技術/陶瓷墻地磚燒成工藝技術全分析

發布時間:2020-01-04瀏覽次數:

在陶瓷墻地磚燒成過程中,諸如變形、裂磚、黑心、色差、陰陽色、黃邊等嚴重影響產品質量問題,一直困擾窯爐工程師和生產技術、管理人員。其實,無論是工藝上或是燒成上的原因,一直以來,陶瓷窯爐工程師和相關技術、管理人員在不斷地摸索解決問題的思路和方法,由于對磚坯在輥道窯中的燒成具體變化情況不清楚、磚坯燒成機理不明,窯爐和配方的調試均存在一定的盲目性,對生產企業造成了大量的不必要損失。探索磚坯在輥道窯中的燒成變化情況及對磚坯燒成原理的分析,能為墻地磚在工藝配方、燒成控制及整個生產工藝控制上提供直接的參考依據。

一、磚坯的化學組成及主要特性:

磚坯在燒成過程中的變化主要取決于其化學組成,通常建陶磚坯配方組成中化學成份有SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、H2O 、IL 等。

 

Al2O3——含量取決配方中粘土的用量,粘土具有可塑性、結合性、吸附性、干燥燒成收縮性及高溫耐火性等,也就決定了生坯強度、坯體收縮率及燒成溫度等。

 

Al2O3———在磚坯中具有骨架作用,硬度高,拋光光澤度好,在加熱和冷卻過程中伴有石英晶型轉變,體積、強度發生變化。

Na2O、K2O——在磚坯中主要起助熔作用,降低坯體燒成溫度,由長石引入。

 

CaO、MgO——在磚坯中也可起助熔作用,同時具有增白和調節燒成溫度范圍的作用。CaO、MgO通常以碳酸鹽或硫酸鹽的形式存在,在煅燒中產生大量CO2、SO2氣體。

 

Fe2O3、TiO2——也具有一定的助熔作用,在常規白料磚坯中主要表現為負面作用,因為燒后變成黑點或綠點。

H2O、IL———主要由粘土引入,其它原料如石粉、石砂等也或多或少帶入一點。IL、 H2O在加熱過程中逐漸揮發。配方中的塑性粘土含有上述所有的成份,瘠性原料瓷砂、石等主要含SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO等。

 

二、磚坯在各區的化學變化:

輥道窯通常劃分為干燥窯、燒成窯的預熱帶、中高溫帶、高保溫帶、急冷帶、緩冷帶、強冷帶。

磚坯在不同的區域進行著不同的物理化學反應。

 

干燥窯:干燥器緩慢干燥(室溫~200℃)——自由水、吸附水基本排除。

預熱帶:窯爐預熱干燥(室溫~450℃)自由水、吸附水基本排除 結構水開始排除;(450~1000℃):碳酸鹽氧化分解(有機物氧化、碳酸鹽、硫酸鹽分解、硫化物氧化、石英晶型轉變。

 

中高溫帶(1000℃~最高燒成溫度):坯體氧化還原繼續---液相開始生成---形成新結晶---坯體急劇收縮。

高保溫帶:(最高燒成溫度~急冷區前)液相量增長--新結晶成長--瓷化。

急冷帶(保溫區溫度~580℃):液相凝固--石英晶型轉變

緩冷帶(580~400℃):石英晶型轉變--坯體緩慢降溫

強冷帶(400~80℃):坯體急劇降溫-- 石英晶型轉變

 

三、不同區域所造成的缺陷特征及質量因素:

1、燒成過程中常見產品缺陷

1)干燥窯最常見的缺陷:開口裂、邊裂、炸坯、滴臟。

2)預熱帶最常見缺陷:邊裂、中心裂、黑點、變形、陰陽色、黃邊。

中高溫帶最常見缺陷:變形、尺碼缺陷(大小頭、大小尺碼等)色差。

3高火保溫帶最常見缺陷:四邊頭邊變形、尺碼缺陷和色差。

 

