1、第8章 烧成,一、烧成的动力机制及方法 二、坯、釉在烧成过程中的物理化学变化 三、烧成制度的制定（一）烧成温度曲线的制定（二）气氛制度 （三）压力制度 四、快速烧成 五、陶瓷烧成设备窑炉（一）隧道窑 （二）辊道窑 （三）间歇窑 （四）电热窑炉 六、烧成方式的选择 七、陶瓷的缺陷分析,一、烧成的动力机制及方法从热力学观点来看，烧成(firing)是系统总能量减少的过程。任何体系都有向最低能量状态转变的趋势，这就是烧成过程的动力。即粉料坯块转变为烧成制品是系统由介稳状态向稳定状态转变的过程。但烧成一般不能自动进行，因为它本身具有的能量难以克服能垒，必须加高到一定的温度才能进行。,1. 普通陶瓷一般
2、是在隧道窑、辊道窑或梭式窑等窑炉中进行的。采用的是氧化或还原气氛。2. 如果侧重考虑高温下粉料填充空隙的过程，烧成又常称为烧结(sintering) 。,二、坯、釉在烧成过程中的物理化学变化以普通粘土质陶瓷为例，坯、釉随着温度的变化将发生一系列物理化学变化，并得到所需的微观结构、性能及外观。了解这一变化，是制订烧成制度的基础。 （一）低温预热阶段（常温至300左右）此阶段主要是排除坯体干燥后的残余水分。也称小火或预热阶段。随着坯体中残余机械水和吸附水的排出，坯体发生下列变化：,（1）质量减轻：水分排出所致。 （2）气孔率增加：水分排出，孔隙增多。 （3）体积收缩：随着水分的排除，固体颗粒紧密靠
3、拢。低温预热阶段所发生的变化是物理现象，实际上是干燥过程的继续。因此，要提高窑炉的生产效率，应当使坯体入窑水分尽量降低。一般隧道窑的坯体入窑水分不能超过1%，辊道窑的坯体入窑水分要控制在0.5%以下。,（二）氧化分解阶段（300950）其主要反应是有机物及碳素的氧化、碳酸盐分解、结晶水排除及晶型转变。坯、釉在这一阶段，随着物理化学变化会出现吸热及放热反应。1. 碳素和有机物的氧化坯体中的碳素和有机物来源于结合粘土。在低温阶段，由于坯体中碳素和有机物不能充分燃烧，火焰中往往也含有一定数量的碳素和一氧化碳。,这些碳素和有机物加热即发生氧化反应： C（有机物）+O2 CO2 C（碳素）+O2 CO2
4、 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 2CO+O2 2CO2这些反应要在釉面熔融和坯体显气孔封闭前结束。否则，就会产生烟熏、起泡等缺陷。,350 C,600 C,250 920 C,2. 硫化铁的氧化FeS2+O2 FeS+SO2 4FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2 Fe2(SO3)3 Fe2O3+3SO2二硫化铁（FeS2 )是一种有害物质。若不在釉面熔融和坯体气孔封闭前氧化成氧化铁（Fe2O3 )，则易使制品起泡。且生成的氧化铁又会使制品表面污染成黄、黑色。,350 450 C,500 800 C,560 770 C,3. 碳酸盐、硫酸盐的分解坯釉中都含有一定数量的碳酸
5、盐、硫酸盐，当温度升高时，就进行分解：MgCO3 MgO+CO2 CaCO3 CaO+CO2 4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2 Fe2(SO4)3 Fe2O3+3SO3 FeSO4 FeO+SO3 4FeO+O2 2Fe2O3,500 850 C,600 1000 C,800 1000 C,570 755 C,4. 结晶水的排出陶瓷所用原料中的粘土及其他含水矿物（如滑石、云母等），随着温度的升高，其结晶水会逐步排出。高岭石脱水：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2(偏高岭石)+2H2O 滑石脱水： 3MgO4SiO2H2O 3(MgOSiO2)(原顽火辉石)+ SiO2
6、+H2O蒙脱石脱水：Al2O34SiO2nH2O Al2O34SiO2+nH2O,400 600 C,600 970 C,5. 晶型转变石英在573时，-石英迅速地转变为-石英，体积膨胀0.82%；在870-石英缓慢地转变为-鳞石英，体积膨胀16%。石英晶型转变造成的体积膨胀，一部分会被本阶段的氧化和分解所引起的体积收缩所抵消。如果操作得当，特别是保持窑内温度均匀，这种晶型转变对制品不会带来多大的影响。由粘土脱水分解生成的无定形Al2O3，在950时转化为-Al2O3。随着温度的升高，-Al2O3与SiO2反应生成莫来石晶体。,（三）高温玻化成瓷阶段（从950到最高烧成温度） （1）氧化分解阶
