龙窑结构和作用原理分析

缪松兰，庄烈永

(1.景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403；2.浙江省瑞安市第二实验小学，浙江 瑞安 325200)

0 引言

龙窑是中国陶瓷窑炉发展中使用时间最长的热工设备。从战国时期开始，在中国南方的陶瓷产区得到延续使用。但随着时代发展和科技进步，如今在各大陶瓷产区，绝大部分龙窑早已退出历史舞台。它们经历了漫漫岁月，在野外长期被日晒夜露、风吹雨打，在风霜雨雪侵蚀下，早已倒塌、损毁、消失，成了历史遗址。

近二三十年来，各种非物质文化遗产、传统技艺的保护和传承，得到国家相关部门、社会各界、行业专家学者极大的关注和投资。专家学者们认为，非物质文化遗产的特点是“活态性”。因为传统手工产品与人们的生产和生活息息相关，必须将之引入生产领域进行活态的保护和生产。要秉持保护优先，有序开发的原则，并产生经济价值，这样才能得到可持续发展。

第十三届全国人大代表、景德镇陶瓷大学原校长宁钢教授曾经说过，陶瓷作为一种重要的文化载体，在推进文化交流方面可以发挥巨大作用的。陶瓷既是民族语言，也是世界语言。陶瓷文化是中国优秀文化的国粹。传播好中华陶瓷文化，让更多人来了解、参与，并进行文化传承，就是讲好中国故事，传播中国声音，展现中国风貌的一种文化自信。陶瓷文化不是“死的”，不是陈列在博物馆里的“花瓶”。而应该是活的，活在当下人们的生活里。传承与传播陶瓷文化正是要让文化资源从“小众”走向“大众”。陶瓷文化传播就是要引导陶瓷文化回归当代人民日常生活，满足人民群众对美好生活的新期待。

对于一些有价值的传统陶瓷重要的烧成设备——龙窑，我们要采取有力措施，使其从“原生态”转变到“市场态”，并使龙窑柴烧手工陶瓷产品适应人们现在社会生活的多元化需求。让传统龙窑在科技发达的今天获得再生，得到持续性的保护与传承。

今天笔者的目光再次聚焦于龙窑，对其结构与作用原理、装烧工艺进行归纳总结与分析。目的是为了让当今年轻一代陶瓷工作者和陶瓷爱好者，对中国历史悠久的传统陶瓷工艺和龙窑有了解、能传承、再创新。

1 龙窑的保护开发概况

过去南方各陶瓷产区，制作传统青釉瓷、黑釉瓷等，主要以铁为着色剂，草木灰配釉，龙窑烧制。龙窑在古代陶瓷生产中起到至关重要的作用。

据调查和报道，浙江全省多地域、福建闽北地区、安徽宁国地区、广东潮州与佛山等地、江苏宜兴、江西景德镇与吉安、湖南醴陵等地都有很多龙窑遗存。浙江龙泉曾氏龙窑从清代一直经营到现在。福建德化也有一部分龙窑由私人陶瓷厂一直在经营着。其中，在龙窑的保护与开发利用方面做得比较突出，有知名度与成效的一些示范点，还受到陶瓷工作者、游客的青睐。

安徽宁国地区至今还完整保存有十多条龙窑组成的龙窑群，在烧的仍有8 条。众鑫瓷厂、恒丰陶瓷厂、株木店陶瓷厂目前仍在使用龙窑烧制陶器。众鑫瓷厂龙窑烧制的大型陶缸大部分销往海外，卖价非常高。株木店陶瓷厂现有2 条长80 m、宽2 m、高1 m 多的建在山坡上烧松枝的龙窑，产品生产工艺流程均沿袭古代龙窑的传统生产工艺。

多年前广东佛山石湾的“南风古灶”，就对周边景观进行规划打造，对2 条古代龙窑进行修复，使其变成了活体博物馆，发展成为著名的旅游景点。每个月定期烧窑，并让一些陶艺家搭烧。还定期招收成人、青少年、幼童陶瓷兴趣班，不仅增加了龙窑景区的人气和艺术氛围，还提高了龙窑的知名度，推广了龙窑的使用。同时，还传播了龙窑文化和中国的陶瓷文化。

福建武夷山遇林窑文化创意园是福建目前唯一展现御窑制瓷工艺的特色景区，是集制瓷工序展示、手工制瓷体验、陶瓷精品鉴赏和康养休闲度假于一体的国家3A 级旅游景区。在这里真实地记录了御窑制瓷工艺的各个生产场景，活化了传统陶瓷生产工艺，见证了中国博大精深的陶瓷文化。使遇林窑古法制建盏、龙窑柴烧的精湛技艺鲜活了起来，恢复了人们对遇林窑的千年记忆。

