王霞

（杭州中亞新材料科技有限公司，富陽　311411）

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影響氧化鋁泡沫陶瓷過濾板燒成急冷溫度的因素

王霞

（杭州中亞新材料科技有限公司，富陽311411）

本文研究了影響輥道窯燒成氧化鋁泡沫陶瓷過濾板急冷溫度的因素，依次對比了擋火板高度、余熱壓力大小、產品規(guī)格大小和急冷風機等因素與急冷溫度的關系，并分析了各自關系的原因。試驗結果證明：產品規(guī)格一定，在不明顯增加燒成能耗的情況下，通過降低擋火板高度、提高余熱壓力、關閉急冷風機等操作來提高急冷溫度，對提高泡沫陶瓷產品機械強度及減少掉渣是有利的。

急冷溫度；泡沫陶瓷；輥道窯；燒結；強度

1　前言

在工業(yè)生產中，考慮到成本、質量、工藝等因素，國內多數廠家對氧化鋁泡沫陶瓷過濾板（以下簡稱泡沫陶瓷）燒成溫度往往控制在1250℃以下，但所生產的產品性能也須滿足JC/T895-2001泡沫陶瓷過濾器行業(yè)標準：通孔率≥80%、抗折強度≥0.3 MPa、抗壓強度≥0.5 MPa。梭式窯在燒結泡沫陶瓷過程中由于煙氣排放集中、排放量大、煙氣處理困難、處理效果不理想等原因，許多廠家選擇放棄該燒成方式。隧道窯高度大、寬度小、溫差較大也不適合大規(guī)格氧化鋁泡沫陶瓷的燒結。而輥道窯具有的寬度大、產品質量穩(wěn)定、溫差小、連續(xù)排煙、煙氣可作為助燃風引入高溫區(qū)、節(jié)能環(huán)保等特點，相比梭式窯和隧道窯，更適合于氧化鋁泡沫陶瓷的燒結［1］。

急冷風機設置在輥道窯高溫燒成帶后面，余熱風機前面。主要目的是對陶瓷產品進行高溫快速冷卻降溫，避免產品液相析晶和晶粒長大，從而提高產品機械強度。對輥道窯燒成建筑或日用陶瓷而言，急冷風機通過急冷風管引入風量多少來控制急冷溫度，急冷溫度高低不同，得到的產品性能也存在差異。有時急冷溫度控制不好，非但不能提高產品機械強度，而且會導致陶瓷產品開裂［2］。而對于低溫（≤1250℃）燒結且通孔率高達80%以上的氧化鋁泡沫陶瓷，其急冷溫度的控制與普通陶瓷制品存在很大不同。首先，氧化鋁泡沫陶瓷強度主要靠配方中磷酸二氫鋁在高溫下的結合強度，沒有晶體液相析晶，不需要快速降溫；其次泡沫陶瓷本身儲熱性能極差，經高溫燒成帶后泡沫陶瓷產品便開始快速降溫；最后，泡沫陶瓷由三維網狀結構組成，網筋在快速冷卻下容易爆裂或是損傷，從而影響產品強度，掉渣也明顯。因此，研究如何利用相關因素來有效提高泡沫陶瓷急冷溫度，對提高泡沫陶瓷制品的機械強度及減少掉渣有重要意義。

2　影響急冷溫度的因素

通過試驗證明，影響泡沫陶瓷急冷溫度主要有窯頂擋火板、余熱壓力、泡沫陶瓷規(guī)格及急冷風機等因素。圖1為本試驗輥道窯各溫度帶分布，包括預熱帶、低溫燒成帶、高溫燒成帶、急冷帶及緩冷帶，通過急冷溫度T1、緩冷帶溫度T2和T3、最終冷卻帶溫度T4，可以很好的表現出泡沫陶瓷冷卻曲線大致趨勢，反應泡沫陶瓷冷卻速度。將測試急冷溫度熱電偶的位置設于急冷風管的正中，能較好的反應急冷溫度場的變化情況。

