♈生产｜现代窑炉节能的原理及烧成操作

　　能源紧张已制约世界经济和中国经济的发展，陶瓷行业作为耗能大户行业之一，如何节能降耗不单是为国家考虑，为我们的子孙后代考虑，也是我们行业自身求生存求发展的迫切需求。陶瓷整个生产过程，烧成成本占去总成本30％以上，二次烧成、三次烧成的成本更高。降低烧成成本就是降低了生产总成本，我们陶瓷行业已进入微利时代，如果在烧成成本上降低10～20％以上，那么我们工厂可能增加2～6％以上的利润空间。在烧成成本上降低20％以上有可能吗？我的回答是肯定的，对潮州大部分陶瓷工厂窑炉能耗还相当的高，窑炉节能的潜力还很大。今天我所要讲的是现代窑炉节能原理，也就是说现在哪种类型的窑炉最节能，确定了窑型后怎样建造这座窑可以达到最佳的节能效果。

　　一、陶瓷窑炉分类

　　1、 按构造型式分：梭式窑、隧道窑、辊道窑、推板窑、圆型（转盘窑）、钟罩窑。

　　2、按供热方式分：煤窑、柴窑、电窑、燃气窑。煤窑、柴窑已被淘汰，清洁能源窑炉（电、燃气）已走向成熟及发展阶段。

　　3、 按烧成温度分：高温窑、中温窑、低温窑。

　　实际上我们现在有一些窑已经把窑炉构造，供热方式，烧成温度全概括出来了，如八立方高温燃气梭式窑、双板燃气式中温辊道窑、电热辊道烤花窑、电热网带烤花窑等。

　　二、各种窑炉的适用范围及节能比较

　　1、梭式窑。间隙式生产窑炉，适合小批量多品种生产，由于生产的灵活性，现在很多中小陶瓷瓷厂都还采用这种窑炉。但由于是间隙式，窑壁、台车要吸热消耗能量，总的比较起来耗能相对较高，但通过窑炉设计和制造者的努力，比如采用高速燃烧机快速烧成，采用轻质耐火保温材料减少窑炉蓄热，有的快速烧成梭式窑已达到与旧有隧道窑相媲美的节能效果。

　　2、隧道窑。故名思议，它的窑体像隧道。其实广义上的隧道窑包含辊道窑、台车式隧道窑、推板窑、转盘窑都属于隧道窑的范围。狭义上的隧道窑。我们仅指台车式隧道窑，但潮式叫法叫推板窑，五年前在潮州听到真把我搞糊涂了，事实上我要说明一下，推板窑是耐火板直接承载在耐高温的导轨上，（如刚王砖导轨或刚玉球导轨能原地滚动）耐火板一块接着一块，由于受耐火板承载推力所限制，一般不长，长则二十米，短则几米，一般烧成高温粉末或特种陶瓷，日产量不大。由于推进器直接推动耐火板前进，叫推板窑。但这里都习惯了，我也知道了潮州的推板窑是台车式隧道窑。隧道窑由于连续式生产，预热带的热量基本是由烧成带的烟气带来的余热供应，由于窑炉窑壁不像梭式窑，不存在升温再冷却的循环热损失，烧成带的高温烟气余热大部分能利用，故比间隙式窑炉节能效果好。但由于台车还是要经过升温再冷却，浪费部分热量，它的节能效果及温差不及辊道窑。

　　3、辊道窑。是用耐高温的陶瓷棍棒直接驱动耐火板前进，装载产品的耐火板直接承载在棍棒上，又称罗拉窑。我们最早引进是烧成墙地面砖，没有托板，地面砖直接放在棍棒上，由于在预热、烧成、冷却过程中温差极小，烧成时间从我们过去用梭式窑、隧道窑烧成的十几个小时，一下缩短几十分钟，故而推广到艺术陶瓷、日用陶瓷，随着棍棒质量的提高，从低温型逐步到中高温型转变。由于辊道窑是耐火板直接承载于原地滚动的棍棒上前进，它没有像隧道窑要用一个个台车吸收很大一部分热量，它也比隧道窑的气密性好得多。所以它的节能效果比隧道窑要好，它的一个最大缺陷就是烧成高温还原的产品，对棍棒的质量要求较高，采用碳化硅棍棒，可较好地解决1350℃以内的高温陶瓷产品的烧成。但它还没有解决窑变釉，结晶釉的烧成，因为它速度较快。