2 古代龙窑和现代龙窑结构对比分析

2.1 龙窑的长度

由升焰窑发展为龙窑，最初的龙窑是较短的。随着生产力的发展，产量的提高，龙窑逐渐增长。古代龙窑的长度由最初的6 m 逐步向长的方向发展，东汉时约10 m、三国时约13 m，唐代达40 m，到南宋发展到45 m—63 m，与现代龙窑很接近。

现代龙窑一般长约20 m—85 m，如20 世纪江苏宜兴烧陶器的窑长约35 m—85 m；湖南铜官与湘阴烧缸类的窑长约80 m—85.5 m；广东烧瓷器的窑长约30 m—40 m；而湖南醴陵烧瓷器的窑长约42 m—50 m。

2.2 龙窑窑室的高度与宽度

龙窑内高与窑内上下的温差大小有关，也与窑具、制品高温的耐压强度有关，还应方便装窑、出窑。

初期龙窑的高度不高。随着用匣缽装烧瓷器，高度逐渐增加，一般在2 m 以下。龙窑早期高为1.2 m—1.6 m。到了唐代，由明火叠烧改为匣缽装烧，解决了生坯在叠烧时的负重问题。所以，窑的高度有了提高，增加到1.6 m—2 m，与现代龙窑基本相等。

由于使用了匣缽，匣缽柱可以码得高些。提高了窑炉利用率，窑可建得高些，为后来大容积阶级窑和景德镇蛋形窑提供了条件。由于使用了匣缽，把火焰和制品隔离起来，减少了落渣、火刺、烟熏、粘釉、变形等产品缺陷，并使产品器型端正、器壁减薄、釉面莹润光滑，大大提高了成品率和产品质量。

龙窑内宽要考虑窑内宽度方向允许的温差，并方便码窑。古代龙窑内宽一般在2 m 以下。现代山区龙窑多烧制中、小型产品，又以茅柴、树枝为燃料。所以，窑室的高度与宽度一般都在2 m以内。而湖南铜官、湘阴烧制大缸，又盛产芦苇，竿叶稍长，故窑室较宽也较高。

现代江苏宜兴与广东龙窑窑室横截面积上窄下宽，其上宽为下宽的0.87—0.92。沿窑长度方向，横截面积又不断变化。一般窑头最窄（0.7 m—1 m）、最矮（0.6 m—1 m），窑尾次之。中后段最宽（2 m—3 m）、最高（1.8 m—2.5 m）。

2.3 龙窑的窑壁

越窑早期以耐火粘土做窑壁。唐宋时期，窑壁多以土坯砖错缝平砌而成，同时还普遍存在用废匣缽筑造窑壁的现象。因为匣缽本身用耐火粘土烧造，经过多次高温焙烧，既是废物利用又是就地取材，为理想的建窑材料。

窑墙的加高为扩大窑室空间，提高装烧容量提供了基础。并使窑门的开设成为可能，从而方便窑工装窑和出窑，提高了劳动效率。坚固牢靠的窑顶是窑炉高度能够提升、窑门得以设立并且是延长窑炉使用寿命的保证。窑顶一般使用粘土砖砌成拱形。唐宋时期窑顶的砌筑可通过使用楔形砖来砌拱。此外，还可以用竹条做筋，然后涂抹耐火土，烧结之后成为窑顶。或窑顶泥坯砖叠筑，经过焙烧成为砖头。拱顶的特点是结构坚固牢靠、气密性好。

2.4 龙窑的坡度

龙窑窑底沿窑长方向有一定坡度（平坡或台阶），当初龙窑坡度不大。坡度小，抽力就小，烧成时间长，产量低。为了缩短烧成时间，提高产量，要求增加坡度。但坡度过陡，抽力过大，不易控制，大量冷风进入窑内。温度低，不易维持还原气氛，又要求降低坡度。

古人经过长期反复摸索，才逐渐找到龙窑坡度的变化规律。合理的坡度设计就是同一条龙窑的头尾坡度不一样，窑头坡度大一些，使其易上火；窑尾坡度小一些，使其易于存火。东汉龙窑虽然头高尾低，但总的坡度过大。东汉龙窑后阶段倾斜度为21°，比现代龙窑大。所以，火焰流速快，热量损失多，前后温差大，燃料消耗也大。而三国龙窑坡度又是头低尾高。与现代龙窑相比，正好相反，都不合理。西晋龙窑尾部坡度又改小为10°，才摸出了合理规律。也就是说，西晋龙窑后段的倾斜度才逐渐趋于合理。唐宋越窑龙窑长度40 m 左右，倾斜度为10°—15°。

