泡沫陶瓷燒成工藝的現狀及進展

摘 要：本文簡述了泡沫陶瓷過濾器生產廠家常用的燒成工藝，將其按燃燒能源分為煤、液化氣和電；按窯爐結構類別分為梭式窯、隧道窯和輥道窯，并對比了煤、液化氣和電燒泡沫陶瓷過濾器的優缺點。同時，對梭式窯、隧道窯和輥道窯三種窯爐結構做了簡單的對比分析，并闡述了各種窯爐結構的特點。最后，本文提出了泡沫陶瓷廠家應根據自身生產情況和發展需要，選擇合適的燒成工藝。

關鍵詞：泡沫陶瓷；燒成；窯爐；工藝

1 前言

泡沫陶瓷過濾器屬于新材料領域的高性能結構陶瓷類，是國家重點支持的高新技術領域之一。泡沫陶瓷過濾器相比于其他陶瓷過濾器（如：直孔陶瓷）優點是通孔率高、比表面積大，過濾效果好。缺點是強度低、掉渣嚴重等[1]。

眾所周知，燒成是特種陶瓷生產中的關鍵工序，而窯爐是生產中的核心設備，為在燒成性能和燃料節能方面有好的效果，許多技術雄厚的窯爐廠家和特種陶瓷廠家進行協作攻關，并取得了較好的效果[2]。泡沫陶瓷過濾器屬于特種陶瓷類別的結構陶瓷，具有三維網狀結構，通孔率達到80%～90%，體積密度約0.5g/cm3（除氧化鋯質）。因此，其燒成相比于建筑、日用陶瓷產品，具有產品內外升溫均一、燒成保溫時間短、自然冷卻速度快以及蓄熱效果差等特點。另外，由于國內大多泡沫陶瓷生產廠家采用聚氨酯海綿浸漬上漿工藝[3-4]。因此，在泡沫陶瓷燒成過程中，載體聚氨酯海綿的揮發速度快慢，直接決定了泡沫陶瓷的燒成質量。同時，聚氨酯海綿在揮發過程中伴隨的放熱效應，也影響著整個產品燒成曲線。

2 泡沫陶瓷燒成工藝的現狀

目前，泡沫陶瓷產品在國內銷售已有30年，產品在金屬熔體過濾方面取得的了顯著效果，在提升金屬熔體成品率和提高鑄件理化性能方面發揮著重要作用。因此，未來幾十年，在沒有發明新的產品代替其過濾凈化效果作用時，泡沫陶瓷產品依然會成為金屬熔體鑄造廠家的優先選擇。另外，隨著泡沫陶瓷產品的大眾化和成熟化，泡沫陶瓷在隔熱隔音材料、汽車尾氣處理、電工電子、醫用材料以及生物化學等領域也有了較為廣泛的應用[5]。

泡沫陶瓷燒成工藝經過不斷優化改進，取得了較快的發展。但它相對于建筑、日用陶瓷的燒成工藝，工藝技術尚處于落后水平。筆者認為有以下幾個方面的原因。首先，因為泡沫陶瓷產品出現只有近三十年，行業專家對其研究時間不夠充分。其次，泡沫陶瓷產品銷售量遠不如建筑、日用陶瓷，相應窯爐公司針對泡沫陶瓷產品燒成設備的研發不夠，其特點也不能很好把握。第三，鑄造用泡沫陶瓷產品屬于一次性使用產品，產品在短時間過濾完成后，就不再重復使用，泡沫陶瓷生產廠家很少花費資金和精力做單獨的燒成工藝研究。第四，國內泡沫陶瓷生產廠家規模較小、分散度高，科研研發實力較弱。綜上幾種情況，泡沫陶瓷產品的生產（尤其燒成）工藝在國內依舊停滯在滿足使用，而非精細化生產階段。