4)急冷帶最常見缺陷:變形、風裂、色差。

5)緩冷區最常見缺陷:風裂、脆性、變形。

6)強冷區最常見缺陷:風裂(釉裂)、變形 。

 

2、干燥窯機理

生坯從壓機成型出來通常含有6%~8%的水份,不同品種有各自的水份要求。生坯含水率遠遠大于空氣濕度,所以,生坯燒成的第一步即干燥排水。在此,不管是燒在窯的預干區還是專門的干燥器,一并概括為生坯的預干區。預干區的排水主要是磚坯的吸附水(包括自由水),決定吸附水排除速度及完全程度的是干燥介質的溫度、濕度和流速,本質上是磚坯內水份的外擴散速度、內擴散速度及干燥時間。

 

A磚坯邊裂:燒出來的產品邊部出現若干5~10mm長的細小裂紋,裂紋深度往往在半磚厚之內,出現在磚的各個方面,無規律性,與壓機因模框或脫模造成的邊裂有所不同。 邊裂是由于磚坯邊部最先承受高溫介質而開始外擴散,且而內擴散緩慢,內部水份不能及時填補磚坯邊部粉料顆粒間,從而使得顆粒間產生空隙,由于不斷失水,空隙不斷拉大,同時磚坯干燥失水收縮產生內應力,拉大空隙,形成邊裂紋。如果顆粒大,顆粒間距大,由高溫液化而急劇收縮進一步拉大空隙,出窯則表現為開口裂往往裂透底且裂口寬度、長度都較大。開口裂、邊裂的形成還與機械振動折傷、磚坯水份不均勻、成型壓力不均勻、布料不均勻、顆粒級配不好有關,尤其是機械抖動極易造成開口裂。

 

B炸坯:根據熱工原理起始于干燥速度控制不合理,沒能使得坯體內外擴散速度協調。內應力大于磚坯彈性力和塑性力,則產生炸坯。維持結構完好的彈性決定于磚坯成型的壓力和顆粒間彼此粘接力;產生膨脹的內應力取決于水份的含量和溫度。因此,影響炸坯的因素便是:粉料的水份過大,成型壓力過大或過小造成磚坯的分層、壓力不均勻、水份不均勻、干燥升溫度太快、干燥起始外擴散能力不足等。

 

C細裂紋:磚坯經過干燥后又暴露在空氣中再進窯燒成,在暴露過程中會吸附空氣中的水份。吸附水的含量取決于坯體的干燥度及外界空氣濕度和坯體的致密度、暴露時間。如果磚坯經干燥后又吸水,表面重新被潤濕,后又急劇干燥,極易造成邊裂。滲花拋光磚印花后噴水、入窯干燥造成的裂人稱“水紋裂”。

 

磚坯干燥40℃開始表現明顯,120℃加速,300℃吸附水則基本排除,同時,磚坯在預干區還伴有因吸附水的排除而造成的體積收縮和坯體強度的增加,磚坯強度的增加從40℃開始,120℃表現相當明顯,且此時隨溫度的升高而強度增大。但又有一個極限,超過此極限則強度顯著降低,極限干燥溫度為250℃。

 

D落臟:滴臟通常表現在干燥過程中由于水滴粘附臟物,滴在磚坯表面造成。因磚坯需要熱源干燥,所以有的企業采用窯尾抽佘熱干燥,有的采用熱風爐送熱風干燥,也有的采用燒成窯的窯頭抽煙氣來干燥。對于抽佘熱干燥,滴臟很少,而對于后兩者特別是第三者來說滴臟機率大很多。因為熱風爐燃油和窯頭煙氣中含有硫份、炭粒,也就是說本身干燥介質就是臟的,而第三者更表現為煙氣中還含有大量的水蒸汽,這為液化為水滴準備了條件。

 

