小規格陶瓷馬賽克免墊板燒成的研究

摘 要：45mm×45mm小規格陶瓷馬賽克產品由于尺寸小，需要鋪在墊板上燒成，而要把墊板加熱到燒成溫度，需消耗大量的能源。為節能減排，取消墊板承載，本文研究直接在輥棒上傳送燒成小規格馬賽克。采用小輥棒、密排布的磚坯傳送機構，調整前后段磚坯運行間距，使磚坯運行平穩；收窄窯爐內寬、合理布局各窯段內高，改善傳熱均勻性；調整燒成帶和冷卻帶的溫度分布及均勻性，實現了小規格陶瓷馬賽克免墊板燒成。同時，充分利用窯頭煙氣和窯尾余熱進行生坯干燥；產品出窯后，直接與馬賽克鋪貼線聯動，利用磚體余溫干燥貼紙。項目改造后節能達60%，節省勞動力38%。

關鍵詞：陶瓷馬賽克；墊板；燒成；自動鋪貼；節能

1 前 言

陶瓷馬賽克由于其規格小，所以基本上是在耐火墊板上燒成的。墊板的厚度大、重量大，幾乎是所承載產品重量的2倍，因此燒成時吸熱量也大，需消耗大量的能源[1]。《節能減排綜合性工作方案》指出， 2010年， 萬元國內生產總值能耗由2005年的1.22t標準煤下降到1t標準煤以下， 降低20%左右[2]，為達到此目標，我公司通過對各項技術的改進和實施科學管理措施，經過５個月的努力，于2008年４月建成無墊板節能輥道窯，生產45mm×45mm的陶瓷馬賽克，并形成連續鋪貼，節約了能源，降低了成本，取得滿意效果。

2 技術措施

2.1免墊板燒成措施

2.1.1采用小輥棒、密排布的磚坯傳送機構

小徑輥棒傳動的可靠性，是小規格產品直輥燒成的關鍵問題，傳送45mm×45mm規格小磚的輥棒只能用小輥棒、密排布方式，如果用直徑很小的輥棒，承載力不夠；如果縮小輥距，對傳動機構又有影響。輥棒最大直徑只能用Φ22mm，輥棒的最大間距也只能在8mm，此時磚坯在傳送過程中并不平穩，易產生波浪前進。如果加大輥棒直徑或輥距，則傳送更不平穩，高溫變形更大。

2.1.2調整前后段磚坯的運行間距

為了避免波浪式前進及由此帶來的坯體高溫變形，通過調整前后段磚坯前進的速度差，可避免磚坯之間跟得太緊，或離得太寬導致磚坯傳送波動。

2.1.3改善燒成帶和冷卻帶溫度分布的均勻性，避免小輥棒變形

為了克服小輥棒荷重能力小、在高溫和大承載的情況下自身易產生變形的弱點，通過調整燒成帶和冷卻帶的溫度分布均勻性，避免了出現小范圍高溫或太大的溫度波動導致小輥棒變形。另外，通過收窄窯體寬度，不同窯段設定不同的內高，使窯內傳熱均勻，避免了磚坯收縮不均勻而變形。

另外，為使產品規格尺寸一致，減少色差，調整了燒嘴排布和溫度調節回路，提高溫度控制的準確性；同時進一步強化生坯入窯前的干燥，分別進行成形后的生坯一次干燥，和施釉后的二次干燥，保證磚坯在燒成各階段都獲得更穩定合理的工藝控制。

2.2自動鋪貼線

陶瓷磚坯直接由輥道傳動系統送入窯內，減少了墊板吸收的熱量；出窯后直接分揀、鋪貼，省去了分揀放置的環節；還可利用出窯磚坯自身的余溫，減少鋪貼線干燥用熱量；利用窯頭煙氣和窯尾熱風送至干燥窯干燥生坯，利用冷卻帶部分熱量對助燃風進行加熱，使其溫度達到125℃；利用窯尾余熱送鋪貼線干燥貼紙；增加燒嘴數量和溫度調節回路，提高溫度控制的準確性；窯體采用性能更好的保溫材料，減少窯體散熱；減少風管系統的風機數量和總裝功率。上述節能措施不僅大量減少了燒成能耗，充分利用余熱，還使陶瓷磚本身的熱量得到了充分的利用，簡化了生產工序，提高了生產效率。改造后輥道窯的系統見圖1。