2.1燃料燒成分類

泡沫陶瓷燒成中使用的燃料包括：焦油、煤、液化氣、天然氣和電等能源。本文主要介紹煤、液化氣、電三種常用的代表性燃料。煤、液化氣和電燒泡沫陶瓷工藝對比如表1所示。

2.1.1煤燒成工藝

煤作為窯爐燒成燃料，屬于時間最早、應用最廣泛的一類。它的特點是成本低、來源廣泛、燃燒值低及空氣污染大。泡沫陶瓷起初的生產力量差，相應的設備也處于試用改進階段，窯爐也往往是采用日用陶瓷改造而成。煤作為泡沫陶瓷燒成燃料，經過了十幾年時間。隨著環境保護力度加大，產品質量進一步提升，經改造的老式窯爐已經不能滿足其生產需求。煤作為泡沫陶瓷燒成燃料已經漸漸退出舞臺。

2.1.2液化氣燒成工藝

液化氣作為新型燃料，在近十年內得到了廣泛推廣應用。無論民用、工業用都被廣泛使用。對泡沫陶瓷燒成工藝而言，液化氣有以下優點：燃燒值高、燒成氣氛（氧化或還原氣氛）穩定及空氣污染小。液化氣窯爐為保證產品燒成溫度穩定性，需對燃氣壓力進行控制。因此，需要在輸送管道內加設減壓閥、過濾器、調壓閥等裝置。為了提高液化氣的使用率，可在管道前增設氣化爐。由于液化氣在使用過程中，存在易燃、易爆等危險，應當制定嚴格的操作規程，并盡可能將液化氣的存放間建在遠離火源、窯爐高溫、辦公場所等地方。

液化氣由于來源較廣泛、使用綠色環保、對產品燒成控制穩定等特點，已成為目前泡沫陶瓷生產廠家的主要燒成燃料。

2.1.3電燒成工藝

電作為真正環保綠色的能源，被用作陶瓷燒成時間較短。電通過電熱元件轉化為熱能，熱能通過熱輻射加熱陶瓷坯體。電能可以通過自動控制電流大小，按規定時間升至規定溫度并保溫。電能燒成工藝具有以下優點：熱效率高、自動化控制精準、經濟環保、操作簡便及煙氣管道少等。缺點是電窯內容積較小（否則溫差過大）、斷電事故不易控制、窯內為氧化氣氛燒結、電熱元件須設置在整個升溫區、電熱元件需常更換等。

小型電爐作為實驗室廣泛采用的燒成窯爐，具有操作簡單、自動化控制程度高、綠色環保等特點。工業用電窯是在實驗室電爐基礎上發展起來的，特別是對于燒成泡沫陶瓷產品，其主要應用在泡沫陶瓷規格小、天然氣匱乏、電能充裕且價格便宜等地方。

2.2窯爐結構分類

窯爐按結構分類，可劃分為梭式窯、隧道窯和輥道窯三大類。梭式窯、隧道窯和輥道窯燒成泡沫陶瓷工藝對比如表2所示。

2.2.1梭式窯燒成工藝

梭式窯（又稱抽屜窯）屬于間歇式窯爐，其生產方式和生產安排具有靈活性，既能滿足規模連續性生產，也能采用小型間歇性生產。對規模相對小的、市場容量不大的陶瓷廠家，大都選擇此類燒成窯爐。隨著燃料結構、自控程度、保溫材料的不斷發展，相繼出現了一些結構新穎、裝配先進、溫差小及能耗低的新型梭式窯，產品燒成質量也得到了大幅提升[6]。

梭式窯作為傳統窯爐，具有投入少、應用廣泛、維護成本低及生產靈活性高等特點，加之泡沫陶瓷產品本身產量不大，因此也被選為燒成泡沫陶瓷產品最早的窯爐，也是使用時間最長的窯爐。隨著泡沫陶瓷產品領域的不斷發展，產品需求不斷擴大、產品競爭愈發激烈和產品質量要求不斷提高。傳統的梭式窯燒成泡沫陶瓷產品具有的產量小、質量不穩定、能耗大等缺點。同時，梭式窯燒成泡沫陶瓷過程中，煙氣呈集中排放（250～550℃），對煙氣處理的投入會大大增加，并且處理效果也很不理想。因此，傳統的梭式窯已不能滿足泡沫陶瓷現代化生產。endprint