其次,因磚坯干燥要求采用高溫高濕的干燥方法特別對于大規格磚,因高溫高濕干燥容易使水份內外擴散均勻不致使造成邊裂。如何滿足高濕?一方面是引入高濕度干燥介質對前段進行干燥,另一方面則是控制抽濕量即關小抽濕閘來滿足。滴臟往往是干燥控制上顧此失彼造成。由于介質濕度大,水蒸汽遇冷便會形成水滴,水滴溶解窯內壁的銹跡滴到磚面形成滴臟。滴臟并不全是因飽和水蒸汽遇低溫鐵皮造成,也有的是本身飽和臟介質遇冷空氣造成。解決滴臟除了控制介質的濕度、潔凈度以外還要注意干燥器的保溫,盡量避免干燥器內的熱介質遇冷液化。

 

3、預熱帶機理

A化學結構水的排除

磚坯在輥道窯內預干區300~450℃,吸附水排除完全,部分礦物的結構水開始排除,對于粘土類礦物, Al2O3含量大化學結構水在450~650℃之間快速排除。因為結構水的排除迅速,收縮明顯,晶體結構遭到破壞。對于陶瓷地磚,由于規格大而厚,極易造成磚坯的中心裂。磚坯受熱從邊部開始逐步移到中間層,排水過程也是先至邊部后到中間中層。如果由于升溫過快而未及時排除吸附水,此時吸附水、結構水的同時排除引起中間急劇的收縮則易產生中心裂缺陷。中心裂通常表現為細小裂紋呈現于外表,也有的裂紋出現在磚坯的中間層。另外如果成型時布料不均或模具排氣不良,形成的中心裂更為明顯,裂紋較大。

 

有些礦物的化學結構水排除溫度很高,達1000℃,甚至更高。這類礦物在建陶中配方用量不大,控制得當,結構水的排除不會有太大的破壞性。

 

B氧化分解

墻地磚配方中的泥類含有有機質,有時為增強泥漿的懸浮性\流動性和坯體強度而加入有機添加濟,此類有機物在燒成過程中受熱氧化.同時,坯體中也含有一些碳酸鹽和鐵的化合物等雜質,它們在一定溫度下進行氧化分解放出CO2或SO2等。

 

碳素的氧化開始于400℃左右,一般要至900℃以上才可以完全,如燒不完全,則殘留在坯體內,形成黑心或黑點,釉面磚則還會造成因釉面熔融封閉坯體氣孔而形成釉面煙熏、氣泡、針孔。

硫化物、碳酸鹽的氧化分解反應程度,取決于磚坯中有機質的含量、窯內的溫度、氣氛以及反應的時間,相應的磚坯成型的壓力影響反應進行的快慢、時間。而氧化分解反應進行程度,就決定了是否出現黑心、針孔、汽泡、煙熏等缺陷。對于低溫熔塊石灰制品,針孔缺陷是很難避免的,因為釋放的氣體很多。

 

在氧化氣氛中,烯料中的游離硫及硫化物釋放的硫份,若遇水蒸氣便可形成亞唷酸進而形成硫酸,具有腐蝕性。所以,抽煙系統及窯前段金屬結構容易被腐蝕結垢或剝落。不僅如此,亞硫酸若個在于透明熔塊釉中,容易與熔塊中的鋇、鈣化合物反應結成“鹽霜”。此反應在整個升溫過程中釉面熔融狀態下都可能產生,鹽霜與硫化物含量、燃料產生的流份、燃燒的氣氛、水蒸汽含量有關。

 

C石英的晶型轉變

陶瓷墻地磚中的石英(SiO2) 含量在70%左右,一般>60%,而石英在熔燒過程中會出現多次的晶型轉變。不同溫度下的轉變有各自不同的特征,主要表現為體積膨脹,石英的膨脹會導致磚坯內部結構的變化,直接影響到磚的強度、光澤度及變形度等。

 

