一次烧成（精选7篇）
一次烧成 篇1
引言
陶瓷釉中彩饰指装饰的色彩处于釉层中,是在施底釉后的坯品上或釉烧制品的表面进行彩饰,再与坯品一次烧成或在低于釉烧温度下进行二次彩烧[1]。烧成后彩料渗透到釉层里面,冷却后釉面封闭,形成“釉中彩”,颇有釉下彩的艺术效果和风格,是深受重视和发展很快一种装饰工艺[2]。
目前,陶瓷釉中彩陶瓷多见高温快烧颜料,可称之为“烧成性釉中彩”[3],花纸结构见图1(a)。其使用方法为:施釉的坯体先经高温1300℃～1350℃烧成白瓷,然后在白瓷釉上贴花或彩绘,再经1100℃～1260℃的温度在90～100分钟内完成彩烤,烧制中彩料沉入釉中所形成的釉中彩。此工艺要经生坯素烧、高温釉烧和中温彩烤的多次烧成,工序繁杂。也有高温一次烧成的,可称之为釉下(中)丝印贴花纸,这种花纸结构层为彩-釉-纸结构,见图1(b),在印制花纹颜料前,先印一层釉料这样就可以节省贴花后还需施釉,以及保证贴花时能将颜料紧贴于坯釉,属高温釉下彩或釉中彩。其使用方法为在生坯(可带釉)或素烧坯(可带釉)上贴花,撕下皮纸即可入本烧窑经1280℃～1320℃成瓷彩烤同时完成。也可在贴花后的坯体表面再施釉入窑烧成,故这种釉下贴花纸,有的也称釉中彩贴花。此工艺烧成温度高,釉质疏松的坯体须经素烧方可贴花,如在生坯釉层上直接贴花则有一定难度,不好操作。为解决这两种釉中彩工艺复杂、高温烧成的问题,我们于2008年向江西省教育厅申报了“新型中温一次烧成陶瓷釉中彩花纸的研制”的课题并经批准立项[4,5]。
新型中温一次烧成陶瓷釉中彩,先印制花纹颜料,再印一层釉料,花纸结构层为釉-彩-纸结构,见图1(c)。其使用方法为:在生坯(无釉)或素烧坯(无釉)上贴花,撕下皮纸后的坯体可采取各种施釉方法施釉,入本烧窑经1200℃～1250℃成瓷彩烤同时完成,装饰画面达到釉中彩的效果。此工艺克服了高温快烧贴花纸多次烧成工艺复杂的缺点,也克服了有的厂家在生坯釉上贴花给工艺操作上带来的困难,使得釉中彩工艺操作简便易行,提高了劳动效率,降低了烧成温度,节约了能源,减少了有害气体的排放,降低了生产成本,较好地符合了节能增效低碳环保的理念。花纸中未使用铅镉等元素的化合物,避免了日用陶瓷画面的铅镉溶出之毒害[6]。
1 研制过程
1.1 新型釉中彩花纸制备流程
新型釉中彩花纸在釉中彩连接剂的选择、釉中彩颜料油墨的调制、釉中彩釉料油墨的调制、颜料与釉的适应性、坯与釉适应性、复合花纸的结构层、贴花纸纸膜加工配方、制备花纸工艺、制作釉中彩陶瓷等方面作了探讨研究。制备流程见图2。
1.2 丝网印刷油墨的制备工艺
丝网印刷油墨是由连接剂、釉料、着色料、填充料和辅助剂成份组成,这几种组合物经调和、研磨成为油墨。
1.2.1 连接剂的制备
连接剂是具有一定黏度和流动性的糊状物,它可以将颜料、釉料进行充分分散并联结在一起,以制成印刷油墨,满足印刷的要求。经试验得出连结剂配方,连接料化学组成见表1。
具体制作步骤:称取100g白芨粉(一种中药,药店有购),加入2500g清水中,浸泡1h(白芨粉加入水中容易生成白芨粉颗粒而造成不易溶解,应将白芨粉少量多次地加到水里面,并且在边加入白芨粉的同时边搅拌,可用水浴加热促溶),溶解完好后用尼龙袋压榨过滤去渣,后将清夜静置24h,上层清夜用水浴熬煮,冷却后浓度在～5.0Bé为宜。将怡糖放锅内,加热熬煮,冷却后测定其浓度,浓度控制在45Bé左右为宜。取上述白芨液600mL、饴糖液260mL、冰糖120g置于铝锅内直接加热煮沸再加入龙脑(又称冰片,一种中药,药店有购)20g(取冰片20g加入适量95%乙醇直至冰片完全溶解),搅拌均匀,继续加热有龙脑的味道。不断搅拌混合均匀,(应缓慢加热,防止成分被碳化,若局部温度过高,将有黑色碳颗粒生成)再煮30min,冷却后,加水调整浓度测得Bé≈25为宜,过滤,所得即为连接剂,待用。
注:(1)白芨溶液,～5.0Bé;(2)饴糖溶液,～45Bé。
1.2.2 印刷油墨的制备
(1)釉料油墨的制备
GZ510#中温透明釉粉100.0g配合连接剂60mL,甘油约5mL(或聚丙烯酸盐适量),用调色刀在玻璃板上研搓均匀至呈白色黏稠状,若太黏稠可补加少量水至一定的流变性,所得即为釉料油墨,待用。
GZ510#中温透明釉的配方化学组成见表2。配料采用湿式球磨,球磨细度:全部过350目筛。离心、烘干,即得GZ510#中温透明釉粉。
(2)颜料油墨的制备
色料微粉75～80g,510#中温透明釉粉20～25g,配合连接剂60mL,甘油约5mL(或聚丙烯酸盐适量),用调色刀在玻璃板上研搓均匀至黏稠状,若太黏稠可补加少量水至一定的流变性,所得即为颜料油墨,待用。
在试验中所用的色料有镨黄、钒锆蓝、包裹大红、海碧蓝、钴蓝和锰桃红等高温色料。色料须经湿式球磨,球磨细度:全部过400目筛。离心、烘干,即得色料微粉。
1.3 棉皮纸的加工裱合
丝印陶瓷釉中彩贴花纸的图文载体是棉皮纸,这种棉皮纸表面光滑、薄而柔软、拉力强、透水性好。因其薄而柔软给丝网印刷带来了一定困难,解决方法是将棉纸暂时裱合在衬纸(180g/m2有光木浆纸或PVC托纸)上,图文印刷完毕后,再将棉纸从衬纸上揭下来。
经多次试验,总结出棉皮纸的加工裱合过程:第一次刷淀粉液,起胶粘作用。淀粉液配制:淀粉10g,煮沸的蒸馏水700g;第二次刷海藻酸钠液,起填充棉皮纸张孔隙作用。海藻酸钠液配制:海藻酸钠10g,加蒸馏水700g,完全溶解;第三次刷阿拉伯树胶液,起胶粘固化作用。阿拉伯树胶液配制:阿拉伯树胶5g,加100mL水溶解,加热后溶解成棕黄色溶液,过滤后煮至50mL。裱合后的纸要求均匀、平整,晾干待用。
经以上裱合的棉皮纸,在整个印刷过程中载花棉纸与衬纸不分离,印刷完毕晾干后花纸易于从衬纸上揭下。
1.4 晒丝网印刷板
将绷好的丝网板用清洁剂洗净并干燥,在暗室内将洁净的网版涂上感光胶并低温烘干,再把设计妥当的图稿紧贴网板表面,并置于曝光机内进行曝光,对所曝光的网板再用清水直接冲洗,然后置于干燥箱内干操,待用。(晒丝网印刷板可找专业点加工)。
经试验研究确定,新型中温一次烧成陶瓷釉中彩花纸图纹丝网印刷选用200～280目的丝网较好。
1.5 花纸的印刷、揭花纸
1.5.1 图纹印刷
将制备好的颜料油墨进行印刷。首先要检查晒有纹样的丝网板是否符合质量要求,然后将丝网板夹紧在印台的调节器上,并用螺丝将网版固定。取一张裱合好的纸张置于印台的玻璃板上,拉启印台内的日光灯,将丝网板上的纹样与承印纸张调节对准。印刷时将调制好的颜料油墨适量倒入丝网的上端,再用橡皮刮板用力均匀地来回刮印,有几种颜色,用分色丝网板加印几次,印好的花纸半成品,放在架上晾干后可进入下道加工工序。每次印刷操作结束后,网板要求清洗干净,并且要将网板晾干,置干净处保存备用。
1.5.2 釉料层印刷
印好图纹的花纸半成品,需在其上印刷一层中温透明油。将制备好的釉料油墨进行印刷,印刷步骤同1.5.1。
1.5.3 揭图纹载花棉纸
揭纸是将薄竹片轻轻插人载花棉纸和衬纸之间,使载花棉纸揭下来,所得贴花纸应妥善保管,待用。
1.6 釉中彩陶瓷的制备
1.6.1 贴花
制备的贴花纸在贴花操作时,需克服釉料层附着于坯体表面吸附力不够等缺点,解决方法:在中温TD507#生坯上涂上一层粘贴液(1%～2%的CMC的水溶液),把花纸贴于坯体表层,再用排笔蘸少量的粘贴液将花纸刮刷平整,然后用海绵按紧、抹平,稍干之后把棉皮纸撕下,这样釉料和图纹颜料便牢固地附着于生坯坯体上,贴花后的半成品可进入下道加工工序。
本试验所用坯料系景德镇某台资企业TD507#坯料(成熟温度1190℃～1230℃)。
1.6.2 施釉
所用釉料为GZ510#中温透明釉(配方化学组成见表2)。制釉工艺参数:(1)按配方组成称料;(2)料:球:水=1:1.5:1;(3)球磨细度:全部过300目筛;(4)将制备好的釉浆比重调至1.65～1.70。
贴花后的半成品生坯,可直接采用浸釉或喷釉的方法上釉,釉层厚度在0.4～0.5mm之间。施釉后的坯体经检验合格后,可送至煅烧工序进行烧成。
