陶瓷窑炉的发展概况

陶瓷行业现正向有利于人类文明健康的绿色（环保）陶瓷方向发展。绿色陶瓷的标准是：

1、节约能源和原材料消耗，并做到物尽其用。

2、对环境有污染的废气（SO2、CO、CO2、NOx及烟尘等）尽量要少。

3、对人类有害的废水（含铅、镉、汞、铬等重金属元素）尽量要少。

4、对人类身体不利的放射性物质不存在。

5、提倡生产自洁、抗菌、杀菌等保健功能的陶瓷。

6、粉尘、游离二氧化硅尽量要少。

7、噪音、热散失尽量要少。

8、生产和工作环境要清洁、干净、舒适。

（一）降低陶瓷行业能源消耗的途径

1、向绿色窑炉方向发展。

我国是能源资源相对贫乏的国家，陶瓷行业又是耗能大户。今后佛山陶瓷窑炉的发展方向是由过去提出的辊道化、煤气化、轻型化、自动化、大型化向绿色（环保、节能和智能型）窑炉方向发展。

实现绿色窑炉的努力方向是：降低窑炉用机电耗和噪音、研究先进的节能和低污染燃烧器，使用新型的耐火材料和涂料，研究新的智能自动控制方式和方法，建立废气净化研究检测中心。

实现绿色窑炉的目标是：燃料消耗进一步下降10%-20%，热效率提高10%-20%，电力消耗下降10%-30%，噪音和烟尘有较大程度的下降，并使我国陶瓷窑炉达到世界先进水平。

2、我国建筑卫生陶瓷能耗水平与国外先进水平差距。

二十几年来，我国陶瓷窑炉的发展经历了从倒焰窑到装匣钵隧道室再到辊道窑的过程，燃料也从烧煤到烧油再到烧气的过程，能源消耗大幅度下降，窑炉的能耗已从80年代初的占生产成本40%-45%降低到现在的30%-35%。但是和国际先进水平相比还有相当大的差距。

3、球磨工艺

球磨制浆的电耗占陶瓷厂全部电耗的60%。通过采用合理的料球比，选用高效减水剂、助磨剂和氧化铝衬，氧化铝球可提高研磨效率，缩短球磨周期。选用大吨位的球磨机可减少电耗10%-30%。提高喷雾干燥塔泥浆的浓度，可显著降低喷雾干燥塔的热耗。如将喷雾干燥塔泥浆的浓度从60%提高到65%，可节省单位热耗21%，如浓度从60%提高到68%，则可节省能耗33%，这可以通过加入高效的减少剂来实现。

国内制备泥浆均使用间歇式球磨机，国外先进国家普遍使用连续式球磨机，产量提高三倍以上，电耗降低三倍以上。球磨时给排料完全自动化，不需要停机，容易制浓浆，使后面的喷雾干燥器可节省能耗

4、大型喷雾干燥塔

使用大型喷雾干燥塔单位电耗省，如用7000型可比3200型节电10%左右。

5、浆池间歇式搅拌

浆池电机上装时间继电器，搅拌20-30分钟，停30-40分钟，泥浆不会沉淀，可节电50%以上。

6、采用大吨位压砖机和新型空压机

采用大吨位压砖机压力大，压制的砖坯质量好，合格率高，产量也大，并有专门的节电设计，可节电20%-27%；

采用新型的单螺杆空气压缩机代替旧式空压机。可节电30%以上，并大大降低噪音。

7、一次烧成技术

一次烧成比两次可大量节能。我国地砖和外墙砖90%采用一次烧成。内墙釉面砖只有10%采用一次烧成，要努力研究适于一次烧成的内墙釉面砖的坯釉组成，提高一次烧成的比例，可节省能耗和电耗30%以上。

8、低温快烧

增加熔剂性成份，选用适于快烧的原料（如硅灰石、透辉石等）和适当的窑炉（如辊道窑）。实现低温快烧是烧成节能的有效途径。如烧成温度从1280C降到1180C，烧成能耗可降低