石英在晶型轉變過程中,570℃時的B石英轉為A石英的速度最大,有0.82%的體積膨脹,雖然這時體積膨脹很小,但其轉化速度很快,又是在固相條件下進行,破壞性強;870℃A石英轉變為A鱗石英時,體積增長最大(+16%),但速度很慢,所以破壞性不強。磚坯的高硅含量很容易導致磚坯在573℃左右開裂,包括升溫裂和冷卻裂(冷卻裂因沒有磚坯顆粒間空隙,更窺裂)。這里先討論升溫裂。升溫裂對于建陶并不常見,因生坯本身尚未液化,未形成低共熔物,石英快速晶型轉變并不傷及整塊坯體,更主要的是輥道窯通常預熱升溫速度比較慢,沒構成破壞。

 

磚坯在870℃時出現A石英—A鱗石英的轉變,體積增長最大(+16%),不過轉變速度慢,不會造成磚坯結構破壞,但因石英含量高,整個磚坯體積膨脹大,相對抵消部分因水份排除、氣氛分解反應的體積收縮,整體磚坯體積會增大,燒成收縮率越小的配方越明顯。如果磚坯上下表面同時開始膨脹,不會造成大的影響,而有一面先膨脹,就導致變形,在輥道窯的設計乃至實際點槍上,往往是下部槍點多,特別是前區,有的甚至前區上部不點槍而下部點槍較多。

 

從表面考慮,這是企業重視磚正面質量的原因所在。對釉面磚,如果面溫提高過早便得釉面始熔過早,容易造成針孔、氣泡、黑心、黑點、煙熏等缺陷。預熱區點槍的輥下磚坯實際溫度往往比未點槍的輥上磚坯實際溫度高,所以表現為先整體上翹變形。如果磚面溫度高于底溫,就整體下拱,磚坯隨著燒成的不斷進行,面上和底下都會達到870℃,不過是先后而已,這時磚坯會是一種什么樣的變形呢?

 

假設磚坯下面先達到870℃,底面先膨脹從而整體上翹。此時上面仍存在氧化分解不斷形成可被壓縮的氣孔,使得上翹得以進行。而當上面開始達到870℃,下面的氧化分解已接近完成,也就是可被壓的氣孔少,同時又有部分產生的液相填補,所以,磚坯整體下拱受到阻力,但仍然可以存在,不過下拱幅度小些,磚坯存在整體上翹形式。但由于重力使得磚坯存在下塌的趨勢。

 

從整個預熱帶分析看,磚坯在預熱帶的缺陷,如中心裂受結構水的排除影響,黑心、黑點、針孔氣泡煙熏受氧化分解影響,陰陽色、黃邊受氧化分解、燃料燃燒影響,變形受石英晶型轉變影響。

 

4中高溫帶機理

墻地磚因其內質的要求不同,最高燒成溫度不一樣。磚坯在中高溫區主要為燒結甚至瓷化,同時存在氧化分解反應,大量液相生成逐步燒結。

配方中的部分有機質、碳酸鹽、硫酸鹽、硫酸鹽物質受成型壓力、前期氧化分解程度的影響,須在高溫燒成時得以繼續氧化分解。只要存在氧化氣氛,該過程就有繼續進行的條件。目前建陶燒成絕大部分是氧化氣氛。

 

磚坯中存在不少的助熔性礦物,如鉀、鈉長石等,O2K、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等熔劑氧化物在不同的溫度下能與SiO2和Al2O3形成各種低共熔物開始出現液相。與K2O、Na2O熔劑生成低共熔物,有的在750℃左右隨著溫度的升高,長石等原料熔融,坯體中的玻璃相逐漸增多,這種玻璃物質具有熔解石英和粘土質顆粒及其它晶體能力,溫度愈高時間愈長,熔解的量越多。對于坯體而言,在預熱帶開始生成少量液相,主要在中高溫區出現量大。大量液相的出現能促使SiO2和Al2O3在1100~1200℃重新結晶為莫來石,相對降低重結晶的溫度,有利于坯體瓷化。