圖1　泡沫陶瓷過濾板燒成用輥道窯溫度帶分布

2.1擋火板對急冷溫度的影響

隨著輥道窯窯爐技術的不斷發(fā)展，輥道窯在預熱帶、燒成帶和冷卻帶通常都設置有擋火板和擋火墻，用來控制各溫度帶溫度的平衡以及減少窯內同水平溫差，其中擋火板可調，負責控制窯內上半窯道，擋火墻不可調，負責控制窯內下半窯道［3、4］。擋火板通過伸入窯內深度來調節(jié)窯爐溫度場、氣流場及壓力場分布，從而更好的滿足陶瓷制品的燒成。冷卻帶一般設置一道或二道擋火板，本試驗用的氧化鋁泡沫陶瓷燒成輥道窯，在燒成帶高溫區(qū)與冷卻帶急冷區(qū)和冷卻帶急冷區(qū)與緩冷區(qū)交界處各設置了一道“一字式”擋火板。其中燒成帶高溫區(qū)與冷卻帶急冷區(qū)交界處設置擋火板的作用主要是避免高溫氣體進入冷卻帶影響高溫區(qū)燒成效果，同時避免增加能耗；冷卻帶急冷區(qū)與緩冷區(qū)交界處設置擋火板的作用主要是控制泡沫陶瓷制品冷卻制度的穩(wěn)定性。

圖2　擋火板插入深度與急冷溫度關系

圖2為燒成帶與急冷帶擋火板高度與急冷溫度變化的關系。從圖中可知，擋火板插入越深，急冷溫度越低：1 cm對應570℃、3 cm對應559℃、5 cm對應548℃，1～5 cm深度處降溫幅度明顯，降溫速度5.5℃/cm；6～9 cm處則較為平緩，降溫速度1.6℃/cm。因為擋火板插入深，高溫氣流進入急冷帶少，導致急冷溫度相對低。而當擋火板插入5 cm后，擋火板起到的高溫氣流阻隔作用趨于穩(wěn)定，使急冷溫度下降不明顯。

2.2余熱壓力對急冷溫度的影響

在國內節(jié)能減排大形勢的號召下，考慮到輥道窯余熱的可回收利用性，試驗利用輥道窯余熱進行泡沫陶瓷坯體干燥和噴漿后坯體干燥，起到了很好的節(jié)約成本、減少排放的效果［5］。圖3為設定其它條件不變情況下，余熱壓力和急冷溫度關系曲線圖。由圖3可知，隨著余熱壓力升高，急冷溫度升高，并且其存在較好的線性關系：250 Pa、300 Pa、350 Pa、400 Pa、450 Pa，對應的急冷溫度分別為564℃、583℃、601℃、615℃、633℃（余熱壓力每升高50 Pa，急冷溫度平均升高約15℃）。因為余熱壓力加大，高溫區(qū)熱風量吸入到冷卻帶多，導致急冷溫度升高。反之亦然。試驗還發(fā)現，余熱壓力調節(jié)后，急冷溫度需要延后約1 h后趨于穩(wěn)定。在輥道窯動力柜余熱壓力表上的負號，只是表示壓力方向，不代表數值。

圖3　余熱壓力與急冷溫度關系曲線圖

2.3泡沫陶瓷規(guī)格大小對急冷溫度的影響

通過試驗數據的分析發(fā)現，在其它影響因素不變的情況下，其產品規(guī)格大小對急冷溫度高低有較大影響。圖4為擋火板高度相同、余熱大小相同、急冷風機關閉狀態(tài)下不同規(guī)格對應急冷溫度繪制的曲線圖。從圖4可知，對20英寸（508 mm×508 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷區(qū)時，其急冷溫度約為600℃，對17英寸（432 mm×432 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷區(qū)時，其急冷溫度立即降為約580℃，對12英寸（305 mm×305 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷區(qū)時，其急冷溫度又降為約565℃。其原因主要是由于泡沫陶瓷高達80%以上的通孔率所致，因為其通孔率高，對熱的儲存性能差，散熱快，經過高溫燒成區(qū)后進入冷卻帶，泡沫陶瓷開始迅速散熱，規(guī)格大（體積大）的產品散熱多，相應急冷溫度高，規(guī)格?。w積?。┑漠a品散熱少，相應急冷溫度低。