9、选用保温性能良好的窑体材料和涂料

使用容量小，耐高温的陶瓷纤维做窑体保温材料，窑炉外表温度可降到500C左右，可减少散热损失。

选用耐高温的远红外线涂料在窑内壁，可增加幅射传热，节能

10、采用轻质低蓄热窑车隧道窑窑车离开窑内时的蓄热属于热损失，应大量采用轻质材料，降低窑车蓄热。最新的轻质窑车是在高铝红柱石和堇青石板壳内填充陶瓷纤维。它有传统窑车材料的稳定性及性能，蓄热却比传统材料降低70%，因此可以显著降低燃料消耗，运营维修费用。

11、高速节能喷咀

高速节能烧咀能在窑炉内部产生强大的热量和气流搅动，因此提高了热量的传输而被广泛采用。此类烧咀与传统烧咀相比，可以节约10%-15%的燃料。

12、余热利用

隧道窑和辊道窑冷却区的余热，可以用在半成品干燥和本窑加热助燃空气用，预热温度越高，节省燃料越多。助燃空气预热到400C比预热到150C可节省燃料17%，预热到600C可节能

隧道窑和辊道窑废烟气可以通过余热锅炉和热管换热器予以回收，也可以抽去干燥半成品。

13、自动控制

窑炉采用智能化的计算机进行自动控制，可稳定窑炉的温度、气氛、压力，提高产品质量，可节能。

14、超霸节能刮平粗抛机

佛山南海科泰机电有限公司的新产品节能刮平粗抛机是一种具有刮平和粗抛功效的新机型，能使瓷质砖得到一个更加平整光滑的表面及一致的厚度，大幅提高瓷质砖的抛光产量、质量和光洁度。不仅在结构上有创新，而且工艺上实现了以刮代磨的创新性突破。每月可为企业节能降耗17万元，并真正实现一机一窑，使抛光砖成本降低30%左右。

15、使用变频器

10千瓦以上的风机，辊道窑的传动系统、油泵、安装变频器可节电

16、降低风机电耗和噪音

目前国外先进风机噪音在50-70分贝，噪音较小，国产风机噪音在80-90分贝，有的甚至超过100分贝，噪音很大。国外一条窑炉风机使用的功率为70-90千瓦，而国产风机为130-170千瓦（以产量相同的建筑卫生陶瓷窑炉计算）

（二）废旧低质材料在陶瓷行业中的应用

1、生产用过的废水经水处理设备处理后，消除了有害物质，并经过滤后可重新投入生产使用。

2、喷雾塔除尘器出来的微粉直接输往浆池搅拌成泥浆后经中转浆罐混和后再送进喷雾塔造料。

3、卫生陶瓷半成品次品经挑选干净后，再进球磨机磨成浆料使用（可以单独球磨，也可以每次加5%-10%进球磨机使用。）

4、卫生陶瓷成品中的废品经清洁粉碎成熟料，加进球磨机当骨料使用，可减少产品的收缩、变形、开裂和针孔缺陷。熟料加进釉料中，可提高卫生陶瓷釉面的光泽度。

5、墙地砖半成品的次品经分类清洁堆放后，可重新进球磨机做色料和坯料用（如水晶砖、仿古砖等）。

6、墙地砖成品中的废品经清洁干净，并打碎成适当的尺寸后，可放进球磨机中作球蛋石使用，不会影响产品的质量。

7、陶瓷废品料可以开发固体混凝土，免烧型广场砖和道路砖等。

8、陶瓷废品料可以开发墙地砖、过滤器等。

9、使用冶炼炉废渣为主要原料生产出装饰市场上独树一帜的硬似钻、颜如玉的绿色建材产品金属瓷砖。还可以生产红瓷、白瓷、灰瓷等金属瓷砖，有的还可以生产色釉料。

10、用含氧化铁的矿物质代替二氧化钛（钛白粉）制造出金花米黄产品。也可以用锻烧过的高岭土（3000元/吨）代替二氧化钛（约9000元/吨）生产金花米黄产品。

11、已磨损的双缸泥浆泵的陶瓷柱塞，经磨平加工后（几毫米）配套耐磨橡胶圈便可以重新使用，维修费只有原价的

12、陶瓷机械行业磨床等使用过的机油，自动压砖机使用过的液压油，经处理和过滤后可以重新投入使用，可节省50%的费用。

13、要逐步调查和摸清楚我国陶瓷行业原材料的现有状况（包括高、低温度和质量）并制定长期合理科学开发和利用的规划，并搞好原料的标准化生产，防止资源浪费和低效益（高档原料要出高档产品，中低档原料也要力争做出好产品。）

