运用现代技术改造传统龙窑——兼论龙窑微型化

吴小平

我国传统龙窑，商周至明清南方各窑口多有砌筑。千多年前南方龙窑与北方馒头窑、葫芦窑、马蹄窑，共同演义了中国陶瓷在世界辉煌的历史，如浙江越窑，烧出类冰似玉“千峰翠色”的“密笈瓷”；河北邢窑唐代北方最大窑场烧出“类雪似银”“天下无贵贱”白瓷；内地长沙窑，利用龙窑烧出釉下多彩人称“天作窑变”的“釉里红（俗称：鸡血红）密笈釉”。龙窑的使用直到上世纪中叶，由于煤窑、电窑、气窑的出现，市场、环境的变化，传统龙窑许多问题呈现出来。如占地面积大，窑内气氛控制难，满窑装载量大，成品率低，薪柴用量大、对生态破坏严重，生产方式等不适宜当代艺术品小规模陶瓷的生产，而被逐步淘汰，如今“龙去歌息”。多年来，躺在山头无人问津，成了不可移动的“文物”。近年来，为了追求柴窑“一窑进、万色出”，“窑变、天作”的纯自然艺术效果，台湾、日本和韩国，又重新回归，追求柴窑的真蹄，国内陶人却又止于其弊。笔者认为，如何去其弊扬其利，核心是要将传统大型龙窑小型化、微型化，以适应现代社会的要求，这是传统龙窑重生的关键。为此笔者与同事运用现代技术对传统龙窑进行了系列优化和改进，以适应柴窑烧制陶瓷产品，传承千年窑火文化的新需求。

一、龙窑微型化改造的路线图思考。

改造后的龙窑要小，长、最好要控制在5米以内，宽、不超2米，高、应根据人体工程学的要求工作高度不超过1.4—1.6-米。容积1--4立方米为宜。其意：一）、适应艺术品小批量生产的要求；二）、占地小、投资少、生产、维护、保养成本低：三）易操作、控制、燃烧充分利于环保。四）、目的是保持柴窑“窑变天作”的烧成效果。

二、“微龙”的结构与工作原理。

图一 “微龙”二层四门主视示意图

图二 传统龙窑 长51米

图三 多层微型龙窑 长4.2米

“微龙”缩身后结构会发生一些重大变化，如过去依山坡而建的几十米长的大龙窑，移至平地与室内，在总长度不能超5米的条件下，“微龙”火路、烟路、气路，又成为热能利用的枝术瓶颈。如何在总长度大大缩短的情况下延长火路，成为“微龙”成败的关键。因此必需在各窑室增设阻火墙，改平焰为多次倒焰以延长火路、烟路、气路。本文以楼式“双层四门”“微龙”为例，总长4.2米（含炉台泡）、窑身高2.6米、窑宽1.6米。《参见：楼式多层“微龙”参贝二层四门主剖视示意图一》由：炉房、窑室、阻火墙、烟囱、控制系统四大部分组成。炉房由炉台泡、炉门、炉膛、炉桥和沉灰池构成；窑室由活动窑门、投柴孔、观火眼、窑床，构成窑室的外墙构成窑体；阻火墙置于两窑室之间，由阻火墙、过火孔、微调洞构成；烟囱安装在二层二窑室一侧，主烟道、炉门处装风控装置；控制系统由热感应器、进风阀、出风阀构成。使用前将需要烧制的陶瓷坯件有序摆放各窑室窑床上，可用匣钵叠装、也可裸烧。坯件之间应留二指宽隔距作为火道、烟道、气路。然后关闭窑门，打开炉门，投柴点火。燃烧产生的火焰、烟、气由炉内烟道在烟囱抽风的作用下，按照设计要求，从烟道（过火孔）被拉入第一窑室，经窑内坯件，形成上下波曲线，火成倒焰、并依次经过各窑室。炉膛柴薪燃烧时产生的高温、烟、气，在烟囱抽风作用下经依次经过各窑室，最后从烟囱被排出。

根据龙窑“火膛移位”补温的原理，窑门左上分别设有投柴孔，当炉房燃烧、将第一窑室中坯件烧成后，应开启第一窑室的左上（8）投柴孔、对第二窑室补火、补温（长沙窑又称：隔窑补火），此如类推，直至窑中全部器件烧结。（图三）

三、延长“火路”是“微龙”的技术关键。

传统龙窑属平焰窑，因窑身长余热利用较好。“微龙”身短，如果按平焰窑设计，火路极短，余热浪费大，热效能低，温度上不去，故“微龙”必从两方面进行技术上的突破，一）、增设阻火墙，迫使火路从在窑内遇阻后，以先上后下、波浪形穿过各窑室，人为延长火路、烟路、气路，实现短窑身，长火路、高热效。二）、因在窑内增设多个阻火墙，抽风阻力增加，设计时相应加大加高烟囱，增强抽火、抽烟、抽气的能力。

四、改人工“看火”为设备控制。

传统龙窑温控信息主要由专职“火师”看火获得，“火师”通过长期的实践和口耳相传撑握了这门绝活。他们认为：火为红色（初起）时约470度；火焰颜色暗红（黑赤）时530度；紫红（暗赤）时650度；桃红时750度；黄红（楺黄）时900度；橙黄950度；浅黄1000度；亮黄时1100度；发白1200度待转为鲜红亮白焰时，窑内温度已过1240度。传统龙窑温控，除了通过观察火焰颜色的变化确定窑内温度外，有时还采用吐痰办法，如痰吐入窑内器物上立即起泡，被烟“拉”走，而且黑迹立即消失，重现原来火色，即可落火停烧。传统龙窑“看火”虽非绝技，但也算是真功夫，是用无数次生烧、欠烧、生夹、过火烧塌代价换得。楼式多层“微龙”没有必要通过“观火”了解窑内温度，再进行火控、温控。可在各窑室内分别安置热感应器，即时准确撑握窑内温度，并通过进、出风闸、燃料增减，对其进行控制，还原烧成则可通过风闸门控制进窑氧量，人为造成窑内供氧不足，迫使器物釉内氧气释放，陶瓷釉色产生“天作窑变”效果。

