《陶瓷烧成》word版

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（四）生料成球生料成球(rawmealnodule)质量是保证立窑煅烧极其重要的环节。成球质量好、粒度均匀、大小适宜，才能使窑内通风均匀，煅烧良好，从而保证熟料质量，提高窑的产量，降低消耗。生料成球质量，首先决定于原料质量，特别是粘土性能及生料细度。生料细度细时，由于细颗粒生料和水结合较强，料球坚实，强度较大。其次，生料球大小应适宜，粒度要均匀，有足够的孔隙率，这样既可降低阻力损失，又易于使料球烧透，缩短反应时间，提高煅烧速度。成球水分与料球大小及强度有密切关系。用水量多，球径增大；水分过少，物料润湿不充分，形成大量小球，既影响料层透气性，又易炸裂。通常对生料球有如下要求：（1）粒度：8～15mm，球径大小要均匀；（2）料球含水分：12%～15%；（3）料球强度：从1m高处掉下不破裂；（4）料球孔隙率：30%～35%。近年来开发推广的“预加水成球”，能显著改善成球质量，提高料层的透气性、通风的均匀性和料球强度，是提高立窑产量、质量，降低消耗的一项新的技术措施。第三节陶瓷的烧成一、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。与块状物料相比，粉末有很大的比表面积，表面原子具有比内部原子高得多的能量。同时，粉末粒子在制造过程中，内部也存在各种晶格缺陷。因此，粉体具有比块料高得多的能量。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。烧成是一个复杂的物理、化学变化过程。比如特种陶瓷的烧成，有人认为其烧成机制可归纳为：①粘性流动；②蒸发与凝聚；③体积扩散；④表面扩散；⑤晶界扩散；⑥塑性流动等。实践说明用任何一种机制去解释某一具体烧成过程都是困难的，烧成是一个复杂的过程，是多种机制作用的结果。烧成大批量的普通陶瓷一般是在隧道窑、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。特种陶瓷的烧成是在各种电炉（如管式炉、立式炉、箱式炉、电阻炉、感应炉、碳管炉等）中进行的，可用保护气体（如氢、氩、氮气等），也可在真空或空气中进行烧成。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)，这里介绍几种常见的烧成或烧结方法。178 （一）热致密化方法(heatdensification)热致密化方法包括热压、热等静压烧结等。热挤压、热锻造等也属于热致密化方法，但陶瓷生产中较少使用。热致密化方法价格昂贵、生产率低，但对于一些性能要求高又十分难烧结的陶瓷却是最常用的方法。因为这种方法在高温下施压，有利于粘性和塑性流动，从而有利于致密化，可以获得几乎无孔隙的制品。（二）反应烧结(reactionsintering)目前反应烧结仅限于少量几个体系，如反应烧结氮化硅（Si3N4）、氮氧化硅（Si2ON2）和碳化硅（SiC）等。反应烧结Si3N4是将多孔硅压坯，在1400℃左右与烧结气氛N2发生作用而形成Si3N4。由于是放热反应，所以正确控制反应速度是十分重要的。如果反应温度过高，将会使坯块局部温度超过硅的熔点。这样，一方面将阻碍反应的进一步进行，另一方面使已反应的物料形成粗大的晶粒。随着反应的进行，氮气扩散愈来愈困难，所以反应很难彻底，产品相对密度较低，一般只能达到90%左右。反应烧结的特点是坯块在烧结过程中尺寸基本不变，可制得尺寸精确的制品，同时，工艺简单、经济，适于大批量生产。缺点是材料力学性能不高，这是由于密度较低所造成的。（三）液相烧结(liquidphasesintering)通过完全的固相扩散对多数陶瓷物料来说是很难获得致密产品的，所以往往需引入某些添加剂，形成玻璃相和其他液相。由于粒子在液相中的重排和粘性流动的作用，可获得致密产品并降低烧结温度。如果液相在整个烧结过程中存在，通称为液相烧结。如果液相只在烧结开始阶段存在，随后逐步消失，则称为瞬时液相烧结。液相烧结不仅仅可以降低烧结温度，提高烧结坯密度，而且，有时玻璃相本身就是陶瓷材料的重要组成部分。例如在ZnO压敏陶瓷中，ZnO颗粒之间的连续玻璃晶界相，具有高的电阻率，形成粒间的高能垒，它与主晶相ZnO共存构成压敏电阻器。（四）高温自蔓延烧结(self-propagatinghigh-temperaturesynthesis)这一技术简称SHS技术，其实质是利用燃烧反应所产生的热量进行烧结和致密化。烧结可以在大气、真空和高压容器中进行。产品的孔隙度一般为5%~70%。