14、陶瓷废次品（全国每年有1300万吨以上）经处理后使用，可大量节约填埋陶瓷垃圾所需的宝贵土地资源，造福千秋万代。

15、大胆使用红坯体和其它低质材料做陶瓷坯体，可以大大拓宽陶瓷行业的发展前途。

16、实现了废旧低质材料在陶瓷行业中的循环使用，将使我国陶瓷行业与时俱进，为今后长期健康可持续发展打开了一条光明大道。

17、搞好陶瓷原材料在运输、储存、生产过程中的密封处理，就可以大大减少灰尘在环境中的飞扬，造就一个碧水蓝天的清洁环境。

陶瓷工业窑炉气氛（烧成气氛）的传统定义是指在烧制过程中,窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。

烧成气氛的不同对陶瓷的品质具有至关重要的影响:

一方面,不同的烧成气氛可以使相同配方的釉料产生不同的外观呈色,例如相同配方的天目釉瓷器在不同的气氛下可烧成黑、红、棕、蓝灰等不同颜色

另一方面如果烧成气氛控制不当,则容易使陶瓷产生黑心、气泡、针孔等缺陷。

此外,烧成气氛甚至对一些陶瓷的物理性能的好坏也能产生一定的影响,如收缩率、白度等。

进入夏、商、周之后，铜金属进入人们的视线。青铜的坚固、耐火、耐急冷等多方面优势得以充分表现。因此青铜器自然成为贵族的首选。而提前进入人们生活的陶器，反而被贵族冷落，一般而言只是普通大众使用。

尽管如此，此时的古陶还是取得了可圈可点的进步。首先，此时的夹砂灰陶和硬陶的耐用性都获得大幅度提高。与此同时窑炉改进也获得了很大的进步！南方出现了龙窑，北方出现了馒头窑。这两种窑炉的温度，都能够不太困难地将温度烧到一千摄氏度到一千三百摄氏度，这一点对原始瓷的发明极为重要。

有了高温窑炉，在烧制瓷器时就可能偶尔烧制出带釉的原始青瓷——陶制的坯胎表面遇到了碱金属氧化物，这样在高温烧制时，陶器的表面就会出现光滑的釉面。

这种事件多次发生之后，人们可能就会刻意在陶坯的表面使用碱金属的氧化物，于是刻意烧制的原始青瓷就发明了。商代原始青瓷和西周时代的原始青瓷具有完全不同的表面状态。前者是无意识的偶然，而后者则是刻意的制作。

或许在西周时代，釉料并不是后来烧瓷常用的料浆，而更可能是初期的碱金属氧化物的料粉，即把碱金属氧化物的粉末涂抹到坯胎的表面然后入炉烧制而成。所以西周的原始青瓷的釉面和商代相比均匀而且厚了，但是经常毛糙至极，而且这种毛糙有时还具有全身的一致性。

