古代陶瓷窑炉有哪些类型
窑炉是烧造陶瓷器的场所,其作用是使陶瓷胎釉在一定温度和气焰条件下完成物理化学反应,烧结成器,并形成颜色及其变化。我国古代窑炉的类型很多,有横穴窑、竖穴窑、馒头窑、龙窑、阶级窑、葫芦窑、蛋形窑等。
横穴窑,焙烧陶器的窑炉类型之一,流行于新时期时代。横穴窑是在生土层中掏挖修制而成,由火膛、火道、火眼、窑室等部分组成,火膛位于窑室的一侧,比窑室略低。烧窑时,火焰由火膛进入火道,然后经火眼进入窑室,上升流经坯件,最后烟从窑室顶部的排烟孔排出窑外。横穴窑升温较快,但不易控制烧成温度和烧成气氛,商周时期已基本不见。
竖穴窑,常见于各地新石器时代遗址。窑建在地下,火膛为小口广底的袋形坑,其上为窑室,窑室的出口开在地面。火膛与窑室之间有数条火道,火焰经火道直接升入窑室。竖穴窑比横穴窑有所进步,可将烧成温度提高一些,但也不易控制烧成温度和烧成气氛,燃烧利用率较低,伺候逐渐被馒头窑取代。
馒头窑,亦名“圆窑”,是古代焙烧陶瓷的主要窑型之一,常见于北方各地,至迟在商周时期就已出现具有馒头窑特点的窑炉。因火膛和窑室合为一个馒头形的空间,故称“馒头窑”。馒头窑由火膛、窑室、烟囱三大部分组成,火焰由火膛升向窑室的顶部,然后在倒向后半部分的窑床,经后面窑壁底部的排烟口从烟囱排出。馒头窑容易控制烧成温度,保温性好,适用于焙烧坯体较厚、高温下釉粘度较大的瓷器。北方著名的耀州窑、定窑、钧窑、磁州窑、临汝窑等均采用这种窑炉焙烧瓷器。
龙窑亦称“长窑”、是我国南方地区比较常见的窑炉类型,最早出现在商代。龙窑一般依山而建,形体狭长,当窑火点燃时,远望似一条俯冲的火龙,故称龙窑。龙按结构分为窑头、窑室、窑尾三段。窑头为火膛,用来点火;窑室放置待烧的器物;窑尾为出烟口。窑的两侧筑有窑墙,墙中开窑门,用来装窑、出窑。窑的两侧各开有一排柴孔,用来分段添加燃料。烧窑时,先在窑头点火烧窑,待第一排柴孔下 的坯体接近烧熟时,窑头停止烧火,改投柴孔投柴烧窑。由此逐渐往上烧烧到窑尾结束。龙窑建筑方便、装烧量大,升温降温迅速,易维持还原气氛,适宜烧造青瓷。
阶级窑,又名“阶梯要”。窑建在坡度平缓的山坡上,由若干相对独立的要串联成整体。从第二窑起,每个窑的水平面均高出前面的窑,此女工程层层台阶,故名。火焰从要扣升向窑顶部,然后倒向窑室后半不错分窑床,再经后面窑壁底部排烟口进入第二窑,对后面各窑起到了预热作用。从第二窑开始,燃料从没柴孔投入火膛。各窑由前至后依次焙烧,原理相同。阶级窑出现于明代,既有龙窑烧量大的长处,又有馒头窑易控制的优点,适合烧制德化白瓷等氧化钾含量高、釉在高温下粘度大的瓷器。
葫芦窑,由窑门、火膛、前室、后室烟囱等部分组成。窑室比馒头窑长,前大后小,腰部内折,将窑室分为前后两室,窑壁两侧各设一排投柴孔。葫芦窑是由龙窑发展而来的,适合于烧制氧化钾含量较高、釉粘度大的瓷器。至明末清初,后室比例缩小进而消失,逐渐发展成了蛋形窑。
蛋形窑,形似覆盖的半个蛋,故名。由火膛、窑室、烟囱三大部分组成。窑床前低后高,窑室前大后小,呈长椭圆形。蛋形窑结构合理,设计科学,造价低廉,装烧量大,适合多种坯釉的烧制,同时它以柴作燃料,烧成时间短,产品质量好,成为清代景德镇地区焙烧瓷器的主要窑型~
按煅烧物料品种可分为陶瓷用窑炉、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑等。前者按操作方法可分为连续窑(隧道窑)、半连续窑和间歇窑。
按热原可分为火焰窑和电热窑。
按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。