7、段进行不够彻底的反应，继续进行。 （2）熔融长石与低共熔物，构成瓷坯中的玻璃相；粘土颗粒及石英部分地熔解在这些玻璃相中；未被熔解的颗粒及石英等物质之间的空隙，逐渐被玻璃态物质所填充；体积发生收缩，密度增加。其变化率与组成有关。如石英量多、长石量少的坯体收缩小；否则相反。,（3）在高温作用下，由粘土矿中的高岭石脱水产物，以及偏高岭石（由高岭石分解而来）的游离Al2O3在950左右开始转变为-Al 2O3，-Al2O3与SiO2在1100可生成微量莫来石晶体。 Al2O32SiO2(偏高岭石 ) Al2O3+2SiO2Al2O3（无定形） -Al2O33( -Al2O3)+2SiO2 3Al2O3
8、2SiO23(Al2O32SiO2) 3Al2O32SiO2+4SiO2,950 C左右,1000 C以上,（4）由于玻璃相及莫来石的生成，制品强度增加，气孔率减少，坯体急剧收缩，硬度增大。 （5）釉料熔融成为玻璃体。 （四）冷却阶段（从烧成温度降至常温） （1）随着温度的降低，液相析晶，玻璃相物质凝固。 （2）游离石英晶型转变。在573时-石英转变为-石英，体积收缩0.82%。270时， 方石英转变为方石英，体积收缩2.8%。,三、烧成制度的制定烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。对一个特定的产品而言，制定好温度制度（建立温度与时间的关系）和控制好烧成气氛是关键。压力制度起保证前两个制
9、度顺利实施的作用。三者之间互相协调构成一个合理的烧成制度。,（一）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决定于下列因素： （1）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。 （2）坯体的厚度、大小及坯体的热传导能力。 （3）窑炉的结构、型式和热容，以及窑具的性质和装窑密度。,1. 升温速度的确定A.低温阶段：升温速度主要取决于坯体入窑时的水分。如果坯体进窑水分高、坯件较厚或装窑量大，则升温过快将引起坯件内部水蒸气压力增高，可能产生开裂现象；对于入窑水分不大于1
10、%2%的坯体，一般强度也大，在120前快速升温是合理的；对于致密坯或厚胎坯体，水分排除困难，加热过程中，内外温差也较大，升温速度就应减缓。,B.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。原料较纯且分解物少，制品较薄的，则升温可快些；如坯体内杂质较多且制品较厚，氧化分解费时较长或窑内温差较大的，则升温速度不宜过快；当温度尚未达到烧结温度以前，结合水及分解的气体产物排除是自由进行的，而且没有收缩，因而制品中不会引起应力，故升温速度可快。随着温度升高，坯体中开始出现液相，应注意使碳素等在坯体烧结和釉层熔融前烧尽；一般当坯体烧结温度足够高时，可以保
11、证气体产物在烧结前逸出，而不致产生气泡。,C. 高温阶段：此阶段的升温速度取决于窑的结构、装窑密度以及坯件收缩变化的程度。当窑的容积很大时，升温过快则窑内温差大，将引起高温反应的不均匀。坯体玻璃相出现的速度和数量对坯件的收缩产生不同程度的影响，应视不同收缩情况决定升温的快慢。在高温阶段主要是收缩较大，但如能保证坯体受热均匀，收缩一致，则升温较快也不会引起应力而使制品开裂或变形。,2.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，而烧结范围则须控制在线收缩（或体积收缩）达到最大而显气孔率接近于零（细瓷吸水率0.5%）的一段温度范围。最适宜的烧成温度或止火温度可根据坯料的加热收缩曲线和
12、显气孔率变化曲线来确定。但须指出，这种曲线与升温速度有关。当升温速度快时，止火或者最适宜烧成温度可以稍高，保温时间可以短些；当升温速度慢时，止火温度可以低些。,操作中可采用较高温度下短时间的烧成或在较低温度下长时间的烧成来实现。但对烧结范围窄的坯料来说，由于温度较高，液相粘度急剧下降，容易导致缺陷的产生，在此情况下则应在较低温度下（即烧结范围的下限）延长保温时间。因为保温能保证所需液相量平稳地增加，不致使坯体产生变形。,3. 冷却速度的确定冷却速度主要取决于坯体厚度及坯内液相的凝固速度。高温冷却可以快速进行，但快速冷却应注意在液相变为固相玻璃的温度（约在750800）以前结束。400600为石