2.2.2隧道窯燒成工藝

隧道窯屬于連續性生產的熱工設備，廣泛用于陶瓷制品的燒成工序。隧道窯具有生產產量較大、質量控制較穩定、溫差較小等特點。

隧道窯燒成泡沫陶瓷，相比于梭式窯具有更好的產品質量穩定性。同時，在隧道窯燒成泡沫陶瓷過程中，坯體進入窯內煙氣排放溫度區數量少且均勻。因此，煙氣排放較少且較均一，不會呈現集中排放。對均一量較少的煙氣處理，環保設備投入較小、煙氣處理效果較好。

2.2.3輥道窯燒成工藝

輥道窯燒成是在隧道窯基礎上發展起來，廣泛應用于建筑、日用陶瓷制品的生產。因輥道窯具有燒成速度快、單位能耗少、產量大、燒成溫差小等特點，已成為國內建筑衛生陶瓷廣泛使用的燒成設備[7]。

泡沫陶瓷在輥道窯中燒成，在國內已經有了相關專利（ZL201110342739.7）和生產線，輥道燒成泡沫陶瓷具有產量大、能耗少、產品質量穩定及煙氣處理方便等特點。輥道窯可將低溫區均一較少的煙氣作助燃風輸入高溫區焚燒，焚燒后的煙氣再經簡單的物理化學處理，即可達到規定煙氣排放標準。

3 結語

對泡沫陶瓷的燒成，已經歷了煤、氣、電三種能源的燒成工藝發展。煤具有低熱值、高污染、雜質多等性質，已不能滿足泡沫陶瓷節能環保的現代化生產需求。事實上，經過廠家主動放棄或政府強制改革，煤作為泡沫陶瓷燒成燃料已逐漸被淘汰。目前，各地政府都在提倡甚至強制企業執行煤改氣，氣成了陶瓷制品的主要燒成能源。氣（主要包括液化氣和天然氣）雜質含量少、熱值高、綠色環保，適用于泡沫陶瓷產品燒成。國內大多泡沫陶瓷生產廠家都采用氣燒燒成工藝。電通過電熱元件產生熱輻射，屬于真正綠色環保能源。泡沫陶瓷燒成用電窯具有熱效率高、溫度控制精準、操作簡便等特點。但對于規格較大的泡沫陶瓷產品燒成，不宜采用電窯。因為熱輻射距離效應明顯，窯體越寬窯內溫差越大。國內采用電窯燒成泡沫陶瓷制品，多為氧化鋯、碳化硅等規格較小的泡沫陶瓷制品。

梭式窯、隧道窯和輥道窯等結構窯爐的發展，也成為泡沫陶瓷燒成的發展方向。從最初的梭式窯間歇式生產，到隧道窯連續生產，再到輥道窯快速連續生產，泡沫陶瓷不僅產量得到了快速的發展，而且其產品質量、生產成本、單位能耗、綠色環保等方面也都有了較好的發展。雖然窯爐結構在不斷更新，但由于泡沫陶瓷生產廠家分散度高、規模小、市場份額有限，各材質泡沫陶瓷產品質量要求不一、泡沫陶瓷產品使用一次性等諸多原因，導致梭式窯、隧道窯和輥道窯都還在國內廠家廣泛使用，各占比例也都相差不大。梭式窯具有生產調度靈活（可隨時停窯）、產量小、投入少等特點，適用于企業規模小、產量較小、產品質量要求（如：氧化鋁泡沫陶瓷）穩定性較差及環保要求較低的生產廠家。隧道窯具有產量較大、產品質量穩定性較好、投入較大等特點，適用于中小型企業規模、產品市場較大、產品質量要求較高（如：碳化硅、氧化鋯泡沫陶瓷）的生產廠家。輥道窯具有窯內寬、產量大、投入大、節能環保、產品穩定性好等特點，適用于大中型企業規模、產品國內外市場大、產品規格較大（如：氧化鋁泡沫陶瓷）、產品要求質量高的生產廠家。

綜上所述，廠家根據各自規模及自身發展的不同，會選擇不同結構的窯爐。然而，隨著全球經濟一體化的發展，產品資源的不斷整合，以及環保要求的不斷提高。相信許多中小型規模企業將被合并或收購，取而代之是大型泡沫陶瓷生產廠家。海綿、配料、上漿、干燥、噴漿、燒成等工藝都采用先進的生產裝備，幾條生產線同時生產氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等各種材質泡沫陶瓷，燒成也會選擇產量大、能耗低、產品質量穩定及綠色環保的輥道窯氣燒工藝。

參考文獻

[1] 孟萍.直孔陶瓷過濾片和泡沫陶瓷過濾片的區別[J].鑄造，2007

（56）：880～881.