　　以上我们分析了，梭式窑、隧道窑、辊道窑的大致结构及优缺点，我们可以根据自己的产品结构、产量以及经济能力来选用适合自己的窑炉：

　　1、对于日产量在20M3以下，且产品种类较多，烧成温度各一，由于其本身产量难以满足隧道窑的生产量，我们推荐采用快速烧成梭式窑。

　　2、对于日产量或大于20M3，但其釉色复杂，如窑变结晶釉需一定的恒温及冷却时间，我们从您建窑经济上的考虑，可采用传统梭式窑或电热梭式窑；如果您窑变釉或结晶釉只是部分，您可以选用快速窑，快速窑不是只快，也可以慢的。慢，温差可控制很小。但慢的节能效果差。

　　3、对产量较大、高度较高、重量较重、温度较高、釉色单一，可选用台车式隧道窑。如高温日用陶瓷，卫浴陶瓷

　　3、对温度在1300℃以内，产量较大的艺术陶瓷、日用陶瓷、卫浴陶瓷，我们建议您采用辊道窑，或大型快速梭式窑。

　　电热窑与燃气窑的优缺点：电热窑由于发热体不产生烟气，在烧成过程中只有坯体本身的挥发物排出，对梭式窑而言窑炉可以很密封，只需几个排气孔，没有烟气带出热量。烧成1200℃以下中低温氧化烧成，现在生产成本较燃气窑低。据测算在电费0.8元/度，液化气价格6.2元/KG，这个比价是一个平衡点。用连续式电热辊道窑烧成1220℃以下的氧化产品，现在生产成本要比燃气辊道窑低15％以上，但要一个200kva以上的变压器、这个投资不小，对变压器容量还有过剩的陶瓷厂，可在预热带或靠近烧成带加装电热线用电热来预热升温，高温带还是用燃气，但电热窑不能烧还原，对烧成1260℃以上对发热体质量要求较高，价格较贵。1280℃以上烧成发热体要用硅钼棒。硅钼棒容易老化、使用寿命不是太长。选用电热窑炉要看电价,像福建平均电价只有0.5-0.6元/度,就可以选用电热窑炉，这两年我在福建就做了不少的电热辊道窑，但广东的电价较高、在液化气的价格居高不下的情况下在原有窑炉上改装电热是合算的，但要保留原有燃气功能。

　　三、现代窑炉节能原理及途径

　　在外型上看起来没有差别的窑炉，我们不分梭式窑、隧道窑、还是辊道窑，同类型的窑炉相比，为什么工厂反映其性能差别那么大呢？不同窑炉公司做的窑炉为什么燃气消耗就有10～30％差别呢？窑内温差差别也那么大呢？操作控制为什么有的简单，有的就很难、要很小心呢？我们可以从如下二个方面来分析：

　　第一、窑炉设计本身。受窑炉设计工作者本身的知识水平及经验的限制，行行有状元，你要做窑不单是找一个能做出一个像窑的师傅来做窑，他还应该懂得陶瓷烧成过程中的物理化学变化，他应该懂得热力学、流体力学的基本原理，他应该对材料学机械工程学美学有一定的研究，他还应懂电学及自动控制理论，他应该有设计方案及设计图纸，不然是知其然不知其所以然的全盘照抄那是剽窃，或者是理所当然不切实际的自我想象，那最终是提高陶瓷工厂的烧成成本来给他交学费，两败俱伤。为了大家少走弯路，我就窑炉设计的几个大原则给大家作一个介绍：

　　1、耐火保温材料的选用：隔热、轻质、耐高温以及长的使用寿命，是对窑炉耐火材料的要求。所谓隔热就是热阻大（热的转导率小），轻质就是减少窑炉的蓄热（对梭式窑尤其重要）气密性好。我们的窑炉设计如果在耐火材料的应用上利用保温瓶的设计思路来考虑，那真是了不起的窑炉。保温瓶内胆上镀银，内部反射层保持热能能在内胆腔里不跑掉。（我们的窑炉内壁是不是能附着一个能进行反射的附着层。我们在进行探讨和实验）保温瓶中层抽真空，它气密性没得说，真空阻止热传导，但辐射没有阻挡效果，所以它在外胆上再镀银防止辐射损失，窑炉现在要做成保温瓶式还很难，但采用轻质的隔热效果较好的耐火保温材料还是可以做到。砌砖上如何降低热传导还是有办法，现在比较好的轻质保温材料是莫来石砖，以及棉砖再贴高温多晶棉，台车尽量减少重质砖的数量，裸露部分涂辐射层。承重部分除外。

