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控制好窑炉温度,才能炼出好瓷砖! 
(发布日期:2017-6-19 16:42:29)
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辊道窑通常划分为干燥区、预热区、中高温区、保温区、急冷区、缓冷区、强冷区。砖坯在不同的区域进行着不同的物理化学反应。
干燥区:干燥器缓慢干燥(室温~200℃)——自由水、吸附水基本排除。窑炉预热干燥(室温~450℃)自由水、吸附水基本排除 结构水开始排除。
预热区:碳酸盐氧化分解(有机物氧化、碳酸盐、硫酸盐分解(450~1000℃)、硫化物氧化、石英晶型转变。
中高温区:坯体氧化还原继续——液相开始生成(1000℃~最高烧成)——形成新结晶——坯体急剧收缩。
保温区:液相量增长——新结晶成长(最高烧成温度~急冷区前)——瓷化。
急冷区:液相凝固——石英晶型转变——保温区温度~580℃) 缓冷区:石英晶型转变——坯体缓慢降温(580~400℃)
强冷区:坯体急剧降温 ——石英晶型转变(400~80℃)
1、干燥区
生坯从压机成型出来通常含有6%~10%的水份,不同品种有各自的水份要求。生坯含水率远远大于空气湿度,所以,生坯烧成的第一步即干燥排水。在此,不管是烧在窑的预干区还是专门的干燥器,一并概括为生坯的预干区。预干区的排水主要是砖坯的吸附水(包括自由水),决定吸附水排除速度及完全程度的是干燥介质的温度、湿度和流速,本质上是砖坯内水份的外扩散速度、内扩散速度及干燥时间。
砖坯干燥40℃开始表现明显,120℃加速,300℃吸附水则基本排除,同时,砖坯在预干区还伴有因吸附水的排除而造成的体积收缩和坯体强度的增加,砖坯强度的增加从40℃开始,120℃表现相当明显,且此时随温度的升高而强度增大。但又有一个极限,超过此极限则强度显著降低,极限干燥温度为250℃。
2、预热区
① 化学结构水的排除
砖坯在辊道窑内预热区300~450℃,吸附水排除完全,部分矿物的结构水开始排除,对于粘土类矿物, Al2O3含量大化学结构水在450~650℃之间快速排除。
② 氧化分解
陶瓷砖配方中的泥类含有有机质,有时为增强泥浆的悬浮性\流动性和坯体强度而加入有机添加济,此类有机物在烧成过程中受热氧化.同时,坯体中也含有一些碳酸盐\和铁的化合物等杂质,它们在一定温度下进行氧化分解放出CO2或SO2等。
碳素的氧化开始于400℃左右,一般要至900℃以上才可以完全,如烧不完全,则残留在坯体内,形成黑心或黑点,釉面砖则还会造成因秋面熔融封闭坯体气孔而形成釉面烟熏、气泡、针孔。
硫化物、碳酸盐的氧化分解反应程度,取决于砖坯中有机质的含量、窑内的温度、气氛以及反应的时间,相应的砖坯成型的压力影响反应进行的快慢、时间。
③ 石英的晶型转变
陶瓷砖中的石英(SiO2) 含量在70%左右,一般>60%,而石英在熔烧过程中会出现多次的晶型转变。不同温度下的转变有各自不同的特征,主要表现为体积膨胀,石英的膨胀会导致砖坯内部结构的变化,直接影响到砖的强度、光泽度及变形度等。
石英在晶型转变过程中,570℃时的B石英转为A石英的速度最大,有0.82%的体积膨胀,虽然这时体积膨胀很小,但其转化速度很快,又是在固相条件下进行,破坏性强;870℃A石英转变为A鳞石英时,体积增长最大(+16%),但速度很慢,所以破坏性不强。砖坯的高硅含量很容易导致砖坯在573℃左右开裂,包括升温裂和冷却裂(冷却裂因没有砖坯颗粒间空隙,更窥裂)。这里先讨论升温裂。
3、中高温区
陶瓷砖因其内质的要求不同,最高烧成温度不一样。砖坯在中高温区主要为烧结甚至瓷化,同时存在氧化分解反应,大量液相生成逐步烧结。
前面已讲过配方中的部分有机质、碳酸盐、硫酸盐、硫酸盐物质受成型压力、前期氧化分解程度的影响,须在高温烧成时得以继续氧化分解。只要存在氧化气氛,该过程就有继续进行的条件。目前建陶烧成绝大部分是氧化气氛。
