蜂窝陶瓷排焦在隧道窑中的烧成概论

冯长清，吴 俊

（江西省陶瓷研究所，景德镇，333000）

0 引言

自大学毕业后我一直从事窑炉的设计、施工、调试等相关工作，其中接触最为广泛的烧成制品就是精细蜂窝陶瓷，由于蜂窝陶瓷原料配方的多样化和复杂性，再加上其物理结构上的特点（网状分布、壁薄），导致在烧成过程中极易开裂。起初人们大多采用间歇窑炉来烧制蜂窝陶瓷主要是因为间歇窑炉的压力、温度相对来说比较容易控制，更关键的一点是蜂窝陶瓷在100℃-500℃之间有一个排焦过程，在该过程中坯体会挥发出大量的有机物，如果此时窑炉里面的含氧量达到一定的浓度，坯体就会自然，炉内温度急剧升高，坯体必定开裂塌陷。

起初人们用间歇窑炉来烧制蜂窝陶瓷，可以较好的控制窑炉内部的氧气浓度及窑炉压力。但是间歇窑炉的缺陷也随之而来：其一、能耗较高，其二、产量较低，随着社会的发展，蜂窝陶瓷的市场日趋增长，间歇窑炉的产量已经远远不能达到市场的需求，所以一些厂家开始尝试采用隧道窑来烧制，众所周知隧道窑首尾连通，窑头和窑尾主要依靠封闭气幕来阻挡烟气，所以排焦段窑压很难控制，再加上窑头处于负压状态，外界空气随着曲封缝隙进入窑内，导致窑内氧气浓度提升，从而使坯体自燃开裂。

2 隧道窑中蜂窝陶瓷的烧成

2.1 蜂窝陶瓷在隧道窑中的烧成曲线数据分析

从表1烧成曲线中可以判断出坯体在20℃-550℃所占时间达到30小时，是整个烧成时间的二分之一，平均升温速率约20℃/h，长时间的排焦和缓慢的升温速率都是为了让坯体中的大量有机物逐步排出，烧成曲线是坯体在烧制过程中的一个航标，但是要使一条隧道窑在调试过程中真正的去达到这个标准，或者说接近这根曲线是不容易做到的，隧道窑虽然一直都在发展改进，比如燃料由煤、油、气的逐步转换，人工操作调试到今天的PLC的自动控制，炉体的重质耐材到轻型耐材的更新，但是隧道窑的一些特定缺陷始终得不到完美的解决，比如在20℃-550℃这个关键的排焦区域炉内产生的几何压头导致气体分层从而加大了截面上的温差，曲封处不能达到完全密封导致冷空气的吸入，这些都是妨碍在调试过程中达到标准烧成曲线的不利因数。

表1 蜂窝陶瓷在隧道窑中升温速率表

2.2 隧道窑排焦段产品开裂的解决方案

经过对蜂窝陶瓷原料的化学分析，和近年来累积的经验，蜂窝陶瓷在烧成过程中最关键的地方就是在隧道窑的排焦段（100℃-500℃），而影响产品排焦的关键因素就是，升温速率、氧气浓度、窑内压力，如何减慢产品升温速率，降低氧气浓度，并保证排焦段一定的正压？就以上问题列出排焦段的示意图来进行解答。

从图1可以看出，在排焦段上部布置了一座焚烧装置，焚烧装置有两个重要的作用在于：1、焚烧坯体排除的焦油，使焦油中的有机物完全燃烧，从而达到烟气的排放标准，保护自然环境。2、由于焦油中含有大量的有机物，经过焚烧炉以后完全氧化，产生了大量的高温烟气迫使其进入窑炉的低温段来加热坯体和搅拌窑炉内部温度场，从而高效的利用了能源。

3 结论

介于蜂窝陶瓷在处理汽车尾气中的重要作用，其需求量和工艺要求也大大提高，从原料配方，成型模具，到烧成都要做到精益求精，其中烧成最为关键，也是决定生产成败的最后一步，通常在烧成过程中坯体常见的问题有开裂，热振系数不达标，颜色发黄现象，其中最为棘手的问题就是开裂，一旦产品开裂基本就是作为废品处理。

图1 蜂窝陶瓷在隧道窑中排焦示意图

通过采用间歇窑炉的烧成实验，可以得出重要的抑制产品开裂的几条结论：1、可找出蜂窝陶瓷排焦温度区域。2、加长集中排焦时间，保持排焦过程中的正压状态。3、最大限度降低排焦过程中的氧气浓度。通过实验采取了以上措施以后，产品的合格率都大大的提高，很少出现开裂现象，根据这些依据参数作为基础，那么隧道窑的设计方案，以及调试手段就有了一个明确的方向,,此外产品的合格率，和公斤瓷能耗是检验一套烧成设备优劣两个重要指标，焦油完全燃烧后的高温烟气再次进入窑炉低温段加热坯体，完全符合降低能耗标准的手段，大量高温烟气进入排焦段，可以使排焦段保持一定的正压，缩小了窑炉截面上的温差，并且可以使排焦段处于一种很好的贫氧状态，以上条件非常符合蜂窝陶瓷在排焦过程中的烧成工艺要求，是提高产品烧成合格率的重要保障。