一種具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐的製作方法

2023-10-09 13:44:49 2

本實用新型涉及一種具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐，屬於陶瓷製備設備技術領域。

背景技術：

陶瓷燒制過程中影響瓷器質量的兩個重要的因素便是燒成過程中窯內的溫度和氣氛。陶瓷燒成過程中需要在不同的溫度下為陶瓷燒制營造不同的窯內氣氛。自從人們認識到窯內溫度和氣氛對瓷器質量的影響後便不斷對陶瓷燒制過程中溫度和氣氛的相互匹配進行研究與探索，但這些工作大多集中在窯溫上升過程中，確切的說是集中在窯內溫度從950℃左右到燒成最高溫(1200℃-1350℃)的這段過程，這是由目前人們所採用的矽酸鹽系列陶瓷原料在950℃附近開始融化的特性所造成的。如祭紅和郎紅等銅紅釉需要在窯溫達到980℃後將窯內氣氛轉換為強還原氣氛，而霽藍釉、影青釉等則只需在轉換溫度後將氣氛轉換到弱還原環境即可，太強的還原氛圍反而不利於釉色的形成。

經過長期的實踐積累，人們對於陶瓷燒成升溫過程中如何控制窯內溫度和氣氛也掌握了豐富的經驗，但是對於降溫過程的研究並沒有升溫過程那麼深入。陶瓷燒制過程中的降溫過程主要是在升溫工藝結束後進行，而降溫過程的溫度和氣氛變化對於瓷器質量來說同樣是至關重要的，是瓷坯成器過程的最後一個環節。目前普遍採用的降溫手段是在升溫工藝結束後將窯門打開一定距離，使冷空氣進入窯內進而達到快速降低窯溫的目的。通過打開窯門的方法可以快速降低窯內溫度，但是降溫的速率是不受操作人員控制的，同時會使大量含氧空氣進入窯內，而劇烈改變窯內氣氛，導致窯內氣氛同樣不可控。正因為目前窯爐降溫過程是溫度和氣氛均不可控的，人們對降溫過程的利用還很少。目前利用降溫來使瓷器產生可控變化的過程只有結晶釉工藝。在結晶釉生產工藝中，通過快速降溫使過飽和的釉料結晶，再通過保溫過程使得結晶釉長大。在結晶釉工藝中同樣存在降溫過程中窯內溫度和氣氛不可控的問題，而目前品質優秀的結晶釉瓷器非常稀少，且又以無需過多氣氛控制的氧化釉為主。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提出一種具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐，改變已有的陶瓷窯爐的結構，通過將窯門分為具有不同熱傳導特性(包括導熱與輻射傳熱)的散熱控制層和保溫層，從而同時滿足升溫過程中的保溫要求以及降溫過程中的散熱要求。

本實用新型提出的具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐，包括窯體和窯門，窯門置於窯體的一則，所述的窯體內的上、下空腔分別為燒成室和還原室，燒成室和還原室由隔板通孔連通；燒成室內設有電阻加熱體和棚板支架，電阻加熱體沿燒成室的內壁布置，待燒成坯體置於棚板支架上，燒成室頂部設有排氣通道，並設有閥門對排氣量進行控制；所述的還原室內設有炭架，炭架上放置柴炭，炭架的下部設有還原室加熱器，還原室底部設有一次風通道，還原室側面設有二次風通道，一次風通道和二次風通道上分別設有閥門，對進風量進行獨立控制；所述的窯門包括上部的燒成室窯門和下部的還原室窯門，所述的燒成室窯門由內到外分別由散熱控制層、散熱控制層和窯門保溫層組成，散熱控制層和散熱控制層的周邊設有窯門漏熱擋磚，所述的還原室窯門位於與還原室相連通的投柴孔的外側。

本實用新型提出的具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐，其優點是：

1、所述窯門結構中的散熱層具有不同的熱傳導特性，更具體的，從內而外散熱控制層的熱輻射透過率(即所用材料透明度)呈降低趨勢，最外層為完全不透明材料，主要起保溫作用。備選的窯門最外層保溫材料包括但不限於氧化鋁纖維、莫來石等保溫材料,內層具有不同透明度的散熱控制層材料包括但不限於高純石英玻璃、摻雜為半透明的高溫玻璃、高純石英毛玻璃等材料。

鑑於電加熱窯爐主要依靠加熱絲的熱輻射對窯內結構加熱，因此輻射管理對窯爐內溫度的控制相當重要,但應指出本實用新型的應用不局限於電窯，同樣適用於氣窯與柴窯。本實用新型通過在降溫過程中保持窯門關閉同時增加窯門結構的半透明度(減少散熱控制層層數)從而增加窯門的輻射散熱，通過控制窯門結構的半透明度可以控制窯門處輻射散熱的速率進而對窯內溫度下降過程進行控制。在上述降溫過程中，由於窯門仍處於關閉狀態，因此可避免含氧空氣進入窯內造成氣氛不可控(針對可以控制燒成氣氛的窯爐，可實現降溫過程中窯內氣氛的控制)。通過以上方法將降溫過程中的溫度控制與氣氛控制分離，避免了現有降溫工藝中溫度和氣氛不可控的問題。

更進一步對於在燒成工藝中需要營造不均勻溫度環境的情況，可將窯門中散熱控制層的不透明度進行局部設計，從而利用熱輻射原理降低局部區域溫度，進而為不同區域營造特定低溫環境。

附圖說明

圖1為本實用新型提出的具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐的結構示意圖。

圖1中，1是燒成室，2是還原室，3是窯體，4是隔板通孔，5是電阻加熱體，6是棚板支架，7是待燒成坯體，8是散熱控制層，9是散熱控制層，10是窯門保溫層，11是窯門漏熱擋磚，12是排氣通道，13是還原室窯門，14是投柴孔，15是炭架，16是還原室加熱器，17是柴炭，18是一次風通道，19是二次風通道。