1.6.2 烧成
将施釉后的半成品放入电窑和梭式窑中采用中性焰或氧化焰烧成,最高烧成温度控制在1210℃～1230℃之间,高温保温20分钟,烧成时间为5.5～6.5小时,烧成周期约14小时。烧成的产品画面、釉面质量良好,装饰画面达到釉中彩的效果。
2 结论
本研制的是一种新型中温一次烧成陶瓷釉中彩花纸,其创新在于:(1)花纸结构层为釉—彩—纸结构;(2)把花纸直接贴在生坯上然后施釉,易于操作;(3)中温釉烧与烤花同时完成。其优点如下:
(1)花纸图纹能完全沉入釉中:本花纸结构层为釉—彩—纸,花纸直接贴在生坯上然后施釉,坯体表面覆盖的是釉—彩—釉的结构层,在一次烧成工艺中,釉、彩色图纹与坯体同时成熟,坯与釉的良好中间层的形成能够增加产品的强度,而釉—彩—釉的结构使的彩料能完全沉入釉中,装饰画面达到釉中彩的效果。
(2)器物表面更加光亮平滑:本花纸结构层为釉—彩—纸,把花纸直接贴在生坯上然后施釉,表面釉层连续均匀,克服了目前花纸结构层为彩—釉—纸结构,在生釉坯上贴花工艺表面釉层连续均匀度差的缺陷,从而使器物表面更加光亮平滑。
(3)中温(1200℃)一次烧成:在保证产品质量的同时,降低陶瓷的烧成温度,减少烧成次数,是陶瓷科技工作者的努力方向,较好地符合了节能增效低碳环保的理念。
参考文献
[1](日)素木洋一.硅酸盐手册[S].中国轻工业出版社,1984.2
[2]李家驹.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社,2005.8
[3]张光磊,杨宏,李彦芳等,环境协调性陶瓷材料的发展及其探讨[J],中国陶瓷,2009,45(6):57-61
[4]舒新兴,江群会,刘文茂.影响中温日用细瓷粉体釉工艺性能的试验分析,中国陶瓷工业,2010,17(4):46-49
[5]舒新兴,王正矩.对景德镇陶瓷装饰材料行业生产现状的思考[J],中国陶瓷,2003,39(6):10-12
[6]舒新兴,刘文茂,江群会.中温日用细瓷釉的研制,中国陶瓷,2010,46(5):51-53
一次烧成 篇2
目前,网印一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油,仍是借用魏中汉等老一辈陶瓷装饰材料专家的传统凹印一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油,用于进行网印时,存在如下缺陷:
(1)调墨油易腐烂发霉,无法较长时间保存,致使生产的贴花纸也无法长期保存;
(2)调墨油流平性较差,印刷时会出现色差和缺线断墨等问题;
(3)调墨油结膜性较差,贴花时会出现色差和缺线断墨等问题。
致使一次烧成贴花陶瓷十件中很难找出一件没有缺线断墨或出现色差的陶瓷产品。当今,新材料、新工艺、新技术层出不穷,研制克服上述缺陷的新型网印一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油的客观条件已具备,同时研制新型网印一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油也是陶瓷行业的迫切需要,因为网印陶瓷贴花纸,其墨层厚实,覆盖力强,图文立体感强,已取代或即将取代平印、凹印,代表当今先进技术,一次烧成贴花陶瓷属环保节能绿色产品呈大力发展趋势。
本课题以凹印传统水性调墨油为切入点,以克服上述三大缺陷为突破口,选择合适的新材料取代之,采用新工艺、新技术,彻底解决了这三大缺陷,研制出新型网印一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油,为生产高档网印一次烧成陶瓷贴花纸奠定基础。
1 试验
1.1 试验方法
综合利用分析法、取代法、比较法、多因素多水平正交法等多种试验方法,分析凹印传统水性调墨油组成、性能,选择合适的新材料取代之,进行新型调墨油各组分的优化及配比筛选;采用水基化学中的新工艺、新技术,寻找最优化制备工艺技术;将研制的调墨油与釉下各种颜色颜料配制成瓷墨,通过小试,中试网印陶瓷釉下彩贴花纸生产,并烧成瓷器检验,寻找各种颜色瓷墨的颜料与调墨油的适应性。
1.2 凹印传统水性调墨油组成、性能分析:
经探索分析发现,凹印传统一次烧成陶瓷贴花纸水性调墨油由饴糖、白芨、冰片为主要组成成分,通过各组分性能分析得出,饴糖起粘结作用和保湿作用,充当粘结剂和保湿剂,白芨起结膜作用,充当结膜剂,冰片起防腐作用,充当防腐剂。
1.3 新型调墨油各组分的优化及配比筛选
通过大量试验分析,在众多材料中,选择聚乙烯醇、羧甲基纤维素纳等合成高分子材料取代饴糖、白芨等天然高分子材料,选择山梨酸钠取代冰片,聚乙烯醇(PVA),呈白色粉末或纤维状,无嗅无味,无毒无害,具有大量的亲水性羟基,与水能形成氢键,因而对水的溶解性在很大程度上受聚合度,特别是皂化度所支配,其聚合度一般在300～3000之间,皂化度一般在70～100%之间,由于聚合度和皂化度的不同,其性能有较大的差异。经试验证明,制作调墨油的聚乙烯醇,其聚合度在1200～1700之间,其皂化度为88%为宜。聚合度大、水溶性差,仅能膨胀,不符合水性结膜要求。当皂化度在99%以上时只溶于热水,在温水中仅膨胀而已,难溶于冷水,也不利于水性结膜。因而,我们采用的是聚合度1700,皂化度88%的聚乙烯醇(型号1788)充当结膜剂。
在配制PVA糊胶时,先在带有搅拌装置的配料缸内加入一定量的纯净水,进行水浴加热,在开启搅拌装置的情况下,将PVA缓慢均匀地撒到配料缸内,不停搅拌,使PVA和水完全融合,PVA能够充分溶化。在溶化PVA时,之所以要均匀撒放、并不断搅拌,目的是“为了防止CMC与水相遇时,发生结团、结块、降低PVA溶解量的问题”,并提高PVA的溶解速度。确定搅拌时间的依据是:当PVA在水中均匀分散、没有明显的大的团块状物体存在时,便可以停止搅拌,让PVA和水在静置的状态下相互渗透、相互融合。确定PVA完全溶化所需时间的依据有:(1)PVA和水完全溶合、二者之间不存在固-液分离现象;(2)混合糊胶呈均匀一致的状态,表面平整光滑;(3)混合糊胶色泽接近无色透明,糊胶中没有颗粒状物体。从PVA被投入到配料缸中与水混合开始,到PVA完全溶解,所需的时间在20～24小时之间。配制成糊状胶液后,备用。
羧甲基纤维素纳(CMC),是一种水溶性的纤维素醚,一般呈白色或微黄色纤维状粉未,无嗅无味,无毒无害,不易燃,不霉变;易溶于冷水或热水,在水中溶解后形成粘稠状稳定胶体溶液,溶液为中性或微碱性,与其他的水溶性胶或树脂具有良好的匹配性,有吸湿性。衡量CMC质量的主要指标是取代度(DS)和纯度。一般DS不同则CMC的性质也不同;取代度增大,溶解性就增强,溶液的透明度及稳定性也越好。经试验证明,1%水溶液pH为6.5～8.5,当pH>10或<5时,胶浆粘度显著降低,在碱性溶液中很稳定,遇酸则易水解,PH值为2～3时,有固体析出,在pH=7时性能最佳。粘度随温度升高而降低,在20℃以下粘度迅速上升,45℃时变化较慢,80℃以上长时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。因而,采用的是取代度在0.6～0.8之间,其纯度为80%,粘度(mpa.s)≥800,PH值为6.5～8.5的羧甲基纤维素纳充当粘结剂和保湿剂。
配制CMC糊胶与配制PVA糊胶基本相同,不同之处在于:(1)配制CMC糊胶不需要水浴加热;(2)从CMC被投入到配料缸中与水混合开始,到CMC完全溶解,所需的时间在10～20小时之间。配制成糊状胶液后,备用。
甘油,最简单的三羟基醇,是一种无色、无嗅、味甘的粘稠液体。可与水及醇可任意比例混合,具有保湿和吸潮作用。充当补助保湿剂。
山梨酸钠,白色结晶或结晶性粉末,易溶于水抑制微生物生长繁殖对细菌、霉菌、酵母菌均有抑制作用,特别是防霉效果良好。具有安全性好、防腐性能高效的特点,充当防腐剂。
