蜂窩陶瓷排焦在隧道窯中的燒成概論

馮長清，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、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（網(wǎng)狀分布、壁?。?，導(dǎo)致在燒成過程中極易開裂。起初人們大多采用間歇窯爐來燒制蜂窩陶瓷主要是因為間歇窯爐的壓力、溫度相對來說比較容易控制，更關(guān)鍵的一點是蜂窩陶瓷在100℃-500℃之間有一個排焦過程，在該過程中坯體會揮發(fā)出大量的有機物，如果此時窯爐里面的含氧量達(dá)到一定的濃度，坯體就會自然，爐內(nèi)溫度急劇升高，坯體必定開裂塌陷。

起初人們用間歇窯爐來燒制蜂窩陶瓷，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：其一、能耗較高，其二、產(chǎn)量較低，隨著社會的發(fā)展，蜂窩陶瓷的市場日趨增長，間歇窯爐的產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到市場的需求，所以一些廠家開始嘗試采用隧道窯來燒制，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℃所占時間達(dá)到30小時，是整個燒成時間的二分之一，平均升溫速率約20℃/h，長時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物逐步排出，燒成曲線是坯體在燒制過程中的一個航標(biāo)，但是要使一條隧道窯在調(diào)試過程中真正的去達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)，或者說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)品開裂的解決方案

經(jīng)過對蜂窩陶瓷原料的化學(xué)分析，和近年來累積的經(jīng)驗，蜂窩陶瓷在燒成過程中最關(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？就以上問題列出排焦段的示意圖來進(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，焚燒裝置有兩個重要的作用在于：1、焚燒坯體排除的焦油，使焦油中的有機物完全燃燒，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物，經(jīng)過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)入窯爐的低溫段來加熱坯體和攪拌窯爐內(nèi)部溫度場，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，通常在燒成過程中坯體常見的問題有開裂，熱振系數(shù)不達(dá)標(biāo)，顏色發(fā)黃現(xiàn)象，其中最為棘手的問題就是開裂，一旦產(chǎn)品開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

通過采用間歇窯爐的燒成實驗，可以得出重要的抑制產(chǎn)品開裂的幾條結(jié)論：1、可找出蜂窩陶瓷排焦溫度區(qū)域。2、加長集中排焦時間，保持排焦過程中的正壓狀態(tài)。3、最大限度降低排焦過程中的氧氣濃度。通過實驗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)計方案，以及調(diào)試手段就有了一個明確的方向,,此外產(chǎn)品的合格率，和公斤瓷能耗是檢驗一套燒成設(shè)備優(yōu)劣兩個重要指標(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。