摘 要：本文阐述了汉索夫日用瓷还原焰自动控制辊道窑的主要技术参数、窑炉的结构组成、热工性能及工艺控制等情况。经过反复试验，不断的摸索，获得了最佳的高档高温硬质瓷快烧的生产控制方法，以及适合辊道窑快烧的坯釉料配方。经检测，产品的釉面质量和白度达到了德国和日本高档瓷的水平。
关键词：日用瓷；还原焰；自动控制；辊道窑
1 引言
在上世纪90年代中期，世界陶瓷窑炉第一品牌——德国汉索夫窑炉公司设计，中外合资北京多博仕有限公司建造的“日用瓷还原焰自动控制天然气辊道窑”在重庆兆峰陶瓷厂顺利投产。开创了高温日用硬质瓷用辊道窑还原焰烧成，并同时实施温度、窑压、还原气氛三大热工制度自动控制系统。由此引起一场日用瓷还原焰窑炉自动控制的革命。许多国内的窑炉公司和生产日用瓷的工厂纷纷花巨资进行消化吸收和研制，但由于原兆峰陶瓷集团体制等原因，重庆兆峰陶瓷厂实施封闭式管理，外系统人员无法进入参观，也没有详细资料介绍有关该窑炉的基本情况。由于对该窑炉的控制方法和设计原理不详以及国内缺少合适的控制元件等原因，导致国内日用瓷辊道窑炉在温度和还原焰气氛同时实施自动控制方面无一成功例子。而该窑炉的技术参数、窑炉结构、运行情况等仍如同蒙上了一层神秘的面纱，乏人知晓。
笔者在北京多博仕有限公司担任副总工程师兼技术部经理，参加了该窑炉完善的技术指标的制定，对国外设计资料进行了消化吸收和配套设计，并参加了后期窑炉的技术参数测试、收集和窑炉调试工作，对该窑炉有了一定的认识。为使国内高温日用瓷还原焰窑炉自动化控制水平得以提高，特将该窑炉的一些情况予以介绍，供有关企业参考。
2 窑炉的主要技术参数
窑炉的主要技术参数有：
（1） 窑炉长度为57.7m、内宽为1750mm、有效内宽为1400mm、有效内高为400mm；
（2） 辊间距为81.5mm、辊棒直径为Ф40mm、辊棒材质为碳化硅和重结晶碳化硅；
（3） 烧成温度为1420℃，设计最高烧成温度为1460℃；
（4） 烧成气氛为还原焰烧成；
（5） 烧成周期为4~6h（可调节）；
（6） 烧成带温差≤3℃；
（7） 烧成合格率≥98%；
（8） 产品品种和产量：高档硬质日用瓷釉烧，20000~24000件/天；
（9） 燃料：天然气，热值35564kJ/m3；
（10） 棚板尺寸为400mm×460mm×7mm，材质为重结晶碳化硅。
3 窑炉结构及组成
窑炉主要由干燥段、预热带、烧成段、冷却段等组成。
（1） 干燥段
窑炉干燥段由三节组成，墙体和窑顶采用纤维材料和隔热板。窑头设有封闭气幕。干燥段所有干燥热源均由冷却段的余热风，经热风炉升温加热后送入窑内，干燥温度达150℃以上。坯体内的残余水份40min左右排除。该段设有循环风机两台、接力风机一台、废气抽出风机一台。
（2） 预热带
窑炉预热带墙体内衬采用轻质隔热砖，保温层采用优质硅藻土砖和隔热板，窑顶为纤维模块平吊顶，由三节预制组件组合而成。该段设废气抽出风机一台，在窑体两侧设有三对喷风口，将预热后的热空气从侧墙上部高速喷入窑内，有强烈搅拌的作用，以解决预热带的上下温差。
（3） 烧成段
窑炉烧成段由14节预制组件组合而成，墙体内衬由轻质隔热砖和纤维两种材料组成；窑顶结构形式为平顶，全纤维结构；窑两侧设有66个高速烧嘴，分为11个控制单元，部分烧嘴具有自动点火和火焰监控等功能。
助燃空气、冷却空气的整套管道和导管使用不锈钢材料，部分管路直接安装在窑炉的组件内。在氧化和还原气氛转换处分别设有从窑顶上部和两侧打进热空气的气幕装置，起隔焰作用。在烧成带两侧下部设有12个事故处理孔。
每个窑段的内部相当于一个窑室，每两个窑段有一个控制区间，其上部采用不同材质的SiC隔焰棒或R-SiC隔焰棒使窑室分隔，以减少燃烧产物的对流。按烧成工艺曲线的要求，形成相对比较稳定的温度区间。
（4） 冷却段结构
冷却段由6节预制组件组合而成。前3节窑内衬由轻质隔热砖和保温砖、隔热板组成；后3节窑内衬主要由轻质材料和隔热板。在烧成段末端第16节窑段（不含干燥段）顶部设有急冷风机一台，但该风机不打进冷风，而是直接抽出窑内热气体，经热交换器加热助燃空气，从而降低抽出风的温度，以及实施余热利用。其后有一组从窑顶和窑两侧打进窑内的封闭气幕，利用助燃风机空气作介质直接喷射入窑。该区域为急冷区，以直接冷却为主。在第17节窑段的辊棒上部设有21根交叉布置的间接冷却管装置，在辊棒下部设有7根交叉布置的间接冷却管装置，并与产品运行方向垂直布置。外界冷空气通过冷却管间接冷却制品，经热交换后的热气体被抽往干燥段。
在18~20节，辊棒上部和下部分别设有金属冷却管19根，外界冷风通过金属冷却管冷却制品，热气体被抽往干燥段，该区段属缓冷区。在21~23节，采用的冷却方式是在窑两侧用冷却风机直接打进冷风，热气体分别从窑顶部和窑底部抽往干燥段。在窑炉最后设有封闭气幕两道，阻止外界冷空气进入窑。