1.4 新型调墨油配方试验
1.4.1 正交试验
采用正交试验法确定出各原料用量范围。以PVA、CMC、甘油、水作为考察因素,其用量为试验水平,采用L9(34)安排正交试验。因素水平及实验安排见表1、表2。
1.4.2 调墨油与各种陶瓷颜料釉料配成瓷墨
我们采用湖南醴陵釉下彩陶瓷颜料,将上述调墨油与各种颜料、釉料通过轧墨机进行轧墨配制成瓷墨,纸张结构采用衬板-载花纸-底釉-图文,在网印、揭纸、贴花、烧成中反复试验检测,不断调整调墨油配方和修正调墨油生产工艺技术以寻找调墨油最佳配方。各因素的最好水平为:A2B2C3D1,不仅解决了色差和缺线断墨等问题,而且能采用280目以上丝网进行精细线条和高网目调网印。试验效果如表3。
1.4.3 调墨油配方(表4)
1.4.4 调墨油各项质量变化(表5)
2 试验总结
2.1 科学意义
通过试验发展,采用合成高分子材料取代天然材料,利用新材料、新工艺、新技术改进传统产品,实现传统创新。
2.2 成果小结
我们选择聚乙烯醇、羧甲基纤维素纳等合成高分子材料取代饴糖、白芨等天然高分子材料,选择山梨酸钠取代冰片,采用水基化学中的新工艺、新技术,不仅彻底解决了传统水性调墨油三大缺陷,而且能采用280目以上丝网进行精细线条和高网目调网印,为生产高档网印一次烧成陶瓷贴花奠定基础。
2.3 应用前景
该成果使当前网印一次烧成釉下彩陶瓷贴花纸和陶瓷产品高档化,多彩化,适用于陶瓷企业、陶瓷贴花纸企业推广应用,由于解决了长期保存的问题,使该调墨油能商品化推广,是当前釉下彩陶瓷贴花纸企业和釉下彩陶瓷企业上档次,急待需求的调墨油。该调墨油属水性,在生产和使用中与环境友善,生产出的陶瓷节能,无铅镉溶出,属绿色环保节能陶瓷,深受人们的喜爱,具有较大的经济效益和社会效益。
3 存在的问题与不足
该成果产品只在个别瓷厂和陶瓷花纸厂进行小规模应用性生产,目前在手工印刷和半自动网印机中应用良好,自动网印机中尚未试验。
参考文献
[1]余炳锋.陶瓷釉下彩贴花纸生产工艺[J].江苏陶瓷,2005.10
[2]余炳锋.新型网印制版感光胶及其光化学反应机理[J].中国陶瓷,2005.10
[3]余炳锋.丝网印刷制版重氮感光胶及其光化学反应机理[J].景德镇高专学报,2005.12
[4]江平汉,余炳锋.丝网印刷中环境污染问题与对策[J].景德镇高专学报,2005.12
浅析熟料烧成精准平衡的操作 篇3
水泥熟料烧成系统的操作, 是直接关系到水泥质量和成本的重要工作。因此, 掌握先进的、正确合理的、精准的、高水平的操作技术是水泥厂中控工作的最重要的任务。
新型干法水泥生产技术的核心是悬浮预热和窑外分解技术。因此, 采用窑外分解技术的烧成系统, 首先需要保证窑尾预热器系统特别是分解炉的正常、稳定、高效的工作。并使其最大限度地发挥预热预分解作用。而目前正在运行的新型干法熟料烧成生产线, 多年以来一直都是延续一种基本相同的原则和方法来操作。这种方法在运行中的表现特点为:
三次风管的阀门开度控制在30%~50%, 以加强窑内通风;喷煤管的火焰调整为活泼有力, 把喷煤管定位在第四象限, 加强火焰对熟料的直接热交换作用;调节头排风机的风量, 把窑头罩压力控制在-50~0Pa。
随着新型干法生产技术的进步和社会环境对节能减排和减少氮氧化物等有害气体排放要求的不断提高, 这种旧有的操作方法已经逐渐感到难以适应这些要求。例如:控制窑内的煤粉在低过剩空气系数的工况下燃烧 (α≤1.05) , 可以减少氮氧化物的生成量, 减少系统脱硝的成本, 就是一个突出的例子;很多窑如果这样操作, 就会出现熟料呈现还原气氛的现象, 严重影响熟料质量。还有, 将喷煤管定位在中心以上位置, 使火焰的中心落点移动到窑尾, 可以使生料入窑后快速通过过渡带, 进入烧成带, 这样生料升温速度快, Ca O的吸收速度也越快, 越有利于C3S的形成。同时减少煤灰落入熟料的几率, 提高熟料的质量。是将来降低热耗和运行成本的一种操作方法。而目前的操作方法都较难做到这一点。
“精准平衡操作技术”的核心是:以理论计算、数据分析为依据;以系统空气平衡为前提 (包括窑的烟气平衡) ;以保证分解炉用风 (三次风) 和烧成带恒温煅烧为重点;以窑头罩的温度、压力两个数据为主要控制参数;通过合理调整窑头喷煤管的四个风速和风量的匹配、合理的篦冷机操作, 最终实现熟料烧成的高质、高产、低消耗、低排放的目标。
这项操作技术在系统运行参数中的表现特点为:
(1) 三次风管的阀门开度在85%~100%。
三次风大多数都是由窑头罩的上方抽取, 也有从篦冷机的壳体上抽取的。当高温的二次风经过窑头罩下部的烟室去往窑内和分解炉的时候, 回转窑的通道阻力要小于三次风管。因此窑内的通风比较容易保证。而分解炉就要难一些。所以为了保证预分解系统的作用, 首先要保证分解炉的用风。这样, 三次风管的阀门就应该尽可能地打开。但是, 一般的烧成系统, 如果打开的幅度超过60%~70%, 都会出现感觉窑内通风不足的现象。所以, 在操作中就需要有另外的操作来进行相应的配合。以实现这种首先保证分解炉性能的操作方法。
已经有实验证明, 分解炉的用风量和温度增加后, 可以加快煤粉的燃烧。当减少了窑内的用风量后, 可以不用采用拉大窑内通风来拉长喷煤管火焰的做法, 使火焰的形状受外界 (窑内通风) 的影响小了。可以容易地调整火焰形状, 形成“正常火焰煅烧”的锻烧操作制度。
研究水泥煅烧工艺的专家们发现, 在水泥熟料的煅烧过程中, 在烧成带形成恒定温度煅烧时, 熟料的各项指标是最好的。
“正常火焰”的烧成制度, 可以使火焰的形状更加规整, 使火焰在长度方向上的温度差变小, 可以接近恒温度的工况, 最终形成了接近恒温煅烧的工艺状况。而这种煅烧状况, 正是优质水泥熟料烧成所需要的。采用这种煅烧制度烧制出来的熟料, 质量稳定, 不容易出现游离钙忽高忽低的大波动。同时由于烧成带温度稳定, 熟料结粒好于其他几种烧成制度下生成的熟料。
(2) 窑头罩压力仪表显示值为“正压”或“零压” (根据窑头罩的容积) 。
窑尾烟室的压力参数就是一个状态参数, 其主要是用来判断窑内的通风状态和窑内的某些工况。如果压力的负压值增大, 就说明窑内通风阻力增大了, 实际情况就有窑内结圈、结蛋等工艺故障。而对于窑头罩的压力和温度 (二次风温) 的控制, 则被大多数工厂放在了次要一些的位置上。特别是当篦冷机的性能不是很好, 或者是生料喂料量不稳定, 化学成分波动大的情况下, 这两个参数就更不被重视了。
但是, 不管从理论上还是实际生产中, 在窑头罩上显示出来的这两个数据都具有非同一般的重要意义。并应该在系统运行时认真地进行控制。
首先, 这个点是整个烧成运行时煤粉燃烧用空气的平衡点。烧成系统煤粉燃烧所需要的空气, 大约93%都要通过窑头罩 (其余的通过喷煤管风机供给) 。当窑头罩压力数据稳定在0~-30Pa时 (要真实数据, 并与窑头罩大小有关) , 就说明通过的空气量是稳定的。这样煤粉燃烧的条件 (过剩空气系数) 就能够保证。
其次, 当这个位置的温度数据高 (最好是大窑头罩的时候≥1150℃) 并稳定时, 系统的用煤量就可以减少。
还有重要的一点是, 这个温度数据是篦冷机性能和熟料急冷效果的一个观测点。当二次风温≥1150℃ (大窑头罩) 说明熟料的急冷效果是好的 (合理检测位置) 。反之则不够好。
所以, 只有这两个数据稳定, 煤粉的燃烧条件和燃烧状况才能够稳定 (其它条件不变时) 。系统的稳定运行才会有保障。反之则很难稳定系统的其他运行参数。并容易使系统出现窑内结圈、预热器结皮堵塞等工艺故障。
中控操作人员稳定这两个参数的能力和水平, 也是评判篦冷机操作的一个重要依据。而篦冷机的篦速、篦床压力, 都应该依此参数的稳定、提高来进行调整。
稳定这个参数的操作, 也将篦冷机供风风机的开度和头排风机的操作关联起来。将煤磨的开停机关联起来。使窑头部分的所有风机全部纳入了一个完整的系统, 来保证系统空气用量的精准稳定。改变了人们原来为了发电而随意调整头排风机的错误做法。也使人们在开停煤磨时要注意增加供风量。
