱支出的一大部分，而減小窯具重量可縮短燒成時間，從而可達到降低單位產品燒成能耗的目的。

4總 結

下列因素將增加隧道窯單位產品燒成能耗:

(1) 窯具重量增加，吸熱量隨之增加。

(2) 窯具重量增加，裝載密度增加，排煙阻力增加， 預熱帶漏風量增加，造成氣體分層，則必須降低推車速度，造成產量減少，能耗增加。

(3) 窯具重量增加，裝載密度增加，排煙阻力增加，預熱帶漏風量增加，造成排煙顯熱增加，能耗增加。

(4) 窯具重量增加，帶入冷卻帶熱量增加，必須延長冷卻時間，因而產量減少，單位產品能耗增加。

綜上所述，選擇優質、輕型窯具，是降低陶瓷單位產品燒成能耗的重要途徑，也是降低陶瓷產品綜合能耗的有效措施。

參考文獻

[1] 中華人民共和國輕工行業標準——《日用陶瓷火焰隧道窯

熱平衡、熱效率測定與計算方法》 (QB/T1493-1992).