现代龙窑的倾斜度一般为8°—15°，为了加快窑头的火焰流速，故窑头的倾斜度较大。随着山坡往上逐步减小，因烧成品种和气氛不同，各地龙窑的倾斜度也不一样。江苏宜兴陶器龙窑倾斜度较大（7°—23°），广东等地瓷器龙窑较小（15°以下）。烧还原气氛的龙窑最大为10°，烧氧化气氛的龙窑最大为15°。

2.5 龙窑的窑床

唐宋时期越窑龙窑的窑床一般宽约为2 m。窑床的构筑方法大致顺着自然地形，略加填土平整，构成一定坡度的窑底。或者在原生地坪，根据需要把它铲成一定的斜度。此外，还可以缩小底部中间与底边沿温差的两侧窑底，或者中间高的瓦弧形窑底，也有砌阶梯的窑底。

在窑床上铺石英等砂粒，是越窑龙窑技术中的定例，砂层厚度一般在20 cm 左右。铺石英砂粒的目的是使置于斜面窑床上的垫具更加稳定。厚厚的砂层能够起到垫平、固定垫具的作用。同时砂层具有吸热和发放辐射热的功能，可使窑内温度更加均匀。

2.6 龙窑的窑门

窑室达到一定长度才会设置窑门。古代龙窑门宽度最窄的40 cm，最宽的60 cm，各门之间距约1.75 m—4 m。

现代龙窑门宽0.6 m—1.5 m，高1 m—2 m，在窑的一侧或两侧设置2—4 个窑门。

2.7 龙窑的燃烧室与投柴孔

龙窑除窑头设有1—2 个火膛（预热燃煤燃烧室）用于预热窑头坯体外，其余燃烧室均在燃烧室通道内。装窑时沿窑室纵向，每隔一段留出约15 cm 宽的空间作火坑。

设在窑头的火膛（湖南醴陵称槽头），用来预热窑头的坯体。广东现代烧柴的龙窑，在预热燃烧室正面窑顶增设一个投柴孔，并在拱顶两侧窑墙上每隔1 m 左右开一对投柴孔。烧陶器宽度大于2 m 的龙窑，则沿窑背长度方向每隔1 m 左右，两边各开一排投柴孔，对称布置。烧劈柴的龙窑，只在窑背开投柴孔。烧树枝或茅草的龙窑，要在两侧窑墙上开设投柴孔。

现代龙窑投柴孔数量多，设在两侧窑墙上的拱脚处，对称排列。广东龙窑20 对—40 对，宜兴龙窑40 对—90 对，醴陵龙窑30 对—80 对。孔直径8 cm—20 cm 不等（近窑头处较大）。孔与孔的中心距均按焙烧制品的大小而定，为 0.7 m—1.5 m，孔的高度为窑相应截面积总高的75 %—80 %，醴陵的窑多在1.4 m 以内。

烧窑时，先烧窑头火膛将坯体预热。待第一排投柴孔下的坯体快烧熟时，停止窑头烧火。改为从投柴孔投柴，依次烧至窑尾。通过合理设置投柴孔，烧成时采用“火膛移动”的方法，实现由窑头到窑尾一段连续烧成。

2.8 龙窑的排烟孔和烟囱

由于龙窑依山而建且窑身长，沿窑体长度方向有上坡坡度，因而存在垂直高度差。故烧窑时，自然抽力较强，无需再建一个高高的烟囱来抽引火焰。没有烟囱或只有很矮的烟囱是龙窑的一个特点。所以，古代龙窑的尾端一般不设烟囱，只设一个挡火墙和排烟孔（出烟坑）。而且后壁排烟孔都集中在下部，这与古代马蹄窑是一致的。有的窑设有一个围坑排烟，也有的排烟孔是一个平面或半圆形的土穴。

现代龙窑，也有因窑体尾部倾斜角度较小，或为了增大抽风而设置烟囱的。其高度和大小视具体情况而定。坡度大的窑，烟囱高2 m—4 m；坡度小的窑，烟囱高4 m—8 m。烟囱均为方筒形，底部尺寸为0.3 m—0.4 m。部分龙窑的烟囱与窑尾之间还设有2 m—4 m 长的总烟道。