在评价一个中控操作人员的水平时, 能否稳定这两个数据, 并提高二次风温也是一个重要依据。
(3) 喷煤管定位在窑口中心线以上 (0, 10~50) 。
喷煤管定位在窑口中心线以上, 是根据回转窑内传热有三种热交换方式 (传导、对流、辐射) 的原理以及回转窑的长度直径比在10~12 (短窑) 比较合理的原理来确定的。
磨损引起漏风对烧成系统的影响 篇4
烧成系统漏风是制约预分解窑系统充分发挥其功效的重要因素, 它直接影响系统的运行工况, 降低系统产量, 增加能耗, 加重风机和收尘的负荷, 其中, 因磨损引起的漏风对烧成系统的影响很大。本文就我公司出现过的这类漏风及应对措施作如下浅析。
2 物料磨损引起的漏风对烧成系统的影响
2.1 入窑分隔轮因磨损引起的漏风
(1) 原因:入窑生料长期对分隔轮下料器叶片磨损, 增大了叶片与壳体之间间隙。
(2) 影响:C1旋风筒内高于300℃的热风穿入生料输送斜槽, 将透气层烧坏, 一条新透气帆布只能使用6个月。
(3) 措施:利用停机或检修时间, 用耐磨焊条补焊回转下料器叶片, 减小叶片与壳体间间隙, 消除漏风。
(4) 效果:入窑分隔轮消除漏风后, 延长透气帆布层使用寿命6个月以上。
2.2 翻板阀因磨损引起的漏风 (图1)
(1) 原因:C5翻板阀因物料长时间磨损, 翻板阀锁风不好, 形成内漏风, 窑内高温气体从下料管内经过时, 进一步增加翻板阀阀体温度, 恶化物料对其的磨损程度。
(2) 影响:下一级气体从下料管内经过时, 会使预热器收集下来的物料重新上升, 在预热器内造成恶性循环;下料管内因窜风结皮严重, 每两个月只要有停窑机会, 就得清理下料管一次, 一般结皮厚度50～80mm。
(3) 措施:适当增加翻板阀杆上的配重, 尽量锁严翻板阀, 检修时更新翻板阀。
(4) 效果:减少了物料在下料管和旋风筒之间的上下循环, 换新翻板阀后5个月没有发现C5下料管结皮。
2.3 篦冷机篦板因磨损引起的漏风
(1) 影响:大颗粒熟料掉入篦室内, 影响篦室通风, 还有可能卡住弧型阀, 影响下料;大量冷风从磨损篦板空洞处吹入篦床, 将熟料吹穿, 降低了熟料冷却效率。
(2) 原因:窑皮块在篦板上停留时间长, 红河现象严重, 长时间内红料将篦板烧坏, 或检修时更换的某一块篦板质量有问题被提前烧坏。
(3) 措施:精心操作, 控制好回转窑热工制度, 避免掉窑皮大块, 减少或杜绝红河现象;利用停机或检修时间换新篦板。
(4) 效果:经采取措施, 5月份换了部分新篦板, 至今没有再出现篦室内掉入大块熟料卡弧型阀现象, 篦床上明显减少了空洞、吹穿等情况。
2.4 篦冷机灰斗弧型阀因磨损引起的漏风
(1) 原因:弧型阀阀板因物料磨损关闭不严而漏风。
(2) 影响:篦室漏风降低篦冷机有效冷却风量, 熟料不能充分冷却, 二、三次风温偏低;篦冷机热效率下降, 出篦冷机熟料温度在200℃以上。
(3) 措施:关闭弧型阀, 并调整开、关位置的限位开关状态, 阀板能够全开或全关;延长关闭时间, 形成足够的料封;阀内阀板磨损可补焊或者换新。
(4) 效果:经采取措施后, 明显减少了篦冷机出红料的现象, 出篦冷机熟料温度降至160℃以下。
2.5 熟料入库溜子因磨损引起的漏风
(1) 原因:熟料入库时与溜子壁长期摩擦, 最后破损, 溜子内负压将空气吸入。
(2) 影响:冷风从磨损处漏入熟料库内, 增加收尘器负荷, 降低收尘效率。
(3) 措施:利用停机或检修时间补焊溜子破损处, 溜子内增设衬板, 减小熟料与壳体间磨损, 改变溜子形状, 制作阶梯式溜子, 实现料磨料效果。
(4) 效果:经采取措施后, 收尘器收尘效率提高, 熟料库顶环境卫生状况明显改善。
2.6 喂煤秤因磨损引起的漏风 (图2) 。
(1) 原因:磨板或秤体材质问题和煤粉长期磨损造成间隙不均, 出现漏风现象。
(2) 影响:磨板运转不平稳, 下煤不畅甚至出现断煤现象, 一个班有时断煤2～5次。
(3) 措施:在入喂煤秤前的送煤风机管道上加一旁路防风阀, 直入收尘管道, 根据喂煤秤工况调节放风量, 确保喂煤秤工作时有适量的风量和风压, 检修时用耐磨焊条对秤体磨损处进行补焊或更新。
(4) 效果:采取措施至今5个月, 很少再出现断煤现象。
3 风蚀磨损引起的漏风因素对烧成系统的影响
3.1 预热器点火烟囱漏风
(1) 原因:在刚点火升温时打开点火烟囱, 当投料生产后, 要关闭向外排出预热器系统的废烟气, 防止系统漏入冷空气。此处阀门一般是用电动推杆, 如电动执行机构发生故障, 或需人工关闭时而关闭不严, 即产生漏风。长时间漏风对阀板产生风蚀造成漏风恶化。
(2) 影响:增加窑尾高温风机负荷, 降低废气温度, C1出口温度在295～300℃, 影响余热发电。
(3) 措施:用软性密封材料或经常用泥巴对盖板四周漏风处进行密封。
(4) 效果:采取措施后, 同等工况下, C1出口温度增加到300℃以上。
3.2 旋风筒人孔门磨损引起漏风
(1) 原因:人孔门、捣料口密封不严, 而长时间漏风对盖板处产生风蚀, 造成漏风恶化。
(2) 影响:降低旋风筒旋风效率, 降低气体与物料的热交换。但是, 人为漏风会使闪动阀处大大减小负压抽力, 即减小漏风的动力, 下一级的热风就不会在此托住即将离开旋风筒的物料, 可以避免堵塞, 该方法不太经济, 所以不宜提倡。
(3) 措施:用软性密封材料对盖板四周漏风处进行密封。
(4) 效果:经过对预热器系统孔、门进行漏风密封, C1出口O2含量由2.6%降低到2.2%。
3.3 窑头漏风
(1) 原因:冷风套长期受热腐蚀;密封挡圈脱落;窑头密封漏灰斗锁风阀失灵;鱼鳞弹性片因钢丝绳压得过松密封效果不好;钢丝绳压得过紧或受窑头正压热气流的影响弹性片变形严重。
(2) 影响:降低入窑二次风温和风量;增加窑内冷风量;降低篦冷机冷却供风, 增加热损耗;严重时窑头出现正压, 飘落出的飞沙料一个班清扫20kg以上。
(3) 措施:加固或补焊冷风套受热腐蚀处;重新安装密封挡圈;修复窑头密封漏灰斗锁风阀并调节其灵敏度;适度调节鱼鳞弹性片钢丝绳的压紧度, 更换严重变形、损坏的鱼鳞弹性片。
(4) 效果:窑头冷风套出现正压现象减少, 飞沙料减少了2/3。
3.4 燃烧器磨损引起漏风 (图3)
(1) 原因:各风道因风蚀磨穿, 风道的变化会改变火焰形状。
(2) 影响:改变火焰形状, 火焰分叉冲刷到窑皮, 筒体局部温度偏高, 降低窑衬的使用寿命 (窑口向内第9环砖换新后两个月厚度只有130mm) ;火焰顶住物料, 冲击物料, 造成顶火逼烧, 未完全燃烧的煤粉被翻滚的物料所包裹, 烧成带还原气氛严重, 物料中的三价铁还原成二价铁, 形成黄心料, 降低熟料的质量;还原气氛严重的窑内气体被带入预热器系统, 入预热器的物料与还原气体混合, 降低物料出现液相的温度, 使预热器系统结皮, 甚至堵塞。
(3) 措施:合理调节燃烧器内外风量, 将风道磨穿处补焊或更换新的燃烧器。
(4) 效果:更换燃烧器后, 窑口向内第9环砖厚度130mm, 使用了4个月后, 厚度110mm。
3.5 篦冷机篦室漏风
(1) 原因:由于这种密封涉及到运动部件与静止部件之间的封闭, 完全做到密封并不容易, 有少量的漏风风蚀密封材料, 逐渐造成漏风越来越严重, 影响到各室间的风压。
(2) 影响:各篦室之间窜风, 势必使高压风向低压风室流窜, 降低了吹透高温段高阻力篦板冷却熟料的能力, 极大影响了高温段熟料的急冷效果。对用充气梁的高压室, 从低压风室向高压风室的窜风, 也不利于低温段熟料的冷却。
(3) 措施:合理调节各室冷却风机风量, 减少窜风现象, 在停窑时要对密封装置认真检查与维护, 如有破损要立即换新。运行中要认真检查各风室的密封效果, 为此, 篦下风室必须设照明装置, 观察窗要完整洁净, 检修后要关严风室间的挡门。