[2] 顧立德.特種耐火材料[M].北京：冶金工業出版社，2006：302.

[3] 王霞.鑄造用泡沫陶瓷過濾器的生產工藝[J].佛山陶瓷，2008，12：

28～30.

[4] 曹大力，周靜一，伊國力，等.鑄造用泡沫陶瓷過濾器[J].鑄造，

2005（54）：293.

[5] 董毅峰，王雪瑤，李志宏，等.泡沫陶瓷材料制備方法及應用的研

究進展[J].陶瓷，2007（7）：50～52.

[6] 徐培勛.燒成蜂窩陶瓷各種窯爐的選型[J].佛山陶瓷，2014（2）：

19～21.

[7] 胡國林，周露亮，陳功備.陶瓷工業窯爐[M].武漢：武漢理工大學

出版社，2010：131～150.endprint

2.2.2隧道窯燒成工藝

隧道窯屬于連續性生產的熱工設備，廣泛用于陶瓷制品的燒成工序。隧道窯具有生產產量較大、質量控制較穩定、溫差較小等特點。

隧道窯燒成泡沫陶瓷，相比于梭式窯具有更好的產品質量穩定性。同時，在隧道窯燒成泡沫陶瓷過程中，坯體進入窯內煙氣排放溫度區數量少且均勻。因此，煙氣排放較少且較均一，不會呈現集中排放。對均一量較少的煙氣處理，環保設備投入較小、煙氣處理效果較好。

2.2.3輥道窯燒成工藝

輥道窯燒成是在隧道窯基礎上發展起來，廣泛應用于建筑、日用陶瓷制品的生產。因輥道窯具有燒成速度快、單位能耗少、產量大、燒成溫差小等特點，已成為國內建筑衛生陶瓷廣泛使用的燒成設備[7]。

泡沫陶瓷在輥道窯中燒成，在國內已經有了相關專利（ZL201110342739.7）和生產線，輥道燒成泡沫陶瓷具有產量大、能耗少、產品質量穩定及煙氣處理方便等特點。輥道窯可將低溫區均一較少的煙氣作助燃風輸入高溫區焚燒，焚燒后的煙氣再經簡單的物理化學處理，即可達到規定煙氣排放標準。

3 結語

對泡沫陶瓷的燒成，已經歷了煤、氣、電三種能源的燒成工藝發展。煤具有低熱值、高污染、雜質多等性質，已不能滿足泡沫陶瓷節能環保的現代化生產需求。事實上，經過廠家主動放棄或政府強制改革，煤作為泡沫陶瓷燒成燃料已逐漸被淘汰。目前，各地政府都在提倡甚至強制企業執行煤改氣，氣成了陶瓷制品的主要燒成能源。氣（主要包括液化氣和天然氣）雜質含量少、熱值高、綠色環保，適用于泡沫陶瓷產品燒成。國內大多泡沫陶瓷生產廠家都采用氣燒燒成工藝。電通過電熱元件產生熱輻射，屬于真正綠色環保能源。泡沫陶瓷燒成用電窯具有熱效率高、溫度控制精準、操作簡便等特點。但對于規格較大的泡沫陶瓷產品燒成，不宜采用電窯。因為熱輻射距離效應明顯，窯體越寬窯內溫差越大。國內采用電窯燒成泡沫陶瓷制品，多為氧化鋯、碳化硅等規格較小的泡沫陶瓷制品。

