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高温还原焰快烧辊道窑的研制

时间：2014-04-17 22:58:12 来源：龙泉青瓷网（老版本）作者：佚名

我国国土面积广阔，拥有丰富的陶瓷原料，陶瓷生产历史悠久，陶瓷行业已经成为国民经济重要产业，目前我国陶瓷出口量已经跃居世界第一。由于地理环境的差异，我国北方瓷区原料中含Fe2O3量较低，多采用硬质料，在烧成气氛上多采用氧化馅烧成，南方瓷区原料中含Fe2O3量较高，多采用软质料，在烧成气氛上采用还原焰为主。
　　采用还原焰烧成，具有如下优点：
　　1.含Fe2O3量较高的原料．可以避免Fe2O3在高温分解时放出氧，到使坯体发泡、在氧化气氛下，Fe2O3在1250-1370℃分解产生氧气，造成坯体发泡。在还原气氛下，会发生如下反应： 2Fe2O3＋2CO = 4FeO＋2CO2（大量分解在1100℃）在低于Fe2O3分解的温度下即完成了还原反应，避免了发泡。
　　2.FeO与SiO2等形成亚铁硅酸盐，呈淡青的色调，使瓷器具有白如玉的特点。
　　3.促进硫酸盐较早分解，避免釉层封闭后气体逸出而起泡。
　　4.亚铁硅酸盐是低熔点的玻璃，促进坯体烧结，在1300℃左右的温度下，与氧化焰烧成者相比较，坯体的气孔率大为降低，减弱了散射的影响，相对增加了半透明度。
　　5.窑内火焰长而柔，保证了热强度不大的和缓的软火，有利于釉沿坯体均匀的熔融。
　　目前，在世界上高档瓷中，还原焰产品居多。我国南方瓷区及北方少数几个瓷区虽然也采用了还原焰烧成，但由于所采用的窑炉多为简易窑炉或小型抽屉窑，温差大，能耗高，所烧产品稳定性差，极大的制约了产品的质量。黄冈市华窑中洲窑炉有限公司作为全国最大的日用陶瓷窑炉生产企业，很早就注意到了这个问题，并对此展开了研究。并且于2000年7月与广东潮州宏华工艺陶瓷有限公司成功合作，在国内首家自主开发出了48m液化气还原焰辊道窑，烧成温度达到了1410℃，填补了我国高温还原焰辊道窑的空白，为我国还原焰窑炉发展提供了实际的发展方向。目前已成功运行了2年，所烧产品质量好，能耗低，受到了该厂极大的好评。
　　2窑炉技术介绍
　　2．1主要技术参数
　　2.1.1 窑长：48m
　　a：低温加热带：12m
　　b：高温加热带：18m
　　c：冷却带：18m
　　2.1.2窑炉内宽：1580mm
　　产品装载宽度：1350mm
　　产品装载高度：420mm
　　2.1.3 设计使用温度：1420℃
　　2.1.4 窑炉截面温差：＜5℃
　　2.1.5产量：80m3/天
　　2.1.6能耗：2200kg液化气/天
　　2.1.7燃料种类；液化石油气
　　2.1.8燃料热值：45980KJ／kg瓷（11000Kcal/kg）
　　2.1.9喷咀数量：58支
　　2.1.10传动方式：斜齿轮分节调频调速传动
　　2.l.ll辊棒：
　　低温加热带、冷却带：高铝辊棒
　　高温加热带：重结晶SiC辊棒
　　辊棒规格：60×2950mm 辊棒中心距：80mm
　　2.1.12烧成周期：8小时
　　2.1.13烧成合格率：≥90％
　　2.1.14烧成气氛：氧化、还原两用
　　2.l.15装机容量：约80KW（运行时46KW）
　　2.1.16控制方式：自动控制结合手动微调
　　2.2窑炉结构设置及特点
　　2.2.1三带比例及结构特点
　　低温加热带和高温加热带占窑长的62.5％，冷却带占总窑长的37.5％，能满足烧成制度、易调节。
