辊道窑操作调控：温度、气氛和压力|陶瓷干燥与烧成技术

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：辊道窑的操作调控包括：温度制度，气氛制度和压力制度的调控。现代辊道窑排烟总闸一般全开，其排烟抽力大小通过变频器改变排烟风机的电机转速进行调节；对于长200米以下的辊道窑一般采用窑头集中排烟方式，各排烟支闸的调节影响较小，故一般情况下不做调节。目前，大部分辊道窑烧成带温度采用自动控制，其燃料量由温度控制器给出指令，由执行器调节，所以会严格执行温度制度，避免人为调节带来的偏差。

辊道窑的操作调控包括：温度制度，气氛制度和压力制度的调控。这三者的调控是统一的不可分割的。在进行调控操作前，必须先制定产品的烧成制度，在制定产品的合理烧成制度后，如何执行烧成制度，就是窑炉操作调控的关键。现分述如下。

（一）温度制度的调控

根据烧成制度，窑内沿长度方向有一个合理的温度分布曲线，并在窑内各个重要温度点都设有测温装置（热电偶），以监测窑内温度分布是否符合温度制度。但在观测温度时，根据传热原理，在预热带热电偶测得的温度要高于产品温度，而要小于烟气的温度；烧成带与预热带相似，但温差较小，热电偶测得的温度较为接近产品的温度，而却低于烧嘴火焰温度；在冷却带与烧成带相反，热电偶测得的温度小于制品的温度而大于空气的温度。

1.预热带温度的调控

（1）预热带温度的调控目标

主要要控制三个关键温度点，即窑头的温度，预热带中部温度及预热带末端温度。

窑头温度过高，易使坯体变形和开裂，窑头温度一般控制在150℃～300℃，其具体温度要根据产品的大小、厚薄、致密程度以及含水率等而定。预热带中部温度控制在500℃～600℃，若温度过高，则窑头升温过快，若温度太低，说明窑头温度低，这样预热带后部就必须加快升温，一方面可能在产品晶型转化处产生坯体开裂；另一方面使产品部分氧化反应时间不足，造成产品产生黑心、针孔、气泡等缺陷。预热带末端一般控制在950℃左右，它的温度可反映坯体在整个预热带的预热效果，并间接影响坯体在烧成带停留的时间。

另外，还要特别注意预热带辊上辊下的温差，若中后部辊上辊下温差过大，产品易产生上翅、下弯甚至出现波浪变形等缺陷。

（2）预热带温度的调控手段和主要方法

①排烟总闸和各支闸。排烟总闸只有在整个预热带温度过高或过低时进行调节，调节排烟总闸对窑内压力制度影响较大，要谨慎使用该调节方式。现代辊道窑排烟总闸一般全开，其排烟抽力大小通过变频器改变排烟风机的电机转速进行调节；对于长200米以下的辊道窑一般采用窑头集中排烟方式，各排烟支闸的调节影响较小，故一般情况下不做调节。对于更长的辊道窑，其预热带可采用前密后稀的分散排烟方式，各排烟支闸可调节预热带局部温度。例如，若窑头温度过高，可部分开启预热带后部排烟支闸，让烟气提前离窑，减少流向窑头的烟气量，从而降低窑头温度。但此方法会使烟气提前离窑造成浪费，另外还会减慢烟气流速，减小气体扰动作用，引起气流分层，产生上下温差。

这种采用“抽风”的调节方式称为负调节，不利于节能，应较少采用。

②预热带辊下单排烧嘴和辊上冷风喷嘴。辊道窑预热带辊下布置一定数量的烧嘴，辊上相应布置一定数量的冷风喷嘴，一般地，由于几何压头的作用，辊上温度往往较辊下温度高，若出现此情况，可点燃辊下烧嘴提高辊下温度，或开启辊上冷风喷嘴，降低辊上温度，冷风喷嘴还可起到搅动预热带气流，均匀上下温度的效果。