（5） 经热交换器加热后，到达烧嘴助燃空气的温度约为150℃。各个调节组都配有燃气、空气比例自动调节等装置。
（6） 辊道窑驱动系统装有8个电动机，带可调变速驱动器、垂直齿轮箱、变频调速器，驱动电机为无级变速。
（7） 全窑配置不同长度的辊棒628根，烧成段配置R-SiC辊棒；干燥段、预热段、冷却段配置SiC辊棒。
（9） 窑侧配有输送窑具和制品的输送皮带，并设有光电控制。窑头、窑尾设置进出窑机各一台。
（10） 燃气管道设置调压器、安全阀、过滤器、压力开关、压力表等元件。
（11） 全窑设置风机共8台。
4 窑炉的热工性能
（1） 每节窑段均为相对独立的窑室，窑段间为半封闭状态。由于采用高速烧嘴，气流速度较快，使高温气流能滞留在窑室内，显著地提高了对流换热系数。升温、降温对其它窑室干扰小，再加上窑室容积大，空间热强度高，窑内温度均匀。经测试，高温区断面温差小于3℃。
干燥、预热、烧成、冷却四个段的通风系统使窑内各处的压力相对平衡。排烟机的吸入口设在预热段，一是其封闭气幕的作用，不会吸入外界的冷空气；二是烧成带的热量可直达窑头，热利用率高。废气的排出温度为230℃左右。
（2） 窑体轻、蓄热少、热效率高。由于采用了轻质隔热砖、陶瓷纤维作为砌筑材料，其砌体重量为传统耐火材料窑炉的1/3~1/4左右；蓄散热损失为传统耐火材料窑炉的10%；蓄散热量占供给热量总量的4%，因此，热效率明显提高。
（3） 传热速度快，温度均匀。辊道窑虽然没有燃烧室，但通过在辊棒上下、窑墙两侧交叉布置高速烧嘴，其喷出速度高达116m/s。一方面，可以增强对流换热能力；另一方面，加强窑内气体的流动，使窑内温度达到均匀。预热带布置的喷射风管有助于减小温差，促进窑炉快速烧成。
（4） 采用辊棒输送产品，减少传统的窑车热损失。该窑首次在高温、还原焰日用瓷窑上采用辊道输送制品，由于普通陶瓷辊棒无法承受1400℃以上的高温，该窑采用了先进材料R-SiC辊棒，减少窑炉的热量损失。
（5） 自动化控制程度高，烧成质量稳定。该窑对烧成产品输送、助燃风机、排烟风机、窑压、温度、气氛进行自动控制和调节。其中，输送采用变频控制；窑压控制采用PID调节方式；温度控制采用PID调节和燃气、助燃空气比例调节方式。由于选择了窑炉温度控制和气氛控制的位置，避免了温度控制与气氛控制的相互干扰，从而使窑炉所有的热工参数自动控制得以实现。
该窑配备了两台特制的CO分析仪，并与窑炉还原段烧嘴配套调节。当CO气体分析仪检测CO气氛偏低或偏高时，通过与仪表设定值进行比较，然后通过空气与燃气的比例调节器、流量孔板，可同时调节助燃空气和燃气的阀门，成比例的增加或减少助燃空气和燃气的流量，使该区间窑内的CO气氛始终接近设定值，达到稳定窑内CO气氛的目的。由于窑炉的三大热工参数：窑内的压力、温度和气氛，始终处于受控状态，使得燃烧情况较稳定，从而保证了产品质量的稳定，产品烧成缺陷为1% 左右。
（6） 采用先进的窑具。该窑可焙烧多层负载窑具的制品，大大提高了窑炉产量。由于采用了先进的R-SiC材质的窑具，重量轻，最薄的盘类窑具厚度仅为5mm。与传统的匣钵相比，具有平整度好、不掉渣、抗冷热急变性好、使用寿命可达1400次等优点。窑具与制品重量之比小于3:1，减少了热量的损失。
（7） 窑炉的密闭性好。除进出口外，窑炉其余的孔洞均有盖板或塞了陶瓷纤维。一是为了减少热量损失；二是能有效的阻止外界冷空气进入窑内。
（8） 能耗低。由于窑体轻、蓄热少、热效率高；自动化控制程度高；采用辊棒输送产品；采用先进的窑具；窑炉的密闭性好；利用窑炉余热加热助燃风等因素，使得该窑运行能耗极低。在烧成温度为1420℃、CO的含量大于2%、烧成周期为300min时，所消耗的能量为10600kJ/kg瓷，远比国内同类产品的耗能低。
5 窑炉的工艺控制
（1） 坯体的入窑水份要低。该窑炉设置的窑前干燥段将坯体的水份大幅降低，获得了较好的效果。
（2） 产品的厚度要控制好，必须均匀，否则在烧成的过程中易开裂。
（3） 由于釉料处于高温中的时间短，因此，要求釉的高温粘度低、表面张力适宜、膨胀系数小。
（4） 装坯时器型大小、窑位高低要搭配好，尽量减少产品入窑的不均匀性。
6 结语
经过反复试验，不断的摸索，获得了最佳的高档高温硬质瓷快烧的生产控制方法，以及适合辊道窑快烧的坯釉料配方。经检测，产品的釉面质量和白度达到了德国和日本高档瓷的水平，获得了国家领导江泽民、李鹏等到该厂视察后，也对此产品的好评。
参考文献
[1] 窑炉的革命[J].兆峰陶瓷刊物,1998.
[2] 刘振群.陶瓷工业热工设备[M].北京:清华大学,1982.