13、英晶型转化温度范围，体积发生变化，容易造成开裂，故应考虑缓冷。400以下，则可加快冷却，不会出现问题。,（二）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。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（即气氛）。我国南北方瓷区因坯料的化学矿物组成，铁、钛等氧化物含量不同，选择了不同的气氛制度。南方瓷区的烧成多采用还原焰烧成制度（即小火氧化，大火还原）；北方瓷区采用全部氧化焰烧成。陶瓷墙地砖一般采用氧化焰烧成。,气体介质的性质是根据燃烧产物中游离氧和还原成分的含量来决定的。当游离氧含量为4%5%时，为普通的氧化介质，称普通氧化
14、焰；当游离氧含量为8%10%时，称强氧化焰；当氧含量为1%1.5%时，称中性焰；而游离氧含量在0%1%（CO=4%8%）时为还原焰。,1. 氧化气氛的作用与控制在水分排除阶段、氧化分解阶段，一般需要氧化气氛。它的主要作用有两个： （1）将前一阶段沉积在坯体上的碳素和坯体中的有机物及碳素烧尽。 （2）将硫化铁氧化，其反应式如下： 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 为使碳素烧尽，空气过剩系数值和升温时间要适当。,2. 还原气氛的作用与控制 （1）含Fe2O3 较高的原料，可以避免Fe2O3在高温时分解并放出氧，致使坯体发泡。在氧化气氛下，Fe2O3在12501370分解产生氧气
15、，造成坯体起泡。而在还原气氛下： 2Fe2O3+2CO 4FeO+2CO2 在低于Fe2O3分解的温度下，即完成了还原反应，避免了析氧发泡。,1000 C,（2）FeO与SiO2等形成亚铁硅酸盐，呈淡青的色调，使瓷器具有白如玉的特点。（3）影响还原气氛的主要介质是O2，其次是CO和CO2。还原阶段应尽可能使O2的百分浓度小于1%或接近零，空气过剩系数宜小于1，CO的浓度可根据坯料组成控制在2%7%（CO/CO20.450.37)。O2含量高于1%，即使增加CO的含量，还原效果也不好，而CO含量过高，烟气过浓，釉表面就会发生沉碳，碳粒在釉熔融以后烧去就会产生针孔等缺陷。在氧含量接近于零而CO含量
16、不高时，延长还原时间，有利于提高坯、釉质量。,（三）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。油烧隧道窑还原焰烧成时，一般窑的预热带控制负压（29.42Pa以下），烧成带正压（19.6129.42Pa），冷却带正 压（019.61Pa），零压位在预热和烧成带之间； 油烧隧道窑氧化焰烧成一般预热带为负压，烧成带为微负压到微正压（4.904.90Pa），冷却带为正压。,为保持合理的压力制度，可通过调节总烟道闸板，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。,图7-1 南方某厂油烧隧道窑烧成曲线图,四、快速
17、烧成1、概述按烧成周期长短将烧成分为三类：烧成周期在10h以上称为常规烧成；在410h以内的称为加速烧成；在4h以下的称为快速烧成。,表7-1中列出了当今一些典型陶瓷品种总烧成时间的缩短情况。从表中可见，不同品种陶瓷的总烧成时间大都缩短很多，其原因为：一是陶瓷产品本身的物理化学变化及其配方的研究表明，总烧成时间是可以大幅度缩短而不会影响产品的品质；二是现代陶瓷窑炉及窑具的优异性能使得陶瓷制品有可能进行快速烧成。 随着陶瓷基础理论和窑炉技术的进步和发展，低温快烧是今后陶瓷工业发展的方向。,表7-1 陶瓷总烧成时间的缩短,2、快速烧成的意义 1）节约能源（燃料）陶瓷生产过程中燃料费用占生产成本比例
18、很大，一般在30%以上。缩短烧成时间，对节约能源的效果显著。 2）充分利用原料资源我国地方性原料十分丰富，这些地方性原料或低质原料（如瓷土尾矿、低质滑石等）及某些新开发的原料（如硅灰石、透辉石、霞石正长岩、含锂矿物原料等）往往含较多的低熔点成分，来源丰富，价格低廉，很适合制作低温坯釉料，或者快烧坯釉料。 3）提高窑炉与窑具的使用寿命陶瓷产品的烧成温度在较大幅度降低之后，可以减少匣钵的破损和高温荷重变形。 4）缩短生产周期，提高生产效率。,5）此外，低温烧成，还有利于提高色料的显色效果，丰富釉彩和色釉的品种。快速烧成可使坯体中晶粒细小，从而提高瓷件的强度，改善某些介电性能。3、快速烧成的工艺措施