2.4急冷風機對急冷溫度的影響

圖4　泡沫陶瓷產品規(guī)格與急冷溫度關系曲線圖

表1　自然冷卻與風機冷卻速度對比

在輥道窯燒成建筑或日用陶瓷制品的工藝中，我們經常利用急冷風機引入冷風對陶瓷制品進行快速降溫，以便獲得好的產品晶相組成以及合適的出窯溫度。而對于無高溫液相燒結且通孔率高的泡沫陶瓷制品，不需要急冷風機便可達到理想的晶相組成及出窯溫度。使用急冷風機，反而對產品強度、掉渣有一定影響。

圖5　泡沫陶瓷自然冷卻曲線圖

圖6　泡沫陶瓷急冷風機開啟后冷卻曲線圖

圖5和圖6分別為自然冷卻和急冷風機開啟下的泡沫陶瓷產品冷卻曲線圖，試驗燒成溫度T0=1180℃，圖中四個點分別為圖1上所標的T1、T2、T3和T4。表1為圖5和圖6數據計算所得冷卻速度對比表。由表1可知，采用風機冷卻方式，前急冷段的冷卻速度比自然冷卻方式快，而在后急冷段、緩冷段與最終冷卻段，冷卻速度與自然冷卻接近。分析其原因：由于急冷風機帶入一定量冷風，溫度T1降低較快，故其前急冷段冷卻速度較快；后急冷段、緩冷段和最終冷卻段由于沒有急冷風的影響，雖然各溫度起始點不同，但冷卻速度接近。同時，由于泡沫陶瓷自身儲熱性能差散熱快，自然冷卻周期大約4 h。由于T3、T4溫度接近，且已較接近室溫，我們可以將圖1所示最終冷卻帶省去，可縮短燒成周期提高產量、減少單位能耗。試驗證明急冷溫度高，急冷段冷卻速度慢，產品的強度提高、掉渣減少。

3　結論

影響泡沫陶瓷急冷溫度主要有窯頂擋火板高低、余熱風壓力大小、泡沫陶瓷規(guī)格大小及急冷風機風量大小等因素。但泡沫陶瓷產品規(guī)格一般由生產訂單決定，不能作為控制急冷溫度的可調因素，而應作為擋火板、余熱壓力、急冷風機等因素不變時，急冷溫度會出現變化的考慮。另外，高溫區(qū)熱氣進入急冷段是急冷溫度升高的主要原因，這樣高溫區(qū)燃燒的能耗會相應加大。為此，泡沫陶瓷產品規(guī)格一定，高溫區(qū)能耗增加不明顯的情況下，通過降低擋火板插入窯內高度、加大余熱壓力、關閉急冷風機，可獲得較高的急冷溫度和較平緩的冷卻曲線，對提高泡沫陶瓷產品機械強度以及減少產品掉渣有重要的作用。

［1］王霞.輥道窯燒結氧化鋁泡沫陶瓷過濾板熱工工藝的研究［J］.佛山陶瓷，2013，09：15～18.

［2］潘雄.關于如何控制空窯時的急冷溫度［J］.佛山陶瓷，2007，17（11）.

［3］謝曉輝.淺談?chuàng)趸鸢逶谳伒栏G中設置的作用［J］.科技向導，2011，03.

［4］張明，李汝湘.擋火板在輥道窯中設置的作用研究［J］.中國陶瓷工業(yè)，2001.

［5］范新暉.陶瓷輥道窯余熱綜合利用技術［J］.陶瓷，2014（09）：28～30.