辊道窑烧成技术培训教材

1辊道窑烧成技术培训教材前言我们都知道，所有的陶瓷制品都是经过不同的原料组合成型煅烧而成的，而烧成的目的是利用高温的作用，让陶瓷无料发生根本的物理性和化学性变化，从而达到满足使用价值。然而，要使成品在煅烧过程中合乎质量要求，并不是只要有先进的设备即可。当然先进的设备其操控较简单，且温度较稳定，故障较少，这是不可否认的事实。但必须要有良好地原料配方和制程控制，才会相得益彰，进而达到质量要求。在这里我仅从烧成过程控制谈谈坯体在各阶段的变化及控温要点，以便寻找出一条科学合理的烧成制度，避免缺陷的产生。第一章烧成基本原理——坯体在辊道窑内的反应与变化第一阶段：室温～350℃区称窑头干燥阶段。一、主要特征：室温至350℃区段，此阶段利用窑头预热区的废烟气来对坯体加热。主要是排除坯体中“吸附水”或颗粒间的“结构水”。坯体不发生化学变化，只是发生体积收缩、气孔率增加等物理变化。二、控温要点：1、此阶段要避免急速升温，以防止坯体水分蒸发过快而引起裂纹或爆砖。主要是由于坯体内释放应力不均所致。2、保持在负压状态下控制以利于排气、排温等。3、控制好入窑坯体的水分，不宜过高，非渗花砖＜1.0%,渗花砖＜1.5%～2.0%之间。4、此阶段温度的控制主要是通过调整窑头抽力、排烟支闸以及挡火板、挡火墙的高度获得。第二阶段：400℃～700℃称之为预热区一、主要特征：1、此阶段坯体中各种有机物开始烧除，碳化物、硫化物开始分解及挥发和脱水反应。2、坯体中的晶体重组，分子间的“结构水”被排除，坯体收缩，气孔率增多。失2重迅速增加，粘土结晶体结构遭到破坏，强度降低。3、在573℃时，坯体中β－石英向α－石英晶型转换，并伴有约8%～10%的体积膨胀。此段升温控制不好，也易产生裂纹。二、控温要点：1、在500℃～600℃之间应略为缓慢升温，保证石英晶型安全转换而不产生坯裂。2、在负压氧化气氛中操控，使坯体得以充分氧化、分解。第三阶段：700℃～1050℃称氧化分解阶段一、主要特征：1、坯体中的有机物、碳化物主要集中于这阶段进行分解和氧化。如MgCO3=MgO+CO2↑(900℃)CaCO3=CaO+CO2↑(850℃～1050℃)Fe2(SO3)3=Fe2O3+3SO2↑(560℃～750℃)2、有大量的CO、CO2、H2O等气体溢出，坯体有冒烟及燃烧现象。3、坯体表面开始出现液相，颗粒重新排列紧密，并填充间隙，从而使坯体逐渐致密收缩，气孔率增加。4、此阶段如果坯体中的碳素或有机物未完全燃烧和氧化会产生发蓝或黑心，以及固定位置的密集黑点杂质。5、此阶段辊道上层与下层温差控制不合理，会导致坯体产生上翘或下耷的变形状。6、如果在正压及还原气氛中控制，会导致坯体呈灰蓝色或黑灰色状，无法发色。二、控温要点：1、因为这一阶段是整个烧成控制中，坯体发生物理和化学反应最剧烈的一段。其过程控制的好坏，将直接影响产品的外观和内质，一旦控制不合理，极易出现黑心、发蓝、针孔、变形、气泡、阴阳色等等缺陷。为避免发蓝、针孔、黑心的产生，此阶段必须有较长的时间及充足的氧气使坯体得以充分的分解和氧化。其氧化时间的长短取决于坯体的大小和厚度。2、气氛和压力的控制，必须在负压和氧化气氛中控制，以利于坯体发色鲜艳及排气通畅。3、此阶段烟气温度大于坯体温度，坯体主要通过对流和辐射两种方式获得热量。34、调控方法：主要通过调节排烟总闸及各支闸的开度和各区段上下层的挡火板、挡火墙的高度来实现调控目的。5、此区段要特别注意上层温度的控制，应避免表层过早熔融，密封坯体内的气体排出，而产生针孔或发蓝。以及砖坯底、面表层张应力不同而产生上翘和下耷变形。第四阶段：1050℃～最高烧成温度称为烧成区。一、主要特征：1、由于各种陶瓷性质及其所用的原料、配方不同，所以其最高烧成温度也不同。2、此阶段坯体中的液相大量出现，并填充到莫来石骨架中，使坯体气孔率下降，强度增加，从而达到瓷化，体积收缩最大。3、此阶段如果玻璃相产生过多，又会软化坯体的莫来石骨架从而出现高温变形。