19、 1）坯、釉料能适应快速烧成的要求；选用少收缩或无收缩的原料，坯料的热膨胀系数要小，坯料的导热性能好，坯料中少含晶型转变的成分等等。 2）减少坯体入窑水分，提高坯体入窑温度； 3）控制坯体厚度、形状和大小； 4）选用温差小和保温良好的窑炉； 5）选用抗热震性能良好的窑具。,五、陶瓷烧成设备窑炉窑炉是保证陶瓷制品质量和性能的关键设备。陶瓷窑炉一般分为连续窑和间歇窑。普通陶瓷多采用隧道窑、辊道窑、梭式窑（抽屉窑）等等。特种陶瓷则多采用电炉，如管式炉、箱式炉、感应炉等。一种陶瓷制品往往可以用几种窑炉设备来烧成。如卫生陶瓷一般用隧道窑烧成，但也有使用梭式窑来烧成的。近年来也开始使用辊道窑烧成卫生陶瓷。
20、采用何种窑型要视产品的具体要求，投资大小，当地条件等综合而定。,隧道窑,辊道窑,倒焰窑,抽屉窑,表 7-2 陶 瓷 窑 炉 分 类,（一）隧道窑(tunnel kiln)隧道窑是陶瓷生产使用较普遍的窑型，其基本特征是窑体外形像一条隧道。制品用各种方式从这条隧道通过，实现烧成的目的。其特点是连续性生产，产量高。通常所说的隧道窑一般是指单通道窑车隧道窑，表7-3是隧道窑的分类。,表7-3 隧 道 窑 分 类 表,1.一般隧道窑的工作系统隧道窑的工作系统也称作工作流程，是指窑内气体的输送系统。一般的隧道窑均有多个气体输送系统构成。如排烟系统、冷却系统、助燃系统、气幕隔离和搅拌系统等。隧道窑各部分的结
21、构与工作系统的设置很有关系。图7-2是一条明焰隧道窑的工作系统图。,图 7-2 一 般 隧 道 窑 的 工 作 系 统 图1-封闭气幕送风； 2-搅拌气幕； 3-排烟机； 4-搅拌气幕送风； 5-重油或煤气； 6-烧嘴； 7-雾化或助燃风机； 8-急冷送风； 9-送干燥热风； 10-热风机； 11-冷风机,这个工作系统是将油或煤气自烧成带的燃烧室喷入，烧成带呈微正压。烟气在预热带用排烟机抽走。预热带有窑头封闭气幕，使窑内上下温差减少。冷却带有急冷送风，窑尾送风和抽热风设备。冷却带工作系统较完善，急冷风和窑尾直接鼓入的风都由热风机抽走，达到平衡，自成一个系统。即很少或没有冷气进入烧成带，容易提高
22、燃烧温度和维持还原气氛。急冷风又有阻挡烧成带烟气倒流的作用，可以防止产品熏烟。冷却带在微正压下操作，预热带负压不大，漏进窑内的冷空气较少，温度较均匀，为优质、高产、低热耗创造了条件。焙烧日用瓷的隧道窑，要烧还原气氛，在烧成带的氧化炉和还原炉之间还设有氧化气氛幕。,2. 隧道窑的结构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。隧道窑沿窑长方向可分为三带：预热带（入窑口至900区段）、烧成带（900至最高温度处）、冷却带（最高温度处至出窑口）。,（1）窑体 窑体是由窑墙、窑顶所组成，其所围的空间（与窑车衬一道）即是燃烧产物与坯体进行热交换的隧道。窑体一般是钢结构支架固定的。窑墙与窑
23、顶一起，将隧道与外界分隔，在隧道内坯体进行热交换被高温烟气加热，因此，窑墙必须经受高温的作用。,窑顶一般采用拱顶，拱顶结构严密，砖形简单且节约钢材。其剖面如图7-3。一般拱心角=60或90。,图7-3 隧道窑拱顶结构示意图 1-拱顶； 2-拱脚； 3-拱脚梁； 4-立柱； 5-拉杆； 6-检查坑； R-拱半径； B-跨度 ； -拱心角； s-拱厚； f-拱高,检查坑道是设在隧道窑下的通道，其作用是冷却窑车，清扫落下的碎屑和砂粒，以及在发生倒垛事故时，便于拖出窑车进行事故处理。其宽1m左右，深度一般在1.8m左右。预热带窑门可保证窑内操作稳定，防止冷空气漏入以减少气体分层和上下温差。冷却带窑门的
24、作用是防止从冷却带出口端漏出大量空气，使产品能得到合理的冷却。窑门有升降式和金属卷帘式等。对一些用封闭气幕隔热较好的窑炉，有时也不设置窑门。,（2）窑内输送设备 窑内输送设备指窑车及推车机等。窑车是制品及匣钵等的承重载体，其底架一般是用钢材或铸铁制成。表面铺有轻质隔热材料、耐火砖或陶瓷棉毡等。两侧装有钢制裙板，裙板插入窑内墙两侧的砂封槽。砂封槽隔断了窑车上下空间，不会使冷空气漏入窑内。为防止窑车高温变形（金属部分）并增加漏气阻力，在窑墙与窑车衬砖之间，以及两车衬砖之间应作曲折密封。隧道窑进车端装有推车机。使窑车作间歇或连续的运动。,（3）燃烧设备 燃烧设备主要有燃烧室和烧嘴两部分，还有与烧嘴相
