辊道窑炉作为现代陶瓷、建材及磁性材料等行业的核心烧成设备,其窑内气氛的准确控制是决定产品色泽、理化性能及成品率的关键工艺环节。对辊道窑炉内氧化与还原两种基本气氛进行有效调控,涉及一个贯穿预热、烧成与冷却全过程的系统性工程。掌握其控制要点,是实现高品质、低成本生产的基础。
一、气氛性质的根本界定与选择
控制的前提是明确生产所需的气氛性质,这直接由产品配方与工艺要求决定。
1.氧化气氛:指窑内气体中游离氧含量充足(通常>8%),旨在使坯体中的有机物充分燃烧、碳酸盐分解,并消除硫化物等杂质。适用于绝大多数建筑陶瓷(如瓷砖)、日用瓷及需要显色纯净的氧化物产品。
2.还原气氛:指窑内存在一定浓度的一氧化碳(CO)、氢气(H₂)等还原性气体,游离氧含量低(通常<1%)。其核心作用是在高温下迫使釉料及坯体中的金属氧化物(如Fe₂O₃)还原成低价状态(如FeO),从而实现特定的色泽(如青瓷)、提升釉面光泽度与白度,或满足特殊电子瓷的电性能要求。
二、燃烧系统与风量调节的核心作用
辊道窑炉的气氛本质是由燃料燃烧的过剩空气系数(λ)决定的,这主要通过燃烧系统和风量控制来实现。
1.燃料与风量的准确配比:
-氧化气氛控制:需要提供过量的助燃空气,即保持较高的过剩空气系数(λ>1)。此时,燃料完全燃烧,烟气中富含氧气。操作关键在于准确调节助燃风机的频率或风门开度,确保氧气供应充足且稳定。
-还原气氛控制:需准确控制为欠氧燃烧状态(λ<1),通过减少助燃空气量或增加燃料量来实现。此时燃料不完全燃烧,产生大量CO和H₂。需要精细调节燃气与空气的比例阀,将CO浓度稳定在工艺要求的特定范围(如2%-5%),并避免因还原性气体过浓而产生积碳。
2.压力制度的稳定性:窑内压力,尤其是烧成带与预热带交界处的压力,是维持气氛纯净度的关键。需要将辊道窑炉的窑压稳定在微正压状态(如10-20 Pa)。微正压能有效阻止窑头等处的冷空气侵入,避免其对预定气氛(尤其是还原气氛)造成“氧化污染”。窑压的稳定依赖于排烟风机(EF)与助燃风机、冷却风机的协同调控。
三、窑体密封与结构保障
任何精细的控制都依赖于一个密封良好的窑体结构,这是防止气氛失控的基础。
1.全方面的密封性:辊道窑炉的窑体砌筑需要严密,所有观察孔、测温孔、急冷气幕接口等处的密封性能需要良好。特别是辊棒与窑墙之间的缝隙,需采用高性能的密封棉或密封块进行有效封堵,这是防止内外气体串通、维持气氛稳定的薄弱环节。
2.气氛屏障的设置:在辊道窑炉的预热带末端、氧化段与还原段之间,可设置气氛幕(如通入少量氮气或特定气体),形成局部气封,以阻隔两段不同性质气氛的相互干扰,确保反应区的纯粹性。
四、全过程协同控制策略
气氛控制并非孤立于烧成带,而是贯穿于整个窑炉系统。
1.预热带排烟:预热带排烟系统需将坯体挥发产生的有机物、硫化物等废气及时、顺畅地排出,为后续高温反应区创造一个洁净的初始环境。
2.冷却带保护:产品经过还原反应后进入冷却带,此时需要严格控制冷却介质的进入。急冷气幕应采用洁净空气,且风量需准确计算,避免过量的氧气在高温区间(700℃以上)与产品接触,导致已被还原的坯体发生“二次氧化”,从而使产品发黄或性质改变。
总结而言,辊道窑炉内的气氛控制是一项集成了工艺设定、燃烧科学、自动控制与机械密封的系统性技术。它要求操作者深刻理解热工原理,并能通过对风、气、压等关键参数的精细化与联动化调节,在动态的窑炉系统中营造出一个稳定、均匀且符合工艺要求的气相环境,确保产品烧成质量的稳定。