二、控温要点：由于瓷质砖的使用性能在很大程度上取决于坯体的烧结度，而烧成温度是保证坯体出现最低必要数量液相，使产品达到足够机械强度（如抗折强度）和物化性能要求（如平整度、吸水率等）的基本条件。1、压力和气氛的控制：为阻止坯体继续排气而产生针孔以及稳定色泽，烧成带一般取零压或微正压烧成。并在氧化气氛中操控利于坯体发色鲜艳。2、如果此阶段正压过大，极易形成局部蓄热过高造成断棒多，且大量的热量向外逸出，使操作环境恶化，单位耗能量增加。相反，如果负压过大，过多的冷空气吸入窑内，导致同一截面温差增大，从而容易造成产品出现阴阳色或尺码不统一现象。3、烧成带温度的控制主要是通过调节各区喷枪的风油比例以及该位置的挡火板、墙的高度来实现。所以正常生产情况下，操作者不宜频繁改变各喷枪的风油比例以及挡火板、墙的高度，否则对温度场的稳定是极不利的。甚至会改变窑内气氛和压力制度，从而影响产品质量。4、在温度调控方面必须学会看砖烧砖，灵活及时调整烧成制度，如采取产品上限温度烧成则高火保温时间可适当缩短些，可达到快烧目的。反正，保温时间则要延长些，以确保水率合格，否则就极易出现过火、生砖或变形现象。5、烧成区各组油压要求均衡。特别是底面喷枪的油压，不能相差悬殊，否则极4易导致产品结度不一致而出现变形或抛后变形。6、不管任何先进的窑炉，烧成制度只能在一段时间内保持相对稳定，之后肯定会产生波动。这就要求操作者除了严格执行烧成制度外，还应随时观察窑内喷枪的燃烧情况，做出小国内的调整，使各区段的温度分布均匀，持续稳定，避免不合格产品的出现。第五阶段：止火温度至700℃区段称急冷区一、主要特征：1、坯体中尚处于较多的液相状态下的塑性阶段，受力必须均匀及避免挤压，否则极易产变形，此阶段快速冷却所产生的热应力被坯体中液相缓冲，快冷不会开裂，可达100℃/m的降温速率。2、目的：是要将处于高温状态的坯体急速冷却至石英转换点573℃附近，形成一个过渡区让晶型的转化有较长且缓慢的时间范围，使其不产生收缩应力而发生冷却裂痕的现象。二、控温要点：1、进入急冷前坯体温度不能过高温，否则容易引起坯体在进入缓冷区之前未能达到石英型转换的温度要求而出现裂纹即热裂。2、坯体降到700℃左右，不能直接吹冷风，否则必然引起裂纹。3、无特殊要求，上下急冷管开度要求一致，避免收缩不一致而产生变形。（有意识的调节外）一般情况下，建议不要采用急冷管调节砖坯变形度，因为在实际生产之中总结得知，该法会导致坯体的变形极不稳定，反复出现。4、此阶段必须保持在零压或正压状态下，以阻止继续排气而产生针孔以及吸入冷空气而造成坯体冷却不均产生风裂砖。5、此处气流应流向窑尾抽热方向。6、此处各挡火板一定要齐全，否则容易造成烧成区气流不稳定，前温过高现象。第六阶段：700℃～450℃区称缓冷区主要特征：1、坯体刚进入缓冷区时，液相刚凝固，脆性较大。2、α－石英在573℃左右发生晶型转换，体积收缩，冷却速率不可超过30℃/min。3、此阶段在正压—“0”压状态下控制，禁止负压，以免吸入冷空气产生开裂砖。54、此处坯体开始呈现“黑色”只有微“红色”，禁止再向坯体直接吹冷风，即俗语所说的“鼓红不鼓黑”。三、控温要点：1、必须保证石英晶型转换点573℃在缓冷区段，提前与后移都对坯体产生不利的影响。2、此阶段是利用急冷后混合的热空气，缓慢流经坯体的表面，从而达到自然缓慢降温的目的。禁止直接对产品吹冷风或提前抽走过多的热气，这样都会导致坯体降温过快而开裂。3、此处温度变化应平缓，避免出现局部高低温现象。上下挡火板/墙一定要一致，否则引起气流不一致，局部温度也不同而出现风裂现象。4、降温速率亦不能过慢，否则坯体被送出缓冷区段时，还未降到573℃以下，致使石英晶型转换点后移到快冷区，从而出现所谓的热脆现象。有些坯体出窑后，外表上看上去完整无缺，但用力一击，就很容易破碎，也就是到抛光线刮平机很多烂砖的原因之一。5、此处上挡火板是否齐全很重要，否则很容易使产品出现风裂或脆角现象以及有细小裂纹就开边。