陶瓷燃氣輥道窯爐內溫差問題及改進技術

李天婧

摘要：陶瓷燃氣輥道窯爐的出現，在陶瓷工業窯爐技術改革中起著重要作用。這種窯爐技術以轉動的輥子作為坯體運載工具，靠輥子的轉動將置于輥子上的陶瓷坯體從窯頭傳送到窯尾，燃燒室位在輥子的下方，用煤氣發生爐所產的煤氣進行燃燒，當陶瓷經過高溫燃燒室時即可燒成。在燒成過程中，溫度控制是最為關鍵的技術，沒有合理的燒成溫度控制，產品質量和產量就會很低，能源消耗也會很高。基于此，本文就對陶瓷燃氣輥道窯爐內溫差問題及改進技術的相關內容展開分析，可供參閱。

關鍵詞：陶瓷燃氣輥道窯爐;溫差問題;改進技術

1陶瓷燃氣輥道窯爐內溫差問題

1.1燃氣燒嘴火焰本身存在的溫差

燒嘴火焰分三層：外焰、焰心、內焰。外焰為最外層，氧氣充足，氣態物質能完全燃燒，從而產生大量的熱，因此外焰溫度最高，加熱就是使用外焰;內焰為中間層，氧氣較少，氣態物質開始燃燒但燃燒不完全，溫度較外焰低，介于外焰與焰心之間的溫度;焰心為最里層，氧氣最少，氣態物質與氧氣的接觸最少，燃燒最不徹底，溫度較外焰、內焰都低。

在正常的溫度下，采用煤氣自然燃燒時，單個燒嘴焰心的溫度為800～1000℃，外焰的溫度為1300～1400℃，氧氣助燃時，外焰的溫度可以達到1650～1700℃;采用天然氣自然燃燒時，單個燒嘴的焰心溫度為1600～1700℃，外焰溫度為1900～2100℃左右，氧氣助燃時，外焰溫度可以達到3200～3400℃。因此，正常溫度下，單個燒嘴的燃燒外焰溫度與焰心溫度相差300℃左右，甚至更大。

不論什么類型的燃氣燒嘴，都會存在火焰雷區，其火焰根部的溫度總比火焰末端的溫度要低。火焰根部比末端的溫度低20～50℃。一般直接將燒嘴安裝在窯壁上，由于火焰本身的溫度差別，再加上窯爐外壁由金屬做成，外壁直接與外冷空氣接觸，吸熱散熱速度快，導致靠近窯壁處的溫度比較低。而且，火焰穩定性較差，噴入爐內的空氣形成的對流將靠近外壁的空氣帶入爐窯中間，空氣混合效果有限，熱傳遞需要一定的時間，容易造成局部高、低溫，形成較大的溫差。

1.2燃氣燒嘴助燃風引起的溫差

通常燃氣燒嘴需要通入助燃風以提高燃氣與氧氣的接觸量，讓燃氣燃燒得更加充分。但是現有的燃氣窯爐燒嘴對助燃風的溫度也有要求，并不是越高越好。如果通入的助燃風溫度太低，那么助燃風的溫度與燒成的溫度相差較大，燃氣燃燒后周圍的溫度就會不均勻，容易造成產品部分生燒和部分過分變形。如果通入的助燃風溫度太高，那么經預熱提高溫度后，助燃風體積會膨脹，動力黏性系數增大，流動阻力加大，會影響燒嘴的燃燒能力，燃燒值反而會下降。在燒成的過程中應保持助燃風和燃氣的通量、壓力不變，不斷地加大助燃風的溫度，剛開始時燒嘴火焰顏色為藍色，但是當助燃風的溫度升到一定值時，燃氣燒嘴火焰會開始變紅，說明此時天然氣沒有燃燒完全，這是因為助燃風溫度太高導致體積劇烈膨脹后含氧量不足，致使助燃風沒有足夠的氧氣與燃氣進行劇烈的化學反應。

1.3窯爐和燒嘴的設計不合理引起溫差

很多企業為了追求產量，一味地加大陶瓷燃氣窯爐的寬度和長度，不管是上下安裝燒嘴，還是左右安裝燒嘴，燒嘴的間隔會隨著窯爐的增大而增大，燒嘴與燒嘴之間產生的溫度場不能連續，容易產生上下或左右溫差，造成溫度變化不平滑;而且燒嘴中心線與棍棒的距離太大，由于熱氣體上浮，如果窯內氣流攪拌不均勻，致使同一斷面內溫度不一致，也容易加大窯內的溫差。窯爐、燒嘴的結構設計得不合理，導致窯爐內的溫度不穩定、溫差大，大部分溫差在20℃以上。