25、连的附属设备。隧道窑可以使用气体燃料、液体燃料或固体燃料。烧气体或液体燃料都必须使用烧嘴。烧嘴将燃料喷入燃烧室，使大部分燃料在燃烧室燃烧，燃烧产物进入窑内加热坯体。,一般自900950到最高烧成温度处布置燃烧室和烧嘴。此区域也称窑的烧成带。有些窑在400以前的预热带也布置高速调温烧嘴。燃烧室的布置可以集中布置，即用12对燃烧室；也可以分散布置，用近10对或更多的燃烧室。可以相对或相错布置，相错布置可使温度进一步均匀。一般的窑燃烧室都是一排，布置在近车台面处，有些为了避免下部温度高于上部，则分上下两层布置烧嘴。,（4）通风设备 通风设备包括排烟系统、气幕和气体的循环装置和冷却系统。由排烟机、烟囱
26、、鼓风机及各种烟道、管道所组成。其作用是使窑内气流按一定方向流动，排除烟气，供给空气，抽出热空气等，并维持窑内一定的温度、气氛和压力制度。,隧道窑预热带处于负压，易产生气体分层现象。上下温差较大，不利于制品烧成，因此要设置气幕和搅动循环装置。此外，烧成带还有氧化气氛幕，在冷却带有急冷阻挡气幕。 3. 隧道窑的操作控制隧道窑的操作控制包括温度、气氛和压力控制三个部分。压力制度是温度制度和气氛制度的保证。,（二） 辊道窑(roller-hearth kiln)辊道窑，也称为辊底式隧道窑或辊底窑。它是利用一系列转动的辊子作为制品的输送工具(见图7-4)。辊道窑已广泛用于墙地砖的烧成。一部分日用瓷和卫
27、生瓷的烧成和日用瓷的彩烤等也采用辊道窑。辊道窑有单层、双层甚至三层通道结构的，其中单层辊道窑用得最多。,图7-4 辊 道 窑 断 面 图,1. 辊道窑的热工特点（1）加热温度均匀，且窑内断面温差小用天然气或净化煤气、轻柴油等做燃料，可在辊道上下设置燃烧器喷嘴，使产品上下同时加热，保证产品的烧成质量，并为缩短烧成周期创造了条件。,（2）有利于实现机械化和自动化操作。可减轻劳动强度，提高生产效率。 （3）不用窑车，也不用匣钵和其他窑具（烧马赛克等小件产品时仅用垫板），可降低能耗。 （4）结构简单，便于维护和检修。,2. 辊道窑的结构特点(1) 窑体分节，采用金属框架承载结构（有些框架构件由四方钢管
28、组成兼做风管道），(2) 内衬耐火材料，分段预制，现场安装成整体；(3) 窑顶采用悬挂式平吊顶结构，既减轻自重，又有利于减少窑内气体分层现象；(4) 窑墙选用轻质隔热耐火材料和陶瓷纤毡，外壳采用金属钢板；(5) 使用天然气、冷煤气、石油液化气或轻柴油等比较洁净的燃料，故可明焰裸烧；(6) 采用高速调温烧嘴或多烧嘴燃烧器，使窑内温度更加均匀；有先进的自动控制系统和故障报警系统。,（三）间歇窑(intermittent kiln)间歇窑是指陶瓷制品的装窑、烧成、冷却和出窑等操作工序，依次 间歇地并周而复始地进行的窑炉。与连续式隧道窑相比，它具有建造费用低、投产快、烧成品种范围宽、节假日可停窑等优点
29、。但其产量较低，装、出窑有一定的劳动强度。间歇窑适合于中小批量、多品种的陶瓷生产企业。我国一些中小型日用瓷和卫生瓷厂，仍在使用传统的间歇窑倒焰窑。但近二十年来，国内外陶瓷工作者对现代化的新型间歇窑梭式窑，进行了多方面的研究和不断改进，使它在日用瓷、建卫瓷和电瓷、特种陶瓷等产品的烧成上获得了日益广泛的应用。,1.倒焰窑(down draught kiln)倒焰窑是我国陶瓷工业中应用历史较为悠久的一种窑型。其火焰在挡火墙和烟囱抽力作用下有一个先冲上窑顶然后向下进入窑底吸火孔的过程，故命名为倒焰窑。倒焰窑的特点是结构简单，造价低，但操作起来劳动强度大，能耗大，污染较严重。煤烧倒焰窑是应当淘汰的窑炉。
30、,2. 梭式窑(shuttle kiln)梭式窑也称抽屉窑，是一种窑车式的倒焰窑，其结构与传统的矩形倒焰窑类似（见图7-5）。为了减轻每次封闭、拆卸窑门的繁重劳动，窑门可以固定砌筑在窑车的一端上，这样，随着窑车推入窑内或从窑内拉出时，把窑门封闭或打开。有时把窑门砌筑在一钢架结构上，利用电动提升机构上下启闭窑门。因为在窑外装、卸窑车，且易实现机械化操作，所以与传统的倒焰窑在窑内装、卸制品相比较，大大地改善了劳动条件和减轻了劳动强度。,图7-5 梭式窑结构示意图 1-窑室；2-窑墙；3-窑顶；4-烧嘴；5-升降窑门；6-支烟道；7-窑车；8-轨道,（四）电热窑炉窑炉从热源角度可分为火焰式和电热式两