现代龙窑窑尾的排烟孔设在后壁的中、下部，以避免以往火焰集中在下部的缺点。

3 龙窑的特点和作用原理分析

战国龙窑的出现，为浙江在东汉时期烧制成功瓷器奠定了基础。龙窑的结构、燃料、窑具、焙烧工艺都具有自身的特点。从热工观点来分析，它是较好的窑炉种类之一。

3.1 龙窑的结构简单

龙窑在原料产地依山而建，不要求尺寸严格的拱砖和复杂的窑底。其阻力小，不要烟囱或只要很矮的烟囱，建造费用低廉。其作用原理像一个倾斜放置的隧道窑，但制品不动，火膛移动。这种窑可以看作是由间歇窑过渡到机械化连续性的隧道窑中间形式。

3.2 龙窑可以快烧急冷

龙窑一般以薪柴为燃料。松柴含有松脂，挥发组分多，火焰较长、灰分少、升温快、降温也快，可以快烧急冷。坯体在窑内先经预热和干燥再焙烧，内外温差较小，对烧成较为有利。

3.3 龙窑的废热利用

龙窑既能利用前段废烟气预热后，焙烧制品；也能利用前段制品冷却放出之热来预热助燃空气。故节省了燃料消耗，焙烧温度可以提高。比倒焰窑优越，具有现代隧道窑等窑炉的优点。虽然当烧成快结束（近窑尾处）时，废热利用较差。但由于窑结构简单，传热效率高，周转期快。故燃料消耗相对较少，热利用率高。只要使用得当，可降低产品成本，提高利润空间。

3.4 龙窑窑内的压力制度

龙窑与地平线所成的角度一般在10°—20°范围内。窑头角度较大，窑尾角度较小，可不设烟囱，窑本身就起着烟囱作用。

因倾斜角度合理，窑所造成的过剩几何压头（抽力）能克服料垛阻力。使全窑各点基本上都近于零压的情况下操作，而有利于消除窑内气流分层现象。这一优点为其他窑所不及。如果隧道窑、多室窑、轮窑要维持烧成带零压，就必须在冷却带机械鼓风，在预热带抽风。结果使预热带处于负压下，易吸入冷空气，造成气体分层。热气在上，冷气在下，温度分布不均匀。

3.5 龙窑投柴孔的作用

从龙窑的烧成来看，投柴操作最为关键。随着烧成的进行，沿窑的长度方向，停止投柴后的窑前段属于冷却区；正在投柴燃烧的中间段属于烧成区；将要投柴的后段属于预热区。这三区的比例大小并不是固定不变的。因烧成区不断向窑尾方向移动，窑前段的冷却区不断扩大，后段的预热区不断缩小。这与现代隧道窑、辊道窑三带结构固定不动相同，只是制品由窑头预热带向中间烧成带、窑尾冷却带移动的烧成过程正好相反。

烧成时处于预热区高温部位的投柴孔起着“氧化炉”的作用，操作时要保证氧化反应能够充分进行。处于烧成区的投柴孔，起到投柴和控制二次助燃空气量，从而控制烧成温度、气氛的双重作用。操作时要控制好投柴频率和投柴量，还要及时用薪柴大部分堵塞柴孔，降低从孔口进入的空气量，以保证窑内的还原气氛。因为龙窑窑内气体流动是与窑体垂直高度差、烟囱高度，并与窑内热气体与窑外冷空气的重度差有关。所以，烧成时从投柴孔进入的漏风量与窑的几何压力有关。在氧化和还原交接部位的投柴孔，要灵活掌握，必要时可允许漏入适量新鲜空气，协助气氛转换。处于冷却区的投柴孔起着控制制品冷却速度和向烧成区提供一次助燃空气的作用。操作时要根据冷却制品的需要，打开或封闭冷却区相应的投柴孔，并且要控制好窑头预热燃烧室炉门的开、关大小。通过控制漏入冷风的流通截面积，来控制漏入冷却制品的冷风量，以控制制品冷却速度。

最后，还要注意在烧成区熄火后不烧的投柴孔，都必须及时用匣钵盖好，并用黄泥或耐火泥封闭缝隙，确保投柴孔不漏风。

4 龙窑烧成技术讨论

4.1 制定合理的装烧操作规程

龙窑的结构必须满足烧成操作需要，烧成操作正确才能实现合理的烧成制度。烧成制度包括温度、气氛、压力三个方面。科学的方法是沿龙窑的长度方向测定各个区域的温度、气氛、压力参数，并作出这三条曲线。以此为依据，制定一套合理的装烧操作规程。