按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑、输送带窑,步进梁式窑和气垫窑等。
按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。
一般大型窑炉燃料多为重油,轻柴油或煤气、天然气。
窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备,输送设备等四部分组成。
电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。其结构较为简单,操作方便。
此外,还有多种气氛窑、电瓷窑炉等由于炉窑的特殊性能和高温,这就要求炉窑的结构和隔热保温做的很好。随着世界各国工业的进步,炉窑也朝着大型化、高效化和长寿化发展,逐步炉窑结构的优化,隔热保温效果的提高,炉窑材料的使用年限的增长,同时炉窑内衬用耐火材料也有了较大的变化,长寿命新型、高效耐火材料,以及更好的内衬保护节能涂料逐渐被应用,炉窑能效和寿命逐步提高。
高温炉窑内衬对于炉窑是否能正常生产、安全指数、能源利用率等起到决定性的作用,所以炉窑内衬的好坏直接决定了炉窑的好坏。炉窑内衬材料比较多,根据不同的炉窑工况来选择优质的耐火炉窑内衬。由于对于炉窑内衬节能保护涂料技术含量高,生产工艺复杂,目前国内高温炉窑内衬节能保护涂料还是比较少,生产的厂家不多。
1、高温炉窑内衬隔热保温涂料,可以直接面对火焰长时间烧烤,有效减少高温炉窑内衬的耐热,能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导。
2、高温炉窑内衬防腐涂料,涂料在高温火焰环境中能有效保护高温炉窑内衬耐防腐、抗氧化、封闭保护等作用。
3、高温炉窑内衬封闭涂料,涂料致密好,耐温高,可以很好保持炉窑内衬不被水、液体、汽侵蚀,延长内衬的使用寿命,充分发挥高温炉窑内衬的功效。
4、高温炉窑内衬远红外辐射涂料是一种耐高温(温度可以达到1700℃)、强辐射率(0.95)、耐蚀性和高耐磨性的特种功能节能功能涂料,。
5、高温炉窑内衬粘合剂耐温可以达到1800℃,耐高温无机粘合剂粘结力强且对金属基体无腐蚀性,而且可以再内衬高温下保持良好的粘接性能和抗腐蚀性,使用寿命长。高温粘结剂可塑性和粘结性好,容易挤进填满空隙和裂纹,气孔率适宜,便于干燥时排出水分,高温体积收缩小,以免产生裂纹,烧结性能好,强度好,耐冲刷和耐侵蚀。
据统计,我国高温炉窑节能率低和使用寿命短,能源利用速率不高,炉窑建设周期快,资源消耗大。我国工业部门能源消耗量占全国能源消耗总量的70%,其中,各类工业炉窑所耗用的能源约占1/3。但是,我国的工业炉窑与发达国家的工业炉相比,炉窑平均热效率要比国外低20%左右,全国的工业炉窑如能平均节能10%,则节约的能源相当于1亿吨标准煤,可见工业炉窑的节能潜力是非常巨大的。我国炉窑的使用寿命一般在3-5年,建设的质量不高,严重浪费资金和材料。对我国这样一个资源相对匮乏的国家来说,工业炉窑内衬保护节能涂料技术的进步对缓解我国能源紧张状况,减少污染物的排放,保持国民经济高速、稳定、协调发展具有重要意义,。
陶瓷窑炉烧成技术是我国的传统文化重要的组成部分。
陶瓷烧成窑分类如下:
(一)隧道窑
隧道窑因其产量高,燃耗低,劳动条件好,易机械化、自动化,是目前陶瓷及耐火材料工业应用较多的现代化窑炉。
隧道窑的窑顶用耐火砖砌筑,或用耐火浇注料预制块砌筑。窑底则由多台窑车组成。窑车沿固定的导轨移动。料坯放在窑车上由窑头推入窑内,经过预热、烧成和冷却,最后从窑尾出窑而获得成品。