　　2、高效率的燃烧机，对梭式窑而言，高速燃烧机能增加对流换热效果。这是现在传统窑改造的思路之一，高速燃烧机火焰速度可达100M/秒以上，它能在同等时间内热气流能与产品多次碰撞换热，所以热效率高。对辊道窑、隧道窑可采用平火焰或高速燃烧机，脉冲式燃烧机可以缩小温差、但用于陶瓷窑炉还有局限性。

　　3、 合理的规格尺寸，快速烧成窑由于受火焰速度及力度的控制，其长度也受到一定限制，合适的台车长度以3.5～5M为宜。其高度以1.3M以上，快速装窑高度达2M还没有发现不好之处，温差也在合理的范围之内，相反其节能效果比低矮的窑炉要好。但传统窑则不宜太高，太高上下温差大。对隧道窑、辊道窑而言，如果不受产量限制适当宽一些，双板窑、三板窑比单板窑节能效果要好，但高度则不宜太高，因排烟系统的设计制约，热气上浮，太高则上、下温差大。不考虑产品高度以300～600为宜。其长度也不宜太长30～60M为佳，太长、烧成带窑内正压大、热气外溢，预热带、冷却带负压大，冷气在底部进入窑内温差加大，都对节能效果有影响。有错误的观念以为隧道窑越长越能节能那没有道理，当然也不是越短越好；长的隧道窑那是对大、重、升温或冷却都很慢的产品而设计的。辊道窑由于气密性较好对长度没有严格限制

　　4、窑炉的自动控制是节能的有效保障。一个好的窑炉除了好的窑体结构外，还须有好的自动控制。自动控制就是把成功的操作方法输入到智能仪表或电脑自动进行烧成操作，窑的烧成操作控制需控制温度曲线、气氛曲线和窑压曲线，对传统梭式窑而言，控制窑压就是控制气氛，对快速梭式窑及辊道窑、隧道窑，因现在采用的是动力式燃烧机，温度、气氛、窑压是需要联动控制的，我们很多老板及有些烧窑师傅总相信自己的经验，不大相信自动控制，总认为自动控制的程序是窑炉生产者的意志，你的烧窑经验没有我丰富，我不按你的办。事实上，自动控制就是把您最好的烧成方法输入到智能仪表或者编成简单操作的软件，用电脑来操作，我在办公室空调房里的电脑上可以观察控制100台窑炉的自动烧成，打打瞌睡也不要紧。如果出现与您的方法上的编差，它会用报警来叫醒你引起注意。只要输入的程序您认为完全表达您的意志，那么它就是您意志真实的执行者。如果出现与您的意志相违背，不要怪自动控制不行，需要检讨是您在输入程序时，您对程序的表达是不是还出现编差。如果正确它窑窑正确，如果错误窑窑错误。好的自动控制不但使节能效果达到最佳，也是保证烧成品质的最好手段（方法）。

　　5、谈一个好像与节能无关的问题，即现代窑炉外型艺术化。窑炉外型美观、漂亮与工厂环境需有一个协调，你的工厂是新工厂，你的工厂产品档次较高，你的窑炉看起来也要有一定档次。搞一些破铁板，买人家的旧窑改装搞一些破砖砌起来，这怎么节能？单看外型就难看死了，还说我的窑好烧、我的窑便宜，我认为这样的工厂难有发展，内在美与外在美配合起来、参观者赏心悦目，工作者心情愉快，操作起来得心顺手，条理分明、废品就会少一些，效率会高一些，你对产品的品质要求就会高一些、为了与这条窑相衬托你也会把周围现场环境搞好，也间接为节能作了贡献。所以内在品质与外在品质都要讲究，潮州现在很多工厂也追求内外品质兼优的好窑炉，这是好的趋势。