4.2 控制助燃空气量，烧好还原气氛

龙窑升温快、降温也快。表面看来，好像不易保温，也不易烧还原气氛。其实这是由于不注意控制操作的结果。窑工往往不太注意窑背孔眼紧闭和烟囱闸板控制问题。所以，一旦不加燃料，因窑散热大，温度下降。注意窑头、窑背、窑尾各处孔眼和闸门的启闭，适当较小抽力是可以达到一定的保温、控制助燃空气流入量，烧好还原气氛的。

4.3 龙窑装窑

装窑要注意装窑密度以下稀上密为宜。码窑要注意对着投柴孔流出火膛位置，以免投柴时碰倒匣钵柱。

装窑要求窑底的石英砂铺平整使钵柱稳定。靠近火膛处的匣钵质量要好，底钵耐压强度高，顶部盖好盖钵。

码窑时要注意火路畅通，钵柱之间、钵柱与拱顶、窑壁之间均要有一定间距，使燃烧产物（热烟气）流动的阻力均匀，保证窑内温度均匀。对内高较大的窑，钵柱与窑顶间距可以适当缩小，有利于缩小窑内上下温差。

4.4 龙窑窑头火膛点火操作方法

如果龙窑窑头火膛采用燃煤燃烧室，点火时在炉栅上先放一些干燥易燃的柴。其上铺一层小颗粒焦炭（俗称煤屎），再铺一层烟煤。打开炉门，在炉栅下面点火，柴燃烧后慢慢点燃焦炭和上层烟煤，再慢慢升温。待温度升到700 ℃—800 ℃时，即可开启窑头两侧的投柴孔进行投柴点火。

控制窑头炉门的开度，以控制二次助燃空气量。撬炉及落灰控制煤的结焦性与煤渣的结渣性，可以调整烧煤的一次空气量。

4.5 龙窑肉眼看火问题

有条件可以采用照子、测温三角锥、测温环或光学高温计等测量仪表测定窑内温度。龙窑传统上用肉眼观察(看火)，可凭生产经验鉴别窑内温度。根据窑内制品发出的可见光谱的颜色(即可见光的波长)，来判断窑内制品达到的温度。波长在0.40 mm—0.76 mm 范围内可见光辐射能很少，可忽略不计。但随着温度升高，可见光辐射能相应增多，亮度也逐渐增加。最先呈现暗红色，依次出现橙、黄、白色。工业上常根据物体加热后出现的颜色变化来近似地判断其加热温度。

物体所呈颜色和温度的关系大致如下：微红600 ℃、暗红700 ℃、深樱桃红800 ℃、樱桃红900 ℃、红黄色1000 ℃、橙黄色1100 ℃、黄白色1200 ℃、白黄色 1300 ℃、白绿色 1400 ℃—1450 ℃、强白色(耀眼)1600 ℃。

4.6 龙窑窑尾止火操作方法

全窑烧成结束，窑尾止火，停止投柴，盖好、密封投柴孔，关小烟囱闸板，控制烟囱抽力和冷却速度。待窑内制品冷却至100 ℃以下,即可打开投柴孔，再冷却一段时间，开启窑门，准备开窑。

4.7 龙窑的窑门问题

窑门的设置应方便装窑、出窑操作，提高生产效率。传统龙窑因封闭窑门的墙面比较单薄，容易散热,会造成该部位窑内局部温度偏低,温差大。

建议新建龙窑的窑门仿照现代梭式窑的窑门,使用铰链门和轻质隔热材料制作，便于开闭。烧成时，注意调整靠近窑门处投柴孔的燃料投入量、助燃空气量和投柴频率,以使该部位窑温均匀。

5 结 语

在长度较长的龙窑中，会出现有的窑位温度高；有的窑位温度低。有的地方是氧化气氛，有的地方是还原气氛的现象。这就要求同一条窑有多个釉料配方来适应。所以，在龙窑中既可单独烧青瓷、青白瓷、黑瓷，也可以三种瓷同窑烧制。

龙窑的烧成方法客观上决定了烧成温度的波动性和烧成气氛的多变性,从而导致了同窑烧成的坯釉配方相同的产品出现不同的外观效果。使烧制的青釉瓷、黑釉瓷呈现出无数的色阶和美不胜收的质感(肌理),从而使青釉瓷烧出了“缥瓷”“秘色器”“粉青”“梅子青”“天青”等名瓷；黑釉瓷出现了“曜变”“油滴”“兔毫”“玳瑁”“鹧鸪斑”等雅号的名盏。

目前，陶瓷市场上有些现代陶艺作品流行柴烧。除龙窑外,也有用阶级窑、景德镇窑、柴电两用小型试验窑等窑炉进行烧制。在柴烧的高温阶段，可以适当烧些湿柴，以增强窑内气体辐射传热能力。