31、大类。前面所述的都是火焰窑炉(flame furnace)。随着特种陶瓷的发展，各种电热窑炉(electric furnace)正在被广泛地使用，电热窑炉也简称电炉。,1. 电热窑炉与火焰窑炉的比较 （1）从热工基本原理上相比较 火焰窑炉需要燃烧供热，所以需进行燃料燃烧计算和燃烧设备计算；燃料燃烧需要供给助燃空气，燃烧产物需要排出窑外，所以需要计算窑内气体流量、流动阻力、各种压头的转变，计算通风设备等。电热窑炉一般是通过电热元件把电能转变成热能，要进行电热元件的选择、电热元件尺寸的计算，供电与控制设备的选择与计算；由于没有燃料燃烧的问题，所以不需要考虑供给空气、排除燃烧产物等通风设备。,在窑内
32、传热方面，火焰窑炉主要是燃烧产物的气体辐射传热和强制对流传热，电热窑炉主要是电热体的固体辐射传热及自然对流传热，即这两类窑炉窑内主要传热的基本方式不同。但若要求在电热窑炉内强制冷却制品或排除制品在烧成过程中产生的气体以及要求维持窑内一定的压力制度时，则需要进行电热窑炉的通风设备的计算，窑内也就存在着强制对流传热。,（2）从结构与操作的主要优缺点相比较电热窑炉不需要燃烧设备，故一般不需要通风设备。其结构简单，占地面积小；加热空间紧凑，空间热强度较高，热效率高；窑内制品不受烟气及灰渣等影响，温度便于实现精确控制，故产品烧成质量好；窑内可在任何压力条件（高压或真空）或特殊条件下加热制品；可以获得火焰
33、窑炉难以达到的2000以上的高温。电热窑炉的断面尺寸不能太大，否则窑断面上温度分布比火焰窑炉更不均匀。故电热窑炉对烧成大件、厚壁制品不利，产量也不大；电热窑炉附属电器设备比较复杂，电热元件消耗也多，电费较贵，而且有些电热元件要在一定的保护气氛下使用。,2.电热窑炉分类电炉按电能转变为热能的方式，一般可分为电阻炉(resistance furnace)、感应炉(induction furnace)、电弧炉(arc furnace)、电子束炉(electronic impact furnace)和等离子炉（plasma furnace）等五类。,（1）电阻炉 当电源接在导体上时，导体就有电流通过，
34、由于导体有电阻而发热的一种电热设备称为电阻炉。电阻炉可分为间歇操作电炉（如箱式、井式电阻炉），半连续操作电阻炉（如钟罩式、台车式电阻炉）和连续操作电阻炉（如窑车式、推板式、辊底式电热隧道窑等）。,箱式（室式）电阻炉 外形象箱子，炉膛呈长六面体。靠近炉膛内壁放置电热体。炉温低于1200，通常采用镍铬丝、铁铬铝丝；炉温为13501400时采用硅碳棒；炉温为1600，可采用二硅化钼棒为电热体。,井式（立式）电阻炉炉膛高度大于长度和宽度（或直径），炉门开在炉顶面，用炉盖密封。电热体通常布置在炉膛的侧壁上。多为圆形、正方形或长方形。适宜于烧制管状制品。深井电炉通常沿高度分成几个加热区，各区温度通过分别控
35、制功率来调节，使电炉沿整个高度分布均匀。,台车式电阻炉 由固定的窑体和活动式窑车底两部分构成，窑体形状是矩形。每烧好一炉制品，把窑车拉出，推入装好车的另一炉制品进行烧成。类似于梭式窑。 窑车式电热隧道窑 窑内有轨道，窑体两侧有砂封槽，窑车两侧设有插入砂封槽的裙板，在窑体预热带、烧成带安置电热元件；装好制品的一辆辆窑车在推车机构的作用下，连续地经过预热带、烧成带和冷却带。,推板式电热隧道窑通道由一个或数个隧道所组成，通道底由坚固的耐火砖精确砌成滑道，制品装在推板上由顶推机构推入窑内烧成。 辊底式电热隧道窑 隧道窑底为一排金属质或耐火材料质辊子，每条辊子在窑外传动机构的作用下不断地转动；制品由隧道
36、的预热端放置在辊子上，在辊子的转动作用下通过隧道的预热带、烧成带和冷却带。,传送带式电阻炉 它具有一条由两个滚轮撑紧的传送带，两个滚轮中的一个是主动轮，由电动机驱动。传送带用耐热合金材料制成，电热体通常装在炉顶和炉底。 链式电阻炉 电热体用铁铬铝高电阻电热合金丝，采用带状加工成波形悬挂于炉膛四周，或采用丝状盘绕成螺旋形悬挂于炉膛两侧及搁置在炉底。,（2）感应炉是由于电磁感应作用在导体内产生感应电流，而此感应电流因导体的电阻而产生热能的一种电炉。其优点是加热速度快、加热温度高。它是利用电磁感应原理，在交变磁场中加热金属，从而使炉体内发热升温。感应加热是通过铜管或铜板制成的感应圈（或感应器）进行的
