陶瓷烧成制度

陶瓷烧成制度篇一：陶瓷烧成工艺与制度陶瓷烧成工艺制度与窑炉 一 陶瓷烧成 烧成是指坯体在高温下发生一系列物理化学反应，使坯体矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸固定，强度提高，最终获得某种特定使用性能陶瓷制品的过程。 坯体在烧成过程中的物理化学反应，如表 1 所示： 二 烧成工艺制度烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。影响产品性能的重要因素是温度和气氛，压力制度旨在温度和气氛制度的实现。温度制度包括升温速度、烧成时间和保温时间，冷却速度等参数。 烧成温度曲线的制定 烧成温度曲线表示由室温加热到烧成温度，再由烧成温度冷却至室温的烧成过程全部的温度时间变化情况。烧成温度曲线的性质取决于下列因素： 烧成时坯体中的反应速度。坯体的组成、原料性质以及高温中发生的化学变化均影响反应的速度。 坯体的厚度、大小及坯体的热传导能力。 窑炉的结构、形式和热容，以及窑具的性质和装窑密度。 升温速度的确定 低温阶段：升温速度主要取决于坯体入窑时的水分。氧化分解阶段：升温速度主要取决于原料的纯度和坯件的厚度，此外，也与气体介质的流速和火焰性质有关。高温阶段：升温速度主要取决于窑的结构、装窑密度以及坯件收缩变化的程度。 烧成温度及保温时间的确定 烧成温度必须在坯体的烧结范围之内，而烧结范围必须控制在线收缩(体积收缩)达到最大而显气孔率接近于零（细瓷吸水率 冷却速度的确定 冷却速度的确定主要取决于坯体厚度以及坯内液相的凝固速度。 气氛制度气体介质对含有较多铁的氧化物、硫化物、硫酸盐以及有机杂质等陶瓷坯料影响很大。同一坯体在不同气体介质中加热，其烧结温度、最终烧成收缩、过烧膨胀以及收缩速率、气孔率均不同，故要根据坯料化学矿物组成，以及烧成过程各阶段的物理化学变化规律，恰当选择气体介质（气氛） 。 压力制度 窑内合理的压力制度是实现温度制度和气氛制度的保证。为保持合理的压力制度，可采取调节总烟道闸板和排烟孔小闸板来控制抽力；控制好氧化幕、急冷气幕以及抽余热风机的风量与风压，并适当控制烧嘴油量，调节车下风压和风量等办法。 三 陶瓷烧结方法 常压烧结 常压烧结又称为普通烧结，指烧结过程中无外加压力，只在常压下即自然大气条件下，置于可加热的窑炉中，在热能作用下，坯体由粉末聚集体变成晶粒结合体，多孔体变成致密体。它是烧结工艺中最传统、最简便、最广泛使用的一种方法。 热压烧结 热压是加压成型和加热烧结同时进行的工艺。热压的优点有： （1）热压时，由于粉体处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化，因此成型压力仅为冷压法的1/10； （2）由于同时加温加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散、流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制晶粒的长大； （3）热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶粒的取向效应和控制含有高蒸汽压成分的系统的组成变化，因而容易得到具有良好机械性能、电学性能的产品； （4）能生产形状较复杂、尺寸较精确的产品。 热压法的缺点：生产率低、成本高。 热等静压（HIP） 热等静压的热力传递介质为惰性气体，热等静压工艺是将粉末压坯或装入包套的粉料放入高压容器中，使粉料经高温和均衡压力的作用下，被烧结成致密体。图 1 为热等静压装置图。 图 1 热等静压装置图1压力容器；2气体介质；3压坯；4包套；5加热炉 热等静压强化了压制和烧结过程，降低烧结温度，消除空隙，避免晶粒长大，可获得高的密度和强度。同热压法相比，热等静压温度低，制品密度提高。 