　　低温加热带内衬采用隔热轻质高铝砖。窑头设置封闭气幕，使窑头形成一种涡流循环状态，有效防止窑外冷空气的进入。同时为减少预热带气体分层形成窑内温差，沿墙两侧交错布置搅拌气幕，在窑内形成强烈湍流，扰动烟气，从而达到减少低温加热带温差的目的。
　　高温加热带内衬采用氧花铝空心球砖和1500系列轻质莫来石砖，能保证烧成温度在1420℃，外表采用低蓄热、低导热系数的新型轻质保温材料，有效控制炉体对外散热，降低能耗，在夏天最高温度时，窑炉外壁温度仅为85℃（主要是重结晶SiC辊棒散热所致）。窑体两侧共设58只高速烧嘴，上部26只，下部32支，呈上、下、左、右品字型交错布设。氧化与还原气氛转换采用独特的热风气幕进行分隔，使气氛转换分明。各级窑室之间采用挡火墙结构加以分隔，分为15个相对的独立的控制单元，各单元分别通过热电偶－一温控调节器一助燃风执行器――液化气比例阀一一烧嘴自动控制该段烧成温度。烧嘴布于辊棒下和窑道上侧，有效避免了火焰对产品的直接冲刷。烧嘴向低温加热带延长布置，有利于预热带温度的调节，减少低温加热带上下温差，有效缩短烧成时间。
　　冷却带采用直接冷却和间接冷却相结合的冷却方式。冷却分为急冷区，缓冷区、出窑前冷却区，以直接冷却为主，间接冷却为辅。急冷喷风口设于辊棒下和窑道上层之间，避免了冷风直接冲击产品而造成的炸瓷现象，间接冷却则采用抽余热的方式解决，窑尾设置冷风系统对出窑前产品进行最后冷却，使出窑产品温度接近于室温，既改善了操作环境，又起到了平衡窑内冷却风量的作用，保持了窑内冷却带压力的稳定。
　　2.2.2传动系统
　　包括进出窑装置、窑体传动、转弯机。窑体传动采用45°斜齿轮分节传动，包括调速装置、斜齿轮、辊棒等装置，共分为6段，通过6台统一控制的变频调速电机带动斜齿轮、驱动辊棒转动，窑外设置自动回车线，与窑炉整体通过PLC实现连锁控制。回车线采用双链条传动，设置可自转90°的转弯机装置，能与窑炉一起实行全循环。
　　2.2.3供气、供风系统
　　供气管路采用无缝钢管，阀门采用密封性好，耐腐蚀对夹式蝶阀，喷嘴采用小流量节能型喷嘴，窑用助燃风采用换热器预热，在喷嘴布置上，充分考虑利用旋转气流的离心作用和附壁作用，上下对称错位布置，使火焰贴附于窑炉内壁，对流传热加强，提高产品充分受热性，保证窑内温度均匀。在主管上我们设有常开式电磁阀，遇到停电或者出现其他故障时能自动切断燃气供应，在放散管上设置的常闭式电磁阀也立即自动打开，将管内多余的液化气排空，同时还设有过滤、压力上下限报警等装置。
　　全窑风机管路系统均按热工要求选型，共设置两台排烟风机，两台余热风机、两台助燃风机、一台急冷风机、一台冷却风机。其中，助燃、急冷风机设置空气过滤装置，以利于明焰烧成。
　　2.2.4控制系统
　　全密控制系统采用自动化控制，仪表为PID功能仪表，采用PLC进行连锁和管理。该控制系统包括温度自动控制、压力自动控制、风机传动部分控制、设备联锁等几个方面。
　　A温度自动控制
　　该系统采用GT31（德国进口）型执行器、GERFRAN型温控仪（意大利进口）来控制烧成温度，原理为：热电偶探测温度一温度调节器（设定温度）一助燃风执行器一助燃风调节阀－液化气比例调节阀一烧嘴，窑内预热带或者冷却带温度采用温度巡检仪进行显示，排烟、余热温度采用双金属温度计现场显示。
　　B压力控制
　　该系统在排烟风机、余热风机、助燃风机上设置变频器（日本），有利于压力控制的稳定性，该窑压力显示点有排烟机压力、余热风机压力、助燃风机压力、液化气压力、窑压等，全部在控制柜上显示。
