蜂窩陶瓷排焦在隧道窯中的燒成概論

馮長(zhǎng)清，吳 俊

（江西省陶瓷研究所，景德鎮(zhèn)，333000）

0 引言

自大學(xué)畢業(yè)后我一直從事窯爐的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等相關(guān)工作，其中接觸最為廣泛的燒成制品就是精細(xì)蜂窩陶瓷，由于蜂窩陶瓷原料配方的多樣化和復(fù)雜性，再加上其物理結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)（網(wǎng)狀分布、壁薄），導(dǎo)致在燒成過(guò)程中極易開(kāi)裂。起初人們大多采用間歇窯爐來(lái)燒制蜂窩陶瓷主要是因?yàn)殚g歇窯爐的壓力、溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易控制，更關(guān)鍵的一點(diǎn)是蜂窩陶瓷在100℃-500℃之間有一個(gè)排焦過(guò)程，在該過(guò)程中坯體會(huì)揮發(fā)出大量的有機(jī)物，如果此時(shí)窯爐里面的含氧量達(dá)到一定的濃度，坯體就會(huì)自然，爐內(nèi)溫度急劇升高，坯體必定開(kāi)裂塌陷。

起初人們用間歇窯爐來(lái)燒制蜂窩陶瓷，可以較好的控制窯爐內(nèi)部的氧氣濃度及窯爐壓力。但是間歇窯爐的缺陷也隨之而來(lái)：其一、能耗較高，其二、產(chǎn)量較低，隨著社會(huì)的發(fā)展，蜂窩陶瓷的市場(chǎng)日趨增長(zhǎng)，間歇窯爐的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到市場(chǎng)的需求，所以一些廠家開(kāi)始嘗試采用隧道窯來(lái)燒制，眾所周知隧道窯首尾連通，窯頭和窯尾主要依靠封閉氣幕來(lái)阻擋煙氣，所以排焦段窯壓很難控制，再加上窯頭處于負(fù)壓狀態(tài)，外界空氣隨著曲封縫隙進(jìn)入窯內(nèi)，導(dǎo)致窯內(nèi)氧氣濃度提升，從而使坯體自燃開(kāi)裂。

2 隧道窯中蜂窩陶瓷的燒成

2.1 蜂窩陶瓷在隧道窯中的燒成曲線數(shù)據(jù)分析

從表1燒成曲線中可以判斷出坯體在20℃-550℃所占時(shí)間達(dá)到30小時(shí)，是整個(gè)燒成時(shí)間的二分之一，平均升溫速率約20℃/h，長(zhǎng)時(shí)間的排焦和緩慢的升溫速率都是為了讓坯體中的大量有機(jī)物逐步排出，燒成曲線是坯體在燒制過(guò)程中的一個(gè)航標(biāo)，但是要使一條隧道窯在調(diào)試過(guò)程中真正的去達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，或者說(shuō)接近這根曲線是不容易做到的，隧道窯雖然一直都在發(fā)展改進(jìn)，比如燃料由煤、油、氣的逐步轉(zhuǎn)換，人工操作調(diào)試到今天的PLC的自動(dòng)控制，爐體的重質(zhì)耐材到輕型耐材的更新，但是隧道窯的一些特定缺陷始終得不到完美的解決，比如在20℃-550℃這個(gè)關(guān)鍵的排焦區(qū)域爐內(nèi)產(chǎn)生的幾何壓頭導(dǎo)致氣體分層從而加大了截面上的溫差，曲封處不能達(dá)到完全密封導(dǎo)致冷空氣的吸入，這些都是妨礙在調(diào)試過(guò)程中達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)燒成曲線的不利因數(shù)。

表1 蜂窩陶瓷在隧道窯中升溫速率表

2.2 隧道窯排焦段產(chǎn)品開(kāi)裂的解決方案

經(jīng)過(guò)對(duì)蜂窩陶瓷原料的化學(xué)分析，和近年來(lái)累積的經(jīng)驗(yàn)，蜂窩陶瓷在燒成過(guò)程中最關(guān)鍵的地方就是在隧道窯的排焦段（100℃-500℃），而影響產(chǎn)品排焦的關(guān)鍵因素就是，升溫速率、氧氣濃度、窯內(nèi)壓力，如何減慢產(chǎn)品升溫速率，降低氧氣濃度，并保證排焦段一定的正壓？就以上問(wèn)題列出排焦段的示意圖來(lái)進(jìn)行解答。

從圖1可以看出，在排焦段上部布置了一座焚燒裝置，焚燒裝置有兩個(gè)重要的作用在于：1、焚燒坯體排除的焦油，使焦油中的有機(jī)物完全燃燒，從而達(dá)到煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)自然環(huán)境。2、由于焦油中含有大量的有機(jī)物，經(jīng)過(guò)焚燒爐以后完全氧化，產(chǎn)生了大量的高溫?zé)煔馄仁蛊溥M(jìn)入窯爐的低溫段來(lái)加熱坯體和攪拌窯爐內(nèi)部溫度場(chǎng)，從而高效的利用了能源。

3 結(jié)論

介于蜂窩陶瓷在處理汽車(chē)尾氣中的重要作用，其需求量和工藝要求也大大提高，從原料配方，成型模具，到燒成都要做到精益求精，其中燒成最為關(guān)鍵，也是決定生產(chǎn)成敗的最后一步，通常在燒成過(guò)程中坯體常見(jiàn)的問(wèn)題有開(kāi)裂，熱振系數(shù)不達(dá)標(biāo)，顏色發(fā)黃現(xiàn)象，其中最為棘手的問(wèn)題就是開(kāi)裂，一旦產(chǎn)品開(kāi)裂基本就是作為廢品處理。

圖1 蜂窩陶瓷在隧道窯中排焦示意圖

通過(guò)采用間歇窯爐的燒成實(shí)驗(yàn)，可以得出重要的抑制產(chǎn)品開(kāi)裂的幾條結(jié)論：1、可找出蜂窩陶瓷排焦溫度區(qū)域。2、加長(zhǎng)集中排焦時(shí)間，保持排焦過(guò)程中的正壓狀態(tài)。3、最大限度降低排焦過(guò)程中的氧氣濃度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)采取了以上措施以后，產(chǎn)品的合格率都大大的提高，很少出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，根據(jù)這些依據(jù)參數(shù)作為基礎(chǔ)，那么隧道窯的設(shè)計(jì)方案，以及調(diào)試手段就有了一個(gè)明確的方向,,此外產(chǎn)品的合格率，和公斤瓷能耗是檢驗(yàn)一套燒成設(shè)備優(yōu)劣兩個(gè)重要指標(biāo)，焦油完全燃燒后的高溫?zé)煔庠俅芜M(jìn)入窯爐低溫段加熱坯體，完全符合降低能耗標(biāo)準(zhǔn)的手段，大量高溫?zé)煔膺M(jìn)入排焦段，可以使排焦段保持一定的正壓，縮小了窯爐截面上的溫差，并且可以使排焦段處于一種很好的貧氧狀態(tài)，以上條件非常符合蜂窩陶瓷在排焦過(guò)程中的燒成工藝要求，是提高產(chǎn)品燒成合格率的重要保障。