反应热压烧结 反应热压烧结是指在烧结传质过程中，除利用表面自由能下降和机械作用力推动外，再加上一种化学反应能作为推动力或激活能，以降低烧结温度，亦即降低了烧结难度以获得致密陶瓷体。 反应烧结（反应成型） 反应烧结（反应成型）是通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，使坯体质量增加，孔隙减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。同其它烧结工艺相比，反应烧结有如下几个特点： （1）反应烧结时，质量增加；其它烧结过程也可能发生化学反应，但质量不增加； （2）烧结坯件不收缩，尺寸不变，因此可制造尺寸精确的制品； （3）普通烧结，物质迁移发生在颗粒之间，在颗粒尺度范围内。而反应烧结的物质迁移过程发生在长距离范围内，反应速度取决于传质和传热过程； （4）液相反应烧结工艺，在形式上同粉末冶金中的熔浸法类似，但是熔浸法中的液相和固相不发生化学反应，也不发生相互溶解，或只允许有轻微的溶解度。通过气相的反应烧结陶瓷有反应烧结氮化硅（RBSN）和氮氧化硅（Si2ON2） 。通过液相的反应烧结陶瓷有反应烧结碳化硅。图 2 为碳化硅反应烧结炉示意图。 图 2 碳化硅反应烧结炉示意图 1石英窗口；2碳化硅坯件；3石墨屏；4氧化硅铝；5冷却水；6支座； 7接泵；8冷却水泵；9石墨坩埚；10感应线圈；11密封圈 气氛烧结 对于空气中很难烧结的制品（如透光体或非氧化物） ，为防止其氧化等，在炉膛内通入一定的气体，形成所要求的气氛，在此气氛下烧结。气氛烧结主要有三种形式：制备透光性陶瓷的气氛烧结（Al2O3、MgO、Y2O3、BeO 等透光体） 、防止氧化的气氛烧结（Si3N4、SiC 陶瓷） 、引入气氛片的烧结（锆钛酸铅等压电陶瓷） 。 电火花烧结 电火花烧结也称为电活化压力烧结，它是利用粉末间火花放电产生高温和同时施加压力的烧结方法。电火花烧结经历放电活化和热塑形变致密化两阶段，烧 结时间短，烧结所用压力比普通热压低，广泛用于铍、硬质合金、氮化物、金刚石制品的生产。放电等离子烧结 放电等离子烧结（SPS）技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程，具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得材料致密度高、性能好等优点。 四 影响烧结的因素 原始粉料的粒度 细颗粒可以增加烧结的推动力，缩短原子扩散距离和提高颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速。 添加剂的作用 外加剂与烧结主体形成固溶体 外加剂与烧结主体形成固溶体，使主晶相晶格畸变，缺陷增加，便于结构基元移动而促进烧结。 外加剂与烧结主体形成液相 由于液相中扩散传质阻力小、流动传质速度快儿降低了烧结温度和提高坯体的密度。 外加剂与烧结主体形成化合物 在烧结透明的 Al2O3 制品时，为抑制二次再结晶，消除晶界上的气孔，一般加入 MgO 或 MgF2，高温下形成镁铝尖晶石（MgAl2O4）而包裹在 Al2O3 晶粒表面，抑制晶界移动速率，充分排除晶界上的气孔，促进坯体烧结致密化。 扩大烧结范围 烧结温度和保温时间 盐类的选择及其煅烧条件 气氛的影响 成型压力的影响 五 陶瓷烧成设备窑炉 隧道窑 隧道窑是陶瓷生产中使用最普遍的窑型，其基本特征是窑体外形像一条隧道，其特点是连续性生产，产量高。一般隧道窑的工作系统包括排烟系统、冷却系统、助燃系统、气幕隔离系统和搅拌系统等。隧道窑包括四个部分：窑体、窑内输送设备、燃烧设备和通风设备。 图 3 隧道窑内部示意图辊道窑 辊道窑也称为辊底式隧道窑或辊底窑。它是利用一系列的辊子作为制品的输送工具。辊道窑的特点：加热温度均匀，且窑内断面温差小，有利于实现自动化和机械化，降低能耗，便于维护和检修。 