(二)倒焰窑
倒焰窑是陶瓷工业目前常用的一种火焰窑炉,亦是烧制耐火制品的热工设备。因为火焰在窑内是自窑顶倒向窑底的,所以叫倒焰窑。
倒焰窑为间歇操作。其容积随生产的需要和工艺条件而变化,容量小的只有几立方米,大的可达200?300立方米。其外形可以分为圆窑和方窑两种。圆窑窑内上下温差较小,约20℃左右,上下温度分布比较均匀,目前使用较多。窑的烧成制度、亦随烧成制品的材质而变动。
(三)梭式窑
梭式窑是一种窑车式的倒焰窑,其结构与传统的矩形倒焰窑基本相似。
梭式窑烧嘴安设在两侧窑墙上,窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上,即窑底吸火孔、支烟道设于窑车上,并使窑墙下部的烟道和窑车上的支烟道相连接;窑车在窑室底部轨道移动,窑车数视窑的容积而定;窑车之间及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封。
烧结陶瓷的窑炉炉型有多种,常见的分类如下:
按其外形和操作分,有间歇式和连续式。间歇式窑如倒焰窑,连续式窑如隧道窑。
按热源分,有使用燃料的火焰窑(烧煤、煤气或重油等)及电热窑炉。
按火焰是否接触产品分,有明焰窑及隔焰窑(马弗窑)。
每种陶瓷窑炉炉型所有的耐火材料不尽相同,以下给出常见的三种:
隧道窑。隧道窑的窑顶用耐火砖砌筑,或用耐火浇注料预制块砌筑。窑底则由多台窑车组成。窑车沿固定的导轨移动。
倒焰窑。倒焰窑是陶瓷工业目前常用的一种火焰窑炉,亦是烧制耐火制品的热工设备。倒焰窑的砌体遭受高温和燃烧气流的冲刷作用,以及温度变化的影响,所以,窑衬材料应具有较髙的高温力学性质、良好的抗热震性,如高铝砖等。
梭式窑。梭式窑是一种窑车式的倒焰窑,其结构与传统的矩形倒焰窑基本相似。窑体具有耐高温、隔热和一定的机械强度,宜选用热导率低、热容量小和抗热震的耐火材料(如高效能陶瓷纤维等)来砌筑窑炉。
建材的主流是用辊道窑,其工作原理是:砖体可直接置于辊子上,由于辊子不断转动,可使砖体依序前进,是一种集中在窑头排烟的中空窑炉。结构组成:窑体、辊道、耐火墙、排烟系统、缓冷系统、急冷系统、传动系统。你可以参考胡国林的《陶瓷工业窑炉》或曾令可的《陶瓷窑炉实用技术》。
窑一般有以下三层含义:一是指窑炉,即焙烧陶瓷器的重要设施,它的形式和结构直接影响着陶瓷产品的质量;二是指生产陶瓷器的窑口,比如邢窑、龙泉窑、景德镇窑等。三是窑器,即陶瓷器,如哥窑制品、钧窑制品等。
早在新石器时代,我国就已经发明了“穴窑”用来烧造陶器。商周时期,又出现了升焰式的圆窑和方窑,但当时的瓷器与陶器同窑烧造,并无专门的瓷窑,像商周时期的原始瓷器与印纹硬陶即是同窑烧制。随着制瓷业的不断发展,瓷窑才逐渐从陶窑中分离出来,成为专门烧造瓷器的窑炉。
按形制来分,窑炉有馒头窑(圆窑)、龙窑、阶级窑、葫芦形窑、蛋形窑等多种.其中的馒头窑与龙窑是最为常见的,且沿用时间较长,北方的平原地区多使用馒头窑,而南方的山区、半山区则多依山建造龙窑;下面就谈一下这几种形制的窑炉。
馒头窑又称“圆窑”,火膛与窑室合为一个馒头形的空间,故而得名。馒头窑大约出现于西周晚期,一直沿用至今,它是北方地区流行的陶瓷窑炉形制,由窑门、火膛、窑室、烟囱等部分组成,多在生土层掏挖修制或以坯、砖砌筑而成。馒头窑的特点是容易控制升温和降温速度,保湿性较好,适用于焙烧胎体厚重、高温下釉黏度较大的瓷器;但由于它升温、降温都比较慢,烧成时间相对较长,且窑内温度前后、上下分布不够均匀,所以容易出次品。