1、烧成气氛的概念 陶瓷产品的烧成气氛是指在烧制的过程中，窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。一般将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛，游离氧含量在4%~5%的称为普通氧化气氛，游离氧含量1%~1.5%的称为中性气氛当游离氧的含量小于1%，并且co含量在3%以下时，称为弱还原气氛，co含量在5%以上的称为强还原气氛。在实际生产中，采用何种气氛制度来烧制陶瓷产品，要根据产品配方中原料的组成以及烧制过程中各阶段的物化反映情况来确定。当原料中所含有机物和碳较少，且粘性低、吸附性弱、含铁量较高时，适合与还原气氛烧成反之，则适合与氧化气氛烧成。　2、烧成气氛对产品性能的影响众所周知，气氛会影响陶瓷坯体在高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸与气孔大小等，尤其对陶瓷坯的颜色、透光度和釉面质量的影响，更显突出。　① 影响铁和钛的化合价在实际生产中，当氧化气氛烧成时，坯料中的fe2o3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低，可析出胶态的fe2o3使坯显黄色当还原气氛烧成时，形成的feo熔化在玻璃相中呈淡青色。另外，当坯体中的氧化铁含量一定时，若用氧化气氛烧成，被釉层所封闭的fe2o3将有一部分与sio2反应生成铁橄榄石并放出氧，其反应如下：（2fe2o3+2 sio2→2（2feo·sio2）+o2↑）反应生成的氧会使釉面形成气泡与孔洞，而残留的fe2o3会使坯体呈黄色。对含钛较高的坯料应避免用还原气氛烧成，否则部分tio2会变成蓝至紫色ti2o3，还可能形成黑色2feo·ti2o3尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而呈色加深。　② 使sio2还原和co分解在一定的温度下，还原气氛可使sio2还原为气态的sio，在较低的温度下它将按2sio→sio2+si 分解，因而在制品表面形成si的黑斑。还原气氛中的co在一定的温度下会按2co→co2+c分解。在400℃时co2是稳定的，而在1000℃时，仅有0.7%（体积）co2。co的分解在800℃以下才速度较快，而高于800℃时需要一定的催化剂。碳虽也有催化作用，但要求一定的表面积，游离态的氧化铁催化作用则与表面积无关，因此在还原气氛中很可能因co分解出碳沉积在坯、釉上形成黑斑。若再继续升高温度烧成，在碳被封闭在坯体中若再被氧化成co2就会形成气泡，对吸附性能强的坯体尤为严重。　3、烧成气氛对产品缺陷的影响陶瓷产品在烧成过程中会发生一系列的物理化学反应，如水分的蒸发，盐类的分解，有机物、碳和硫化物的氧化，晶型的转变，晶相的形成等。这些物理化学反应的速度，除了受温度影响之外，气氛对其也有很大的影响，如果控制不当，就会使陶瓷产品产生各种缺陷，下面介绍最常见的几种缺陷。　① 黑心陶瓷产品的黑心是指在坯体的烧成过程中，有机物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和铁质的还原物，致使坯体中间呈黑色或者灰色、黄色等现象。黑心缺陷的存在会影响陶瓷产品的强度、吸水率、色泽等性能指标。陶瓷产品产生黑心缺陷的关键是有机物、碳化物、硫化物氧化不足，陶瓷产品在烧成过程的低温阶段发生有机物的分解和如下的氧化反应：（fes2+o2→fes+so2↑（350~450℃））、（4fes+7o2→2fe2o3+4so2↑（500~800℃））、（c+o2→co2↑（600℃以上））在此阶段如果氧化气氛不足，有机物的分解和上述的氧化反应就无法完全地进行，c、fes2和feo等过多地残留积聚在坯体内而使坯体呈黑色、灰色、黄色。在实际生产中要消除产品黑心，须在600~650℃让有机物开始燃烧，在300~850℃让有机物、铁化合物和碳充分氧化，也就是说，应在预热带保证足够强的氧化气氛。另外，在烧成的低温阶段，烟气中的co会被分解，反应式如下：（2co→2c↓+o2↑）这一分解在800℃以上时会比较明显，而800℃以下时，在有一定催化剂的情况下反映也很明显（游离态的feo就是很好的催化剂）。如果在低温阶段窑内的氧化气氛不足，且存在还原气氛的情况下，由于在还原气氛中存在的feo，因此co会激烈分解而析出c。在低温阶段由于坯体的气孔率较高，析出的c很容易被吸附在坯体气孔的表面而形成黑斑缺陷。　② 气泡和针孔陶瓷产品在烧成过程的低温阶段，除了发生前面所述的氧化反应外，还伴随着碳酸盐的分解：（mgco3→mgo+co2↑（500~750℃））、（caco3→cao+co2↑（550~1000℃））这些反应的速度和完全程度都受到气氛的影响，氧化气氛足够时，反应会快且进行得更完全反之，反应速度变缓且不完全。当烧成过程进入高温阶段后，坯体出现液相，反应所产生的气体无法自由排出坯体外，于是便出现针孔、气泡等缺陷。在低温阶段将坯体内的气体成分全部氧化分解是不可能的，因为碳酸盐和fe2o3在氧化气氛中要在高于1300℃以上才进行分解，但是在这样高的温度区域，坯体已经有液相存在，粘度减小，分解出来的气泡会冲破液相逸出，造成釉面不平，或者残留在釉层内，形成气泡缺陷。为解决这一问题，在高温前（1000℃左右）要将烧成气氛控制为还原气氛，让fe2o3及硫酸盐类发生如下还原分解：（fe2o3+co→2feo+co2↑）、（caso4+co→caso3+co2↑）、（caso4→cao+so2↑）　③ 色差陶瓷产品的色差是指单件产品的各部位或单件（批）产品之间的呈色深浅不一的显现。在陶瓷坯体和釉料的原料中，总会或多或少地引入一些铁、钛化合物，在烧结过程中烧成气氛的不同会影响到铁、钛存在的价数，不同价数的铁、钛会有不同的呈色，当烧成气氛不稳定时，坯体的呈色相应改变，从而形成产品的色差。目前，市场上流行的钒钛金属砖，由于其坯料含钛较高，如在还原气氛下会有部分tio2转变成蓝色至紫色的ti2o3，形成色差，也有可能形成黑色的feo·ti2o3尖晶石和铁钛混合晶体，从而加深铁的呈色，形成砖面颜色深浅不一，其反应式如下：（tio2+co→ti2o3+co2↑）、（feo+2tio2+co→feo·ti2o3+co2↑）　4、烧成气氛的控制烧成气氛的控制受到窑炉结构和设备配置的限制，比如风机风量的大小，风管直径的大小，排烟口、抽热口、抽湿口位置的设置等，都会影响到烧成气氛的控制。但是，最关键的还是稳定压力制度和合理操作燃烧器。　① 稳定压力制度压力变化会影响到气体的流动状态，因此窑内压力制度的波动会引起气氛的波动，要控制好气氛，就必须稳定好压力制度，而稳定压力制度的关键在于控制好零压面。在窑炉预热带，因要排走水分和燃烧时产生的烟气，故压力相对比窑外环境的低，对比之下窑内气压处于负压状态在冷却带要鼓入冷空气使制品冷却，压力相对比窑外环境的高，对比之下窑内气压处于正压状态在正负压之间有一零压面，烧成带就处在预热带和冷却带之间，因而零压面的移动就会引起烧成带气氛的变化。当零压面位于烧成带前段，处于烧成带与预热带之间时，烧成带的气压为微正压状态，气氛为还原气氛当零压面位于烧成带的后端时，烧成带处于微负压状态，气氛为氧化气氛。　② 合理操作燃烧器烧成的燃料是否完全燃烧将会影响到窑炉气氛，特别是烧成带的气氛。因此合理地操作燃烧器，控制好燃料的燃烧程度，是控制窑内气氛的重要手段。在燃料完全燃烧的情况下，燃料中的全部可燃成分在空气充足时能完全氧化，燃烧产物中没有游离c及co、h2、ch4等可燃成分，保证氧化气氛的实现当燃料不完全燃烧时，燃烧产物中存在一些游离c及co、h2、ch4等，使窑内气氛呈还原性。要使燃料完全燃烧，须注意以下三点：①确保燃料与空气充分，均匀地混合②保证充足的空气供给，并保持一定的过剩空气量③确保燃烧过程在较高的温度下进行。

