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    2. 控制好窯爐溫度,才能煉出好瓷磚!

      來源:陶城網 作者:王銀川 2017-04-21 點擊:16388次 A- A+

      輥道窯通常劃分為干燥區、預熱區、中高溫區、保溫區、急冷區、緩冷區、強冷區。磚坯在不同的區域進行著不同的物理化學反應。

      干燥區:干燥器緩慢干燥(室溫~200℃)——自由水、吸附水基本排除。窯爐預熱干燥(室溫~450℃)自由水、吸附水基本排除 結構水開始排除。

      預熱區:碳酸鹽氧化分解(有機物氧化、碳酸鹽、硫酸鹽分解(450~1000℃)、硫化物氧化、石英晶型轉變。

      中高溫區:坯體氧化還原繼續——液相開始生成(1000℃~最高燒成)——形成新結晶——坯體急劇收縮。

      保溫區:液相量增長——新結晶成長(最高燒成溫度~急冷區前)——瓷化。

      急冷區:液相凝固——石英晶型轉變——保溫區溫度~580℃) 緩冷區:石英晶型轉變——坯體緩慢降溫(580~400℃)

      強冷區:坯體急劇降溫 ——石英晶型轉變(400~80℃)

      1、干燥區

      生坯從壓機成型出來通常含有6%~10%的水份,不同品種有各自的水份要求。生坯含水率遠遠大于空氣濕度,所以,生坯燒成的第一步即干燥排水。在此,不管是燒在窯的預干區還是專門的干燥器,一并概括為生坯的預干區。預干區的排水主要是磚坯的吸附水(包括自由水),決定吸附水排除速度及完全程度的是干燥介質的溫度、濕度和流速,本質上是磚坯內水份的外擴散速度、內擴散速度及干燥時間。

      磚坯干燥40℃開始表現明顯,120℃加速,300℃吸附水則基本排除,同時,磚坯在預干區還伴有因吸附水的排除而造成的體積收縮和坯體強度的增加,磚坯強度的增加從40℃開始,120℃表現相當明顯,且此時隨溫度的升高而強度增大。但又有一個極限,超過此極限則強度顯著降低,極限干燥溫度為250℃。

      2、預熱區

      ① 化學結構水的排除

      磚坯在輥道窯內預熱區300~450℃,吸附水排除完全,部分礦物的結構水開始排除,對于粘土類礦物, Al2O3含量大化學結構水在450~650℃之間快速排除。

      ② 氧化分解

      陶瓷磚配方中的泥類含有有機質,有時為增強泥漿的懸浮性\流動性和坯體強度而加入有機添加濟,此類有機物在燒成過程中受熱氧化.同時,坯體中也含有一些碳酸鹽\和鐵的化合物等雜質,它們在一定溫度下進行氧化分解放出CO2或SO2等。

      碳素的氧化開始于400℃左右,一般要至900℃以上才可以完全,如燒不完全,則殘留在坯體內,形成黑心或黑點,釉面磚則還會造成因秋面熔融封閉坯體氣孔而形成釉面煙熏、氣泡、針孔。

      硫化物、碳酸鹽的氧化分解反應程度,取決于磚坯中有機質的含量、窯內的溫度、氣氛以及反應的時間,相應的磚坯成型的壓力影響反應進行的快慢、時間。

      ③ 石英的晶型轉變

      陶瓷磚中的石英(SiO2) 含量在70%左右,一般>60%,而石英在熔燒過程中會出現多次的晶型轉變。不同溫度下的轉變有各自不同的特征,主要表現為體積膨脹,石英的膨脹會導致磚坯內部結構的變化,直接影響到磚的強度、光澤度及變形度等。

      石英在晶型轉變過程中,570℃時的B石英轉為A石英的速度最大,有0.82%的體積膨脹,雖然這時體積膨脹很小,但其轉化速度很快,又是在固相條件下進行,破壞性強;870℃A石英轉變為A鱗石英時,體積增長最大(+16%),但速度很慢,所以破壞性不強。磚坯的高硅含量很容易導致磚坯在573℃左右開裂,包括升溫裂和冷卻裂(冷卻裂因沒有磚坯顆粒間空隙,更窺裂)。這里先討論升溫裂。

      3、中高溫區

      陶瓷磚因其內質的要求不同,最高燒成溫度不一樣。磚坯在中高溫區主要為燒結甚至瓷化,同時存在氧化分解反應,大量液相生成逐步燒結。

      前面已講過配方中的部分有機質、碳酸鹽、硫酸鹽、硫酸鹽物質受成型壓力、前期氧化分解程度的影響,須在高溫燒成時得以繼續氧化分解。只要存在氧化氣氛,該過程就有繼續進行的條件。目前建陶燒成絕大部分是氧化氣氛。