(4) 效果:经过各风室之间的再次密封, 发现密封效果越好, 密封装置越不易损坏;密封效果越差, 密封装置风蚀现象越严重。
3.6 三次风管因磨损引起的漏风 (图)
(1) 原因:三次风管闸板阀处、弯管处浇注料因风蚀磨损, 最终将管壁烧透造成漏风。
(2) 影响:窑尾高温风机排出的风量风压一定时, 前后不平衡将会导致窑风过大, 致使烧成温度降低, 高温后移, 窑尾温度及负压升高, 三次风温风速均降低, 炉内煤粉燃烧不完全, 形成系统温度倒挂, 高温致粘结堵塞;三次风过量, 致使烧成还原气氛浓重, 尾温低, 窑尾有害成分富集而阻塞, 通风陷入恶性循环。
(3) 措施:正常运转时, 合理调节三次风管风量, 暂时用“背书包”方式处理, 长时间停机或检修时重新打浇注料。
(4) 效果:三次风管检修后, 熟料烧成还原现象明显减少。
3.7 篦冷机冷却风机漏风
(1) 原因:冷却风机风道因长期风蚀破损, 风机吹入冷风在压力的作用下向外漏风;风机有震动现象, 风箱焊缝裂开。
(2) 影响:减小风量, 降低风压, 降低熟料冷却效率。
(3) 措施:合理调节风机供风量;临时处理, 降低该风机供风量, 对破损处进行补焊。
(4) 效果:风箱破损处补焊后的风机风压明显升高。
4 自然磨损引起的漏风对烧成系统的影响
4.1 窑尾密封石墨块磨损对烧成系统的影响
(1) 原因:窑尾密封石墨块因磨损严重, 与窑筒体间形成缝隙而产生漏风。
(2) 影响:漏入的冷风会改变物料在预热器内的运动轨迹, 降低其旋转运动速度, 容易导致物料堆积;同时, 冷风与热物料接触, 极易造成物料冷热凝聚, 粘附在预热器筒壁, 导致结皮或产生大量结块;窑尾密封处的漏风还会与未充分燃烧的燃料重新反应, 导致局部高温引起结皮, 大量的结皮影响系统风的顺畅运行, 从而导致系统运行不稳定;窑尾漏风还会直接影响到窑内煤粉燃烧需风量, 甚至出现煤粉燃烧不完全, 不仅增加用煤量, 而且还增加窑尾CO的含量, 也会造成上升烟道处形成结皮。
(3) 措施:确保石墨块质量, 有停窑机会时更换新石墨块。
(4) 效果:换新石墨块后, 同等工况下, 高温风机电流由136A降低至132A。
4.2 下料管排灰阀轴磨损
(1) 原因:下料管排灰阀板长时间活动, 阀板轴一直运转而自然磨损, 产生漏风。
(2) 影响:漏入的冷风与热物料接触, 极易造成物料冷热凝聚, 粘附下料管壁, 导致下料管结皮堵塞。
(3) 措施:及时修复下料管排灰阀轴孔磨损处或换密封。
(4) 效果:排灰阀漏风解决后, 该下料管结皮明显减少。
5 结语
目前就水泥厂而言, 烧成系统漏风是不能完全避免的, 尽可能减少系统漏风, 也是降耗增效的一项重要措施。随时关注整条生产线系统漏风情况, 及时消除漏风点, 以减少其不良影响, 是一项长期细微的工作。
参考文献
日用陶瓷烧成能耗状况与节能分析 篇5
陶瓷行业是一个高能耗行业,日用陶瓷又因其生产工序多、产品烧成温度较高等原因,产品单位能耗居陶瓷行业之首,是建筑卫生陶瓷的2~5倍。日用陶瓷生产过程的烧成和干燥能耗占日用陶瓷生产总能耗的80%以上,其中烧成工序能耗占50%以上,干燥工序能耗约占20~25%。窑炉是日用陶瓷生产主要耗能设备,近十几年以来,陶瓷窑炉技术的快速发展和窑炉燃料的煤气化,其耗能大幅下降,能源利用率由上世纪80年代的不到20%提高到30%以上,但与国外发达国家陶瓷工业50%左右的能源利用率相比,仍有较大差距。
1 日用陶瓷烧成能耗的状况
1.1 日用陶瓷燃料状况
过去,我国日用陶瓷窑炉燃料种类多样,存在煤、油、气并存的局面。陶瓷窑炉直接燃煤产生严重污染,不符合国家环保政策,各地政府严令禁止。随着国内燃油价格日趋上涨,致使陶瓷企业的窑炉燃油费用在产品成本中占有的比重越来越来大,严重影响了企业的经济效益。陶瓷企业纷纷对燃油窑炉进行技术改造,利用煤气发生炉,将煤转化成煤气取代燃料油。
现在,日用陶瓷窑炉绝大多数燃烧清洁的气体燃料,气体燃料种类有天然气、液化石油气、发生炉煤气、焦炉煤气等。根据相关调查,2006年日用陶瓷窑炉燃料消耗322.6万吨标准煤,其中天然气97.1万吨标准煤,占总能耗的30.1%;液化石油气57.4万吨标准煤,占总能耗的17.8%;发生炉煤气71.9万吨标准煤,占总能耗的22.3%;焦炉煤气37.1万吨标准煤,占总能耗的11.5%;重渣油和柴油19.1万吨标准煤,占总能耗的5.3%;直接燃煤31.6万吨标准煤,占总能耗的9.8%;其他燃料10.3万吨标准煤,占总能耗的3.2%。一些边远分散的小型日用陶瓷企业的仍然直接燃煤,但企业规模小,直接燃煤占燃料总能耗的比重并不高。焦炉煤气的使用主要为景德镇地区。随着国内液化石油气价格上涨,液化石油气在窑炉燃料的比重在不断下降。国家西气东送工程的实现,使天然气在窑炉燃料的比重在逐年提高。
1.2 日用陶瓷窑炉状况
目前,我国的日用陶瓷生产企业基本淘汰了以煤或重油为燃料的传统倒焰窑、马弗式多孔推板窑、老式隧道窑等落后的烧成设备,取而代之的是技术水平比较先进、能耗较低的燃气隧道窑、燃气梭式窑、燃气明焰辊道窑。现代燃气隧道窑烧成带温差也由传统隧道窑的30~50℃下降到10℃,燃气明焰辊道窑烧成带温差更小。大型梭式窑均采用动力燃气烧嘴,10立方米以下的小型梭式窑多采用引射式燃气烧嘴。
燃气明焰日用陶瓷窑炉装烧方式主要有明焰匣装和明焰裸装。以天然气、液化石油气为燃料的窑炉都采用明焰裸装;以发生炉煤气为燃料的窑炉多采用明焰匣装;对以焦炉煤气为燃料的景德镇地区日用陶瓷窑炉,既有明焰裸装,也有明焰匣装,这是因为产品品种和生产企业的认识不同造成的现象。
由于采用清洁的气体燃料,可以进行明焰裸装烧成,使热气体和制品之间直接传热,加上高速烧嘴的使用,燃烧后的高温气体以100~300m/s的速度喷出,促进窑炉内气流循环,强化对流传热,均匀了窑炉温度。所以日用陶瓷烧成周期大幅度缩短,燃气隧道窑一般为20小时左右,燃气梭式窑烧成时间10~15小时,而燃气明焰辊道窑的烧成周期只要3~5小时,与同等产量的燃气隧道窑的1/5。
日用陶瓷烧成工艺呈多样化,传统的为一次烧成工艺,随着产品档次和质量要求的提高,二次烧成工艺采用也很普遍。我国日用陶瓷烧成温度大致为1150~1300℃,有的高档日用硬质瓷烧成温度大在1380℃以上。
1.3 日用陶瓷烧成能耗状况
上世纪90年代开始的窑炉技术改造和窑炉煤气化的快速发展,使日用陶瓷烧成能耗不断降低,已由上世纪80年代的20000~45000k J/kg瓷下降现在的10000~20000k J/kg瓷。日用陶瓷的烧成能耗,我们对国内日用陶瓷主要产瓷区的典型生产企业做了一些调查,并对一些窑炉进行了热平衡测定及计算。江西景德镇某厂燃气隧道窑以城市管道煤气即焦炉煤气为燃料,明焰匣装烧成,烧成能耗14500k J/kg瓷;燃气梭式窑以液化石油气为燃料,明焰裸装烧成,烧成能耗19700k J/kg瓷。广西北流某厂原燃煤隧道窑烧成能耗23800k J/kg瓷,技术改造后以天然气为燃料,烧成能耗降为13400k J/kg瓷;新建的燃气辊道窑的日用陶瓷烧成能耗为11300k J/kg瓷。山东淄博某厂以发生炉煤气为燃料,明焰匣装烧成,燃气隧道窑的烧成能耗13200k J/kg瓷,燃气梭式窑的烧成能耗20500k J/kg瓷。广东潮州日用瓷隧道窑平均能耗约为13000k J/kg瓷,梭式窑平均能耗21000k J/kg瓷,辊道窑约为6700~9200 k J/kg瓷。因为日用陶瓷品种、窑炉燃料、窑炉类型、烧成工艺等诸多因素不同,日用陶瓷烧成能耗范围比较大,平均能耗在13000k J/kg瓷左右。因辊道窑为中空快速烧成窑炉,其传热速度快,烧成周期短,能耗最低。但与建筑陶瓷、卫生陶瓷比较,日用陶瓷烧成能耗还是相对较高。
2 日用陶瓷烧成能耗分析
2.1 窑型方面
辊道窑烧成能耗较低,隧道窑次之,梭式窑较高。辊道窑烧成能耗较低的原因是烧成周期短、窑具耗用少、无窑车热耗,这些大家都有共识。辊道窑单层或低层装烧制品,垫板可以壁薄量轻,窑具/产品的重量比为2∶1左右,窑具热耗占总热耗2.5~4.0%。隧道窑梭式窑高层装烧制品,窑具强度高,支柱用量大,窑具/产品的重量比为2.5~5∶1。