制得的多孔陶瓷强度高。例如，孔隙度55%的TiC制品抗压强度达100~120MPa，这一强度远远高于粉末烧结法制得的相应产品的强度。已发展了多种获得全致密制品的SHS技术。最有代表性的技术是在特殊压力容器内控制SHS过程。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。178 （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（300～950℃）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）+O2CO2C（碳素）+O2CO22H2+O22H2OS+O2SO22CO+O22CO2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。2.硫化铁的氧化FeS2+O2FeS+SO24FeS+7O22Fe2O3+4SO2Fe2(SO3)3Fe2O3+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。3.碳酸盐、硫酸盐的分解坯釉中都含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐，当温度升高时，就进行分解：MgCO3MgO+CO2CaCO3CaO+CO2178 4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2Fe2(SO4)3Fe2O3+3SO3FeSO4FeO+SO34FeO+O22Fe2O34.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：Al2O3×2SiO2×2H2OAl2O3×2SiO2(偏高岭石)+2H2O滑石脱水：3MgO×4SiO2×H2O3(MgO×SiO2)(原顽火辉石)+SiO2+H2O蒙脱石脱水：Al2O3×4SiO2×nH2OAl2O3×4SiO2+nH2O5.晶型转变石英在573℃时，b-石英迅速地转变为a-石英，体积膨胀0.82%；在870℃a-石英缓慢地转变为a-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g-Al2O3。随着温度的升高，g-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）高温成瓷阶段坯、釉主要发生以下变化：（1）氧化分解阶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g-Al2O3，g-Al2O3与SiO2在1100℃可生成微量莫来石晶体。Al2O3×2SiO2Al2O3+2SiO2Al2O3（无定形）g-Al2O33(g-Al2O3)+2SiO23Al2O3×2SiO2（一次莫来石）3(Al2O3×2SiO2)3Al2O3×2SiO2(二次莫来石)+4SiO2（4178 ）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。强度、硬度增大。（5）釉料熔融成为玻璃体。（四）冷却阶段冷却阶段是制品从烧成温度降至常温的全部过程，此阶段坯、釉发生以下变化：（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a-石英转变为b-石英，体积收缩0.82%。270℃时，a方石英转变为b方石英，体积收缩2.8%。在一般情况下（特别在瓷器中），由于玻璃相多，而且玻璃相中SiO2含量并未达到饱和，因此在冷却阶段不会有方石英出现。但在陶炻质坯体中，由于液相数量少，石英颗粒未被全部熔解，就可能有以固体状态存在的方石英。因此，冷却时要特别注意。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%～2%的坯体，一般强度也大，在120℃前快速升温是合理的；对于致密坯体或厚胎坯体，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。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，可以保证气体产物在烧结前逸出，而不致产生气泡。178 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。在高温下（即烧结范围的上限）短时间烧成，可以节约燃料，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。