龙窑又称长窑,多依山坡或土堆倾斜建筑,窑长多在30—80米之间,形似长龙,故称之龙窑。龙窑结构分窑头、窑床、窑尾三部分。龙窑出现于商代,这个时期的龙窑既烧制印纹硬陶,又烧制原始青瓷,即通常所说的“陶瓷同窑合烧”,至东汉晚期结束了陶瓷同窑合烧的状况,出现了专烧瓷器的龙窑。此后,龙窑逐渐增长,各朝的倾斜度和结构也不断改进,使龙窑烧成效果不断完善,宋、元时期的龙窑出现了一种在窑室内砌筑多道挡火墙,将其分成若干小室,挡火墙下部设烟火孔,使室与室之间相通,即所谓的“分室龙窑”。直至当今,南方有的地区仍然在使用龙窑烧制陶瓷器。龙窑的特点是建筑方便,装烧量大,产量高,其升温、降温都很快,容易维持还原气氛,适合于焙烧胎体较薄、高温下釉黏度较小的石灰釉瓷器,所以有人说龙窑是青瓷的摇篮。
阶级窑出现于福建德化窑,由宋元时期的分室龙窑发展而来。它是以砖等材料依倾斜的山坡建筑,倾斜度在21度左右,由窑门、火膛、若干个室和烟囱等组成,各室依次相连,自下至底形成层层阶级,故称之“阶级窑”。它集龙窑装烧量大、产量高与馒头窑容易控制升、降温速度的优点于一身,同时具有节省燃料的长处,适合于烧制德化窑白釉瓷器等含氧化钾成分较高、釉在高温下黏度较大的瓷器。
葫芦形窑是由龙窑发展而来的,对龙窑做了较大的改造,由窑门、火膛、前室、后室、烟囱等部分组成,适合烧制氧化钾含量较高、釉在高温下黏度较大的瓷器。
蛋形窑出现于明末清初江西景德镇,由元明时期的葫芦窑发展演变而成,由窑门、火膛、窑室、护墙和烟囱等部分组成。其结构合理,所需材料造价低廉,施工方便,烧造量大,适合于多种坯釉,多类品种瓷器可一次烧成;蛋形窑以柴做燃料,烧成时间短,产品质量好,它对于清景德镇瓷器的发展,起到了非常重要的作用。
按照火焰走向,窑炉又分为直焰窑、倒焰窑、半倒焰窑、平焰窑等。
烧制瓷器的窑口,各省各地可谓数不胜数,历代名窑也是星罗棋布。北宋时期,出现了由官方营建、主持烧造瓷器的窑场,称为“官窑”。其实早在五代十国吴越钱氏宫廷垄断越窑的部分生产,已经具有了官窑的性质,但尚未形成具体的概念。史上著名的官窑如北宋大观、政和年间在汴京设置的北宋官窑,南宋的修内司窑,明代的宣德窑、万历窑、成化窑,清代的康熙窑、雍正窑、乾隆窑等等。历代的官窑瓷器主要有三个用途,一是官廷御用瓷,包括赐赍给功臣国戚的赏瓷;二是对外交往的礼品瓷;三是用于海外贸易的商品瓷。由于官窑工匠的工艺水平较高,还有专门的监督官员来监督生产,并且会将产生的次品严格销毁,所以官窑瓷器一般比较精致,且存世量较少。
相对宫廷兴办的官窑而言,民间的瓷窑即称民窑,历代绝大多数的瓷窑皆数此类,民间的众多瓷窑中,以一个窑口为代表,产品的胎釉成分、工艺、造型、釉色、装饰等方面相同或相近的一批瓷窑,往往被划分为一个窑系。窑系形成于民间制瓷业空前繁荣的宋代,元代继续发展。重要的如宋代八大窑系。各窑系产品多以一个品种为主,如定窑的白瓷、磁州窑系的白地黑花瓷、耀州窑系的刻花青瓷、龙泉窑系的青瓷等,但有时也有一些其他种类的产品。相对于官窑产品必须代表皇家意愿,反映统治阶级心理需求的限制,民窑产品的造型、纹饰题材更加自由、丰富。
宋代是我国瓷业发展史上的一个繁荣时期,瓷窑遍布全国各地。这时出现了史上有名的五大名窑八大窑系。宋代五大名窑是指官窑、哥窑、汝窑、定窑和钧窑。八大窑系是指定窑系、磁州窑系、耀州窑系、钧窑系、龙泉窑系、景德镇窑系、建窑系和越窑系。宋代瓷窑众多,各具特色,是我国陶瓷史上名窑蜂起、名瓷迭出的一个重要的历史时期。