梭式窯、隧道窯和輥道窯等結構窯爐的發展，也成為泡沫陶瓷燒成的發展方向。從最初的梭式窯間歇式生產，到隧道窯連續生產，再到輥道窯快速連續生產，泡沫陶瓷不僅產量得到了快速的發展，而且其產品質量、生產成本、單位能耗、綠色環保等方面也都有了較好的發展。雖然窯爐結構在不斷更新，但由于泡沫陶瓷生產廠家分散度高、規模小、市場份額有限，各材質泡沫陶瓷產品質量要求不一、泡沫陶瓷產品使用一次性等諸多原因，導致梭式窯、隧道窯和輥道窯都還在國內廠家廣泛使用，各占比例也都相差不大。梭式窯具有生產調度靈活（可隨時停窯）、產量小、投入少等特點，適用于企業規模小、產量較小、產品質量要求（如：氧化鋁泡沫陶瓷）穩定性較差及環保要求較低的生產廠家。隧道窯具有產量較大、產品質量穩定性較好、投入較大等特點，適用于中小型企業規模、產品市場較大、產品質量要求較高（如：碳化硅、氧化鋯泡沫陶瓷）的生產廠家。輥道窯具有窯內寬、產量大、投入大、節能環保、產品穩定性好等特點，適用于大中型企業規模、產品國內外市場大、產品規格較大（如：氧化鋁泡沫陶瓷）、產品要求質量高的生產廠家。

綜上所述，廠家根據各自規模及自身發展的不同，會選擇不同結構的窯爐。然而，隨著全球經濟一體化的發展，產品資源的不斷整合，以及環保要求的不斷提高。相信許多中小型規模企業將被合并或收購，取而代之是大型泡沫陶瓷生產廠家。海綿、配料、上漿、干燥、噴漿、燒成等工藝都采用先進的生產裝備，幾條生產線同時生產氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等各種材質泡沫陶瓷，燒成也會選擇產量大、能耗低、產品質量穩定及綠色環保的輥道窯氣燒工藝。

參考文獻

[1] 孟萍.直孔陶瓷過濾片和泡沫陶瓷過濾片的區別[J].鑄造，2007

（56）：880～881.

[2] 顧立德.特種耐火材料[M].北京：冶金工業出版社，2006：302.

[3] 王霞.鑄造用泡沫陶瓷過濾器的生產工藝[J].佛山陶瓷，2008，12：

28～30.

[4] 曹大力，周靜一，伊國力，等.鑄造用泡沫陶瓷過濾器[J].鑄造，

2005（54）：293.

[5] 董毅峰，王雪瑤，李志宏，等.泡沫陶瓷材料制備方法及應用的研

究進展[J].陶瓷，2007（7）：50～52.

[6] 徐培勛.燒成蜂窩陶瓷各種窯爐的選型[J].佛山陶瓷，2014（2）：

19～21.

[7] 胡國林，周露亮，陳功備.陶瓷工業窯爐[M].武漢：武漢理工大學

出版社，2010：131～150.endprint

2.2.2隧道窯燒成工藝

隧道窯屬于連續性生產的熱工設備，廣泛用于陶瓷制品的燒成工序。隧道窯具有生產產量較大、質量控制較穩定、溫差較小等特點。

隧道窯燒成泡沫陶瓷，相比于梭式窯具有更好的產品質量穩定性。同時，在隧道窯燒成泡沫陶瓷過程中，坯體進入窯內煙氣排放溫度區數量少且均勻。因此，煙氣排放較少且較均一，不會呈現集中排放。對均一量較少的煙氣處理，環保設備投入較小、煙氣處理效果較好。

2.2.3輥道窯燒成工藝

輥道窯燒成是在隧道窯基礎上發展起來，廣泛應用于建筑、日用陶瓷制品的生產。因輥道窯具有燒成速度快、單位能耗少、產量大、燒成溫差小等特點，已成為國內建筑衛生陶瓷廣泛使用的燒成設備[7]。

泡沫陶瓷在輥道窯中燒成，在國內已經有了相關專利（ZL201110342739.7）和生產線，輥道燒成泡沫陶瓷具有產量大、能耗少、產品質量穩定及煙氣處理方便等特點。輥道窯可將低溫區均一較少的煙氣作助燃風輸入高溫區焚燒，焚燒后的煙氣再經簡單的物理化學處理，即可達到規定煙氣排放標準。