2.3節能技術的保障措施

2.3.1排煙管路系統

排煙管路設在窯前段，設多處抽風口，抽風口之間的窯段用可供坯體進一步干燥。煙氣與磚坯走向逆行，有利于形成合理的升溫曲線，防止坯裂、釉裂。排煙風機采用變頻自控，能夠根據窯內壓力自動調整抽力，既能達到窯壓自控，穩定燒成溫度與氣氛，又能節約電耗。

2.3.2助燃風管路

助燃風管路的作用是將助燃風以穩定的壓力送至各燒嘴前。助燃風機采用變頻控制，可根據產量高低、助燃風需要量多少自動調整風壓，從而既保證了每支噴槍助燃風需要量，又節約了電耗。利用窯頭和窯尾熱風送干燥窯干燥生坯，利用冷卻帶部分熱量對助燃風進行加熱，實測助燃風溫度達到125℃。

2.3.3燃燒系統

燃油通過本系統中主管過濾器濾去雜質后，經壓力自控閥穩壓，然后經每組支管自控閥調節后進入燒嘴。多個燒嘴交錯布置在窯體上，使窯爐內溫度均勻且便于調節。燒成段每個窯段設置8個燒嘴，這些燒嘴在輥道上下交錯布置。每組支路以8支燒嘴為1組，采用智能儀表進行溫度自控。每個燒嘴發熱量為30000～50000kcal/h。各組自控閥根據燒成曲線的溫度設定，使每組燒嘴工作在不同的熱功率下。燒嘴燃燒室（燒嘴磚）是利用高熱震穩定性的耐火材料制作而成，它必須經得起燒嘴反復燃燒和熄滅的冷熱沖擊。

2.3.4傳動系統

窯爐輥棒傳動采用45°斜齒輪微差數傳動方式。每2個或3個窯段為一組傳動，每組傳動配一臺擺線針減速電機。采用分段電機拖動，變頻器一體控制。為便于磚距控制，全窯設計為12組變頻傳動。傳動系統還具有如下功能：市電／發電自動切換功能，傳動分組擺動每組互鎖功能，具有傳動平穩、可靠，故障率低、使用壽命長、速度調整范圍廣等優點。

2.3.5控制系統

（1） 傳動控制

窯爐傳動有工頻、變頻兩種運行方式。工頻運行方式即：市電50Hz向電機直接供電，工頻運行時無擺動，一般在調試或變頻故障時才用工頻。變頻運行方式即：市電經過變頻器輸出0～120Hz可調頻率向電機供電達到調速目的，變頻器通過外部控制信號實現正反轉，頻率調整通過操作面板直接輸入。

（2） 常規工業控制

為了保證系統的安全運作，設計了自動系統故障時啟用的手動控制和智能自動控制的風機運行控制系統；急冷風機和緩冷風機變頻調速溫度控制系統；排煙風機抽力低、助燃風壓力低、傳動電機故障、風機故障報警系統，以及停電自動轉換裝置。

3 技術改造結果

3.1改造前后的設備及工藝參數

項目改造前后的設備規格、配置、裝機容量、耗能、工藝等各項的具體情況見表1。

3.2改造后的節能效果

項目改造后，輥道窯燒成的產品規格仍然是45mm×45mm、73mm×73mm，能源種類也不變。2008年10月23日，佛山市節能技術服務中心對本項目即《陶瓷墊板輥道窯節能改造項目》進行了節能量評估并形成了《節能量評估報告》，由于節能明顯，該項目榮獲2008年度佛山市科學技術三等獎。項目改造前后的節能效果見表2、表3。