　　C气氛控制
　　该窑在气氛控制上关键在于通过稳定窑内压力来稳定窑内气氛，在稳定压力时，先让排烟风机抽力在保证窑内废气抽出的前提下，尽量减小排烟风机抽力，让其压力稳定，从而使气氛不受到压力波动干扰。在气氛保持过程中，通过变频器来稳定排烟风机抽力，急冷风机抽力以及气氛转换气幕压力来保证气氛稳定，通过比例阀控制CO含量在4-8％左右。在自动控制的同时辅助手动微调，能保证不出现烟熏及泛黄现象。
　　D风机及传动系统
　　该窑采用连锁控制，利用变频器控制排烟风机的抽力，稳定零压点位置，从而控制窑内压力。助燃风机及急冷风机可通过控制柜上助燃风压和急冷风压变送器来直观的设定压力，然后通过变频器进行自动控制其风压，能保持窑内压力稳定。主传动在正常生产前先采用手动调节传动速度，保证窑内所有辊棒采用同一速度运行．然后再通过变频器稳定其运转周期，在控制柜上设有周期给定器，可以方便的控制烧成周期。所有风机控制柜上通过控制按钮开启。
　　E工作状况监护及报警系统
　　为了能在控制室监视窑头、窑尾产品装载运行情况，分别在窑头、窑尾设置摄像镜头，并传送到控制室显示器上，当出现异常情况时，能提醒操作工及时处理。报警系统包括各种设备开启故障报警、温度上、下限设定报警，变频故障报警等。并可以实行燃料自动切断与放散，符合环保与消防要求。
　　F设备连锁
　　PLC输入与输出检测，变频器异常，风机故障。电机过载均能采用声光报警，并采取相应的连锁处理。
　　2、3该窑技术经济指标
　　2.3.1所烧产品质量
　　该窑所烧产品经抽检外观质量较原产品相比，变形小，釉面光润，产品白度高，无阴黄、落脏等缺陷。
　　2.3.2经济技术指标
　　广东潮州宏华工艺陶瓷有限公司在建该窑前，该厂原采用6座4m3手动抽屉窑进行烧成产品，所烧出来的产品由于受装窑及烧容师傅的感觉等外在因素干扰，所烧出来的产品不稳定，有变形及色差现象。特别指出的是，抽屉窑由于是间隙式窑炉，加之其本身固有的温差大等因素，能耗极高，经该厂测算，每条4m3抽屉窑每天可以烧1窑，其产品容量为4m3，其耗气量达到了400kg，相当于每m3产品需要100kg液化气，而采用我公司研制的48m高温还原焰辊道窑之后，每天产量为80m3，而其耗气量仅为2200kg，而同比抽屉窑则需要8000kg液化气，每天节约5800kg液化气，按26元／kg考虑其价值，相当于每天节约15000元燃料费用，扣除电力损耗因素，半年即可收回成本。所以该厂该窑建设成功后，立即停掉了所有抽屉窑，产品档次也上了一个新台阶。
　　该窑由于窑外全部采用自动回车线，加上窑炉外部采用钢板装修，采用喷塑工艺，所以外观美丽大方，布局合理，能极大的提高企业形象，产生很好的社会效益。
　　该窑在环保上经潮州市环保局检测，完全达到了环保要求。
　　3结论
　　3.1本项目辊道窑以液化石油气作燃料，单位产品能耗低于日本、意大利辊道窑能耗，达到国际九十年代先进水平；烧成热效率46.64％，高于国内同类窑炉先进水平。该窑烧成温度己达1410℃以，上下温差不高于5℃，填补了国内高温辊道窑空白。在日用瓷高温还原焰快烧方面，起到示范及推广作用。
　　3.2研制了与高温辊道窑烧成相配套的日用瓷及工艺瓷配方和工艺，产品釉面及规整度等外观质量大有提高，内在质量均达到或超过国家标准。

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