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陶瓷墙地砖烧成工艺技术全分析
来源 : 陶卫网     阅读 : 3062    作者 : 王银川    2014-10-31 陶瓷墙地砖烧成工艺

在陶瓷墙地砖烧成过程中,诸如变形、裂砖、黑心、色差、阴阳色、黄边等严重影响产品质量问题,一直困扰窑炉工程师和生产技术、管理人员。其实,无论是工艺上或是烧成上的原因,一直以来,陶瓷窑炉工程师和相关技术、管理人员在不断地摸索解决问题的思路和方法,由于对砖坯在辊道窑中的烧成具体变化情况不清楚、砖坯烧成机理不明,窑炉和配方的调试均存在一定的盲目性,对生产企业造成了大量的不必要损失。探索砖坯在辊道窑中的烧成变化情况及对砖坯烧成原理的分析,能为墙地砖在工艺配方、烧成控制及整个生产工艺控制上提供直接的参考依据。

一、砖坯的化学组成及主要特性:

砖坯在烧成过程中的变化主要取决于其化学组成,通常建陶砖坯配方组成中化学成份有SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、H2O 、IL 等。

Al2O3——含量取决配方中粘土的用量,粘土具有可塑性、结合性、吸附性、干燥烧成收缩性及高温耐火性等,也就决定了生坯强度、坯体收缩率及烧成温度等。

Al2O3———在砖坯中具有骨架作用,硬度高,抛光光泽度好,在加热和冷却过程中伴有石英晶型转变,体积、强度发生变化。

Na2O、K2O——在砖坯中主要起助熔作用,降低坯体烧成温度,由长石引入。

CaO、MgO——在砖坯中也可起助熔作用,同时具有增白和调节烧成温度范围的作用。CaO、MgO通常以碳酸盐或硫酸盐的形式存在,在煅烧中产生大量CO2、SO2气体。

Fe2O3、TiO2——也具有一定的助熔作用,在常规白料砖坯中主要表现为负面作用,因为烧后变成黑点或绿点。

H2O、IL———主要由粘土引入,其它原料如石粉、石砂等也或多或少带入一点。IL、 H2O在加热过程中逐渐挥发。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、砖坯在各区的化学变化:

辊道窑通常划分为干燥窑、烧成窑的预热带、中高温带、高保温带、急冷带、缓冷带、强冷带。

砖坯在不同的区域进行着不同的物理化学反应。

干燥窑:干燥器缓慢干燥(室温~200℃)——自由水、吸附水基本排除。

预热带:窑炉预热干燥(室温~450℃)自由水、吸附水基本排除 结构水开始排除;(450~1000℃):碳酸盐氧化分解(有机物氧化、碳酸盐、硫酸盐分解、硫化物氧化、石英晶型转变。

中高温带(1000℃~最高烧成温度):坯体氧化还原继续---液相开始生成---形成新结晶---坯体急剧收缩。

高保温带:(最高烧成温度~急冷区前)液相量增长--新结晶成长--瓷化。

急冷带(保温区温度~580℃):液相凝固--石英晶型转变

缓冷带(580~400℃):石英晶型转变--坯体缓慢降温

强冷带(400~80℃):坯体急剧降温-- 石英晶型转变

 三、不同区域所造成的缺陷特征及质量因素:

1、烧成过程中常见产品缺陷

1)干燥窑最常见的缺陷:开口裂、边裂、炸坯、滴脏。

2)预热带最常见缺陷:边裂、中心裂、黑点、变形、阴阳色、黄边。

中高温带最常见缺陷:变形、尺码缺陷(大小头、大小尺码等)色差。

3高火保温带最常见缺陷:四边头边变形、尺码缺陷和色差。

4)急冷带最常见缺陷:变形、风裂、色差。

5)缓冷区最常见缺陷:风裂、脆性、变形。

6)强冷区最常见缺陷:风裂(釉裂)、变形 。

 2、干燥窑机理

生坯从压机成型出来通常含有6%~8%的水份,不同品种有各自的水份要求。生坯含水率远远大于空气湿度,所以,生坯烧成的第一步即干燥排水。在此,不管是烧在窑的预干区还是专门的干燥器,一并概括为生坯的预干区。预干区的排水主要是砖坯的吸附水(包括自由水),决定吸附水排除速度及完全程度的是干燥介质的温度、湿度和流速,本质上是砖坯内水份的外扩散速度、内扩散速度及干燥时间。