37、。为防止感应圈过热，必须对其进行水冷却。,（3）电弧炉它是利用电弧产生的热来熔炼金属和非金属材料的一种电炉。常用于人工合成云母，生产氧化铝空心球及硅酸铝耐火纤维等。电弧是电流通过气体时所产生的一种放电现象，其温度可高达5000以上。电弧可由直流电或交流电产生。工业上的电弧炉分为间接加热、直接加热和电弧电阻加热三种（见图7-6），多使用石墨电极。,图7-6 电弧炉示意图,（4）电子束炉电子束炉是利用高速运动的电子的能量作为热源来进行加热的一种电炉，又称为电子轰击炉。电子束炉的原理就像一只二极管，通过热电发射方式获得初速电子，并在高电压降下使其朝被加热物料（试样）加速。电子束用电磁或静电透镜聚焦的
38、方法，可使被加热区域达到3500的高温。,（5）等离子炉等离子炉是利用由电能所产生的等离子体的能量来进行熔炼或加热的一种电炉。火焰窑炉能达到的温度有一定的限度，通常不超过2000，可是，等离子体利用一部分电离能，很容易达到10000以上的温度。等离子炉是用气体或液体作为电离介质，将一个置于室内的电极冷却并产生稳定电弧的一种加热装置。图7-7为用直流和交流电源的等离子枪的原理示意图。,图7-7 直流和交流电源的等离子体装置原理示意图 （1）用水来稳定的直流电弧喷枪；（2）用气体来稳定的直流电弧喷枪；（3）三相交流空气喷枪,六、烧成方式的选择 1.烧成方式 比较常见的烧成方式是一次烧成(once
39、firing)和二次烧成(twice firing)。A.一次烧成是将施好釉的生坯（也称釉坯）经一次煅烧直接得到产品的方法。 B.二次烧成是为了减少釉面和产品其他缺陷而发展起来的方法。它分两种类型,(1)一是将生坯烧到足够高的温度使之成瓷，然后施釉，再在较低的温度下进行釉烧。这种方法称为“高温素烧，低温（中温）釉烧”，日用瓷中的骨灰瓷烧成即是用这种方法。(2)二是先将生坯在较低的温度下烧成素坯，然后施釉，再在较高的温度下进行釉烧而得到产品。这种方法称为“低温素烧，高温釉烧”。我国大多数釉面砖即是采用这种方法烧成的。,2.烧成方式的选择(1)主要是根据产品大小、形状和性能要求，窑炉制造技术水平和
40、综合经济效益等。我国的日用瓷大部分采用一次烧成，但少数高档产品（如骨灰瓷和景德镇瓷厂生产的西餐具）是用二次烧成；电瓷、化工陶瓷、卫生陶瓷和特陶一般都采用一次烧成。大多数建筑陶瓷（如玻化砖、彩釉砖、劈离砖、广场砖、琉璃制品等）也是采用一次烧成。,(2)近年来烧成技术发展很快，许多特殊的烧成方法应运而生。如将卫生陶瓷（一次烧成产品）的缺陷（不明显的缺釉和坯裂等）修补后又重烧一次，得到符合质量要求的产品，这一过程称为重烧(refiring)；经两次烧成后的釉面砖，用高档色釉料（结晶釉、金砂釉）或熔块，配以干法施釉等技术施釉后再经第三次烧成，可得到立体感和艺术感极强的釉面砖，这种技术称为三次烧成技术。
41、烤花（也称烤烧）技术不仅用在日用瓷上，也正越来越多地用于建筑卫生陶瓷上。,七、陶瓷的缺陷分析陶瓷缺陷一般可分为半成品（如生坯、素坯等）缺陷和成品缺陷。目前我国对各种陶瓷的缺陷名称还没有统一，对缺陷产生的原因还没有完整、系统的理论解释。这里仅列出一些常见的陶瓷缺陷，并简单地分析其产生的原因。,（一）斑点(speck)特征：产品表面大小不一的异色脏点。产生的主要原因： 1）原料中所含杂质，如铁的化合物、云母、石膏等，在洗涤加工过程中没有除净。 2）加工过程中混入了杂质，如机械铁屑与焊渣，设备和工具上的铁锈皮，外界带入的煤渣、泥砂等，除铁时又没有除尽。3）坯体存放时表面落上灰尘、异物，而在入窑时未清
42、扫干净。 4）燃料中含硫量过高，烧成时与铁质发生反应生成硫化铁黑点。,（二）变形(deformation)特征：产品表面翘曲不平或整体扭斜。产生的主要原因：（1）配方中的软质原料灼减量大，熔剂性原料含量过高，使产品在烧成时体积收缩大。（2）坯体制备不精，陈腐时间短，水分分布不均匀，颗粒级配不适当。（3）坯釉料的膨胀系数搭配不合理。（4）成型时操作不合理，如压力不均、填料不匀，使脱模后放置的坯体变形。（5）干燥制度不合理，内外或上下表面收缩不一致。（6）坯体与托辊、窑具粘附使坯体变形。（7）烧成时低温干燥阶段升温过急，或一块制品上承受的温差过大。（8）烧成时止火温度高于产品的烧成温度。,（三）落