      磚坯中存在不少的助熔性礦物,如鉀、鈉長石等,O2K、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等熔劑氧化物在不同的溫度下能與SiO2和Al2O3形成各種低共熔物開始出現液相。與K2O、Na2O熔劑生成低共熔物,有的在750℃左右隨著溫度的升高,長石等原料熔融,坯體中的玻璃相逐漸增多,這種玻璃物質具有熔解石英和粘土質顆粒及其它晶體能力,溫度愈高時間愈長,熔解的量越多。對于坯體而言,在預熱區開始生成少量下班液相,主要在中高溫區出現量大。大量液相的出現能促使Al2O3、SiO2在1100~1200℃重新結晶為莫來石,相對降低重結晶的溫度,有利于坯體瓷化。

      中高溫區產生大量液相能填補坯體顆粒間的空隙。顆粒在表面張力作用下互相靠攏,急劇收縮,直到燒成。應該指出的是液相量的過早出現和過剩,對變形形式及程度的影響很大,如液相過量或存在時間過長,會產生“沸騰”效應,從而使得塑性狀態下的磚坯出現腫脹,即過燒膨脹,氣孔率重新升高。

      4、高火保溫區

      高中保溫區是液相進一步形成的區域,對急冷起緩沖作用。高火保溫區一般只是最高燒成區的1/2長,溫度也低于最高燒成溫度50~100℃左右,由于高火保溫,磚坯產生的液相更多,收縮加劇。也由此磚坯在此段受上下溫差變形較多,主要是磚坯前兩角或前邊變形,嚴重的會導致整體變形,其變形機理與最高溫區一樣是收縮變形是向溫度高的一面翹曲。

      高火保溫使磚坯進一步液化,一般情況下磚坯收縮加大。如果磚坯配方原料溫度過低或磚坯在此前已液化較完全,在高火保溫區過易造成過熱膨脹,反而形成開口或閉口氣孔,到急冷時固化,導致吸水率加大及磚坯拋光后存在小氣孔。對于釉面磚,往往表現為釉面過火出現細小針孔,有的直接表現為大口氣泡氣孔,防污能力、光澤度下降。

      5、急冷區

      冷卻是成熟的磚坯從液相轉化為固相,即磚坯從高溫塑性狀態降至常溫的過程.考慮產量、產品的出窯溫度,更重要的是產品質量,從而劃分為急冷、緩冷以及強冷三個過程。

      急冷是使磚坯從液相轉化為固相的過程,也就伴有物理變化即體積收縮,對于厚而大的坯件,如急冷快,則會由于內外散熱不均勻而造成不均勻應力,引起開裂。

      急冷和中高溫區、高火保溫區一樣,坯中都存在液相,存在物理化學變化,其中重要點之一就是對磚的顏色有決定性作用。磚的顏色主要取決于著色劑(包括色料)燒后的呈色,而溫度和氣氛是影響著色離子價位、狀態的決定因素。有的著色劑在不同的溫度、氣氛下顯示不同的顏色。所以在高溫燒成時(包括中高溫區和高火保溫區)溫度高低,高火保溫時間及氣氛決定出窯磚色澤

      前面已經分析過石英的晶型轉變,在急冷過程中存在870℃時的A鱗石英與A石英間的晶型轉變。磚坯從高火保溫進入急冷,磚面磚底都會承受急冷風冷卻至870℃而體積膨脹,此時磚坯由于規格大及本身傳導熱的物理性能,各點到達870℃的時間是不相同的。瓷質磚比炻質磚易受急冷影響而變形,炻質磚又比陶質磚易受急冷影響而變形。其實根本問題還是燒成的中高溫區及高火保溫區,對于變形,最終原因還是在燒成過程,急冷調節變形只是輔助手段。燒成變形與否,根本原因取決于配方中各組分的含量,因為各種不同礦物高溫塑性是不一樣的。

      6、緩冷區

      磚坯經過急冷之后,便進入緩冷區。磚坯在573℃時基本固化,這時的石英晶型轉變很窺導致整個磚坯破裂或強度下降,可見緩冷控制的重要性。控制緩冷,和磚坯的和類、規格密功相關。一般而言,為滿足快速冷卻而又不開裂,要求急冷在不使磚坯開裂的情況下盡可能降低些溫度,從而就縮短緩冷所需的時間。

      7、強冷區

      對于快速燒成和大規格磚燒成及墊板裝燒,也就是說對出緩冷時磚坯表面溫度仍很高的制品,強冷是必不可少的。后期強冷,既是為窯尾執磚工的勞動強度考慮,也是為制品的出窯質量考慮,因為磚坯在163℃、117℃時還存在鱗石英系列的快速晶型轉變,很可能導致磚坯出窯因環境溫度、外界空氣流速、溫度影響而使脆性加大。

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