A砖坯边裂:烧出来的产品边部出现若干5~10mm长的细小裂纹,裂纹深度往往在半砖厚之内,出现在砖的各个方面,无规律性,与压机因模框或脱模造成的边裂有所不同。 边裂是由于砖坯边部最先承受高温介质而开始外扩散,且而内扩散缓慢,内部水份不能及时填补砖坯边部粉料颗粒间,从而使得颗粒间产生空隙,由于不断失水,空隙不断拉大,同时砖坯干燥失水收缩产生内应力,拉大空隙,形成边裂纹。如果颗粒大,颗粒间距大,由高温液化而急剧收缩进一步拉大空隙,出窑则表现为开口裂往往裂透底且裂口宽度、长度都较大。开口裂、边裂的形成还与机械振动折伤、砖坯水份不均匀、成型压力不均匀、布料不均匀、颗粒级配不好有关,尤其是机械抖动极易造成开口裂。

B炸坯:根据热工原理起始于干燥速度控制不合理,没能使得坯体内外扩散速度协调。内应力大于砖坯弹性力和塑性力,则产生炸坯。维持结构完好的弹性决定于砖坯成型的压力和颗粒间彼此粘接力;产生膨胀的内应力取决于水份的含量和温度。因此,影响炸坯的因素便是:粉料的水份过大,成型压力过大或过小造成砖坯的分层、压力不均匀、水份不均匀、干燥升温度太快、干燥起始外扩散能力不足等。

C细裂纹:砖坯经过干燥后又暴露在空气中再进窑烧成,在暴露过程中会吸附空气中的水份。吸附水的含量取决于坯体的干燥度及外界空气湿度和坯体的致密度、暴露时间。如果砖坯经干燥后又吸水,表面重新被润湿,后又急剧干燥,极易造成边裂。渗花抛光砖印花后喷水、入窑干燥造成的裂人称“水纹裂”。

砖坯干燥40℃开始表现明显,120℃加速,300℃吸附水则基本排除,同时,砖坯在预干区还伴有因吸附水的排除而造成的体积收缩和坯体强度的增加,砖坯强度的增加从40℃开始,120℃表现相当明显,且此时随温度的升高而强度增大。但又有一个极限,超过此极限则强度显著降低,极限干燥温度为250℃。

D落脏:滴脏通常表现在干燥过程中由于水滴粘附脏物,滴在砖坯表面造成。因砖坯需要热源干燥,所以有的企业采用窑尾抽佘热干燥,有的采用热风炉送热风干燥,也有的采用烧成窑的窑头抽烟气来干燥。对于抽佘热干燥,滴脏很少,而对于后两者特别是第三者来说滴脏机率大很多。因为热风炉燃油和窑头烟气中含有硫份、炭粒,也就是说本身干燥介质就是脏的,而第三者更表现为烟气中还含有大量的水蒸汽,这为液化为水滴准备了条件。

其次,因砖坯干燥要求采用高温高湿的干燥方法特别对于大规格砖,因高温高湿干燥容易使水份内外扩散均匀不致使造成边裂。如何满足高湿?一方面是引入高湿度干燥介质对前段进行干燥,另一方面则是控制抽湿量即关小抽湿闸来满足。滴脏往往是干燥控制上顾此失彼造成。由于介质湿度大,水蒸汽遇冷便会形成水滴,水滴溶解窑内壁的锈迹滴到砖面形成滴脏。滴脏并不全是因饱和水蒸汽遇低温铁皮造成,也有的是本身饱和脏介质遇冷空气造成。解决滴脏除了控制介质的湿度、洁净度以外还要注意干燥器的保温,尽量避免干燥器内的热介质遇冷液化。

