陶瓷燃气辊道窑炉内温差问题及改进技术

李天婧

摘要：陶瓷燃气辊道窑炉的出现，在陶瓷工业窑炉技术改革中起着重要作用。这种窑炉技术以转动的辊子作为坯体运载工具，靠辊子的转动将置于辊子上的陶瓷坯体从窑头传送到窑尾，燃烧室位在辊子的下方，用煤气发生炉所产的煤气进行燃烧，当陶瓷经过高温燃烧室时即可烧成。在烧成过程中，温度控制是最为关键的技术，没有合理的烧成温度控制，产品质量和产量就会很低，能源消耗也会很高。基于此，本文就对陶瓷燃气辊道窑炉内温差问题及改进技术的相关内容展开分析，可供参阅。

关键词：陶瓷燃气辊道窑炉;温差问题;改进技术

1陶瓷燃气辊道窑炉内温差问题

1.1燃气烧嘴火焰本身存在的温差

烧嘴火焰分三层：外焰、焰心、内焰。外焰为最外层，氧气充足，气态物质能完全燃烧，从而产生大量的热，因此外焰温度最高，加热就是使用外焰;内焰为中间层，氧气较少，气态物质开始燃烧但燃烧不完全，温度较外焰低，介于外焰与焰心之间的温度;焰心为最里层，氧气最少，气态物质与氧气的接触最少，燃烧最不彻底，温度较外焰、内焰都低。

在正常的温度下，采用煤气自然燃烧时，单个烧嘴焰心的温度为800～1000℃，外焰的温度为1300～1400℃，氧气助燃时，外焰的温度可以达到1650～1700℃;采用天然气自然燃烧时，单个烧嘴的焰心温度为1600～1700℃，外焰温度为1900～2100℃左右，氧气助燃时，外焰温度可以达到3200～3400℃。因此，正常温度下，单个烧嘴的燃烧外焰温度与焰心温度相差300℃左右，甚至更大。

不论什么类型的燃气烧嘴，都会存在火焰雷区，其火焰根部的温度总比火焰末端的温度要低。火焰根部比末端的温度低20～50℃。一般直接将烧嘴安装在窑壁上，由于火焰本身的温度差别，再加上窑炉外壁由金属做成，外壁直接与外冷空气接触，吸热散热速度快，导致靠近窑壁处的温度比较低。而且，火焰稳定性较差，喷入炉内的空气形成的对流将靠近外壁的空气带入炉窑中间，空气混合效果有限，热传递需要一定的时间，容易造成局部高、低温，形成较大的温差。

1.2燃气烧嘴助燃风引起的温差

通常燃气烧嘴需要通入助燃风以提高燃气与氧气的接触量，让燃气燃烧得更加充分。但是现有的燃气窑炉烧嘴对助燃风的温度也有要求，并不是越高越好。如果通入的助燃风温度太低，那么助燃风的温度与烧成的温度相差较大，燃气燃烧后周围的温度就会不均匀，容易造成产品部分生烧和部分过分变形。如果通入的助燃风温度太高，那么经预热提高温度后，助燃风体积会膨胀，动力黏性系数增大，流动阻力加大，会影响烧嘴的燃烧能力，燃烧值反而会下降。在烧成的过程中应保持助燃风和燃气的通量、压力不变，不断地加大助燃风的温度，刚开始时烧嘴火焰颜色为蓝色，但是当助燃风的温度升到一定值时，燃气烧嘴火焰会开始变红，说明此时天然气没有燃烧完全，这是因为助燃风温度太高导致体积剧烈膨胀后含氧量不足，致使助燃风没有足够的氧气与燃气进行剧烈的化学反应。

1.3窑炉和烧嘴的设计不合理引起温差

很多企业为了追求产量，一味地加大陶瓷燃气窑炉的宽度和长度，不管是上下安装烧嘴，还是左右安装烧嘴，烧嘴的间隔会随着窑炉的增大而增大，烧嘴与烧嘴之间产生的温度场不能连续，容易产生上下或左右温差，造成温度变化不平滑;而且烧嘴中心线与棍棒的距离太大，由于热气体上浮，如果窑内气流搅拌不均匀，致使同一断面内温度不一致，也容易加大窑内的温差。窑炉、烧嘴的结构设计得不合理，导致窑炉内的温度不稳定、温差大，大部分温差在20℃以上。