2改進陶瓷燃氣輥道窯爐內的溫差問題的措施

2.1改造窯爐和燒嘴的措施

在燒嘴的燒成帶后面增加了一個熱交換器，這樣助燃風機將助燃風打入燒嘴之前，先經過熱交換器加熱到最優溫度后再進入燃氣燒嘴，設置助燃風最優溫度參數需根據設備、生產實踐情況確定，不同的設備、不同的生產工藝要求助燃風的最優溫度值是不同的。這樣，燃氣燒嘴的助燃風由原來的常溫增加到最優溫度后，不僅使得燃氣窯爐內的溫差明顯縮小，也防止了由于助燃風溫度過高而影響燒嘴燃燒值的問題。與此同時，采用燃氣專用比例燃燒器及便于調節通量的高速流量燒嘴，使通入的燃氣能夠量化，再采用空燃比例閥控制燃燒過程中的助燃風和燃氣的比例，使我們能夠通過調節空燃比例閥就可以有效地控制助燃風和燃氣的比例，以達到最優燃燒的目的。這種采用“熱交換器+燃氣專用比例燃燒器+高速流量燒嘴+空燃比例閥”的設計方法，能更加容易、精準地控制助燃風與燃氣的通量比例，使得燃氣的燃燒更加充分，窯內的溫度更加均勻，有助于減少色差等燒成缺陷。

2.2改造燒成帶的措施

2.2.1調整燒成帶的高度

傳統的燃氣窯爐燒成帶上下溫差大，對于有些燒成的產品允許溫差為20～30℃，可以采用傳統的燃氣窯爐燒成，然而紫砂產品要求的溫差般是3～5℃。采用傳統的燃氣窯爐燒成時，紫砂產品易發生局部變形、生燒色澤粗糙甚至破裂，嚴重影響了紫砂陶瓷的燒成質量。為了適應紫砂產品的燒成，對窯爐的燒成帶的高度進行了改造，經不斷測試，將燒成帶由原來的60cm降低到37cm時發現，燒成帶上下溫差可以降低3～5℃，通過降低燒成帶的高度，使得燃氣窯爐燒成帶上下溫差由原來的20～30℃降低為3～5℃，達到燒好紫砂產品的條件。

2.2.2增加輥道窯爐燒成帶通道

在窯不太寬的情況下，為了保證窯內溫度的均勻性，在燒成帶前后增加了由窯箱進入窯內的2個通道，使得冷卻帶熱交換器的熱風經過燒成帶前后的2個通道后形成2道氣簾吹進窯內，充分混合窯內熱氣體。同時，2道氣簾在燒成帶附近也會形成還原氣氛，使坯體內的高價鐵得到充分還原而變為氧化亞鐵，變成青色，消滅瓷色發黃的現象，保證了陶瓷產品在輥道窯中還原燒成的技術效果，為大批量生產窯變工藝品奠定了技術基礎，降低了窯變產品的生產成本。

2.2.3精確控制窯爐的燒成溫度和空燃比例

采用工控機控制是以PC機程序控制為主，控制參數主要包括爐溫、燃燒時間、空燃比、燃氣通量等變量。爐內溫控系統采用PID智能溫控儀表控制，并將PID智能溫控儀表與PC機連接，使之能有效、精確地對全窯燒成溫度進行有效監控。同時，通過PC機編程和貯存數十條燒成溫度曲線，以便以后生產使用，這樣通過智能化儀表進行溫度自動控制，對窯爐動力、熱工等系統進行智能化調節，實現窯爐燒成溫度控制的全自動化。如何控制燃燒時間、空燃比、燃氣通量，是保證爐膛溫度均勻的關鍵性技術問題。為此，采用PC機根據爐內溫度及燒成時間自動控制燃氣專用比例、燃燒器的開關、高速流量燒嘴的燃氣通量、空燃比例閥，實現燃燒過程助燃風和燃氣的最優比例混合，提高燃料燃燒率和溫度曲線的精確度，有效地控制窯爐內溫度的穩定性、均勻性。

3結語

總之，陶瓷燃氣輥道窯爐內的溫差問題的技術改進是一個不斷發展的動態過程，在研發過程中，需要結合窯爐設計的發展方向，以減小窯內溫差、減少陶瓷產品缺陷、降低能耗為著力點。

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