 3、预热带机理

A化学结构水的排除

砖坯在辊道窑内预干区300~450℃,吸附水排除完全,部分矿物的结构水开始排除,对于粘土类矿物, Al2O3含量大化学结构水在450~650℃之间快速排除。因为结构水的排除迅速,收缩明显,晶体结构遭到破坏。对于陶瓷地砖,由于规格大而厚,极易造成砖坯的中心裂。砖坯受热从边部开始逐步移到中间层,排水过程也是先至边部后到中间中层。如果由于升温过快而未及时排除吸附水,此时吸附水、结构水的同时排除引起中间急剧的收缩则易产生中心裂缺陷。中心裂通常表现为细小裂纹呈现于外表,也有的裂纹出现在砖坯的中间层。另外如果成型时布料不均或模具排气不良,形成的中心裂更为明显,裂纹较大。

有些矿物的化学结构水排除温度很高,达1000℃,甚至更高。这类矿物在建陶中配方用量不大,控制得当,结构水的排除不会有太大的破坏性。

 

B氧化分解

墙地砖配方中的泥类含有有机质,有时为增强泥浆的悬浮性流动性和坯体强度而加入有机添加济,此类有机物在烧成过程中受热氧化.同时,坯体中也含有一些碳酸盐和铁的化合物等杂质,它们在一定温度下进行氧化分解放出CO2或SO2等。

碳素的氧化开始于400℃左右,一般要至900℃以上才可以完全,如烧不完全,则残留在坯体内,形成黑心或黑点,釉面砖则还会造成因釉面熔融封闭坯体气孔而形成釉面烟熏、气泡、针孔。

硫化物、碳酸盐的氧化分解反应程度,取决于砖坯中有机质的含量、窑内的温度、气氛以及反应的时间,相应的砖坯成型的压力影响反应进行的快慢、时间。而氧化分解反应进行程度,就决定了是否出现黑心、针孔、汽泡、烟熏等缺陷。对于低温熔块石灰制品,针孔缺陷是很难避免的,因为释放的气体很多。

在氧化气氛中,烯料中的游离硫及硫化物释放的硫份,若遇水蒸气便可形成亚唷酸进而形成硫酸,具有腐蚀性。所以,抽烟系统及窑前段金属结构容易被腐蚀结垢或剥落。不仅如此,亚硫酸若个在于透明熔块釉中,容易与熔块中的钡、钙化合物反应结成“盐霜”。此反应在整个升温过程中釉面熔融状态下都可能产生,盐霜与硫化物含量、燃料产生的流份、燃烧的气氛、水蒸汽含量有关。

 

C石英的晶型转变

陶瓷墙地砖中的石英(SiO2) 含量在70%左右,一般>60%,而石英在熔烧过程中会出现多次的晶型转变。不同温度下的转变有各自不同的特征,主要表现为体积膨胀,石英的膨胀会导致砖坯内部结构的变化,直接影响到砖的强度、光泽度及变形度等。

石英在晶型转变过程中,570℃时的B石英转为A石英的速度最大,有0.82%的体积膨胀,虽然这时体积膨胀很小,但其转化速度很快,又是在固相条件下进行,破坏性强;870℃A石英转变为A鳞石英时,体积增长最大(+16%),但速度很慢,所以破坏性不强。砖坯的高硅含量很容易导致砖坯在573℃左右开裂,包括升温裂和冷却裂(冷却裂因没有砖坯颗粒间空隙,更窥裂)。这里先讨论升温裂。升温裂对于建陶并不常见,因生坯本身尚未液化,未形成低共熔物,石英快速晶型转变并不伤及整块坯体,更主要的是辊道窑通常预热升温速度比较慢,没构成破坏。

砖坯在870℃时出现A石英—A鳞石英的转变,体积增长最大(+16%),不过转变速度慢,不会造成砖坯结构破坏,但因石英含量高,整个砖坯体积膨胀大,相对抵消部分因水份排除、气氛分解反应的体积收缩,整体砖坯体积会增大,烧成收缩率越小的配方越明显。如果砖坯上下表面同时开始膨胀,不会造成大的影响,而有一面先膨胀,就导致变形,在辊道窑的设计乃至实际点枪上,往往是下部枪点多,特别是前区,有的甚至前区上部不点枪而下部点枪较多。

从表面考虑,这是企业重视砖正面质量的原因所在。对釉面砖,如果面温提高过早便得釉面始熔过早,容易造成针孔、气泡、黑心、黑点、烟熏等缺陷。预热区点枪的辊下砖坯实际温度往往比未点枪的辊上砖坯实际温度高,所以表现为先整体上翘变形。如果砖面温度高于底温,就整体下拱,砖坯随着烧成的不断进行,面上和底下都会达到870℃,不过是先后而已,这时砖坯会是一种什么样的变形呢?