2改进陶瓷燃气辊道窑炉内的温差问题的措施

2.1改造窑炉和烧嘴的措施

在烧嘴的烧成带后面增加了一个热交换器，这样助燃风机将助燃风打入烧嘴之前，先经过热交换器加热到最优温度后再进入燃气烧嘴，设置助燃风最优温度参数需根据设备、生产实践情况确定，不同的设备、不同的生产工艺要求助燃风的最优温度值是不同的。这样，燃气烧嘴的助燃风由原来的常温增加到最优温度后，不仅使得燃气窑炉内的温差明显缩小，也防止了由于助燃风温度过高而影响烧嘴燃烧值的问题。与此同时，采用燃气专用比例燃烧器及便于调节通量的高速流量烧嘴，使通入的燃气能够量化，再采用空燃比例阀控制燃烧过程中的助燃风和燃气的比例，使我们能够通过调节空燃比例阀就可以有效地控制助燃风和燃气的比例，以达到最优燃烧的目的。这种采用“热交换器+燃气专用比例燃烧器+高速流量烧嘴+空燃比例阀”的设计方法，能更加容易、精准地控制助燃风与燃气的通量比例，使得燃气的燃烧更加充分，窑内的温度更加均匀，有助于减少色差等烧成缺陷。

2.2改造烧成带的措施

2.2.1调整烧成带的高度

传统的燃气窑炉烧成带上下温差大，对于有些烧成的产品允许温差为20～30℃，可以采用传统的燃气窑炉烧成，然而紫砂产品要求的温差般是3～5℃。采用传统的燃气窑炉烧成时，紫砂产品易发生局部变形、生烧色泽粗糙甚至破裂，严重影响了紫砂陶瓷的烧成质量。为了适应紫砂产品的烧成，对窑炉的烧成带的高度进行了改造，经不断测试，将烧成带由原来的60cm降低到37cm时发现，烧成带上下温差可以降低3～5℃，通过降低烧成带的高度，使得燃气窑炉烧成带上下温差由原来的20～30℃降低为3～5℃，达到烧好紫砂产品的条件。

2.2.2增加辊道窑炉烧成带通道

在窑不太宽的情况下，为了保证窑内温度的均匀性，在烧成带前后增加了由窑箱进入窑内的2个通道，使得冷却带热交换器的热风经过烧成带前后的2个通道后形成2道气帘吹进窑内，充分混合窑内热气体。同时，2道气簾在烧成带附近也会形成还原气氛，使坯体内的高价铁得到充分还原而变为氧化亚铁，变成青色，消灭瓷色发黄的现象，保证了陶瓷产品在辊道窑中还原烧成的技术效果，为大批量生产窑变工艺品奠定了技术基础，降低了窑变产品的生产成本。

2.2.3精确控制窑炉的烧成温度和空燃比例

采用工控机控制是以PC机程序控制为主，控制参数主要包括炉温、燃烧时间、空燃比、燃气通量等变量。炉内温控系统采用PID智能温控仪表控制，并将PID智能温控仪表与PC机连接，使之能有效、精确地对全窑烧成温度进行有效监控。同时，通过PC机编程和贮存数十条烧成温度曲线，以便以后生产使用，这样通过智能化仪表进行温度自动控制，对窑炉动力、热工等系统进行智能化调节，实现窑炉烧成温度控制的全自动化。如何控制燃烧时间、空燃比、燃气通量，是保证炉膛温度均匀的关键性技术问题。为此，采用PC机根据炉内温度及烧成时间自动控制燃气专用比例、燃烧器的开关、高速流量烧嘴的燃气通量、空燃比例阀，实现燃烧过程助燃风和燃气的最优比例混合，提高燃料燃烧率和温度曲线的精确度，有效地控制窑炉内温度的稳定性、均匀性。

3结语

总之，陶瓷燃气辊道窑炉内的温差问题的技术改进是一个不断发展的动态过程，在研发过程中，需要结合窑炉设计的发展方向，以减小窑内温差、减少陶瓷产品缺陷、降低能耗为着力点。

参考文献：

[1]陈水福，潘建环.超宽体低热值燃气节能型辊道窑的工艺技术研究[J].佛山陶瓷，2020，30（7）：19-21，27.

[2]黄启锋.辊道窑燃料消耗分配的研究及应用[D].江西：景德镇陶瓷学院，2014.

[3]贾华，魏嘉孚，李白冰.模糊Smith在辊道窑温度控制系统的应用[J].计算机仿真，2016，33（10）：290-293.