　　正确的操作方法是节能最有效最快捷的途径

　　如果窑炉已经建成，要使节能达到最佳效果，就必须进行科学操作。那么，从哪几个方面进行操作能提高节能效果呢？

　　一、在保证品质的前提下，尽量缩短烧成时间

　　产品适合快速烧成，窑炉也能满足您快速烧成的条件，那就要加快烧成速度。当然，这要求产品能经受得住强制升温的条件，不在烧成中不爆不裂，不具备这方面的条件就要改善。而所谓窑炉满足快速烧成条件，就是窑炉的燃烧机数量及热量能保证快速升温需要，如果你把功率调到最大它也升温很慢就不行，如果条件都满足了，那么您就要昼缩短烧成时间，这样可减少窑壁热散失以及烟气带走的热量。据我们测算每减少10％的烧成时间，可减少6～8％的燃气消耗。

　　一提起快速烧成，我们陶瓷厂都有一个老观念，“事快三分假”，怕快速烧成的产品釉面不好，品质不好。但事实上，80％以上的陶瓷产品可缩短一半以上的烧成时间，在实验过程中，2个小时的烧成时间里，如果提高30℃～50℃的烧成温度，与10个小时的烧成出来的产品品质并无差异。现实的问题是，您的窑炉设计的热功率能不能这样快？您的陶瓷产品结构是不是能经受得住这么快的烧成速度而不破裂？您的坯釉配比是否合理？您摆放产品空间是否合理？在烧成这么快时，会不会产生较大的温差？如果是窑炉结构设计的问题，那么您就可能需我们窑炉公司来帮你来解决；如果是坯釉问题，您就要找原料厂解决；如果是产品形状结构问题，那就是尽量调整产品器型设计。总之，我们要想办法使产品来适应快速烧成窑炉，而不是快速烧成窑来适应您的产品。在佛山，以前墙地砖用梭式窑烧成十几个小时，而用辊道窑烧成仅几十分钟，这是窑炉、泥坯及釉都达到了完美的统一。这些年来，墙地砖的坯釉通过不断改进，所以才能适应这么快的烧成窑炉。

　　二、控制空燃比

　　所谓空燃比其实就是空气和燃气的比例，空燃比适当，燃烧就充分，热效率就高。热效率最佳的配比是燃气与空气比例控制在1：1.03左右，但我们发现很多操作案例是从一个极端走向另一个极端，氧化烧成空气大量过剩，多余空气不但不能产生热量，反而降低火焰温度带走窑内热量。我看到潮州很多8立方、10立方的氧化窑，烟囪都非常的大，非常的高；隧道窑、辊道窑助燃鼓风机与抽废气风机都超过了正常范围，进风管大，排气管也大，好像不大点就不显得我的窑威武阳刚，这就可能导致空气大量过剩，极大的浪费能源。“做窑内行不内行，我就看你烟囱。窑炉省不省气，我就看你燃烧机。”看你的燃烧机系统空燃比是怎样控制的。我最近被一家烧护栏的工厂请去看他的窑，他是用隧道窑烧护栏，他找我帮他如何改进一下，希望能省点气。说实话，他的隧道窑做得不是很好，要改就是大工程。我只好跟他说：你烧大白釉，烧成带火焰那么清，说明你窑内的空气比例太高了，你应该马上调整烧成带的进风量，一直调到高温带烟气有种朦胧感觉就行（中性），保你一天省一瓶气。第二天，他打电话给我，说确实省了一瓶多气。