快速冷却可防止莫来石晶体变为粗晶，对提高强度有好处。同时防止坯体内低价铁的重新氧化，可使坯体的白度提高。所以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750～800℃）以前结束。此后，冷却应缓慢进行，以便液相变为固相时制品内温度分布均匀。400～600℃为石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。对厚件制品，由于内外散热不均而产生应力，特别是液相粘度由1012Pa×S数量级至1014Pa×S的数量级时，内应力较大，处理不当时易造成炸裂。（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。同一瓷坯在不同气体介质中加热，其烧结温度、最终烧成收缩、过烧膨胀以及收缩速率、气孔率均不相同，故要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+11O22Fe2O3+8SO2为使碳素烧尽，空气过剩系数a值和升温时间要适当。178 对于用氧化焰烧成的瓷器以及精陶、普陶等，成熟（或瓷化）阶段中的a值应控制在1.2～1.7。氧化焰烧成的隧道窑，以重油为燃料时，a值为1.1～1.3；以烟煤作燃料时，a值为1.3～1.7；以煤气为燃料时，a值为1.05～1.15；预热带汇总烟道中烟气的a值为3～5。实践证明，用氧化焰烧成的瓷器，在瓷化阶段如a值过高，容易造成釉面光泽不好，甚至造成高火部位坯体起泡。2.还原气氛的作用与控制还原气氛主要有以下作用：（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1250～1370℃分解产生氧气，造成坯体起泡。而在还原气氛下：2Fe2O3+2CO4FeO+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。（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。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/CO2»0.45~0.37)。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含量不高时，延长还原时间，有利于提高坯、釉质量。（三）压力制度图1-8-16南方某厂油烧隧道窑烧成曲线图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（19.61～29.42Pa），冷却带正压（0～19.61Pa），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（-4.90～4.90Pa），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。四、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。其他的分类方法见表1-8-4。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。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。178 （一）隧道窑隧道窑(tunnelkiln)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1-8-5是隧道窑的分类。表1-8-4陶瓷窑炉分类分类方法名称主要特点按使用燃料来分类柴窑以木柴为燃料，如景德镇蛋形窑（古窑）煤窑以煤为燃料，有煤烧隧道窑、辊道窑、倒焰窑等油窑以重油、轻柴油等为燃料气窑以城市煤气、发生炉煤气、天然气、石油液化气等为燃料电窑用各种电发热体加热升温按火焰流动方向分类升焰窑窑内火焰由窑底升起，窑顶排烟平焰窑火焰在窑内运动时大部分呈水平状半倒焰窑火焰由窑的前部上升，再倾斜流向窑后方下部，再由烟囱排出倒焰窑火焰由上向下，倒流窑底，再由烟囱排出按形状分类圆窑外形为圆形，也称馒头窑，一般为升焰窑或倒焰窑方窑外形为方形，一般为升焰窑或倒焰窑隧道窑外形像条隧道，包括推板窑、辊道窑等阶级窑窑内分许多间，逐级倾斜向上龙窑外形像条龙，斜伏在山坡上抽屉窑窑车进出窑体时如抽屉运动，亦称梭式窑钟罩窑外形像钟罩，窑整体可升降平移，用于烧高大产品，亦称蒸笼