43、脏(ash contamination)特征：产品表面落上脏物并与产品烧粘在一起。 产生的主要原因：（1）半成品存放落上脏物，装窑时没有扫净。（2）坯体施釉后落上脏物。（3）窑中的耐火材料碎屑落在制品上。,（四）裂纹(crack)特征：产品出现裂痕。分釉面开裂（釉裂）和坯体开 裂（坯 裂）两种。1.釉面开裂的主要原因：（1）坯与釉热膨胀系数不相适应，当釉的膨胀系数大于 坯的膨胀系数时，由于 釉面 在冷却过程中产生张应 力，引起釉 面开裂。（2）釉层过厚。（3）烧成温度低，烧成时冷却过急或出窑温度过高。,2.坯体开裂的主要原因： （1）坯料中高干燥敏感性原料用量过多，干燥制度不合理，导致的干燥开
44、裂在坯检时没有发现，而在烧成的预热阶段裂痕增大（开裂呈大口状，且断口表面粗糙）。 （2）坯体过分干燥，入窑前或在烧成的预热阶段吸湿，产品表面出现大量微细裂纹。 （3）在过于干燥的生坯体上施釉。 （4）半干压坯料中有硬块，因而压制成的坯体密度与水分不均，烧成后产品表面在硬块处出现放射状的数条裂纹（面砖素烧坯上经常出现）。 （5）压制成型时，填料不均，压力不均，砖坯致密度不一致，造成烧成时收缩不一致。 （6）烧成时升温速度控制不当，导致产品边部开裂（口裂）和中心开裂（硬裂）；冷却过快，导致风惊裂（断口整齐）,（五）起泡(bubble or blister)特征：产品表面突起小泡，可产生于无釉产品和
45、有釉产品，包括开口泡（表面已破），闭口泡（泡突起未破）。产生的主要原因：（1）坯体入窑水分过高，或坯体过干后又吸附了大气中的水分，入窑后在预热阶段升温过急。（2）止火温度高于产品烧成温度。（3）烧成时气氛不当，坯体氧化分解不完全，气体难以排除。,（4）低温釉料中含硫酸盐、碳酸盐及有机物过多，釉中含有过量的碱性氧化钡、氧化硼等，造成釉面表面张力过大。（5）施釉时扑集大量气体于釉层中，釉层厚而釉熔体粘度过高。（6）釉料过细使熔点降低，过早形成粘度大的釉熔体，使坯体分解产生的气体或坯体表面蓄积的气体无法顺利排出釉层。（7）坯体边棱处蓄积大量可溶性盐类，易产生釉泡。（8）燃料中含硫量过多，燃料的不完全
46、燃烧，窑中存在还原气氛等。,（六）棕眼(pinhole)特征：釉面呈现针尖似的小孔。产生的主要原因： （1）造成釉泡的一切原因，在体积稍有改变时，均可能形成棕眼。 （2）釉浆与坯的附着力不好；釉层中含有干燥敏感性高的粘土、生氧化锌，釉层干燥收缩大，预热阶段釉层开裂，而高温下釉熔体粘度高、张力大，都易形成棕眼。 （3）烧成温度过低，釉玻化不好。 （4）釉的颗粒过粗，烧成时釉熔融不好。 （5）施釉时坯体过干或坯体过热，施釉前没有把坯体表面的脏物除净。 （6）烧成时间短，后火期氧化不好，碳素沉淀于釉层表面，碳素烧除后，釉面留下小孔。,（七）缺釉(exposed body)特征：产品表面局部无釉。产生
47、的主要原因：（1）施釉前，坯体上的灰尘、油污、蜡没有除净，在施釉时不吸釉。（2）施釉时坯体太湿。（3）釉浆太细，釉的粘度大，釉熔体表面张力过高，釉与坯 的浸润性不良，易导致缩釉性质的缺釉。（4）烧成时窑内水汽太多，坯面潮湿，加热后釉层开裂卷起，导致缩釉性质的缺釉。（5）釉坯在存放、搬运、装窑过程中，因擦、碰使局部釉 剥落又未补釉。,（ 八）色泽不良(tint unevenness)特征：产品表面颜色不均或釉面无光。产生的主要原因：（1）釉料配方不当，或制釉原料纯度不高。（2）釉浆搅拌不匀，施釉时釉层厚薄不均。（3）烧成气氛控制不当，烧成温度低于釉的成熟温度，釉面不能完全玻化。（4）窑内各部位烧
48、成温度不一致。（5）燃料含硫量过高，烧成中二氧化硫气体和灰分与釉料化合生成硫化物，或窑中有水蒸气。（6）釉烧温度过高，釉熔体被多孔性坯体吸收，烧成时间太长，釉中组分挥发。（7）有不熔性颗粒残留于釉面上。,（九）夹层(sandwich)特征：产品内部有分层现象。产生的主要原因：坯料不符合压制成型的工艺要求，或成型时操作不当，施压过急，粉料中的气体没能排出。注浆成型时吃浆不透，坯体未干透等。,（十)釉缕(excess glaze)特征：产品釉面呈现厚釉条痕或滴状釉痕。产生的主要原因：（1）施釉不均，施釉机内有釉滴落于产品上。（2）釉的烧成温度高于成熟温度，产品四周釉厚。,（十一）波纹(waviness)特征：产品釉面不平，在光线下呈现鱼鳞状起伏状态。产生的主要原因：（1）釉层厚薄不均。（2）喷釉时雾点太粗，生釉层表面高低相差较大。（3）釉的高温粘度大而表面张力低。（4）烧成温度过低，釉面玻化不好。,