这种采用“鼓风”的调节方式称为正调节。喷出的气流，有利于预热带气流循环，减小温差。但采用正调节方式，也要消耗燃料，所以，在正常生产时，这些设备只作为备用。

③预热带和烧成带间的辊上挡板。挡板的作用是迟滞烧成带烟气向预热带的过快流动，并引导烟气围绕产品流动，均匀加热产品。挡板的上提可加快烧成带向预热带烟气的流动速度，提高预热带温度，而下放挡板则起到相反的作用。例如：预热带产品的波浪变形，就有可能是烧成带向预热带烟气的过快流动所致，此时可考虑下放挡板，减缓烟气流动速度。此外，预热带横向间也会有温差，造成两侧和中间产品温度不一致，一个原因是预热带负压，若孔砖和辊棒间的密封不严，易漏入冷风，此时应在孔砖和辊棒空隙处加塞耐火纤维棉，加强密封；另外，由于窑墙的吸热散热，使两侧产品吸热不足。若采用的是锯齿状上挡板，此时可适当提高两侧挡板，中间挡板不动或略下放，以增加两侧烟气流量和流速，使两侧获得更多热量，均匀横向窑温。

2.烧成带温度的调控

（1）烧成带温度的调控目标

①控制最高烧成温度和高火保温时间。烧成带是产品的成熟阶段，最高温度过高或过低，高火保温时间过长或过短会导致产品的过烧或生烧，严重影响产品质量。

②控制好烧成带的升温速率。若烧成带前期升温不足，可能导致产品在高火保温时间的不足，引起产品生烧；反之，若烧成带前期升温过高，又会导致产品在高火保温时间过长，引起产品过烧。

③要注意烧成带辊上辊下的温差，因为在烧成带产品液相生成，易出现软化变形等缺陷。由于几何压头的作用，导致热烟气的上升，辊上温度易高于辊下温度，所以在窑炉的实际温度控制中，温度仪所显示的温度，一般辊下略高于同断面辊上温度约20℃。

（2）烧成带温度的调控手段和主要方法

①控制烧嘴燃料量和助燃空气量，以及二者合理配比。目前，大部分辊道窑烧成带温度采用自动控制，其燃料量由温度控制器给出指令，由执行器调节，所以会严格执行温度制度，避免人为调节带来的偏差。但要注意两点：一是温度控制器是根据测温热电偶所测温度来进行调节，所以热电偶测温的准确性和灵敏度非常重要，另外，热电偶导线是否裸露，补偿导线是否标准都会影响测温的精确，必须经常检查；二是助燃风的调节为人工操作，由于陶瓷墙地砖主要烧氧化气氛，故有的操作人员为执行气氛制度将助燃风加大，但助燃风量太大，有可能造成烧嘴附近靠近窑墙处的温度偏低，引起横向温差而造成产品缺陷。

②控制两侧烧嘴喷出的火焰长度。一般烧成带两侧烧嘴喷出的火焰长度一致且恰好在窑的中央交接，可避免产生水平温差。若火焰长度较长，易造成中间温度过高，此时应适当加大助燃风量，反之，当火焰过短，则窑中间温度偏低，可减少助燃风量。

③烧成带挡板和挡墙。挡墙为固定不动，所以能调节的是可上下提放的挡板。但挡板的调节会引起烧成带辊上辊下温差，控制不当易造成温度混乱，应谨慎使用此方法。

3.冷却带温度的调控

（1）冷却带温度的调控目标

①急冷段温度，特别是急冷段末的温度，一般应控制为700℃～800℃，由于热电偶温度会低于制品温度100℃～200℃，所以窑炉急冷末端显示的温度一般为500℃～600℃。

②缓冷段温度，特别是500℃～600℃温度段，由于此阶段产品石英晶型转化，带来体积效应，是产品产生风裂的危险区，应减缓降温速率；(www.chuimin.cn)

③窑尾出窑温度，由于出窑后产品仍可能发生惊裂，且不利于后道工序操作，最好应控制在80℃以下。

（2）冷却带温度的调控手段和主要方法

①急冷风量和风压，冷却阶段的产品开裂，其裂口往往较锋利，渗釉少，可根据所测温度和产品出窑情况调整急冷风量和风压。一般地，急冷区后段的急冷风管的开度要比前段的稍小，以免产品发生风裂；同时要注意烧成带热烟气流动对急冷风的干扰，保持烧成带和冷却带的压力平衡。

现代辊道窑急冷区温度多采用变频自动控制，通过变频器调节急冷风机的电机转速，从而改变急冷风量、风压，调节温度。例如：若烧成带末端温度下降，可能是急冷风进入烧成带，变频装置会自动减少急冷风量、风压，平衡烧成带末端和急冷前段的压力，使烧成带末端温度恢复。若出急冷区温度下降，变频装置也会根据此处设定温度和所测温度的差别自动调节急冷风量、风压，使温度重回设定温度。