窑蛋形窑外形像蛋壳形状，有弧度，属半倒焰窑，是古窑型的一种按用途分类干燥窑用于坯体的干燥，可用余热或安装燃烧器，亦称干燥器素烧窑用于未施釉的坯体的预烧，如用于釉面砖的素烧窑釉烧窑用于素烧坯施釉后的烧成，亦称本烧窑烤花窑用于陶瓷贴花、彩绘后的彩烤重烧窑有缺陷的陶瓷经修补后重新入窑烧成，亦称修补窑表1-8-5隧道窑分类表分类根据窑名特点备注按热源分①火焰隧道窑②电热隧道窑以煤、煤气或油为燃料利用电热元件加热按火焰是否进入隧道来分①明焰隧道窑②隔焰隧道窑③半隔焰隧道窑火焰直接进入隧道在火焰和制品间有隔焰板（马弗板），火焰加热隔板，隔焰板再将热辐射给制品隔焰板上开有孔口，让部分燃烧产物与制品接触，或只有烧成带隔焰，预热带明焰电热窑炉也有隔焰式（马弗窑），用隔焰板将电热元件和制品分开按窑内运输设备分①窑车隧道窑②推板隧道窑③辊底隧道窑④输送隧道窑⑤步梁隧道窑⑥气垫隧道窑在隧道中托制品运动的是窑车制品在运动的推板上制品（或连同架子或托板）在辊道上运动用耐热网带输送制品亦简称隧道窑简称推板窑简称辊道窑亦称网带窑178 按通道多少分①单通道隧道窑②多通道隧道窑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。隧道窑各部分的结构与工作系统的设置很有关系。图1-8-17是一条明焰隧道窑的工作系统图。图1-8-17一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-冷风机图1-8-18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；a-拱心角；s-拱厚；f-拱高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。此外，还要支撑窑顶，承受一定的重量。窑墙内壁温度约等于制品的温度，而外壁接触大气，因此有热量自内壁通过窑墙向外壁散失。但窑顶的高温环境更为恶劣，因此，必须耐高温、轻质、积散热小及具有一定的强度，坚固耐用，此外，应尽可能减少窑内的气体分层。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1-8-18。一般拱心角a=60°或90°。设计隧道窑窑顶时可在相关手册中选用标准楔形砖及拱脚砖。178 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。有时受地下水位的限制，隧道窑不要检查坑道或只在烧成带设置很短的一段检查坑道。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，同时又要反复经受高温，故应有较高的机械强度和耐高温性能。其底架一般是用钢材铆接或铸铁制成。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。油压推车机由油泵和推进器（工作油缸）组成。油泵有柱塞、齿轮或叶片油泵等。（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。我国只有一些中小型陶瓷厂还在使用固体燃料（煤），大多数现代化工厂都已使用气体或液体燃料，如天然气、液化气、煤气、重油、柴油等。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。有些窑在窑墙上设燃烧室，有些不设在窑墙上，只在料垛间留足燃烧空间。烧重油时，必须先雾化好才能喷入窑内燃烧。一般自900～950℃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1～2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、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。隧道窑在预热带设有分散布置的排烟口，在排烟口之下为支烟道和主烟道。支烟道起连接排烟口和主烟道的作用。主烟道的布置有两种，其一是一侧主烟道穿过窑底与另一侧主烟道会合，然后进烟囱。自然抽风的窑炉只有烟囱而不设排烟机，烟囱的作用是造成抽力把窑内的烟气送到较高的大气空间，以避免污染环境。一般烟囱在45m以下。机械抽风的隧道窑除有烟囱外，还有排烟机。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。178 （1）温度控制①预热带的温度控制预热带的温度控制是保证制品自入窑起到第一对燃烧室止，能按升温曲线均匀地加热。