 

中高溫區產生大量液相能填補坯體顆粒間的空隙。顆粒在表面張力作用下互相靠攏,急劇收縮,直到燒成。應該指出的是液相量的過早出現和過剩,對變形形式及程度的影響很大,如液相過量或存在時間過長,會產生“沸騰”效應,從而使得塑性狀態下的磚坯出現腫脹,即過燒膨脹,氣孔率重新升高。

 

A尺碼變化:與尺碼相關的產品缺陷有整體大尺碼或小尺、大小頭、長短邊、窄腰、鼓腰等。這些產品缺陷大部分由壓機成型造成,在燒成過程中反映出來,對于窯兩邊的尺碼大于中間位的尺碼,是窯邊因散熱吸風等降低了溫度,產生的液相量不足或時間短相對收縮小導致而坯體收縮是靠液相去填補顆粒空隙及拉攏顆粒,如在成型時整體壓力大,則顆粒間原本空隙小,那么收縮佘地小,窺出現整體大尺碼現象;而如果局部壓力大,局部粉料顆粒空隙小收縮佘地小,往往出現局部尺碼偏大現象,如兩鄰邊分別受壓不一,則容易出現短邊;如兩對邊受壓不一,容易出現大小頭,如同邊角部比中心訓受壓力大,則容易出現窄腰等。

 

B、變形:在中高溫區的變形通常表現為四角變形、角部變形、垂直棍棒邊的折式變形、扭曲變形、輥棒效應式“了”字形變形等。

四角變形——四角同時上翹或下塌,是由于磚坯四邊、四角受熱快、受熱時間長導致。如果中高溫區面溫高于底溫一定程度,則四角同時上翹,反之亦然。

 

角部變形——單角變形,因為磚坯存在液相,必須先排除該角在窯內行進所受的機械阻力,如擦墻、粘磚、碰瘤等。磚坯在窯內行進的位置及槍火的長短、水平溫差,有時都對角部變形有決定性影響。

 

折式變形——如果磚坯正中通過輥棒結瘤位,該處會留下一縱向折式變形,是重力造成。橫向折式變形,是因為經過石英晶型轉變后,進入中高溫區前段,已經產生了液相,如該時溫度急劇升高,液相急劇產生,收縮急劇變化,如上下溫差大,則朝溫度高的一面折式翹曲變形,折式變形跟棒距和上下壓差、輥面平整度有關。

 

扭曲變形、輥棒效應“了”字形變形——扭曲變形,磚坯縱向水蛇樣扭曲的變形。這是一種復合變形,先是預熱區的整體變形,后是中高溫區的局部變形,二者重合形成。扭曲變形還與急冷、緩冷有關,要視具體變形狀而定。

 

5高火保溫帶機理

高火保溫區是液相進一步形成的區域,對急冷起緩沖作用。高火保溫區一般只是最高燒成區的1/2長,溫度也低于最高燒成溫度50~100℃左右,由于高火保溫,磚坯產生的液相更多,收縮加劇。也由此磚坯在此段受上下溫差變形較多,主要是磚坯前兩角或前邊變形,嚴重的會導致整體變形,其變形機理與最高溫區一樣是收縮變形是向溫度高的一面翹曲。

 

高火保溫使磚坯進一步液化,一般情況下磚坯收縮加大。如果磚坯配方原料溫度過低或磚坯在此前已液化較完全,在高火保溫帶過長易造成過熱膨脹,反而形成開口或閉口氣孔,到急冷時固化,導致吸水率加大及磚坯拋光后存在小氣孔。對于釉面磚,往往表現為釉面過火出現細小針孔,有的直接表現為大口氣泡氣孔,防污能力、光澤度下降。

 

6急冷帶機理

冷卻是成熟的磚坯從液相轉化為固相,即磚坯從高溫塑性狀態降至常溫的過程.考慮產量、產品的出窯溫度,更重要的是產品質量,從而劃分為急冷、緩冷以及強冷三個過程。

 