五、改一次性砌建临时窑门为永久式活动窑门。

传统龙窑的窑门是临时砌建，工件入窑装载后窑工砌砖（土砖）封门，形成一个临时零气压的封闭体，烧成出货时又需拆门，千百年来都是如此，并代代相传。照理，“微龙”关于窑门的处理，也可如此，并无大碍。因考虑工作时频繁砌建费工、费料，在不影响“微龙”柴烧的效果的前提下，将其改成保温型永久式活动窑门，并在窑门上增设观火孔。烧成试验，取得很好效果。

六、“微龙”的标准化与烧成制度的建立。

龙窑烧成制度包括：温度、气氛、气压三种制度，传统龙窑因自然山坡而建，宽窄、高矮、长短不一，属非标陶瓷热工设施。因此，传统龙窑的烧成制度，虽有一些规律，但终在动荡之中，难已建立。“微龙”根据目前的市场需求，窑的容积可分一立方、二立方、四立方、多种标式。对窑内温度的控制，根据“差热曲线”可分为：冷火干燥、爬坡式升温、烧结玻化、落火冷却四个阶段设置烧成制度。冷火干燥阶段：一股温度控制在400度以内，这一阶段实质上是坯件干燥在窑内的延伸，低温培烧的目的是要将坯体内残留的机械水、化学水升温后排出。冷火干燥阶段时间，一般控制在8--10小时。二阶段爬坡式升温速度不宜太快，一般而言宜采用“中升”升速，即按每小时30—50℃升温进入烧结玻化阶段。以前述楼式二层四室“微龙”（2立方）为例，差热曲线值在100℃时产生小的吸热峰；450—900℃有一个明显的吸热峰（膨胀曲线），加热到1000℃时产生明显放热峰值。（参见国家陶瓷产品质量监检验中心‘江西’检验报告06W2014013）产品烧结、玻化终极温度，视泥料和产品而定。长沙窑产品1240℃为宜，湖南醴陵、江西景德镇产品一般在1300℃左右烧结。落火降温阶段不能立即打开窑门让其急速降温，应让其自然缓慢降温，否则将引起坯件炸裂。

“微龙”窑内气氛控制，因小型化标准化后，配有通风进、出风控制系统，相对传统龙窑则要筒单。在撑握“微龙”差热曲线规律的基础上，适时通过进出风装置可对窑内氧气量供给实现有效的精准控制。

“微龙”压力控制是保证窑内温度和气氛实现的基础。为了确保窑排烟、排气通畅拉力，应注意窑床面积与烟囱规格相匹配。冷火干燥阶段应吸入少量二次空气（负压状态），确保窑内富氧气氛，此时窑内压力一般控制在30PA（帕）以内。但进入烧成玻化阶段（950--1300度），应确保弱氧化还原气氛，防止坯件玻化前被二次氧化。

七、“微龙”的几种模式。

“微龙”除本文已提到的二层四门一式外，可根据需要设计：二层二门二式，二层（下二上一）三门三式，二层（下一上二）三门四式，三层多门五式，四层多门六式等多种模式。

追求柴窑烧成效果的生产者选择什么“微龙”模式，可根据生产场地条件和生产产品情况选择最佳“微龙”模式。

八、“微龙”需要注意的几个问题。

1、“微龙”窑身热冷交换“应力”的处理。

关于“应力”引起龙窑垮塌问题，从已发现挖掘的半埋式古龙窑考查中，古人建窑时已意思到这一问题，建窑时已将窑身一半、嵌入地下，解决了龙窑在冷热交换“应力”挤动和收缩引起窑顶垮塌重大技术问题。“微龙”从半地下搬到地面，“应力”矛盾突出，在实践中应引起注意，可采取抱筋加固处理，防止冷热转换造成“微龙”的垮塌。

2、窑床与烟囱的比例问题。

“微龙”一般火膛的面积占11%，窑床面积占71%，烟囱面积占18%。烟囱面积（以圆形为例）=3.14×［（烟囱底部半径十烟囱上部）/2］直径×烟囱高度×烟简圆台（长沙窑为方台）部分侧面的长度。正确的热压与风压的比例，确保烟囱起到拔火、拔烟、排烟气效果，满足窑内各个阶段烧成条件的要求。

3、燃料问题。

“微龙”产品要达到传统龙窑的烧成效果，追求柴窑“窑变天作”独特的艺术独显自然的魅力，选薪柴作燃料应以“松柴”劈柴（硬柴）为主，利用松柴、含油质特奌，窑内高温燃烧时产生的油质气氛与坯件结合，其“天作”艺术效果远高于其它软柴。

九、“微龙”市场浅析。

陶瓷热工设备从热源角度看，目前大量使用的有：煤窑、电窑、气窑，我国极个别的地方也有柴窑在烧，但窑炉基本上仍保持传统的方式“带病”操作，远不能满足现代人对现代柴窑的需求。将柴窑微型化后，可解决日益增长“天作窑变”陶瓷生产需求。