在一般情况下借助几支关键性热电偶，控制窑头、预热带中部（约500℃）及末端（约900℃）的温度稳定。如窑头温度过高，易使入窑水分高的坯体炸裂。但快速烧成的窑炉，限制入窑坯体水分低于0.5%，则窑头温度即使高达300～400℃也可不出废品。500℃左右是石英晶型转化温度，有体积变化，应维持温度稳定。预热带不仅要控制热电偶指示的窑顶温度，还要控制近车台面的温度，使上下温差减小。预热带温度的控制手段主要是通过调节排烟总闸、排烟支闸以及各种气幕来实现。总闸开度大，则预热带负压大，易漏入冷空气，加剧气体分层，增大上下温差。总闸开度小，则抽力不足，排烟量减少，不易升温，因此，合理控制总闸是极重要的。排烟支闸的作用是分配各段的烟气，以满足各段的温度要求。如果预热带末端支闸开度大，则大量热烟气过早地排出，热利用差，窑头温度低。如末端支闸不开，则大量热烟气涌向窑头，使窑头温度过高。窑头支闸开度不能过大，以免该处负压过大，从窑门吸入过多冷空气。如果汇总烟道在窑侧时，则近总烟道的排烟支闸也不宜开得太大，以免把热烟气集中在该处，使该处温度过高，引起坯体炸裂。要减少预热带的上下温差，可以采用封闭气幕和扰动气幕。扰动气幕不如封闭气幕作用明显，原因是扰动气幕温度较低，喷嘴又小，有时难以达到扰动作用。采用气体循环或高速调温烧嘴对减少上下温差有较显著效果。此外，要减少预热带上下温差，窑车接头处要严密不漏气，砂封板接头要靠紧。砂封板要埋入砂下3～4cm。料垛必须码得上密下稀，料垛与窑顶和窑墙之间的距离不能太大，以增加上部气流阻力，使气流在料垛中分布均匀。尤其下部要留出适当气体通道，达到上下内外温度均匀。②烧成带的温度控制烧成带的温度控制就是控制实际火焰温度和最高温度点。实际火焰温度应高于制品烧成温度50～100℃。控制火焰温度的办法是调节单位时间内的燃料消耗量和空气配比。单位时间燃烧的燃料多而空气配比又恰当，则火焰温度高。烧煤气的无焰烧嘴，只有采用高速喷出，才能使烧成带温度均匀。烧油的窑，油温、油压和雾化风压的稳定至关重要。最高温度点，一般控制在最末一二对烧嘴之间。最高温度点前移，使保温时间过长不好，易使制品过烧变形；后移则保温不足，形成欠烧。烧还原气氛的窑，其烧成带还要控制气氛转化温度，一般由氧化气氛转化为还原气氛的温度在1050℃左右。烧成带温度的观测可用热电偶或光学高温计、辐射高温计等仪表。也可采用测温锥、测温环、测温车等。③冷却带的温度控制产品在700℃以前可以急冷，靠急冷阻挡气幕喷入的冷空气将制品急冷。大件未装匣钵的制品，为了避免冷风喷入不均匀引起制品炸裂，可抽200℃以下（由冷却带夹墙、夹顶抽）的热空气作急冷之用，也可采用间接冷却。窑尾则直接鼓入冷风，使产品由400℃冷至80℃左右出窑。700～400℃为缓冷阶段，靠分布在该段的热风抽出口将产品冷却。要注意高温急冷风的位置、风量应根据产品性质、装车情况和推车速度来决定。178 （2）烧成带的气氛控制烧氧化气氛的窑，气氛容易控制，控制空气过剩系数大于1，而不要太大，以节约燃料，提高温度。烧还原气氛的窑在烧成带前一小段要控制氧化气氛，后一大段控制还原气氛，用氧化气氛幕来分隔这二段。烧成带如果采用5对燃烧室，则有1对为氧化炉，后4对为还原炉。在还原炉中前3对为重还原炉，气体中含CO2%～4%，最后1对燃烧室为轻还原炉，接近中性气氛。7对燃烧室时，则前面2对为氧化炉，后5对为还原炉，其中4对为重还原炉，最后1对为轻还原炉。氧化炉距第1对还原炉较远，以便引入氧化气氛幕，气氛幕应抽冷却带的热空气，避免过多地降低窑内温度。氧化炉既要有充分的空气以烧尽残余的CO，还要维持一定的温度（900～1050℃）。氧化炉的作用是使进入还原期前将坯体中的有机物完全烧尽，硫酸盐等充分分解，以免后期产生坯泡。烧煤的燃烧室，氧化炉的煤层较薄，阻力较小，有较多空气进入煤层燃烧，产生完全燃烧的氧化气氛。还原炉的煤层较厚，阻力较大，进入煤层的空气较少，产生不完全燃烧的半煤气，半煤气中含较多的CO，进窑与二次空气燃烧，因为供给的空气始终是不足的，最后燃烧产物中仍含2%～4%的CO。至于燃油或烧煤气的窑，则控制喷油量和空气配比或煤气、空气配比，即可控制气氛。氧化气氛时空气过量，还原气氛时空气微不足。由火焰的颜色也可以判断，氧化气氛时，火焰清晰明亮，可以一望到底，清楚地看到料垛。还原气氛时，火焰混浊，不容易看清料垛。气氛的控制和温度的控制密切相关。例如烧氧化气氛时，由于空气过多，如果维持燃料不变而减少过多空气，则火焰温度提高，当减少空气至空气过剩系数接近于1时，此时温度最高。再继续减少空气，使空气不足，则温度又降低而进入不完全燃烧的还原气氛。