急冷理論上是可以將高火保溫下的磚坯迅速冷卻至573℃。這也是一般所認為的做主573℃時緩冷而不至于因B石英與A石英的晶型轉變而開裂(即風裂、風驚)。事實上,不同產品有不同的冷卻要求,大規格與小規格不同,釉面磚同玻化、拋光磚不同。急冷對于釉面磚,可以增加釉面的透明度和光澤度,因為釉內含有大量的硅,尤其是熔塊釉,冷卻結晶傾向強烈,釉內如有晶體生長,就會使透明度與光澤度受到影響。而影響結晶程度是在釉面的軟化點溫度范圍的時間(有光釉的始熔溫度在800℃左右),時間越長,結晶導致的失透越明顯,快速冷卻能很快地越過軟化點溫度范圍,防止大量晶體的折出。

 

所以對有光釉,快速冷卻對釉面透明度及光澤度大有益處。急冷對拋光磚拋光光澤度有影響,因為坯中的硅冷卻形成類似為玻璃相的物質,拋光光澤會好,但拋光磚往往都是大規格的要考慮急冷裂及急冷強度。

 

急冷是使磚坯從液相轉化為固相的過程,也就伴有物理變化即體積收縮,對于厚而大的坯件,如急冷快,則會由于內外散熱不均勻而造成不均勻應力,引起開裂。這種開裂一般都有明顯紋路,而且斷口有些蠟質光澤。不容忽視的是急的上下溫差過大,也會引起上下收縮不均勻,由于磚坯規格大,冷卻散熱時間長,所以,對于大規格磚來說,急冷緩冷區都應該長些。如果急冷段太短,則為避免磚坯過高溫進入緩冷,急冷風就要加大,急冷風的加大,磚坯四周熱交換最快冷卻最快,但中心部分散熱緩慢仍呈高溫,這種溫度差引起應力差再加上石英晶型轉變開裂,由邊部開始的風裂在所難免。

 

對于輥道窯的箱體結構來說,窯墻的傳導散熱及窯邊輥棒與石棉間隙不密封以及事故處理口處的傳導散熱及不密封,窯體中間部位溫度高于兩邊,如果出現窯兩邊磚風裂,除檢查窯體密封外,適當提高急冷區溫度是有必要的。必須指出的是急冷區冷風入窯,熱電偶顯示溫度肯定低于磚坯的實際溫度,一量出急冷區,顯示溫度往往會反彈,磚坯規格越大越明顯,窯速越快越明顯。

 

急冷和中高溫區、高火保溫區一樣,坯中都存在液相,存在物理化學變化,其中重要點之一就是對磚的顏色有決定性作用。磚的顏色主要取決于著色劑(包括色料)燒后的呈色,而溫度和氣氛是影響著色離子價位、狀態的決定因素。有的著色劑在不同的溫度、氣氛下顯示不同的顏色。所以在高溫燒成時(包括中高溫區和高火保溫區)溫度高低,高火保溫時間及氣氛決定出窯磚色澤。急冷區對磚坯的呈色的影響主要是氣氛。急冷是離心式通風,把外界空氣注入急冷區冷卻磚坯,而空氣中含有21%的氧氣,也就大大改變了急冷區的氣氛——氧化氣氛加強。對于對氣氛敏感的著色劑,急冷的調節是影響出窯磚呈色的重要因素。

 