同样作为连续性窑炉,隧道窑较辊道窑热耗高的主要因素之一就是有窑车热耗,传统的隧道窑窑车蓄散热大,在隧道窑的预热带烧成带热平衡中占热支出的25%以上。调查发现近年建造的隧道窑都是轻型窑车,老的隧道窑也纷纷进行窑车轻型化改造,轻型窑车中以轻质耐火砖和耐火纤维做车衬为主流,窑车热耗一般为隧道窑总热耗的10~14%,有的采用全耐火纤维做车衬的窑车热耗可以低到7.6%。某厂隧道窑原来是用耐火混凝土浇注窑车车衬,产品热耗16880k J/kg瓷,进行窑车轻型化改造前后产品热耗14500k J/kg瓷,下降14.1%
作为间歇性式的梭式窑窑体既有散热又有蓄热,提高了其烧成能耗,但现代燃气梭式窑多以容重小、蓄热低、强度高、隔热效果好的轻质耐火材料作为窑体砌筑材料,窑体蓄热大大降低。引射式燃气烧嘴梭式窑安装烧嘴在高温阶段散热严重。梭式窑烧成能耗较高更重要的原因是余热利用低。
2.2 装烧方式
景德镇地区日用陶瓷隧道窑装烧方式既有明焰棚架裸装也有明焰匣装,我们对两条情况基本相同但装烧方式不同的隧道窑进行了热工测定和热平衡分析。一条为明焰匣装隧道窑,窑具是熔融石英匣钵,窑具/产品的重量比为3.7∶1,另一条为明焰棚架裸装隧道窑,窑具是碳化硅棚板,窑具/产品的重量比为4.8∶1。明焰匣装隧道窑的烧成热耗为14280k J/kg瓷,匣钵窑具热耗占预热带烧成带热支出的18.93%;明焰棚架裸装隧道窑的烧成热耗为13750k J/kg瓷,匣钵窑具热耗占预热带烧成带热支出的25.24%,两条隧道窑的窑具热耗相差很大,但单位公斤瓷耗能仅相差3.8%。比较这两条隧道窑,明焰棚架裸烧隧道窑的窑具吸热损失大,但单位产品的热耗还是低,究其原因,明焰裸烧烟气与制品之间直接传热,减小了传热阻热,大大提高了传热速度,从而有利于缩短烧成周期,提高窑炉生产能力,事实也是如此,景德镇地区明焰棚架裸烧隧道窑的推车速度较明焰匣装隧道窑快3~5分钟。景德镇地区隧道窑以烧盘碗碟小件日用陶瓷为主,考虑到明焰匣装的装窑密度相对要大、装车方便、窑具费用低等因素,所以景德镇地区日用陶瓷隧道窑装烧方式上采用明焰匣装的仍较多。
2.3 烧成工艺
日用陶瓷烧成工艺多样化,传统日用陶瓷生产多为一次烧成工艺,随着产品档次和质量要求的提高,二次烧成工艺采用也很普遍。许多新建日用陶瓷企业产品以出口为主,多采用辊道窑二次烧成工艺。辊道窑二次烧成的综合烧成能耗范围为20000-25000k J/kg瓷。
我国日用陶瓷烧成温度大致为1150~1300℃,有的高档日用硬质瓷烧成温度大在1380℃以上。在陶瓷生产中,烧成温度越高,能耗就越高,据热平衡计算,烧成温度从1400℃降低1300℃,单位产品热耗可降低20%;烧成温度从1300℃降低1200℃,单位产品热耗可降低11%以上。福建德化某厂日用陶瓷采用二次烧成工艺,同样两条辊道窑,生产白瓷时1050℃素烧、1360℃釉烧,两窑综合烧成能耗24160k J/kg瓷;生产骨灰瓷时1260℃素烧、1150℃釉烧,两窑综合烧成能耗21330k J/kg瓷,单位产品耗耗降低11.3%,天然气消耗一天减少230立方米,而且烧成时间缩短,产量增加,成本降低。
2.4 余热利用
余热利用高低是衡量陶瓷窑炉是否先进的一个重要标准,陶瓷窑炉的余热包括烟气带走的热量和抽热风带出的热量。据热平衡测定数据显示,日用陶瓷辊道窑、隧道窑烟气带走的热量和抽热风带出的热量占总能耗的60%~75%;梭式窑烟气带走的热量和冷却物料消耗的热量占总能耗的80%以上。辊道窑、隧道窑冷却带抽出的热风主要用于干燥和加热助燃空气,某隧道窑抽出的热风量较大,部分热风用于助燃,热平衡分析可知提高热收入10%,降低燃耗5.8%。由于烟气的性质影响,烟气余热回收率很低,许多隧道窑的烟气直接排空。梭式窑排烟温度,烟气带走的热量占总能耗的40~50%以上,但由于温度和烟气量不稳定,一般大型动力烧嘴梭式窑多采用窑炉本身回收方法,就是在烟道内安装换热器,助燃空气通过换热器与烟气换热,回收烟气余热,余热回收率20~30%。对与小型引射式燃气烧嘴梭式窑,由于窑炉结构、烟气和冷却热量小的因素,余热利用几乎没有。
3 节能措施
影响烧成能耗的因素很多,降低日用陶瓷烧成能耗提高日用陶瓷烧成过程能源利用率的方法和措施也有很多,主要应从优化窑体材料、改善燃烧技术、烧成余热利用、提高窑炉机电设备效率等方面加以研究。
3.1 推广节能型先进窑炉,发展日用陶瓷辊道窑技术
采用新型优质耐火保温材料,窑体耐火保温材料轻质化,窑炉全保温和优化结构;新建日用陶瓷窑炉向连续化、大型化、自动化方向发展;推广轻质耐火材料匣钵、窑具、窑车,采用清洁燃料,实现明焰无匣烧成。
3.2 发展工业窑炉余热利用技术
工业窑炉烟气余热用于空气、燃料及物料的预热及炉外热回收设施,研发日用陶瓷梭式窑余热利用技术,重点解决“双炉”系统梭式窑和梭式窑专用助燃空气预热换热系统。
3.3 发展应用先进高效的燃烧技术及装置
发展应用煤的气化及燃料的富氧助燃技术,应用先进的燃烧控制系统等技术,推广高速烧嘴等先进高效的燃烧技术与燃烧装置;研发、推广蓄热式燃烧器、自身预热烧嘴系列、高速烧嘴系列、平焰烧嘴系列产品。开发组合燃烧单元,炉温自动控制,空燃比控制,炉压控制等系列产品,提高燃烧效率。
3.4 发展、推广高效换热设备和高效机电设备,
开发各种强化换热装置,如碳化硅换热器、陶瓷换热器等高温换热器以及热管等小温差换热器,提高换热效率及余热利用率。
推广节能型通用风机产品,开发新型窑用高效节能风机,如三叶罗茨风机、三元流动叶轮的高效节能风机、可变频的具有恒流量变风压特性的风机等,提高通用风机的效率。推广应用变频调速技术与装置及内反馈斩波调速技术与装置,降低电能消耗。
4 结语
我国是陶瓷生产大国,日用陶瓷烧成能耗较过去已大幅下降,但还有很大节能潜力,了解和认识日用陶瓷烧成能耗状况具有重大的现实意义。日用陶瓷烧成过程的节能应采取综合措施,提高节能效果。
参考文献
[1]刘凯民.日用陶瓷工业的能耗现状和节能技术途径.山东陶瓷,2002(3)
从生产操作参数评估熟料烧成热耗 篇6
关键词：操作参数,估算,烧成热耗
关注熟料烧成热耗是新型干法水泥生产精细操作和管理的核心之一。评估方法往往是传统的用得最广, 很少有人去质疑它, 即使有人质疑, 却苦于无法。本文探讨的方法, 可以使操作者更直接的去贯彻企业的经营管理理念。
在水泥生产过程中，由于设备的计量精度误差较大，如何更加准确、及时估算熟料的热耗，一直以来都困扰着技术人员。有的厂采用喂煤秤进行计算;有的根据进厂原煤与库存量进行计算;也有根据生料与熟料的率值进行计算。但是不管用哪种方法都存在着一定的局限性，本文旨在从现实生产中反应出的数据进行热耗估算，讲述详细的计算依据，并对计算过程进行编程，举例进行计算。
1 根据生产数据评估热耗的理论依据
以1kg熟料为基准，以回转窑出口到预热器一级筒出口为热平衡范围，只要能够计算出支出的热量，就可以解决热耗问题。首先在计算中应该测定熟料出窑温度，同时通过中控数据记录二次风温、三次风温、一级筒出口温度、系统用风量大小以及生料的化学组成，通过热量平衡、物料平衡计算就可以评估单位熟料的热耗。
2 评估步骤以及方法
2.1 出窑熟料温度的测定
在测定过程中需要密封小桶(保温)一个，量程在100℃的温度计一支，电子秤一台，取熟料的铲子一把。首先测定空桶的重量m1，然后测定空桶装一定水后的重量m2，记录此时水的温度t1;随后用铲子在窑口取熟料(0.5kg左右)，把熟料直接倒入装有水的密封小桶内，称出小桶和水和熟料的重量m3;同时用温度计对水中的熟料进行搅拌直到温度不变时记录温度计的温度为t2，通过以下公式就可以计算出熟料的出窑温度：
式中，T为熟料出窑温度。在评估中默认为出窑熟料温度在一定时间内几乎不发生变化，但在取熟料时应该把铲子预热，同时水的温度也不能上升太多，最好在1～2℃之间。