3 結語

對泡沫陶瓷的燒成，已經歷了煤、氣、電三種能源的燒成工藝發展。煤具有低熱值、高污染、雜質多等性質，已不能滿足泡沫陶瓷節能環保的現代化生產需求。事實上，經過廠家主動放棄或政府強制改革，煤作為泡沫陶瓷燒成燃料已逐漸被淘汰。目前，各地政府都在提倡甚至強制企業執行煤改氣，氣成了陶瓷制品的主要燒成能源。氣（主要包括液化氣和天然氣）雜質含量少、熱值高、綠色環保，適用于泡沫陶瓷產品燒成。國內大多泡沫陶瓷生產廠家都采用氣燒燒成工藝。電通過電熱元件產生熱輻射，屬于真正綠色環保能源。泡沫陶瓷燒成用電窯具有熱效率高、溫度控制精準、操作簡便等特點。但對于規格較大的泡沫陶瓷產品燒成，不宜采用電窯。因為熱輻射距離效應明顯，窯體越寬窯內溫差越大。國內采用電窯燒成泡沫陶瓷制品，多為氧化鋯、碳化硅等規格較小的泡沫陶瓷制品。

梭式窯、隧道窯和輥道窯等結構窯爐的發展，也成為泡沫陶瓷燒成的發展方向。從最初的梭式窯間歇式生產，到隧道窯連續生產，再到輥道窯快速連續生產，泡沫陶瓷不僅產量得到了快速的發展，而且其產品質量、生產成本、單位能耗、綠色環保等方面也都有了較好的發展。雖然窯爐結構在不斷更新，但由于泡沫陶瓷生產廠家分散度高、規模小、市場份額有限，各材質泡沫陶瓷產品質量要求不一、泡沫陶瓷產品使用一次性等諸多原因，導致梭式窯、隧道窯和輥道窯都還在國內廠家廣泛使用，各占比例也都相差不大。梭式窯具有生產調度靈活（可隨時停窯）、產量小、投入少等特點，適用于企業規模小、產量較小、產品質量要求（如：氧化鋁泡沫陶瓷）穩定性較差及環保要求較低的生產廠家。隧道窯具有產量較大、產品質量穩定性較好、投入較大等特點，適用于中小型企業規模、產品市場較大、產品質量要求較高（如：碳化硅、氧化鋯泡沫陶瓷）的生產廠家。輥道窯具有窯內寬、產量大、投入大、節能環保、產品穩定性好等特點，適用于大中型企業規模、產品國內外市場大、產品規格較大（如：氧化鋁泡沫陶瓷）、產品要求質量高的生產廠家。

綜上所述，廠家根據各自規模及自身發展的不同，會選擇不同結構的窯爐。然而，隨著全球經濟一體化的發展，產品資源的不斷整合，以及環保要求的不斷提高。相信許多中小型規模企業將被合并或收購，取而代之是大型泡沫陶瓷生產廠家。海綿、配料、上漿、干燥、噴漿、燒成等工藝都采用先進的生產裝備，幾條生產線同時生產氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等各種材質泡沫陶瓷，燒成也會選擇產量大、能耗低、產品質量穩定及綠色環保的輥道窯氣燒工藝。

參考文獻

[1] 孟萍.直孔陶瓷過濾片和泡沫陶瓷過濾片的區別[J].鑄造，2007

（56）：880～881.

[2] 顧立德.特種耐火材料[M].北京：冶金工業出版社，2006：302.

[3] 王霞.鑄造用泡沫陶瓷過濾器的生產工藝[J].佛山陶瓷，2008，12：

28～30.

[4] 曹大力，周靜一，伊國力，等.鑄造用泡沫陶瓷過濾器[J].鑄造，

2005（54）：293.

[5] 董毅峰，王雪瑤，李志宏，等.泡沫陶瓷材料制備方法及應用的研

究進展[J].陶瓷，2007（7）：50～52.

[6] 徐培勛.燒成蜂窩陶瓷各種窯爐的選型[J].佛山陶瓷，2014（2）：

19～21.

[7] 胡國林，周露亮，陳功備.陶瓷工業窯爐[M].武漢：武漢理工大學

出版社，2010：131～150.endprint