相反，当烧还原气氛时，由于空气不足，如果维持燃料不变而增加空气时，由于燃烧更趋完全，火焰温度升高。继续增加空气至理论需要量（空气过剩系数接近于1）时，燃烧温度最高。如再增加空气，则温度降低而变为完全燃烧又有过多空气的氧化气氛。所以从温度的变化也可以判断气氛的变化。（3）压力控制压力制度是为了实现温度制度和气氛制度而确定的。最关键的是控制烧成带两端的压力稳定。如果窑内负压大，漏入的冷空气多，一方面导致窑内温度低，气体分层严重，上下温差大；另一方面会使烧成带难以维持还原气氛。如果窑内正压过大，则大量热气体向外界冒出，损失热量，恶化劳动条件，冒入车下坑道还会烧毁窑车，造成事故。最理想的情况是全窑都维持零压，但实际上这是办不到的，因为预热带要抽走废气，因此必然是负压，而冷却带要鼓入冷风，必然处于正压。由正压到负压要经过零压，由冷却带到预热带要经过烧成带，所以烧成带处于零压附近操作。但是，烧成带也不是全带处于零压，而只有一个零压面，控制这个零压面的位置十分重要。烧煤气、烧油或炉栅下鼓风烧煤的窑，零压面一般控制在烧成带和预热带的交界面附近。这样，烧成带全处于正压，容易烧还原气氛。炉栅下不鼓风，只靠烟囱抽风的煤窑，则零压面控制在烧成带1、2对或2、3178 对燃烧室之间，有的窑甚至在烧成带末，这样，使烧成带处于微负压下操作，以便由炉栅下吸入相应的空气来进行燃烧。如烧成带负压大就会漏入冷空气而难以维持还原气氛。如果预热带负压过大，漏入冷风多，则上下温差大。冷却带急冷和直接风冷鼓入的风必须和抽出的热风相平衡，也就是说鼓入之冷风应等于抽出之热风，才不致有冷风流入烧成带，使烧成带能控制好最高烧成温度和还原气氛。如果急冷处正压过大，大大超过烧成带最末1对燃烧室处的正压，则可能导致大量温度不高的空气进入烧成带，而可能引起保温不足，产品生烧，或还原气氛不足，二次发黄。如果急冷处正压不足而呈现负压，由于热风抽出过多，或急冷鼓风太少，则烧成带有烟气倒流至冷却带，使产品熏烟而成废品。急冷气幕要自窑顶及窑墙两侧同时喷入，全面封锁而阻挡烟气。但有的窑设计在同一排气幕上，一侧喷冷风，一侧抽热风，次一排也是如此，只是喷冷风和抽热风方向调过来，这种设计很难控制，如果调节得不恰当，或鼓风过多，或抽风过多，造成烧成带温度低或达不到还原气氛，或是烟气倒流，产品熏烟。不少工厂出现过这种难于控制的现象。除了控制隧道内的压力制度外，还要控制车下检查坑道的压力，最好检查坑道的压力与窑内压力接近平衡，即冷却带车下维持正压，预热带车下维持负压，烧成带在零压附近。这样，车上车下互不干扰，预热带没有冷空气自坑道漏入窑内，冷却带也无热气体冒向坑道。如果控制有困难，则宁愿预热带及烧成带车下坑道压力小于窑内的压力，避免漏进大量冷风，增大窑内上下温差。冷却带车下坑道压力应大于窑内的压力，避免烧坏窑车。（二）辊道窑辊道窑(roller-hearthkiln)，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1-8-19)。辊道窑已广泛用于墙地砖的烧成。一部分日用瓷和卫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。辊道窑有以下热工特点：（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。图1-8-19辊道窑断面图（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。我国从意大利、德国等引进了许多先进的辊道窑。这些窑的一些共同特点是：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组成兼做风管道），内衬耐火材料，分段预制，现场安装成整体；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；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；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；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。部分国外辊道窑技术参数见表1-8-6。我国现已可生产性能优良的辊道窑。