　　再看还原烧成，980℃或1030℃左右进入还原，前面保持强还原从观火孔吐出蓝蓝的火苗没错，但不能理解是，这样的还原浓度一直保持到烧成结束。还原效果主要出现在980℃至1160℃左右，随着釉开始熔化，坯体开始产生玻璃体就没有还原效果了，也就是说CO不能进入坯体里面再把三价铁还原成两价铁了。在1160℃以后你还保持那么高的还原浓度，须知没有燃烧完全的多余CO不是产生热量，而是吸收热量，没有燃烧完全的煤气跑到外面烧烟囱，把烟囱烧得通红。正确的方法是先强还原至弱还原最后是中性，当然导致有的工厂在空气燃气配比上走向极端，烧氧化有的是窑的结构问题温差大，有的是色釉太敏感，他们为了烧成保险起见，将烟囱做高一点，做大一点，这样可保证窑内气氛是完全氧化，原理上没错但走向极端了。总的一个原则空气过大，极大的浪费瓦斯，烧还原的在没有还原效果的时候还保持那么大的浓度，是怕烧不白，产品一发黄就怪还原不够，其实好多局部发黄原因很多，烧成局部欠温会发黄，超温进入还原会发黄，烧成过火也会发黄。重点是要找出原因，不要总是认为还原不够而采用保持强还原的方法，浪费燃料。当然有经验的人还是可以将空燃比调节得比较合理，但结构不合理的窑炉控制合理的空燃比比较困难。现代窑炉都是自动控制空燃比，自动控制空燃比有多种方式，比如液化气与空气机械联动，智能仪表联锁控制，比值阀控制，利用窑内气氛信号调节燃气量等，都还存在一些弊端。现在我向大家推荐一种最先进的比值控制方法，这是我试验了一年多才达到完美，就是利用瓦斯压力反馈信号，精确地控制风机转速，转速的变化实际是风量的变化。风机转速是变频器控制，在较大的范围内都可以控制风量与燃气保持在极佳的比值范围内，用变频器控制风机电耗可降低60%。

　　三、合理的装窑密度

　　合理的装窑密度能保证火焰及热气流与产品对流换热，保持辐射通道，缩小产品之间的内外温差，从而缩短升温及保温时间。如果摆放太稀疏，产品与耐火板之比例相差太大，那烧的就是耐火板。如果摆放密度太大，密不透风就更不行，密度太大就没有对流通道，没有辐射空间，内外温差太大。我们看到有些工厂喜欢把产品装得密不透风，理由可能是装卸工资是计件工资，装一个台车多少钱，你不给我装密一点你偷工减料，多装一些产品总认为一窑烧的气多不了多少，所以装得又密又多，其实很不合理。装窑既要有火焰通道，又要有辐射空间，不然要增加很多保温时间，结果得不偿失。密度怎样才合适，你可以试验一窑有多少窑具？摆多少产品？密的稀的统计一下耗气量，就可以比较出来，得出合理的装窑密度。

　　四、制定合理的烧成制度

　　日本的小型快速辊道窑，一块板烧高温还原的1260℃，烧成时间3小时，它前面就经过低温梭式窑300℃左右的烘干，进窑后升温很快。如果坯体太密，水分太多，入窑初期升温就要慢一点。这就是升温制度。哪个阶段该用氧化，哪个阶段可用中性，哪个阶段可用弱还原，则就是气氛制度。哪个阶段炉内该是正压、哪个阶段该是负压这是压力制度。

　　比如我们用梭式窑氧化烧成或还原烧成，在低温烘干水分阶段至800℃左右就可用中性，800℃以后再转氧化，800℃之前可带点正压，800℃之后带负压，前面用中性烧成就可以节省燃气。800℃之前氧化效果不明显，你不如先保证升温，等到这个温度时来一个强氧化，又快又好。

　　五、改革坯釉的工艺配方，降低坯釉的烧成温度

　　全瓷还原烧成，台湾、日本及烧成温度都降低到1250℃以下。我们潮州的全瓷都要1300℃～1350℃甚至更高，陶瓷工厂要找原料厂想办法。据我了解，1350℃的土是便宜一些，但相差100℃的高温温度要多耗多少燃料？你的窑炉寿命要降低多少？你的窑具是不是更容易损坏？你用辊道窑烧成，烧成带的棍棒是不是要用到碳化硅？本来1280℃以下烧成，棍棒质量好一点，价格100元左右一支，但碳化硅可能一支接近1000元，搞得我的高温辊道窑你们只喊贵。釉找制釉厂，总之坯釉的发展方向应朝适应快速低温、气氛适用范围宽、烧成范围较宽的方向发展，这样就对陶瓷烧成节能做出了贡献。

　　大家或许还记得，我在上一期提到在现有窑炉通过改造、通过改进烧成方法，可以节能20％以上。这个目标是不是可以实现呢？我是不是在吹牛呢？在这里我再以梭式窑为例：

　　第一、通过更换轻质耐火材料（用棉砖、内贴多晶棉）耐火材料重量减轻40％，保温隔热效果提高20％以上，可节省5％的燃气消耗，当然这是对已经要维修的窑炉而言。你刚做的新窑或暂时不需要维修的窑你肯定舍不得。

