窑炉控制对产品质量与能耗的影响

 

窑炉生产参数控制对制品质量与能耗的影响
工业窑炉的生产参数控制包括：温度、气氛和压力的控制。
一、     温度控制
使原料或成型胚体按工艺要求，进行升温、保温及冷却的控制，以期完成所需的物理、化学变化，获得合格的产品。烧制硅酸盐产品时，为达到温度控制的目的，一般事先要制定一条合理的烧成温度曲线，即窑炉的温度控制。
影响窑炉内温度均匀、稳定的主要因素包括：
①  燃料种类及其热值；
②  燃烧方法、燃烧室结构分布；
③  助燃空气的比例与温度；
④  窑炉结构、耐火材料的选择；
二、     窑内气氛控制
在工业窑炉内，煅烧物料或制品时，不仅有物理过程，还有化学反应。在窑内，除了原料之间的反应外，燃料与周围介质之间也有反应。如果介质为气体，该气体所具有的性质称为窑内气氛。
窑炉内的气氛可以分为：
①  氧化气氛
     当窑炉内含有过剩的氧时，称氧化气氛。此时窑炉内的气体的分压较高，易使其中的物料发生氧化反应。氧化气氛由工艺要求的。
②  还原气氛
该气氛下窑炉内气体中CO和H₂等的分压较高，此种气氛可使物料中的氧化物发生还原反应。不仅如此，瓷坯中的硫酸盐、磁铁矿和云母等含铁物质的分解在还原气氛中可提前到坯、釉尚属多孔状态下完成，这时气体可自由逸出，过少膨胀大为减轻。烧纸日用瓷时，当坯中含铁量多时，为使瓷色白里泛青和增加透光度，高温时需采用还原焰。烧制电瓷制品，一般也采用还原焰。
③  中性气氛
当窑内的氧含量不过余也不缺少时的状态，这样的气氛就是中性气氛，这种气氛状态有利于节约能耗。
④  特殊气氛
对于特种气氛陶瓷和特种耐火材料窑炉，需要从周围气体介质中摄取所需元素，如利用氮气作介质以制取氮化物（如氮化硅、氮化钛等）。也有由于某组分易于挥发，需要在气氛中增加该组分分压以阻止其挥发，如钛酸铅陶瓷烧成时，需要造成PbO气氛，以阻止样品中PbO的挥发。
窑炉内气氛控制的目的在于在加热煅烧的过程中完成一些所需要的化学反应，在工业窑炉内不仅有一定的气氛要求，还要使气氛与物料或制品各部分之间反应均匀。
三、     窑内压力控制
工业窑炉一般是在常压附近操作，及窑内压力接近于大气压。即使如此，操作时各处仍有微正压与微负压之分，此中窑内压力分布曲线即为窑的压力制度。窑炉内应有一个合理的压力制度以确保全窑温度制度和气氛制度的实现。为了严格防止非控制的自由真空气进入窑内，维持窑内原有气氛（如还原性气氛）下燃烧，则窑内必须保持微正压。
由气体静力学可知，窑内不同高度上的相对静压头的数值不同，通常将窑低水平面上的压力定为标准，当窑内需要保持微正压时，该处有约6Pa的压力。6Pa的压力虽然小，但是如果在炉门上有一小孔，这样小的压力也足以使气体从小孔喷出的速度达到3—6m/s。因此窑炉内部各部位都不应有过大的压力，以免产生大量的漏气。
工业窑炉内呈微负压时，不仅可以保证换将清洁，操作安全，同时窑内某部分呈负压也是维持气体流动的、及时排除废气的需要。但是如果负压过大，不仅动力消耗过大，同时窑炉内温度易波动，以及由于冷空气的漏入造成窑内气体分层，上下温度分布不均，从而影响产品质量。
有些窑炉无法只靠自然通风进行生产，需要机械鼓风和抽出烟气，因此设有鼓风、抽风和排烟等设备，给窑内造成各种静压头。鼓风处必成正压，且远大于6Pa，而抽风或排风处必呈负压，因此窑炉上直接设有鼓风和抽风时，更要加强窑炉的密封。
影响窑炉内压力的主要因素有包括：
①  窑的生产能力，也即窑的热负荷情况；
②  制品堆垛的结构型式，也即气体通道大小；
③  烟道闸门的开启度；
④  烧嘴的位置和方向；
⑤  烧嘴喷出速度与燃料种类；
⑥  窑炉结构，包括鼓风机，抽风机的位置与数量。
    工业窑炉系统的压力分布可应用流体学知识计算得到，生产时可通过调节闸门开度、燃烧操作及生产负荷等来达到所需要的气体压力。