178 表1-8-6国外辊道窑主要技术性能对照表项目公司型号通道数目窑长（m）内宽（mm）烧成周期(min)最高使用温度（℃）温度波动范围（℃）能耗（kJ/kg）传动方式燃料种类控制方式生产能力（m2/d）西蒂(SITI)SM140~90146050~601350±52048~2299链条气体或液体微机1780~2000F1多通道3375025~451250±51254~2215链条气体或液体微机2190~5500F1L1、2、336~74125045~601250±21672~2132分段链传动气体微机800~2195(1600~6585)F1LX1、2、348~78160045~601350±21588~2132分段链传动气体微机1135~3133(2870~6230)莫利(MORI)RKM80RKML1130~10050~1001530220045~6045~6012501250±2±21463~25081463~2508分段链传动分段链传动气体气体仪表或微机仪表或微机1200~40003000~6000波比(POPPI)11125~10025~10025~100100015402240<1965<1965<1965直齿轮直齿轮直齿轮气体气体或液体气体或液体600~2400900~36001500~6000萨克米(SACMI)RKS2000150~100200030~701250±52006~2884螺旋齿轮气体PID或微机2500~5000唯高(WELKO)FRW2000标准型FRW2000窄型FRW2000宽型1二段1二段25~10025~10050~1001500750212045~6045~6045~60130013001300±5±5±52717~73152717~7315<2717摩擦链传动摩擦链传动摩擦链传动气体气体气体PID或微机微机微机海姆佐特RKK158~76145030~901250±62048~2926螺旋齿轮气体或液体PID1100~3200（三）间歇窑图1-8-20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-轨道间歇窑(intermittentkiln)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。但其产量较低，装、出窑有一定的劳动强度。故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.倒焰窑倒焰窑(downdraughtkiln)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。2.梭式窑178 梭式窑(shuttlekiln)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1-8-20）。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。梭式窑可在窑室长度方向上的两端都设置窑门，在窑外码装好制品的窑车由一端窑门推入窑内，制品烧好并冷却至一定温度后的窑车，从窑室的另一端窑门推出。或者，同时从两端的窑门推入、拉出窑车。也有的梭式窑只在一端设置窑门，码装好制品的窑车从这一窑门推入窑室内，待制品烧好并冷却至一定温度后仍从这个窑门拉出。目前各国都在不断改进梭式窑的结构、材料和装备。如使用高速等温烧嘴、性能良好的耐火材料和全自动控制装置等，使其窑内上下温差仅3~5℃，并可保证烧成曲线和烧成制品的灵活性。梭式窑在高档陶瓷的烧成方面（如卫生陶瓷的烧成和重烧）正在发挥重要的作用。（四）电热窑炉窑炉从热源角度可分为火焰式和电热式两大类。前面所述的都是火焰窑炉(flamefurnace)。随着特种陶瓷的发展，各种电热窑炉(electricfurnace)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(resistancefurnace)、感应炉(inductionfurnace)、电弧炉(arcfurnace)、电子束炉(electronicimpactfurnace)和等离子炉（plasma178 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，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）。①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1350~1400℃时采用硅碳棒：炉温为1600℃，可采用二硅化钼棒为电热体。②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制功率来调节，使电炉沿整个高度分布均匀。