　　第二、缩短烧成时间减少窑壁散热时间及烟气带走热量，这就是把传统窑改装成快速窑。潮州有部分窑炉容积较大，台车长度较长，这就为改装快速窑带来一些困难，因为要把窑体截短，把窑体增高，所以改造费用较高。如果有经济实力的工厂，可以直接淘汰它，因为改装后并不实用。但台车有效长度在5米以内的，改装难度就不大，改装后可以通过缩短烧成时间（氧化烧成可缩短35～40％，还原烧成可缩短30％），节省12～25％的燃气用量。

　　第三、通过改进操作方法，提高自动控制化程度可降低5％以上的液化气消耗，对错误的操作方法可能节省更多。

　　我早几天帮一家台资企业调试窑炉，这家企业有5个4立方米的梭式窑，其中有一个改装成快速窑，那是其他窑炉公司仿造我们的快速窑改装的，但他们在烧制过程中碰到问题。于是通过其他人找到我，我发现这个快速窑的烧成时间和液化气消耗虽然与以前相比也有效果，但不十分明显，我去了以后就通过调节它的空燃比，将烧成时间再缩短3个小时，液化气每窑减少60公斤，节时节能达到30％。当然，这是对错误的操作方法的校正，如果你操作方法正确，我来改进不可能节省这么多。

　　我们潮州大部分陶瓷厂老板都是自己白手起家，什么事都亲历亲为。传统烧成技术普遍讲是一流的，但企业办大了，不可能事事再亲历亲为。各种新型窑炉层出不穷，烧成控制日新月异，再加上现在的“半桶水”师傅太多，你不可能知道下面的人现在的操作方法是否科学，所以如果有机会我们可以交朋友，不管你的窑炉是谁做的，是谁改的，如果效果不好可能就是操作方法的问题，我可以免费为你们去诊断，提一些建议，在技术方面我是不会保留的。快速窑改装我是有专利的，现在做窑的都在仿造，我认为这是好事，所以我也不去申请专利保护，但许多企业在控制上在操作上还有一些问题，我很愿意提一些意见供你们参考。如果你们发财了，要扩大窑炉，要做好窑，当然就会给我提供机会。

　　第四、提高窑具品质，降低窑具重量。

　　这个问题我们陶瓷厂还普遍不重视，耐火板不是选择高温强度好，而是选择厚的。品质好的耐火板可降低15%的重量，降低15%的窑具重量，可能节省5%左右的燃气。我还看到有些陶瓷工厂用2KG重的耐火砖做支具，不知道他是怎么算帐的，你烧这个耐火砖二 、三次所用的燃气钱就可以买到一些很好的支具了。我还看到有些工厂用耐火砖去平衡温差，他怎么就不在窑上想想办法呢？有些特殊型碗盘，该用特殊支架只要有量就要舍得花点钱，你不要用耐火板去支承，不然窑具重量比产品还重，浪费燃气。像烤花窑，如果用耐火板来摆放，耐火板的重量可能超过产品重量，所以现在我就建议辊道式用网带代替底部耐火板，多层排放就用SUS310的网格架来摆放，那可以节省40~50%呀。一次性投资大一点，不用一个月就可以省回来。佛山的地板砖为什么成本那么低，除了量大外，烧成时没有窑具，降低了不少烧成成本也是一个主要原因。所以在烧制过程中，一定要想办法降低窑具重量，寻找科学的烧成方法。

　　今天我主要从窑炉选型，新型窑炉的节能原理及途径，烧成过程的节能方法谈一些个人体会，希望与在座朋友们有更多的交流机会。我在潮州搞了一个节能窑炉展示厅，有快速窑，有氧化烧成辊道窑，有高温烧成辊道窑，还有其他各式窑炉，欢迎大家亲自去操作一下，拿产品来烧都可以，发现问题，提出意见，再作改进，一起为窑炉节能作贡献。

生产知识专区

点击下边蓝色的标题

就可以跳转查看详细内容

（2015-10-16及之前的生产知识分享）