假设砖坯下面先达到870℃,底面先膨胀从而整体上翘。此时上面仍存在氧化分解不断形成可被压缩的气孔,使得上翘得以进行。而当上面开始达到870℃,下面的氧化分解已接近完成,也就是可被压的气孔少,同时又有部分产生的液相填补,所以,砖坯整体下拱受到阻力,但仍然可以存在,不过下拱幅度小些,砖坯存在整体上翘形式。但由于重力使得砖坯存在下塌的趋势。

从整个预热带分析看,砖坯在预热带的缺陷,如中心裂受结构水的排除影响,黑心、黑点、针孔气泡烟熏受氧化分解影响,阴阳色、黄边受氧化分解、燃料燃烧影响,变形受石英晶型转变影响。

 4、中高温带机理

墙地砖因其内质的要求不同,最高烧成温度不一样。砖坯在中高温区主要为烧结甚至瓷化,同时存在氧化分解反应,大量液相生成逐步烧结。

配方中的部分有机质、碳酸盐、硫酸盐、硫酸盐物质受成型压力、前期氧化分解程度的影响,须在高温烧成时得以继续氧化分解。只要存在氧化气氛,该过程就有继续进行的条件。目前建陶烧成绝大部分是氧化气氛。

砖坯中存在不少的助熔性矿物,如钾、钠长石等,O2K、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等熔剂氧化物在不同的温度下能与SiO2和Al2O3形成各种低共熔物开始出现液相。与K2O、Na2O熔剂生成低共熔物,有的在750℃左右随着温度的升高,长石等原料熔融,坯体中的玻璃相逐渐增多,这种玻璃物质具有熔解石英和粘土质颗粒及其它晶体能力,温度愈高时间愈长,熔解的量越多。对于坯体而言,在预热带开始生成少量液相,主要在中高温区出现量大。大量液相的出现能促使SiO2和Al2O3在1100~1200℃重新结晶为莫来石,相对降低重结晶的温度,有利于坯体瓷化。

中高温区产生大量液相能填补坯体颗粒间的空隙。颗粒在表面张力作用下互相靠拢,急剧收缩,直到烧成。应该指出的是液相量的过早出现和过剩,对变形形式及程度的影响很大,如液相过量或存在时间过长,会产生“沸腾”效应,从而使得塑性状态下的砖坯出现肿胀,即过烧膨胀,气孔率重新升高。

 

A尺码变化:与尺码相关的产品缺陷有整体大尺码或小尺、大小头、长短边、窄腰、鼓腰等。这些产品缺陷大部分由压机成型造成,在烧成过程中反映出来,对于窑两边的尺码大于中间位的尺码,是窑边因散热吸风等降低了温度,产生的液相量不足或时间短相对收缩小导致而坯体收缩是靠液相去填补颗粒空隙及拉拢颗粒,如在成型时整体压力大,则颗粒间原本空隙小,那么收缩佘地小,窥出现整体大尺码现象;而如果局部压力大,局部粉料颗粒空隙小收缩佘地小,往往出现局部尺码偏大现象,如两邻边分别受压不一,则容易出现短边;如两对边受压不一,容易出现大小头,如同边角部比中心训受压力大,则容易出现窄腰等。

 

B、变形:在中高温区的变形通常表现为四角变形、角部变形、垂直棍棒边的折式变形、扭曲变形、辊棒效应式“了”字形变形等。

四角变形——四角同时上翘或下塌,是由于砖坯四边、四角受热快、受热时间长导致。如果中高温区面温高于底温一定程度,则四角同时上翘,反之亦然。

角部变形——单角变形,因为砖坯存在液相,必须先排除该角在窑内行进所受的机械阻力,如擦墙、粘砖、碰瘤等。砖坯在窑内行进的位置及枪火的长短、水平温差,有时都对角部变形有决定性影响。

折式变形——如果砖坯正中通过辊棒结瘤位,该处会留下一纵向折式变形,是重力造成。横向折式变形,是因为经过石英晶型转变后,进入中高温区前段,已经产生了液相,如该时温度急剧升高,液相急剧产生,收缩急剧变化,如上下温差大,则朝温度高的一面折式翘曲变形,折式变形跟棒距和上下压差、辊面平整度有关。