图 4 辊道窑外部示意图 梭式窑 梭式窑是一种窑车式的倒焰窑；烧嘴安放在两侧窑墙上，并视窑的高矮设置一层或数层烧嘴；窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上；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。利用卷扬机或其它牵引机械设备；使装载制品的窑车在窑室底部轨道上移动，为充分利用梭式窑的生产能力，通常配备窑内可容纳 2 倍，甚至 3 倍以上数量的窑车；窑车之间以及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封。图 5 为梭式窑结构示意图。篇二：浅谈现代陶瓷窑炉的烧成制度陶瓷窑炉的烧成制度分为温度制度、压力制度和气氛制度。其中温度制度和气氛制度直接影响产品的产量的质量，而压力制度保证温度和气氛制度的实现。它们之间既相互影响又相互辅助，在现代陶瓷窑炉中，由于在结构上与传统窑炉相比有了较为明显的变化，一些新方法，新技术已应用于现代陶瓷窑炉中，故而烧成制度，尤其压力制度呈现出了新的特点。从而要求温度和气氛制度与之相适应。 一、现代陶瓷窑炉烧成制度 最近几年，随着陶瓷窑炉的引进、消化吸收和对传统窑炉的改造，现代陶瓷窑炉已经在陶瓷工业中占到统治地位。比传统窑炉，无论是在预热带、烧成带和冷却带，现代陶瓷窑炉都应用了新方法、新技术。比如 ：在预热带，现代窑炉都较为普遍地使用了顶吹和侧吹气幕风。这对于调节预热带上下温差，升温速率的缓急和窑头温度有关至关重要的作用，气幕风的使用，使得在预热带上部的一段区域内呈现一定程度的正压，而不象传统窑炉预热带全呈匀压的状态。由于大部分窑炉都使用洁净化的燃料，如城市煤气、液化石油气和天然气，故而现代陶瓷窑炉自动控制水平提高，最高温度点能够控制到1的范围内，并且能长期保持稳定，在冷却带，急冷风由狭缝式改为排管式冷却，冷却效果均匀稳定，在传统窑炉中，由于急冷风比较集中并且量大，急冷温度一般都在 750以上，而在现代窑炉中，急冷温度甚至可以降到 600左右，在烧瓷片和日用瓷的辊道窑中，急冷温度甚至可以降到 550以下而不会出现风惊缺隐。在压力制度方面，一般来讲，窑炉的最大压点是在急冷和烧成带尾部之间，在传统窑炉中一般在水柱；即 15-18Pa，而在现代陶瓷窑炉中，压力在 5-8Pa 左右，在缓冷带，美国 SD 和意大利西蒂等公司的窑炉中还采用了顶吹和侧吹结构。此外，现代陶瓷窑炉的新型保温砌体和低蓄热窑车的应用，都使得现代陶瓷窑炉无论是在产品产量、质量，以及产品能耗方面与传统窑炉相比呈现出巨大优势。在产品质量上，现代窑炉的烧成缺陷非常低，合格率、优级品率很高。在产量方面，一般都在 50 万件以上，在我们调试过的美国 SD公司的窑炉，断面米年产量在 100 万件。窑炉适应能力强，高、中、低档产品在同一窑炉中都能有非常好的烧成质量。产品能耗低、周期短，并且如果压力制度调节合适，产品出窑温度也很低，能够达到 60以下。 由于新方法、新技术的应用，现代陶瓷窑炉的调试极为方便，和传统窑炉相比，更加有规律可循。故而现代窑炉产量高、缺陷低，并且能够长期保持稳定。但现代陶瓷窑炉在结构上，设备上与传统窑炉相比，毕竟有所不同，沿有过去的传统思想和方式，会产生一系列的偏差，这一点主要体现在烧成制度中温度制度和压力制度相互适应上。 在现代陶瓷窑炉中，要掌握其调试方法，必须认清和掌握现代陶瓷窑炉中各种布置的特点和作用，只有这样，才能充分地利用这些新技术、新方法。 二、现代陶瓷窑炉中烧成制度的制定 1、在现代陶瓷窑炉中，温度制度和压力制度的配合尤为重要，总体来讲，现代窑炉，由于使用的是保温砌体，低蓄热窑车，燃料是洁净化气体燃料，以及自动化控制。产品能耗是很低的（和传统窑炉相比） 。反映在窑炉上，就是整体窑炉的烟气量的降低，所以无论是预热带、烧成带和冷却带的压力普遍下降，这就要求整个窑炉的送风和排烟抽热要有良好的配合。一般来讲，在整个窑炉内部应掌握三个平衡，一是预热带和烧成带之间的平衡，二是冷却带中、急冷风和窑尾送风与抽热之间的平衡。三是窑内压力和窑下压力之间的平衡。