我国的瓷窑在元代以前南北方分布较为均衡,窑址遍及全国,名窑星罗棋布,如上面提到的宋代八大窑系,就是南北方各有四大窑系,而宋以后制瓷业的发展则出现了倾斜,由于战争的原因北方地区经济遭到严重破坏,制瓷业随之衰落,瓷业的重心南移,许多窑工南迁。元代以后,江西景德镇借助其得天独厚的自然资源和技艺精湛的能工巧匠,在原有的雄厚制瓷技术上得到了突飞猛进的发展,到明清时期,终于发展成为全国最大的制瓷中心,名扬天下的“瓷都”。
中国陶瓷文化历史悠久,制瓷产区分布广泛,由于各窑分布的区域不同,各地区的自然条件和自然资源各有差异,
不同的制瓷原料制约着各窑的生产手段、工艺技术、装饰技法,使各窑产品各有不同的风格和特点,为准确鉴别古瓷产地及其真伪提供了重要依据。
根据《中国陶瓷史》记载,瓷器出现于东汉时期,距今已一千八百余午的历史,把瓷器出现的时间定在东汉,是有大量考古资料作为依据的。在浙江上虞、宁波,慈溪,永嘉等市县先后发现了汉代瓷窑遗址,在河南洛阳、河北安平、安徽毫县,湖南益阳,湖北当阳等东汉晚期墓葬和江苏高邮邵家沟汉代遗址中,都曾发现过瓷制品,而尤以江西,特别是浙江发现的更多。其中有东汉“延熹七年’(公元164年)纪年墓中所出的麻布纹器系青瓷罐,“熹平四年’(公元175年)墓内出土的青瓷耳杯,五联罐,水井,熏炉和鬼灶,“嘉平五年”纪年墓中发现的青瓷罐,还有与朱书“初平元年’(公元190年)陶罐同墓出土的麻布纹器系青瓷罐。这些有确凿年代可考的青瓷器的发现,使我们确信,我国瓷器的发明不会迟于汉末,把它定为东汉晚期,应该是比较确切的。
根据田野考古所得的资料,我国发现最早的瓷窑遗址在今浙江上虞,宁波地区,年代属东汉,浙江地区在古代有长期烧造原始瓷的传统, 已发现的烧造原始瓷的瓷窑,其年代可以追溯到战国。
窑炉(kilnfurnaceoven)是用耐火材料砌成的用以烧成制品的设备,是陶艺成型中的必备设施。人类上万年的陶瓷烧造历史,积累了丰富的造窑样式和经验。从原始社会的地上露天堆烧、挖坑筑烧到馒头状升焰圆窑、半倒焰马蹄形窑、半坡龙窑、鸭蛋形窑,再到现今的室内气窑、电窑,窑炉科技在不断改良发展中。
窑炉与锅炉的区别:
窑炉是在工业生产中,利用燃料燃烧或电能转化的热量,将物料或工件加热的热工设备。广义地说,锅炉也是一种窑炉,但习惯上人们不把它包括在窑炉范围内在铸造车间,有熔炼金属的冲天窑炉、感应窑炉、电阻窑炉、电弧窑炉、真空窑炉、平窑炉、坩埚窑炉等;有烘烤砂型的砂型干燥窑炉、铁合金烘窑炉和铸件退火窑炉等;在锻压车间,有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热窑炉,和锻后消除应力的热处理窑炉;在金属热处理车间,有改善工件机械性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理窑炉;在焊接车间,有焊件的焊前预热窑炉和焊后回火窑炉;在粉末冶金车间有烧结金属的加热窑炉等。
锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器,炉是指燃烧燃料的场所,锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需要的热能,也可通过蒸汽动力装置转换为机械能,或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉,主要用于生活,工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉,常简称为锅炉,多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。