前面已經分析過石英的晶型轉變,在急冷過程中存在870℃時的A鱗石英與A石英間的晶型轉變。磚坯從高火保溫進入急冷,磚面磚底都會承受急冷風冷卻至870℃而體積膨脹,此時磚坯由于規格大及本身傳導熱的物理性能,各點到達870℃的時間是不相同的。結合前面的分析,邊部、角部是最先到達870℃的。870℃時還存在液相,變形最先體現在四邊四角,當面部到達870℃時,磚坯面開始膨脹而使整個磚坯呈拱形,隨著溫度的降低,液相固化而使面部可塑性明顯下降及顆粒基本喪失遷移能力而保持相對硬化,此后底面到達870℃時開始膨脹,而由于面部已基本硬化定型而大大阻礙磚坯上翹趨勢,等底部硬化定型,則出窯磚往往整體拱形。急冷區通常表現為正壓,如果面部急冷風壓力大于底部(即上急冷風大于下急冷風),磚坯也會因邊角被壓下而呈拱形。

 

而磚坯垂直棍棒的兩邊支撐,同時磚坯由于液相處重下垂和輥棒的傳導傳熱,不管是拱還是上翹變形垂直輥棒的兩邊變形度通常小于平行輥道邊的,從機理分析上可知,急冷變形是因磚坯的液相存在可塑性,也就是說高度液化(瓷化)更容易受急冷影響而變形,以此類推,瓷質磚比炻質磚易受急冷影響而變形,炻質磚又比陶質磚易受急冷影響而變形。其實根本問題還是燒成的中高溫區及高火保溫區,對于變形,最終原因還是在燒成過程,急冷調節變形只是輔助手段。燒成變形與否,根本原因取決于配方中各組分的含量,因為各種不同礦物高溫塑性是不一樣的。

 

7緩冷帶機理

磚坯經過急冷之后,便進入緩冷區。磚坯在573℃時基本固化,這時的石英晶型轉變很窺導致整個磚坯破裂或強度下降,可見緩冷控制的重要性。控制緩冷,和磚坯的和類、規格密功相關。一般而言,為滿足快速冷卻而又不開裂,要求急冷在不使磚坯開裂的情況下盡可能降低些溫度,從而就縮短緩冷所需的時間。因為磚坯本身規格及窯墻散熱等原因,窯爐橫向方向上各磚進入573℃的先后也不同,控制不好,都會導致開裂,要求緩冷段盡可能減小水平溫差及空氣流動度和相應延長緩冷時間。磚規格越大,緩冷段要求越長,但這又不是一成不變的。

 

如果只是延長緩冷,而忽視緩冷的各抽熱風閘的調節,同樣會導致導磚坯的風裂或脆性因為影響風裂或脆性除了溫度外,還與介質流速有關,同樣的介質溫度下,流速越快,磚坯本身冷卻也就越快。因此,緩冷段的壓力控制及各閘的開度控制相當重要。

 

在窯爐設計及操作控制上,緩冷前段采用間壁冷卻對釉面質量保證相當重要。為避免冷風對緩冷區的影響,急冷與緩冷、緩冷與強冷間的馬弗板擋火墻的高度設置也是不容忽視的。總的來說,緩冷的控制是盡可能使窯內磚坯任何一部位在573℃時都能緩慢過渡,此后便可強制冷卻。573℃是個理論溫度,在窯爐控制上不可盲目迷信于冷卻段各熱電偶的顯示溫度,這跟前面講的急冷區的情況是一樣的。

 

傳統上緩冷控制在保證磚坯的強度上,其實這是不完全的,首先緩冷抽熱要盡可能考慮加速冷卻以提高產量提供調節佘地,以及抽到更多的佘熱以便利用,再次還應注意緩冷區對變形的影響。緩冷變形并非就是磚坯在緩冷時變形,因為此時磚坯已固化,它間接影響急冷區而變形。

 

急冷、強冷打入的冷風大都要經過緩冷抽熱抽走以維持窯爐平衡(有的窯爐在設計上考慮比較成熟而又單獨為強冷提供了一個抽廢熱風系統,與緩冷抽熱分離)。緩冷抽熱風很大程度上影響到急冷,會因緩冷抽熱的改變而改變急冷的上下冷卻,也就可能改變原來的急冷變形趨勢,這種情況在生產控制中應盡量避免,以保證冷卻質量及系統的穩定性。若為之,很可能會顧此失彼或者得不償失。