砖坯中存在不少的助熔性矿物,如钾、钠长石等,O2K、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等熔剂氧化物在不同的温度下能与SiO2和Al2O3形成各种低共熔物开始出现液相。与K2O、Na2O熔剂生成低共熔物,有的在750℃左右随着温度的升高,长石等原料熔融,坯体中的玻璃相逐渐增多,这种玻璃物质具有熔解石英和粘土质颗粒及其它晶体能力,温度愈高时间愈长,熔解的量越多。对于坯体而言,在预热区开始生成少量下班液相,主要在中高温区出现量大。大量液相的出现能促使Al2O3、SiO2在1100~1200℃重新结晶为莫来石,相对降低重结晶的温度,有利于坯体瓷化。
中高温区产生大量液相能填补坯体颗粒间的空隙。颗粒在表面张力作用下互相靠拢,急剧收缩,直到烧成。应该指出的是液相量的过早出现和过剩,对变形形式及程度的影响很大,如液相过量或存在时间过长,会产生“沸腾”效应,从而使得塑性状态下的砖坯出现肿胀,即过烧膨胀,气孔率重新升高。
4、高火保温区
高中保温区是液相进一步形成的区域,对急冷起缓冲作用。高火保温区一般只是最高烧成区的1/2长,温度也低于最高烧成温度50~100℃左右,由于高火保温,砖坯产生的液相更多,收缩加剧。也由此砖坯在此段受上下温差变形较多,主要是砖坯前两角或前边变形,严重的会导致整体变形,其变形机理与最高温区一样是收缩变形是向温度高的一面翘曲。
高火保温使砖坯进一步液化,一般情况下砖坯收缩加大。如果砖坯配方原料温度过低或砖坯在此前已液化较完全,在高火保温区过易造成过热膨胀,反而形成开口或闭口气孔,到急冷时固化,导致吸水率加大及砖坯抛光后存在小气孔。对于釉面砖,往往表现为釉面过火出现细小针孔,有的直接表现为大口气泡气孔,防污能力、光泽度下降。
5、急冷区
冷却是成熟的砖坯从液相转化为固相,即砖坯从高温塑性状态降至常温的过程.考虑产量、产品的出窑温度,更重要的是产品质量,从而划分为急冷、缓冷以及强冷三个过程。
急冷是使砖坯从液相转化为固相的过程,也就伴有物理变化即体积收缩,对于厚而大的坯件,如急冷快,则会由于内外散热不均匀而造成不均匀应力,引起开裂。
急冷和中高温区、高火保温区一样,坯中都存在液相,存在物理化学变化,其中重要点之一就是对砖的颜色有决定性作用。砖的颜色主要取决于着色剂(包括色料)烧后的呈色,而温度和气氛是影响着色离子价位、状态的决定因素。有的着色剂在不同的温度、气氛下显示不同的颜色。所以在高温烧成时(包括中高温区和高火保温区)温度高低,高火保温时间及气氛决定出窑砖色泽
前面已经分析过石英的晶型转变,在急冷过程中存在870℃时的A鳞石英与A石英间的晶型转变。砖坯从高火保温进入急冷,砖面砖底都会承受急冷风冷却至870℃而体积膨胀,此时砖坯由于规格大及本身传导热的物理性能,各点到达870℃的时间是不相同的。瓷质砖比炻质砖易受急冷影响而变形,炻质砖又比陶质砖易受急冷影响而变形。其实根本问题还是烧成的中高温区及高火保温区,对于变形,最终原因还是在烧成过程,急冷调节变形只是辅助手段。烧成变形与否,根本原因取决于配方中各组分的含量,因为各种不同矿物高温塑性是不一样的。
6、缓冷区
砖坯经过急冷之后,便进入缓冷区。砖坯在573℃时基本固化,这时的石英晶型转变很窥导致整个砖坯破裂或强度下降,可见缓冷控制的重要性。控制缓冷,和砖坯的和类、规格密功相关。一般而言,为满足快速冷却而又不开裂,要求急冷在不使砖坯开裂的情况下尽可能降低些温度,从而就缩短缓冷所需的时间。
7、强冷区
对于快速烧成和大规格砖烧成及垫板装烧,也就是说对出缓冷时砖坯表面温度仍很高的制品,强冷是必不可少的。后期强冷,既是为窑尾执砖工的劳动强度考虑,也是为制品的出窑质量考虑,因为砖坯在163℃、117℃时还存在鳞石英系列的快速晶型转变,很可能导致砖坯出窑因环境温度、外界空气流速、温度影响而使脆性加大。

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