这三个平衡哪一个平衡做得不好，都会对产品质量窑炉使用寿命造成影响。在此方面，一些教料书和技术资料中有详尽论述，在本文不再重复。需要注意的是，窑头的气幕风机和窑尾风机、缓冷带的顶吹、侧风机都地对整个窑炉的温度和整窑的压力产生影响，调试时一定要综合考虑。 2、在现代陶瓷窑炉中，预热带和冷却带的温度压力制度的调节是很方便的。技术人员可综合升温速度，上下温差、晶型转换等工艺因素，再结合排烟和气幕风机以及各分类闸板的开度可以实现升（降）温的缓急。需注意的是在调节气幕风机时，不要频繁并且动作幅度不宜过大，否则会出现窑脏等缺陷。在冷却带，冷风的鼓入应尽量由上部鼓入，抽热由上部抽出。急冷的温度在保证不出风惊的情况下，尽量降低一些，以缓解缓冷段的压力。 3、在烧成带，制定温度曲线一定要与压力制度有效地结合起来， 这一点尤为重要。在制定温度曲线时除考虑工艺质量要求以外，还必须考虑烧成带自动控制的设备特性的特点来制定。一般烧成带各区的自动控制分为单独控制煤气和空、燃气比例控制两种。在这两种控制中，由于温度制度不合理，它对压力制度的影响会呈现出两种不同的形式，调试人员一定注意。 a、在单独控制燃气的控窑中，由于窑气和燃气的比例是在一定燃气开度下的固定比例，这时亦会出现两种情况，一是烧成温度低于设定温度，这时此区的烧嘴处于开大状态，此区的烧嘴燃烧强烈，处于此区烧嘴控制下的窑炉内的温度场也很强。二是某区的烧成温度高于设定温度，此区的烧嘴就会关小，而这时空气压力是不变的，空燃比例就会失调。如果温度曲线不合理，设定温度高出实际温度许多，此区的烧嘴会关至最低，此时烧嘴起的就是降温作用，窑内的温度场因此强弱不均。产生过多的废气，造成窑内压力制度不合理。b、在空、燃比例调节的窑炉中，如果温度制度不合理也会出现两种情况，第一种情况与前面提到的是一致的，只是烧嘴开大的同时，空气和燃气是同时增长的。在出现第二种情况时，如果设定温度过低，此区烧嘴的空燃气关得太小时，烧嘴处于最小火燃状态（如执行器和比例阀调得不好，没有此状态） ，烧嘴产生的烟气量大大减小。而排烟拉力是一定的，此时，烧成带烟气就会被过多拉向窑头一侧，窑前部温度升高。如果此时另一区甚至更多的温度高于设定温度时，就会加剧这种情况。窑炉前温度和压力变得极不稳定，窑炉部温度升高而后部温度急剧降低。这种情况在顶车不连续和装车不均时，尤为明显。 上述的两种情况表明，在制定温度制度时，除了考虑工艺要求外，还必须使烧嘴各区的执行器开度稳定在合适的位置上，使执行器上下都有一定余量来调节。并且这个开度不应相差太大。这个比例应该在40-60%之间。这样温度制度和压力制度才能达到有机地配合。否则，如果执行器的开度波动过大，如某一区开度在20%而加另一区又在 80%，烧成过程中就会产生偏差，窑炉的稳定性也会降低。 三、对现代陶瓷窑炉烧成制度的几点想法 从 90 年代始，随着对现代陶瓷窑炉的引进消化、吸收，我国的现代窑炉水平断提高，国内的窑断公司已经能设计建造出和国外窑炉相匹配的窑炉。然而不可否认，国内建造的窑炉基本上还处于仿制阶段。只是做到了形似，现代窑炉的内部精髓还没有被充分利用。在设计、施工以及国内配套设备水平都未形成一整套完整的技术。而且国内窑炉公司的技术水平和人员素质仍不太令人满意。施工过程中粗制滥造，材料以次充好。正因为这些因素的存在某些窑炉公司建造的窑炉建完后不能使用，有的把气幕风安装成向吹的，有的公司建的窑，空气的燃气管径不配套，有的窑炉自控系统和比例阀选型不当。所有这些，都是制约我国现代陶瓷窑炉水平提高的关键因素。 另外，在我们的技术资料和学校的教材中，能学到的东西和实际操作相距甚远。最近我查阅了一些教材和资料，发现里面的内容没有跟上现代陶瓷窑炉的发展形势。比如现代陶瓷窑炉的压力制度的论述。搅拌气幕的设置及使用，自控系统和比例调节以及冷却速率等都存在一些问题，甚至有些错误的论述。