扭曲变形、辊棒效应“了”字形变形——扭曲变形,砖坯纵向水蛇样扭曲的变形。这是一种复合变形,先是预热区的整体变形,后是中高温区的局部变形,二者重合形成。扭曲变形还与急冷、缓冷有关,要视具体变形状而定。

 5、高火保温带机理

高火保温区是液相进一步形成的区域,对急冷起缓冲作用。高火保温区一般只是最高烧成区的1/2长,温度也低于最高烧成温度50~100℃左右,由于高火保温,砖坯产生的液相更多,收缩加剧。也由此砖坯在此段受上下温差变形较多,主要是砖坯前两角或前边变形,严重的会导致整体变形,其变形机理与最高温区一样是收缩变形是向温度高的一面翘曲。

高火保温使砖坯进一步液化,一般情况下砖坯收缩加大。如果砖坯配方原料温度过低或砖坯在此前已液化较完全,在高火保温带过长易造成过热膨胀,反而形成开口或闭口气孔,到急冷时固化,导致吸水率加大及砖坯抛光后存在小气孔。对于釉面砖,往往表现为釉面过火出现细小针孔,有的直接表现为大口气泡气孔,防污能力、光泽度下降。

 6、急冷带机理

冷却是成熟的砖坯从液相转化为固相,即砖坯从高温塑性状态降至常温的过程.考虑产量、产品的出窑温度,更重要的是产品质量,从而划分为急冷、缓冷以及强冷三个过程。

急冷理论上是可以将高火保温下的砖坯迅速冷却至573℃。这也是一般所认为的做主573℃时缓冷而不至于因B石英与A石英的晶型转变而开裂(即风裂、风惊)。事实上,不同产品有不同的冷却要求,大规格与小规格不同,釉面砖同玻化、抛光砖不同。急冷对于釉面砖,可以增加釉面的透明度和光泽度,因为釉内含有大量的硅,尤其是熔块釉,冷却结晶倾向强烈,釉内如有晶体生长,就会使透明度与光泽度受到影响。而影响结晶程度是在釉面的软化点温度范围的时间(有光釉的始熔温度在800℃左右),时间越长,结晶导致的失透越明显,快速冷却能很快地越过软化点温度范围,防止大量晶体的折出。

所以对有光釉,快速冷却对釉面透明度及光泽度大有益处。急冷对抛光砖抛光光泽度有影响,因为坯中的硅冷却形成类似为玻璃相的物质,抛光光泽会好,但抛光砖往往都是大规格的要考虑急冷裂及急冷强度。

急冷是使砖坯从液相转化为固相的过程,也就伴有物理变化即体积收缩,对于厚而大的坯件,如急冷快,则会由于内外散热不均匀而造成不均匀应力,引起开裂。这种开裂一般都有明显纹路,而且断口有些蜡质光泽。不容忽视的是急的上下温差过大,也会引起上下收缩不均匀,由于砖坯规格大,冷却散热时间长,所以,对于大规格砖来说,急冷缓冷区都应该长些。如果急冷段太短,则为避免砖坯过高温进入缓冷,急冷风就要加大,急冷风的加大,砖坯四周热交换最快冷却最快,但中心部分散热缓慢仍呈高温,这种温度差引起应力差再加上石英晶型转变开裂,由边部开始的风裂在所难免。

对于辊道窑的箱体结构来说,窑墙的传导散热及窑边辊棒与石棉间隙不密封以及事故处理口处的传导散热及不密封,窑体中间部位温度高于两边,如果出现窑两边砖风裂,除检查窑体密封外,适当提高急冷区温度是有必要的。必须指出的是急冷区冷风入窑,热电偶显示温度肯定低于砖坯的实际温度,一量出急冷区,显示温度往往会反弹,砖坯规格越大越明显,窑速越快越明显。