③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。④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。⑤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。⑥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。⑦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。⑧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。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1-8-21），多使用石墨电极。178 图1-8-21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。它已经用来加热高温X-光粉末照相机中的试样，用电子束加热浮区熔化法制备高熔点金属单晶（如超纯钨单晶纯度达99.9975%），用电子束加热硅单晶炉和电子束熔炉。另外，电子束还用于焊接、蒸发镀膜、热处理等方面。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。另外，等离子体的热能还能被气体的流动所传递，其反应在比大气压高或低于大气压的系统内都可以进行，在工业生产中很容易得到应用，而且比较安全，设备的使用寿命也很长。等离子炉是用气体或液体作为电离介质，将一个置于图1-8-22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）三相交流空气喷枪室内的电极冷却并产生稳定电弧的一种加热装置。图1-8-22为用直流和交流电源的等离子枪的原理示意图。等离子炉用途很广，可用于喷涂金属或氧化物涂层。等离子体喷涂装置具有较高的工作温度，能采用惰性气体，几乎熔化和喷涂任何材料时都不会引起沾污。这种炉子还可进行物性研究，用来测定氧化物、碳化物、超硬度耐热合金、石墨等的性能，进行热冲击实验，以及熔点、辐射能的测定。可进行各种化学合成与游离基的研究。178 五、陶瓷窑炉的热工过程陶瓷窑炉的热工过程主要包括窑炉内烧成气体流动、燃料燃烧和热交换过程。这三者是紧密联系的（如火焰式窑炉内热交换过程就是通过燃料燃烧和气体流动进行的）。热工过程中最关键的是物料传热。这三个过程进行的同时不可避免地会有一部分热量损失。陶瓷窑炉热工过程遵循着内部热交换、外部热交换以及燃烧过程与窑内气体流动过程的普遍规律。外部热交换过程主要受窑炉结构及产品码放方式的影响。此外，也受燃料的性质及传热方式、供热能力与热量分配（燃料消耗与分配）、产品产量与温度、气氛和压强以及窑内气体流动特点等的影响。陶瓷窑炉的实际运转表明：燃烧过程的稳定性、经济性、安全性均与窑炉内气体流动密切相关。燃料燃烧过程放出热量的多少，除与燃烧装置结构本身有关外，又与窑炉内气体动力特性有关。因此，要提高燃烧过程的稳定性和经济性并避免或减轻对环境的污染，必须掌握燃烧过程和气体动力学的规律。燃烧过程是一个复杂的物理-化学过程，虽然一般来说它是放热的氧化反应，但是其物理过程，特别是能量、质量和动量的交换过程，对燃烧过程仍起着重要作用。在陶瓷烧成的火焰窑炉中，其燃烧过程与传热过程是相伴进行的。因此，陶瓷窑炉热工过程中，传热又是关键的问题。由窑炉内向陶瓷制品及窑具的传热，以及向窑体内表面的传热，通过窑体孔（口）向外界的传热，以及向装载制品的运载工具的传热，均是通过辐射、对流和传导方式实现的。因为这些传热的热源对接受热量的物体来说，均是外部的热介质，亦即燃料的燃烧产物，故将这些传热过程统称外部热交换。外部热交换分为有效部分和无效部分两类。前者是将热量传给制品，后者则包括所有的各种形式的热损失。而制品内部的热交换与外部热交换既紧密联系，又相互影响。陶瓷窑炉中烧成产品的产量、质量和经济效益，既取决于制品内部热交换，又和外部热交换有关。对燃油、燃气的陶瓷窑炉而言，其燃烧效率较高；而对燃煤的窑炉而言，其燃烧效率较低，且燃烧稳定性较差，不易使气氛与温度稳定。为此，最好先将煤进行气化，将制成的煤气送入窑内燃烧，以保证气氛与温度的稳定。综上所述，陶瓷窑炉热工过程的实质是传热、燃烧、气体流动及其在烧成过程中的综合作用。在烧成制度确定后，提高热利用率的关键是外部热交换过程及其与内部热交换的紧密配合。而这一点又与窑炉结构、产品码放方式、燃料性质与燃烧（包括气化）、供热能力与分配以及气体流动等密切相关。178