②缓冷段温度调节手段主要有抽热风量、间接冷却风量和烧嘴等。由于抽热风量的改变会影响窑内压力制度，所以靠近急冷区的抽热风支闸开度应保持烧成带和冷却带的压力平衡，为使产品缓慢冷却，其余抽热风支闸开度向窑尾方向逐渐加大；而间接冷却风不会影响窑内压力制度，应充分利用其调节温度的作用；若缓冷区降温过快还可适当开启烧嘴升温。

③尾冷区主要有冷风喷管和轴流风机（扇），通过调节冷却风量控制出窑产品的温度。有的辊道窑为防止尾冷风过大影响窑内压力制度，将尾冷区和缓冷区窑体适当分开。

（二）气氛制度的调控

1.调控目标

辊道窑烧制陶瓷墙地砖产品一般为全氧化气氛，但在600℃前，控制中性或弱氧化气氛，有利于提高烧成温度，提高燃料利用率；在600℃～1050℃阶段，由于有机物的燃烧，硫化铁、碳酸盐的分解等，氧化气氛应适当加重；而产品成熟阶段，则保持弱氧化气氛，可有效提高烧成温度，节省成本。

2.控制手段和方法

控制烧嘴燃料量和助燃空气量的配比，即控制空气系数α＞1。多数辊道窑燃料量为自动控制，而助燃空气量为人工手动操作，具体操作时，应避免烧嘴长火、飘火甚至冲烟等还原现象。有的气烧窑内因煤气压力波动会出现瞬间还原气氛，要及时加以调整。另外，还要注意助燃风管道的漏风可能导致助燃风量的不足等。

（三）压力制度的调控

辊道窑属中空窑，从烧成带末端至窑头压差不大，一般只有30Pa～40Pa，一般采用微压计分别对预热带、烧成带及冷却带等关键点的窑压进行测量。控制窑内压力制度主要做到如下几点：

1.控制目标

（1）首先控制好零压位，尤其是加热段的零压位。零压位稳定了，全窑的压力制度也就稳定了，若加热段零压位前移，易造成烧成带正压过大、后移，易使预热带负压过大。

（2）控制烧成带微正压，以阻止产品釉面液相生成后砖坯继续排气产生针孔等缺陷。若正压过大，易导致热烟气从孔砖、辊棒间密封不严处漏出窑外，损失热量，并使车间环境变差。若为负压，窑内容易从窑边（如：辊孔、观察孔等处）吸入冷风从而降低窑侧边温度，使得靠窑边砖的尺码加大，出现大小头砖，甚至使产品产生色差等缺陷。

另外，保持烧成带辊上、辊下的压力一致对于减小上下温差也有一定作用。

（3）控制预热带微负压，有利于产品中水气和坯体氧化分解产生气体的排除。若预热带负压过大，易从窑头及其他封闭不严处漏入冷风，沉于辊下，造成上下温差。

（4）保持烧成带和冷却带间的压力平衡，避免两者之间的相互干扰。热烟气若流入冷却带，除影响冷却效果，还可能造成产品釉面析晶失透、烟熏等缺陷。冷却带冷风若大量流入烧成带，易使高火保温区温度下降，造成产品生烧等缺陷。

2.控制窑内压力制度的手段和方法

（1）烧嘴燃料量、助燃空气量和总排烟量的平衡，只有二者的平衡，零压位才能稳定。

（2）挡板和挡墙，挡墙加高，挡板放低，会增加烟气流动阻力，减慢流速，要保持原有烟气流速，就需加大加热段两端压差，这样，烧成带正压可能加大或预热带负压加大。

（3）急冷风阀的开度，保证烧成带和冷却带的压力平衡。目前，急冷风量、风压的控制也采取自动控制，即急冷风阀全开并保持不动，由变频器控制风机电机转速进行调节，而变频器又是根据急冷末端和烧成带末端的温度变化来控制风机电机转速的。

（4）抽热风阀的开度，保证冷却风量和抽热风量的平衡，使缓冷段产品缓慢而均匀冷却。

总之，辊道窑烧成制度的调控，温度、气氛和压力之间相互作用，牵一发而动全身，应深入分析，谨慎调节，每次调节都要进行效果观察，其关键是根据产品烧成质量找到温度、压力和气氛的合理平衡点。