具體實施方式

本實用新型提出的具有散熱可調窯門的陶瓷窯爐，其結構如圖1所示，包括窯體3和窯門，窯門置於窯體3的一則。窯體3內的上、下空腔分別為燒成室1和還原室2，燒成室1和還原室2由隔板通孔4連通。燒成室1內設有電阻加熱體5和棚板支架6，電阻加熱體5沿燒成室1的內壁布置，待燒成坯體7置於棚板支架6上，燒成室1頂部設有排氣通道12，並設有閥門對排氣量進行控制。還原室2內設有炭架15，炭架上放置柴炭17，炭架15的下部設有還原室加熱器16，還原室2的底部設有一次風通道18，還原室2側面設有二次風通道19，一次風通道18和二次風通道19上分別設有閥門，對進風量進行獨立控制。窯門包括上部的燒成室窯門和下部的還原室窯門13，燒成室窯門由內到外分別由散熱控制層8、散熱控制層9和窯門保溫層10組成，散熱控制層8和散熱控制層9的周邊設有窯門漏熱擋磚11。還原室窯門13位於與還原室2相連通的投柴孔14的外側。

因陶瓷窯爐主要依靠電加熱體的熱輻射對窯內燒成體進行加熱,因此輻射管理對電窯升降溫過程至關重要。本實用新型的實施方式包括但不限於所述氣氛可控電窯中的應用，同樣可以用於對普通電窯、氣窯以及柴窯等的改進。

以下結合附圖，詳細介紹本實用新型陶瓷窯爐的工作原理和工作過程：

如圖1所示，本實用新型所涉及氣氛可控陶瓷窯爐的窯體3由氧化鋁陶瓷纖維隔熱板組成，窯體分為燒成室1和還原室2。燒成室1為待燒成坯體7經高溫燒結成瓷的工作區域，還原室2通過柴炭等物質不同程度的燃燒可產生不同氣氛，進而通過隔板通孔4對燒成室1內的氣氛進行控制。結合燒成室1內電阻加熱體5的加熱，可完成陶瓷燒成工藝中所需的溫度和氣氛制度。還原室2內柴炭的不同燃燒程度可通過調節一次風通道18與二次風通道19內空氣比例進行調節。

具有可調節散熱的燒成室窯門由兩層半透明的散熱控制層和窯門保溫層，最內側為具有較高透明度的散熱控制層8，該層輻射透過率較高，主要由高純石英玻璃等材料構成，其作用是允許窯爐內部熱量較快地通過輻射散發到窯外，如窯溫降低輻射散熱能力降低或者需要快速降溫的情況。第二層為散熱控制層9，該層具有較低透明度，可由摻雜為不同透明度的高溫玻璃或高純石英毛玻璃構成，主要用來調節高溫情況下窯內結構向窯外輻射的熱量。需要指出的是本實用新型的半透明散熱控制層不僅限於兩層，窯門亦可由多層半透明的散熱控制層構成，通過使用不同層數的散熱控制層，進而控制窯門的整體半透明度，從而可以對窯門處輻射散熱進行連續控制，使得對降溫能力的控制更精確。圖1所示窯門最外層為窯門保溫層10，該層由氧化鋁陶瓷纖維隔熱板構成，主要作用是在窯爐升溫及保溫階段對窯爐的保溫功能，在降溫階段需要根據工藝需要將該層打開。由於窯門半透明散熱控制層處會出現漏熱等情況，窯門邊緣處設有漏熱擋磚11。需要指出的是窯門各部件裝配時需要考慮各部分在加熱過程中的熱膨脹，因而需要留下空間餘量。

在燒成工藝過程中，首先將待燒成坯體7放入燒成室1並關閉窯門。按照升溫工藝升高燒成室1和還原室2內電阻加熱體的功率，使得窯爐溫度上升。當達到980℃附近時，在還原室內放入木炭，同時調節一次風與二次風的比例來調節窯爐燒成室內的環境，以達到燒成需求。當達到最高燒成溫度並進行保溫工藝後開始進入降溫過程，首先降低電阻加熱體的功率，並根據降溫速率需要打開窯門保溫層10，利用窯門其餘散熱控制層的半透明特性，通過輻射降低窯內溫度。降溫的同時根據燒成工藝的氣氛制度需要，繼續在此過程中通過還原室調節窯爐內的燒成環境(此過程中由於窯門未完全打開，窯爐仍處於封閉狀態，可繼續對窯內氣氛進行控制)。當溫度繼續降低時，根據需要繼續打開散熱控制層9，繼續增加窯門處的輻射散熱。在結晶釉工藝中需要快速降溫然後進行保溫的工藝中，首先降低加熱器功率，並根據需要打開窯門保溫層10及散熱控制層9，當溫度達到目標溫度後，依次關閉散熱控制層9和窯門保溫層10，並調節電加熱體功率，進行保溫即可，該過程中同樣可以對窯內燒成氣氛進行控制。

散熱控制層9可根據需要由不同透明度材料拼接而成，進而可在降溫過程中可控地營造窯內不均勻的溫度環境，從而適合特定的燒制工藝。

由上可見，通過本實用新型的使用不僅可以對窯爐的降溫過程進行更加可靠和自由的控制，同時還能在降溫的同時對窯爐內燒成氣氛進行控制，避免了降溫過程中通過打開窯門而造成溫度與氣氛不可控的問題。同時利用該發明還可以人為的營造窯內不均勻的溫度環境，適合特殊的燒制工藝。