第七阶段：450℃～出窑温度称“强冷区”一、主要特征：1、坯体已完全固化，强度也随之增加，此阶段可直接对坯体吹冷风，快速冷却。2、坯体温度高于此阶段的烟气温度，处于零压或微负压状态下操作。三、控温要点：1、窑尾余热主要经此处抽走，热风抽出口的闸门开度由前向后逐渐开大，促使窑内热气流向窑尾移动。2、避免热气流过于集中于强冷区首端抽走，形成局部温度过高，坯体降温过快而开裂。3、强冷风管开度亦由始端向末端逐渐开大。4、仍然要注意，有些坯体的石英在270℃尚有晶型转换而产生开裂。6第二章烧成缺陷分析第一节裂纹产生的原因及其处理方法§1.1裂纹的分类裂纹按其出现的形式分为横裂、直裂、角裂和中间裂等四种。按裂纹产生的原因可分为机械裂纹和热应力裂纹，机械裂纹是机械应力集中而造成；热应力裂纹产生的直接原因是排湿或升温过快。§1.2机械应力所造成的横裂主要体现在以下几个方面：（1）升降机振动过大、皮带不平衡。（2）釉线皮带高低不平衡、皮带轮粘有杂物、托铁耳过高磨砖底。（3）平台及干燥、窑炉前段的棍棒跳动及有钉所致。（4）生坯的强度不够，及成型压力不足时也会出现机械裂。§1.3裂纹的检测及解决办法（1）用煤油依次从窑炉入口→花机→干燥出口→干燥入口→压机平台口逐个工序对砖坯进行检测当在某一工序查看到裂纹时，就对其之前的机械设备逐一检查直到找到确切的原因为止。（2）特征：此种机械应力的裂纹，主要表现为横向的大口边裂位置较固定，相差不超过2cm范围，以单条的形式出现。且在窑炉入口调方向其不随坯体方向的改变而改变。解决方法：如调整升降机及釉线皮带水平、清除棒钉、更换弯棒等。第二节各种裂纹的形成机理分析及解决办法§2.1角裂§2.1.1特征:主要发生于坯体角部10cm范围之内，由于外界碰撞力量所致。§2.1.2形成的主要因素:①压机推粉架推崩边。②压机出口升降处的挡板碰裂。③干燥内坯体过密撞裂。④干燥出口升降处挡板碰裂。7⑤釉线挡铁撞裂。⑥窑炉入口过密且不正撞裂等。§2.1.3克服方法：用煤油测试法，从窑入口依次排除各工序造成的可能性，并对不合理的位置进行调整以至克服。§2.2中间机械裂纹§2.2.1特征：中间裂的位置较固定，将坯体调方向亦不改变，呈一条横裂或鸡爪状裂。如果是干燥辊棒起钉多为单行裂的形式出现，且有规律性。§2.2.2形成原因：主要是输送带下有杂物，受力不均匀以及棍棒有钉所致，亦有压机模具及布料不均所形成的收缩裂。§2.2.3克服方法：清除皮带轮的杂物及棒钉即可克服。§2.3热应力所引起的裂纹：热应力所引起的裂纹主要有横裂、直裂（前直裂、后直裂）、中间裂等。§2.3.1横裂1．特征：以单条或多条裂纹的复杂形式出现。而多发生在坯体边缘的中间位置，有透底的也有不裂透底的。2．产生原因：干燥过程和窑炉过程两类；干燥过程产生，又可分为升速干燥阶段过高温裂和过低温裂两种情况。一般情况下属于干燥前段的预热升速干燥阶段不够温而引起横向大口裂纹，多发生在较低温侧。一旦空干燥前温高时，刚出来的砖极少或没有横裂。正常后又出现，为不够温所致。3．克服方法：（1）加大前段供热量的输入。（2）关小抽湿总阀。（3）调整左右温差等方法，一般可以解决。§2.3.2升速阶段过高温出现的横裂8特征：一旦空干燥后，前温高刚出来的砖几乎全是横裂，正常生产后无此现象。产生原因：升速干燥阶段，空气过干爽且高温，坯体在此阶段表层过早“硬皮”阻碍内部水分排出所致。克服方法：此现象很容易被误认为是干燥前温不够所致。略降低干燥前端20米距离的温度10度左右，并提高其湿度，一般可克服；如果干燥器两边或单边热风入口处进风太猛产生热冲击，也会造成左右横裂或中间裂。§2.3.3前后边裂（亦称直裂）特征：呈现于坯体出窑方向的前边或后边。有单行或几行存在。产生原因：干燥窑内升速干燥阶段的某区域升温过急，温度过高湿度过小，往往会造成这类坯裂。克服方法：1、适当降低干燥升速阶段的温度，并加大该区域的相对湿度。2、防止局部地方的热风喷出量太大而