　5、实际生产中烧成气氛的调整对于上述稳定气氛的理论要点，许多人都很清楚，但在实际的操作中，会因为要解决某些烧成问题而不自觉地改变窑炉的气氛，这种变化往往容易被人忽视，以下是常见出现的问题。　① 为了提高烧成温度而改变空气过剩系数有些多企业为了追求单窑产量的最大化，不断地加快烧成速度，缩短烧成周期。而操作工最常用的手段就是加大燃料供应量，但燃料供应量增加后往往没有及时调节助燃空气的供应量和助燃风机总闸的调节，造成烧成气氛由氧化气氛变为还原气氛。　② 为解决预热带出现的缺陷而改变其气氛一些操作工为了降低预热带后段的温度而减小排烟闸的开度，影响了窑炉压力平衡和气体流速，使预热带的氧化气氛减弱，如控制不好容易造成前炉燃烧状态不良，使气氛出现波动。　③ 为解决冷却带出现的缺陷而改变冷风量这样操作不仅影响到全窑压力制度的变化，而且会使气氛发生变化。比如加大冷风，容易使零压面向预热带移动，反之零压面又会向冷却带方向移动，这些都会使气氛发生改变。为了稳定压力，必须相应调节抽热闸的开度，以平衡全窑的气体进出量，稳定零压面。