急冷和中高温区、高火保温区一样,坯中都存在液相,存在物理化学变化,其中重要点之一就是对砖的颜色有决定性作用。砖的颜色主要取决于着色剂(包括色料)烧后的呈色,而温度和气氛是影响着色离子价位、状态的决定因素。有的着色剂在不同的温度、气氛下显示不同的颜色。所以在高温烧成时(包括中高温区和高火保温区)温度高低,高火保温时间及气氛决定出窑砖色泽。急冷区对砖坯的呈色的影响主要是气氛。急冷是离心式通风,把外界空气注入急冷区冷却砖坯,而空气中含有21%的氧气,也就大大改变了急冷区的气氛——氧化气氛加强。对于对气氛敏感的着色剂,急冷的调节是影响出窑砖呈色的重要因素。

前面已经分析过石英的晶型转变,在急冷过程中存在870℃时的A鳞石英与A石英间的晶型转变。砖坯从高火保温进入急冷,砖面砖底都会承受急冷风冷却至870℃而体积膨胀,此时砖坯由于规格大及本身传导热的物理性能,各点到达870℃的时间是不相同的。结合前面的分析,边部、角部是最先到达870℃的。870℃时还存在液相,变形最先体现在四边四角,当面部到达870℃时,砖坯面开始膨胀而使整个砖坯呈拱形,随着温度的降低,液相固化而使面部可塑性明显下降及颗粒基本丧失迁移能力而保持相对硬化,此后底面到达870℃时开始膨胀,而由于面部已基本硬化定型而大大阻碍砖坯上翘趋势,等底部硬化定型,则出窑砖往往整体拱形。急冷区通常表现为正压,如果面部急冷风压力大于底部(即上急冷风大于下急冷风),砖坯也会因边角被压下而呈拱形。

而砖坯垂直棍棒的两边支撑,同时砖坯由于液相处重下垂和辊棒的传导传热,不管是拱还是上翘变形垂直辊棒的两边变形度通常小于平行辊道边的,从机理分析上可知,急冷变形是因砖坯的液相存在可塑性,也就是说高度液化(瓷化)更容易受急冷影响而变形,以此类推,瓷质砖比炻质砖易受急冷影响而变形,炻质砖又比陶质砖易受急冷影响而变形。其实根本问题还是烧成的中高温区及高火保温区,对于变形,最终原因还是在烧成过程,急冷调节变形只是辅助手段。烧成变形与否,根本原因取决于配方中各组分的含量,因为各种不同矿物高温塑性是不一样的。

 7、缓冷带机理

砖坯经过急冷之后,便进入缓冷区。砖坯在573℃时基本固化,这时的石英晶型转变很窥导致整个砖坯破裂或强度下降,可见缓冷控制的重要性。控制缓冷,和砖坯的和类、规格密功相关。一般而言,为满足快速冷却而又不开裂,要求急冷在不使砖坯开裂的情况下尽可能降低些温度,从而就缩短缓冷所需的时间。因为砖坯本身规格及窑墙散热等原因,窑炉横向方向上各砖进入573℃的先后也不同,控制不好,都会导致开裂,要求缓冷段尽可能减小水平温差及空气流动度和相应延长缓冷时间。砖规格越大,缓冷段要求越长,但这又不是一成不变的。

如果只是延长缓冷,而忽视缓冷的各抽热风闸的调节,同样会导致导砖坯的风裂或脆性因为影响风裂或脆性除了温度外,还与介质流速有关,同样的介质温度下,流速越快,砖坯本身冷却也就越快。因此,缓冷段的压力控制及各闸的开度控制相当重要。

在窑炉设计及操作控制上,缓冷前段采用间壁冷却对釉面质量保证相当重要。为避免冷风对缓冷区的影响,急冷与缓冷、缓冷与强冷间的马弗板挡火墙的高度设置也是不容忽视的。总的来说,缓冷的控制是尽可能使窑内砖坯任何一部位在573℃时都能缓慢过渡,此后便可强制冷却。573℃是个理论温度,在窑炉控制上不可盲目迷信于冷却段各热电偶的显示温度,这跟前面讲的急冷区的情况是一样的。

传统上缓冷控制在保证砖坯的强度上,其实这是不完全的,首先缓冷抽热要尽可能考虑加速冷却以提高产量提供调节佘地,以及抽到更多的佘热以便利用,再次还应注意缓冷区对变形的影响。缓冷变形并非就是砖坯在缓冷时变形,因为此时砖坯已固化,它间接影响急冷区而变形。