4 討 論

有學者認為生產小規格的瓷磚，使用墊板燒成雖然增加了投資和燃料的耗用量，但能有效防止窯內疊磚、堵磚現象的出現，保證產品合格率[3]；筆者所在單位采用無墊板輥道窯燒成普通規格的陶瓷馬賽克已有多年，工藝成熟，然而，對于更小規格（45mm×45mm）的陶瓷馬賽克，采用無墊板直輥燒成卻有較大困難，克服這個困難的關鍵因素是保證輥棒平穩運行和坯體燒結過程的穩定。

4.1對輥棒的要求

選擇圓度和直線度偏差少、高溫荷重強度高、高溫變形小的輥棒，是輥棒平穩運行的基本條件。就現行輥棒性能而言，輥棒最大直徑只能用Φ22mm，輥棒的最大間距也只能在8mm，成為選用輥棒的“極限”，此時磚坯在傳送過程中并不平穩，如果輥棒在預熱段或是高溫段出現變形，勢必嚴重影響磚坯運行。因此選用高質量輥棒非常重要，收窄窯爐內寬也是有力的措施。

4.2對磚坯燒結性能的要求

小規格陶瓷馬賽克在輸送過程中，整片磚坯只能跨在兩根輥棒上，波浪前進已成定局。因此，要求坯體的干燥強度高、高溫燒結時的液相量少、燒結范圍寬，以使磚坯適應波浪前進的惡劣環境。

4.3對燒成速度的要求

小規格陶瓷馬賽克面積小、厚度薄、可以快速燒成（燒成周期30min），在燒成速度快、燒成溫度高、單位時間需求熱量大的情況下，提高燒嘴的數量，可提高單位時間的供熱量。另一方面，針對小規格輥棒在高溫和大承載的情況下易產生變形的弱點，通過調整燒成帶和冷卻帶的溫度分布，可避免出現小范圍高溫和太大的溫度波動導致小輥棒變形。同時，合理布局各窯段內高和長度，改善傳熱均勻性；短窯段有加大窯爐斷面溫差的趁勢，還會增加砌筑難度，縮短窯爐的壽命，降低窯爐的保溫性能，增加能耗[4]，因此需要合理布局與調整。

4.4對窯內溫度穩定的要求

窯內溫度不穩定會對輥棒產生沖擊，使輥棒產生變形，從而直接影響產品的性能，因而窯內溫度穩定是實現無墊板輥道窯燒成的關鍵要求。本項目對窯體結構的各項改造、對燃燒系統和控制系統的改善，都是為了窯內溫度穩定。

4.5對管理的要求

毋庸置疑，窯內溫度、輥棒質量、坯體成份與性能的穩定，均需要嚴格管理才能得到保證。

5 結 語

節約能源，減少廢氣污染物的產生和排放，不僅對企業降低成本，對社會環境保護都具有重要作用，也是落實可持續發展方針的具體工作，本項目采用免墊板燒成及連續鋪貼，節能效果明顯，符合產業發展要求。免墊板燒成及連續鋪貼技術的使用雖然初步達到了節能的目的，但是把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結合起來[ 5 ]以及將窯爐熱工理論和計算流體力學相結合[6]的生產工藝的實施，才是陶瓷節能的真正突破

參考文獻

[1] 寧紅軍，張明亮.厚墊板改薄墊板對輥道窯能耗的影響[J].陶瓷，2009，10:2.

[2] 苑克興.建衛瓷行業節能減排的現狀及技術措施[J].中國陶瓷工業，2009，1（16）:33.

[3] 馬云龍，文春鋒.道窯墊板及其管理[J].佛山陶瓷， 2004，9（93）:22.

[4] 李振中.談輥道窯設置短窯段的利弊[J].佛山陶瓷，2009， 2:3.

[5] 曾令可，鄧偉強.廣東省陶瓷行業的能耗現狀及節能措施[J].佛山陶瓷，2006，2:1.

[6] 曾令可，劉濤，李萍，等.陶瓷窯爐的節能減排技術[J].陶瓷， 2008，2:57.