2.2 二、三次风温及出口废气温度
二、三次风温度以及一级筒出口废气温度的统计：根据某厂的统计数据记录平均值。
2.3 系统物料比热随温度的变化
计算中需要的空气比热、生料比热、熟料比热、烟气的比热随温度的变化规律如图1～4[1]。
2.4 单位熟料热耗计算如下：
(1)一级筒出口烟气量计算
根据离心风机的风量与风机转速成正比，可以算出一个小时高温风机的工况风量，再对工况风量进行标态换算就可以计算出单位熟料的烟气量，计算公式如下：
式中：kT——温度校正系数;
kp——压力校正系数;
Q工况——工况风量，m3/h;
m——熟料台时产量，t/h;
Q额定——风机额定风量，m3/h;
V0——单位熟料标况下烟气量，Nm3/kg-cl。
(2)一级筒出口烟气带出显热计算
一级筒出口烟气带出显热根据烟气温度、烟气量以及烟气比热进行计算，计算公式如下：
式中：c——标况下烟气比热，与温度有关，kJ/Nm3·℃;
t——烟气温度，℃。
(3)单位熟料出窑带走热量计算
出窑熟料带走热量根据出窑熟料温度一级比热进行计算(取熟料m为1kg)，计算公式如下：
式中：c——熟料比热，与温度有关，kJ/kg·℃;
t——熟料温度，℃。
(4)熟料理论形成热计算
熟料的理论形成热很难测定，所以通过经验公式进行计算，其计算公式如下：
式中各种氧化物代表的是熟料中各种氧化物百分含量。
(5)系统表面散热的计算
预分解窑系统表面散热以对流散热为主，由如下公式进行计算：
式中：α——对流换热系数，W/m2·℃;
F——换热面积，m2;
△t——换热温差，℃;
对不同规格的窑，窑体表面积可分别按几何尺寸确定，预热器及分解炉、窑尾烟室的面积可按几何尺寸确定。窑体表面温度可直接用筒体扫描仪确定的平均温度。窑体表面对流换热系数与风速、环境温度有关，可查手册确定。分解炉表面散热对流换热系数α与温度有关，根据经验研究可知[2]。
(6)一级筒飞灰带出显热计算
一级筒飞灰带出的显热根据一级筒的收尘效率(按95%计算)、一级飞灰温度进行计算，在计算中飞灰的温度要比一级筒出口烟气温度低30～50℃，飞灰的比热按生料比热进行计算，计算方法与熟料带出热量计算方法相同。
(7)生料带入显热计算
生料带入显热的计算与飞灰带出热量计算方法相同，但是在计算中1kg熟料所需要的生料根据入窑生料的烧失量进行计算。
(8)二、三次风带入显热计算
在进行二、三次风带入显热进行计算时，首先应该计算1kg煤燃烧所需要的标况下的理论空气量，由于煤的元素分析实验做起不方便，所以计算中根据发热量进行计算，其计算公式如下[3]：
式中：Va0——1kg煤燃烧所需理论空气量，Nm3/kg;Qnet, ar——煤的发热量，kJ/kg。
当计算出1kg煤燃烧所需要的理论空气后才能计算二、三次风带入的显热，计算时考虑头尾煤的比例为4:6，二次风量和三次风量的计算以头尾煤能够完全燃烧为前提，根据头、尾煤的多少计算出所需的理论空气量就为二、三次风量，计算中二次风温应该以三次风温为基准，因为二次风温受熟料的辐射较大，计算中二、三次风比热用纯空气比热，它与温度有关。
二次风带入显热计算如下：
三次风温带入显热计算如下：
式中：mr——单位熟料煤耗，kg/kg-sh。
当把每一部分的热量都计算出来后就可以计算单位熟料热耗，在计算中假设燃煤加入量为0kg、0.001kg、0.002kg……依次类推直到加入燃煤量所发出的热量能够满足系统的热平衡为止。为了计算的方便，特把上面的计算过程编译成程序，计算中只要输入系统参数就可以计算出单位熟料热耗，程序界面见图5、图6、图7。
2.5 计算结果分析
从上面的三个计算实例可以看出不同厂的热耗处于不同的水平，但是通过对比三个计算实例我们还是可以得出以下结论：
(1) 不同设计产量的回转窑在热耗上相差很大，同一回转窑在煅烧不同品种的水泥时其热耗也是不相同的。
(2)对于同一回转窑，在同样的产量情况下一级筒出口气流温度和二、三次风温度是影响单位熟料热耗的关键因素，所以在实际的操作中我们更应该确定一回转窑的最优产量，在此前提下不断提高生料在预热器内的换热效果，降低一级筒出口烟气温度，另外我们还应该保证篦冷机高温段有足够的料层，为高的二次风温和三次风温提供保证。
(3)一级筒的分离效率对熟料的热耗影响很大，从计算可以看出，一级筒的分离效率从85%提高到95%，相应的熟料热耗会从740.93kcal/kg-sh下降到734.27kcal/kg-sh，所以在设备的正常运转中我们必须减少内漏风的发生。
(4)从计算可以看出，一级筒出口温度每升高1℃，相应热耗就会增加2.3kJ/kg-sh;二次风温度每提高1℃，相应热耗就会减少0.5kJ/kg-sh;三次风温每提高1℃，相应热耗就会减少0.7kJ/kg-sh;一级筒出口单位熟料的烟气量每降低0.01Nm3/kg-sh，热耗就会相应降低4.5kJ/kg-sh;筒体表面温度每降低1℃，相应热耗就会降低0.9kJ/kg-sh。
4 结论
本文讲述了利用生产数据进行熟料热耗计算的详细方法，为分析熟料热耗的高低提供思路，通过操作参数反应的热耗也可以与各种统计手段得出的热耗进行对比，从而更加科学准确认识熟料的热耗。同时我们通过对计算结果的分析让我们了解了热耗的主要组成部分以及每个参数的变化会对熟料热耗产生多大的影响，这就为我们科学地进行节能降耗提供一定的基础。
参考文献
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浅议水泥回转窑烧成带温度 篇7
在水泥工业中,熟料的生成是液相烧结。以化学反应的观点看,在其他条件都相同时,越高的反应温度和越长的反应时间,就能得到较高的生成率;同理相同的合成率,温度越高,反应时间越短。需要说明的是根据菲克定律,高温对固相反应的扩散也有很大影响。现代新型干法水泥生产追求的是优质、高产、低消耗,即较高的反应程度,最低的时间消耗,从而有最高的产量,因此在得到相同f Ca O含量时,追求更少的反应时间成为必然,这就需要有较高的反应温度。
烧成带温度是影响水泥熟料质量产量的关键因素,而影响烧成带温度的因素很多,例如窑尾温度、喂煤量、煤的热值、窑头温度、一次风量、三次风温、筒体表面散热、出窑熟料温度、生料喂料量、入窑物料温度等等。因此如何控制烧成带温度、比较烧成带温度、监测烧成带温度是水泥生产必须考虑的问题。
2 烧成带温度因素分析
2.1 窑尾烟气温度
影响烧成带温度的因素很多,相互之间耦合性很强,因此单独分析某一因素的影响十分困难,以下讨论都是假定其他条件相同,变化的只有单一因素。窑尾烟气温度是烧成带温度向外输出的重要表征,也是分解炉内碳酸盐分解的重要热源。图1是烧成带温度与窑尾烟气温度的关系图。
由图1可知,烧成带温度随窑尾温度的升高而降低,其原因在于假定其他条件不变,即总热量一定,出窑尾废气的温度越高,带走的热量就越多,烧成带温度也会随之降低。但实际生产并非其他条件不变,例如随着窑尾温度的升高,分解炉内生料的分解率可能会提高,这时入窑物料的的温度有可能增加,此时烧成带温度会出现如图2所示的变化。由图可知,当入窑物料温度升高时,烧成带温度有明显的上升。把图2中1100℃处的烧成带温度代入到图1中得到图3。从图3可以看出,直线在1100℃时发生了改变——开始向上隆起,说明入窑物料温度的升高抑制烧成带温度的降低,因此在双因素作用下,无法准确判断烧成带温度是升高还是降低,因为这还与物料升温程度有关。实践表明只要碳酸盐没有完全分解,物料温度就不会一直升高,且在分解温度以下,也就是说物料升高的温度是有限的。
为了保证入分解炉的温度大于出分解炉温度,在不引起烟道系统结皮、堵塞的情况下,适当提高窑尾烟气温度是可以的,根据实际生产状况,一般生料的分解率不会是100%,当入窑生料温度在870℃时,窑尾温度控制在1100℃比较合适。
2.2 窑头喂煤量