急冷、强冷打入的冷风大都要经过缓冷抽热抽走以维持窑炉平衡(有的窑炉在设计上考虑比较成熟而又单独为强冷提供了一个抽废热风系统,与缓冷抽热分离)。缓冷抽热风很大程度上影响到急冷,会因缓冷抽热的改变而改变急冷的上下冷却,也就可能改变原来的急冷变形趋势,这种情况在生产控制中应尽量避免,以保证冷却质量及系统的稳定性。若为之,很可能会顾此失彼或者得不偿失。

现在的辊道窑一般只是上部高抽佘热,对上部的急冷影响更大,如抽热风加大,急冷风循环加快,冷风往窑尾方向趋势增强,冷却更快窥使砖拱形,但这种影响幅并不大。

 8强冷带机理

对于快速烧成和大规格砖烧成,对出缓冷时砖坯表面温度仍很高的制品,强冷是必不可少的。后期强冷,既是为窑尾执砖工的劳动强度考虑,也是为制品的出窑质量考虑,因为砖坯在163℃、117℃时还存在鳞石英系列的快速晶型转变,很可能导致砖坯出窑因环境温度、外界空气流速、温度影响而使脆性加大,这对于大规格砖来说尤为明显;而对于水晶釉面砖,则会出现釉面风裂,如果强冷控制得不好,砖在此时会出现质量问题;而有时因窑速影响出窑砖经过强冷风冷却也无法降低砖温,有的窑炉甚至没有强冷风,所以有必要采用出窑口淋水冷却,这种方法可以将砖急剧冷却,但也有弊端,极易因此造成强度降低,脆性加大。可见强冷也是不容忽视的。

四、砖坯在窑炉中的表面物理变化

1、重量的变化

由于干燥排水及氧化分解造成烧失,砖坯经过烧结后重量减小,收缩越大的制品重量减小越多。

 2、体积的变化

由于生坯中的水份蒸发、体积收缩及液相量生成填补颗粒缝隙拉拢颗粒造成体积收缩。烧成过程的石英晶型转变造成的体积膨胀,只能抵消部分收缩。就整件砖坯而言,烧后体积到底会收缩多少,要视配方组成、成型压力以及烧成温度。对于抛光砖而言,考虑到白度及抛光光泽度,一般配方要求收缩大些而对于不磨边的制品如瓷片等,为保证尺码齐整,则要求收缩小些。值得注意的是有时砖坯出窑尺码会大于压机成型时的砖坯尺寸,比如瓷片砖坯在素烧不完全的情况下,会出现这类情况。

 3、气孔率的改变

砖坯在烧成过程中体积收缩,气孔率降低。如砖坯已在完全瓷化的时候继续受热,则会产生液体“沸腾”现象而体积膨胀,气孔率也开始加大。同样的烧成温度下,还原气氛比氧化气氛煅烧气孔率低,吸水率小,抗折强度大。

 4、颜色的变化

许多原料乃至色料、色釉,在一定温度、气氛下呈现不同的色调,砖坯经过烧成后颜色发生不同的变化。同件砖坯经过不同烧成次数后呈色也会有所改变,而对于不同的窑来说,因气氛、温度、压力及窑速不同,烧后都会有色差。只要清楚砖坯的呈色机理及变化原因,是完全可以尽可能调近颜色。

 5、强度与硬度的变化

砖坯入窑后随着机械吸附水的排除,强度略有担高。573℃石英晶型转变及氧化区结构水的排除、矿物的氧化分解、强度都略有下降;750℃以后随着液相生成而强度逐渐增加,在良好的烧成温度下,坯体强度在砖坯完全液化时达到最高,过烧膨胀又会下降。

 五、总结

正是由于这些变化,才出现这样那样的产品缺陷。陶瓷烧成是个复杂的过程,砖坯在窑内各点进行全方位跟踪(比如重量、体积、气孔率、颜色、强度、硬度),了解这些具体的变化及幅度后,分析和解决产品缺陷就容易得多。陶瓷行业能耗一直是企业重要的经济效益指标,只有真正能掌握砖坯在辊道窑中的烧成变化,在控制上就能很有效地把握各点的温度,从而避免不必要的损失,节能降耗就能落在实处。

(责任编辑:庞杏华

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