篇三：陶瓷烧成工艺技术手册技术手册江西烧成工艺 目第一节 干燥基础知识 在斯米克实际生产过程中，玻化砖使用卧干器等设备对坯体进行烘干，卧干器，通称五层卧干器，每层全长23 米，有的企业称之为多层烘道窑 一、干燥的作用 在斯米克内部，不管是玻化砖还是釉面砖，均采用干压（等静压）成型而成，其坯体所含的水分跟粉料水分基本一致，一般在 5%。该状态下坯体的强度整体偏低，一般在 35kg/cm2，不利于长距离的输送，也不利于后续的施釉和直接烧成。因此干燥的作用就是将坯体中所含的大部分结合水（通俗说，该水不参与粉料内部的结构组成）排出，赋予坯体一定的干坯强度，确保后续的走线传送、修坯及施釉等加工工序要求，也能避免在烧成时由于水分大量汽化膨胀导致砖坯炸裂等缺陷出现。 二、干燥过程 如上面所述，干燥过程就是排出坯体内部结合水的过程。在实际的干燥过程中，一般包含以下四个阶段： 1. 升速干燥阶段： 在该阶段坯体表面首先被加热，外表水分开始逐步的向外排出； 2. 等速干燥阶段： 随着干燥的逐步深入，坯体内部的水分在此阶段顺着坯体内部的毛细孔不断向外排出，程度也较为剧烈，坯体开始出现一定程度的收缩； 3. 降速干燥阶段： 随着干燥的不断进行，坯体内部的水分不断外排，经历过前期的等速干燥阶段后，干燥的速度逐步下降，毛细孔的排水动力逐步减弱，进入降速干燥阶段； 4. 平衡干燥阶段： 此阶段坯体表面排出和吸附处于动态平衡过程，坯体水分不再发生变化，坯体的表面湿度和烘干介质湿度基本一致。 三、干燥收缩与变形 随着坯体内部水分的排出，坯体也发生一定的体积变化收缩。在整个坯体收缩过程中，因坯料的颗粒具有一定的取向性，导致了干燥收缩的各向异性，这种各向异性导致了坯体内外层及各部分收缩的差异，从而产生内应力。当这种内应力大于塑性状态坯体的屈服值时，坯体发生变形，若内应力过大，超过其弹性状态的坯体强度，会导致开裂。影响坯体干燥收缩与变形的主要因素有以下几个方面： 1、 坯体含水率： 含水率越大，干燥后排出的水分越多，收缩越大，容易产生内部应力而导致变形和开裂； 2、 坯体粉料的级配：由于粉料颗粒级配的不同，粉料的堆积密度就有所差异。一般说，当坯体粉料的堆积密度越高时， 烘干收缩越小，反之，收缩越大 3、 成型压力：在一定体积内，成型压力越大，坯体致密度越高，收缩越小，当然烘干的速率也会有所下降；反之，坯体收缩越大，烘干速率会有所提高； 4、 坯体形状： 形状越复杂，各向收缩更不均与，内部应力会比较容易集中，更容易产生变形等问题； 5、 在目前陶瓷墙地砖生产过程中，一般均采用水分在 58%的粉(来自: 小龙 文档 网:陶瓷烧成制度)料进行高压压制工艺，坯体的致密 程度都很高，粉料的颗粒大小（级配）也有针对性的控制，堆积密度相对高且稳定，所以在干燥过程中，整体的收缩比较小。根据斯米克的实际的生产情况，坯体干燥收缩一般在%。同时，针对公司部分两次布料的产品，因为工艺的差异，面料和底料的水分存在一定的差异，导致在烘干过程中上下两层粉料之间的收缩存在一定的差异，内部的应力整体相对较大，容易产生开裂和变形（如平整度中凸或中凹现象） 四、干燥中容易出现的问题 1、 开裂： 开裂是烘干过程中（尤其是大规格产品，如600*600mm 以上）比较容易出现的问题。针对我们平板砖而言，该问题的产生根源是烘干制度的不合理，特别是在升速干燥和等速干燥阶段，由于表面水分挥发太快，外表面的毛气孔通道容易被堵住，造成内部的水分不易排出，内外应力加大，超过其弹性形变值后，导致开裂发生。为解决该问题，必须确保在烘干前期，升温速率适当放慢，并保持烘干的环境一定湿度，以平衡表面水平急速排出的情况，确保毛气孔通道的畅通； 2、 平整度中凸或中凹： 该问题在两次布料的产品中较为多见，主要原因面料和底料的水分差异较大，烘干过程中收缩不一致，导致砖坯变形而出现中凸或中凹现象。在实际操作中，可适当放慢烘干速度，能改善该现象。最根本的解决方法是要减少面料和基料水分的差异，同时对于可调整上下进风量的卧干器而言，可有差异地对上下进风量进行调整。 3、 干坯强度偏低或干坯水分偏高： 一般情况下，该问题主要是干坯含水率偏高所致。按照我们