窑头的喂煤量是提供窑内热源的主要方式,窑头喂煤量的多少直接影响窑内烧成带温度,但是有时增加喂煤量,烧成带温度并不一定增加,原因是煤粉是否完全燃烧,窑内通风是否变大等都会抵消增加喂煤量的效果。在合适的通风条件下,整个窑系统用煤量是一定的,只是窑头与分解炉的分配比例有所不同。图4是窑尾温度为1050℃,入窑生料温度为850℃时,窑头喂煤所占比例分别为40%、50%、45%、55%、60%、30%时,烧成带温度的测量结果。
从图4中可以看出,窑头喂煤所占比例越大烧成带温度越高,这是缘于我们假定其他条件都相同,但实际生产中,随着窑头喂煤量的增加窑尾温度会随着增加,尤其是调节窑内用风量时。图5表明同样是窑头喂煤量占40%时,窑尾温度增加对烧成带温度的影响。
从图5中可以看出,随着窑尾温度的升高,窑头喂煤量的效果逐渐在削弱。因此在增加窑头喂煤量以提高烧成带温度时,应注意窑尾温度的升高和监控烟气中CO的含量。
2.3 煤的热值
煤的发热量是过程控制的重要内容,其在进厂时就开始监控,因此对煤的发热量应该有较好的控制,但是随着能源价格的不断上涨,煤的品质难免出现波动,尤其是煤的水分。因此做好原煤的均化,可以避免操作中的不可预测性,煤粉热值的大起大落不仅对于烧成带温度有重要的影响,而且会伴随熟料质量的波动。此外挥发分含量的变化值得注意,挥发分的变化可能不会影响热值,但是由于火焰长度的变化,造成火焰温度的不集中,从而造成烧成带温度的下降。因此均化除了对原煤热值有利外,对煤粉的挥发分稳定也十分有利。实际生产过程中,由于计量秤的误差、煤粉细度、水分的变化都会造成化学不完全燃烧和机械不完全燃烧,根据热工测定统计,我国回转窑的不完全燃烧损失平均为251k J/kg熟料,约占熟料热耗的4%左右[1]。因此精确计量,控制好煤粉细度、水分与控制煤的热值一样重要。
2.4 窑头温度
窑头温度包括四部分:a出窑熟料温度;b二次风温;c三次风温;d一次风温。四者对烧成带的温度影响各有不同。出窑熟料温度是熟料带走热量多少的表征,二次风温和三次风温是冷却熟料时的风温,两者之间存在相关性。随着出窑熟料温度的增加,二次风温和三次风温可能会升高,假定二次风温和三次风温恒定。图6是出窑熟料温度与烧成带温度之间的关系图。
由图6可知,随着烧成带温度的增加,出窑熟料温度随之增加,两者之间有近似直线关系,但是增加的幅度很小,说明出窑熟料温度受到烧成带温度影响很小。实际生产过程中,正常运转的窑系统,出窑熟料温度基本恒定在1300℃,但是二次风温与三次风温却经常随熟料粒度、冷却风量的变化而变化,而且二次风与三次风有一个风量分配的问题。二次风与三次风既可同时升温,又可以只有一个升高,在二次风量较大时,窑尾温度也会增加,因此假定窑尾温度不变,二次风温与烧成带温度关系如图7所示。
从图7中可以看出,随着二次风温的增加,熟料烧成带温度呈明显增加趋势,说明二次风温度对烧成带温度影响明显。实际上,二次风不仅提供了窑内煤粉燃烧的一个热源,而且提供了煤粉燃烧所需要的氧气。根据二次风温,我们可以了解熟料的煅烧状况,而且提高二次风温度,可以明显减少窑头喂煤量,计算结果表明,二次风温在1200℃时比在1100℃时,可节约4%的燃料消耗。因此较高的二次风温度对提高烧成带温度是有益的[2],与二次风温相反,三次风温越高,意味着有较多的热量被转移到了分解炉,这时进入窑内的热量相应减少,烧成带温度变低,图8印证了这一点。
随着三次风温的升高,烧成带温度在下降,但是在实际生产过程中,三次风除了提供分解炉内热量,还提供分解炉内煤粉燃烧需要的氧气,因此从综合的观点看,三次风温不宜过低,至少应该高于分解炉出口温度,否则通过分解炉后会吸收一部分热量。
一次风温与二次风和三次风不同,一次风温度较低,它的主要目的是输送煤粉。假定二次风温为1100℃,三次风温为900℃,这时一次风温与与烧成带温度之间,呈现较弱的线性相关,其相关系数仅为0.8929。当一次风温升高时,烧成带温度并没有明显提高,而且随着实际生产中多通道燃烧器的使用,一次风量在逐渐减少,因此,尽管一次风温度最低,但是对烧成带温度的影响却是微乎其微,故不必刻意提高一次风温,较高的一次风温对煤粉的输送也十分不利。值得注意的是,由于系统漏风,造成一次空气量明显增大。因此强化窑头窑尾以及篦冷机的漏风管理尤为重要。
2.5 筒体表面温度
窑的筒体温度是指示窑内烧成带温度的较好指标,但它又受到耐火材料厚度、窑皮厚度、熟料温度、窑的转速等影响,从热平衡的观点来看,窑外散失热量越多,烧成带温度越低。由于窑皮的不断脱落与粘附,表面温度也会有所变化,同时熟料成分的变化导致液相粘度的变化,进而窑皮厚薄也发生变化。但从一段时间来看,窑内还是一个热平衡的温度场,窑皮基本保持在恒定的位置。由图10可见,随着窑筒体温度的升高烧成带温度有明显下降,这说明窑筒体温度对烧成带温度影响较大,因此保证较低的窑筒体温度对烧成带温度非常有利,这可以通过增加窑皮厚度,减少耐火材料磨损,及时更换耐火砖,增加一定的生料喂料量等措施解决。据统计筒体温度每降低1℃约减少热耗5.4J/kg熟料,因此采用新型隔热材料是降低筒体温度的有效途径。
增加生料喂料量对烧成带温度的影响较小,原因是物料在进入烧成带后是一个微吸热的过程,火焰对熟料的辐射成为换热的一个主要方式。现代新型干法水泥生产主要是薄料快烧,目的是强化火焰对熟料的传热效率,实际上窑转速的加快,对于保护厚窑皮有利,从而提高了烧成带温度,但是窑皮过厚,对窑内通风等也会造成不利影响,因此要有适宜的窑皮厚度。过去的湿法窑和悬浮预热器窑,由于窑体过渡带较长,窑的转速较慢,出烧成带的高温气体,通过没有窑皮的耐火材料时,大量的热量都散失于空气中;新型干法水泥窑由于分解率的提高,过渡带较短,散失热量较少,因此提高了回转窑的热效率。
3 烧成带温度监测
现有的烧成带温度监测,主要有两类:一类是直接检测,如高温比色计等;一类是间接检测,如红外筒体扫描仪等。
直接测量法无论采用哪种测量仪器,都会受到窑内高浓度粉尘的影响,尤其是当飞砂料严重时。对于仪器测量的对象,只能是窑皮的某个位置,既不会代表整个烧成带温度,也不能反映烧成带的最高温度,因此仪器的直接测量受到多种因素的制约。现在对烧成带温度的研究主要集中在比色高温计图像处理的数字量化方面。如何避免粉尘对测量结果的影响以及确定测量点位置与烧成带温度等代表性的问题依然值得探讨。
间接测量法是通过外部特征与烧成带温度之间的联系来表征的,例如烧成带温度与NOX浓度间的关系;烧成带温度与物料被窑皮带起之间的关系,进而有烧成带温度与窑主电机电流之间的联系;窑皮厚度一定时,烧成带温度越高,筒体温度越高,两者之间也有比较好的联系等等。但是无论哪一种联系,都会受到条件的制约,例如氮氧化物浓度与烧成带温度之间的联系,一方面氮氧化物浓度较低,测量误差较大,氮氧化物的生成不仅与烧成温度有关,还与烧成带的氧气浓度有关,所以氮氧化物浓度受到氧气浓度、停留时间的影响。另一方面,窑内的还原气氛或者分解炉内的还原气氛都会降低氮氧化物的浓度,因此烧成带温度与氮氧化物浓度的联系就会变得不明显。
通过上述两种方式的比较我们可以发现,无论哪种测量方式都不能有效直接地反映烧成带温度,而要通过一定的生产状况,进行多种情况的综合判断,这种综合判断无法得出一个准确的烧成带温度数值,只有定性地说明烧成带温度是高还是低。
4 结语
建立适应新型干法水泥回转窑烧成带温度的检测系统,实现烧成带温度的数字化,对水泥回转窑的产量与质量都十分有益。
因此,通过计算机系统将大量正常状态下有关因素数据输入,建立可靠、准确、适宜的数据库,回归出各因素与烧成带温度之间的联系,从而建立良好的数学模型。在数据模型的基础上,编制专家系统软件程序,通过专家系统的智能控制,得出正常状态下烧成带温度的可靠检测结果,对比正常状态的数据,就可以诊断出不正常窑况的缘由,为根本上监测控制烧成带温度提供依据,为水泥生产的优质、高产、低消耗打下良好基础。
参考文献
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