 

現在的輥道窯一般只是上部高抽佘熱,對上部的急冷影響更大,如抽熱風加大,急冷風循環加快,冷風往窯尾方向趨勢增強,冷卻更快窺使磚拱形,但這種影響幅并不大。

 

8強冷帶機理

對于快速燒成和大規格磚燒成,對出緩冷時磚坯表面溫度仍很高的制品,強冷是必不可少的。后期強冷,既是為窯尾執磚工的勞動強度考慮,也是為制品的出窯質量考慮,因為磚坯在163℃、117℃時還存在鱗石英系列的快速晶型轉變,很可能導致磚坯出窯因環境溫度、外界空氣流速、溫度影響而使脆性加大,這對于大規格磚來說尤為明顯;而對于水晶釉面磚,則會出現釉面風裂,如果強冷控制得不好,磚在此時會出現質量問題;而有時因窯速影響出窯磚經過強冷風冷卻也無法降低磚溫,有的窯爐甚至沒有強冷風,所以有必要采用出窯口淋水冷卻,這種方法可以將磚急劇冷卻,但也有弊端,極易因此造成強度降低,脆性加大。可見強冷也是不容忽視的。

 

四、磚坯在窯爐中的表面物理變化

1重量的變化

由于干燥排水及氧化分解造成燒失,磚坯經過燒結后重量減小,收縮越大的制品重量減小越多。

 

2體積的變化

由于生坯中的水份蒸發、體積收縮及液相量生成填補顆粒縫隙拉攏顆粒造成體積收縮。燒成過程的石英晶型轉變造成的體積膨脹,只能抵消部分收縮。就整件磚坯而言,燒后體積到底會收縮多少,要視配方組成、成型壓力以及燒成溫度。對于拋光磚而言,考慮到白度及拋光光澤度,一般配方要求收縮大些而對于不磨邊的制品如瓷片等,為保證尺碼齊整,則要求收縮小些。值得注意的是有時磚坯出窯尺碼會大于壓機成型時的磚坯尺寸,比如瓷片磚坯在素燒不完全的情況下,會出現這類情況。

 

3氣孔率的改變

磚坯在燒成過程中體積收縮,氣孔率降低。如磚坯已在完全瓷化的時候繼續受熱,則會產生液體“沸騰”現象而體積膨脹,氣孔率也開始加大。同樣的燒成溫度下,還原氣氛比氧化氣氛煅燒氣孔率低,吸水率小,抗折強度大。

 

4顏色的變化

許多原料乃至色料、色釉,在一定溫度、氣氛下呈現不同的色調,磚坯經過燒成后顏色發生不同的變化。同件磚坯經過不同燒成次數后呈色也會有所改變,而對于不同的窯來說,因氣氛、溫度、壓力及窯速不同,燒后都會有色差。只要清楚磚坯的呈色機理及變化原因,是完全可以盡可能調近顏色。

 

5強度與硬度的變化

磚坯入窯后隨著機械吸附水的排除,強度略有擔高。573℃石英晶型轉變及氧化區結構水的排除、礦物的氧化分解、強度都略有下降;750℃以后隨著液相生成而強度逐漸增加,在良好的燒成溫度下,坯體強度在磚坯完全液化時達到最高,過燒膨脹又會下降。

 

五、總結

正是由于這些變化,才出現這樣那樣的產品缺陷。陶瓷燒成是個復雜的過程,磚坯在窯內各點進行全方位跟蹤(比如重量、體積、氣孔率、顏色、強度、硬度),了解這些具體的變化及幅度后,分析和解決產品缺陷就容易得多。陶瓷行業能耗一直是企業重要的經濟效益指標,只有真正能掌握磚坯在輥道窯中的燒成變化,在控制上就能很有效地把握各點的溫度,從而避免不必要的損失,節能降耗就能落在實處。


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