一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉制造技术

本发明专利技术涉及一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，属于陶瓷烧制技术领域。本发明专利技术的陶瓷烧制窑炉包括烧制区域和气氛控制区域之间的气体通路，主要包括区域之间气体通路，新风进气，气体排风，气流内循环通路，气流外循环通路等。本发明专利技术解决了电窑内部无法生成稳定可控还原气氛的问题，与传统的柴窑相比，本发明专利技术一次烧成只需使用极少量的木炭或其它碳组分反应物，控制了能量损失，减少了大量的二氧化碳及其它有害气体排放，同时能够使炉内达到更高的温度，增加陶瓷性能，提升工艺美术特性。而对比目前市场上常用的气窑，不但提高了安全性，也减少了废气排放，而且气氛生成和炉内控温相互独立，用户操作简便，陶瓷产品成品率极大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉
本专利技术涉及一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，属于陶瓷烧制

技术介绍
目前高温工艺陶瓷的烧成温度多在1200℃到1350℃区间，根据不同陶瓷的烧成需求需要对陶瓷烧成的气氛进行控制，如现有大部分还原气氛烧成瓷器需要在980℃到1020℃间完成从氧化气氛到还原气氛的转换(注：烧成气氛的性质是由窑炉内的燃料产物中所含的游离氧与还原成分的百分比决定的。一般可以将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。游离氧含量在8％～10％称为强氧化气氛，游离氧含量在4％～5％的称为一般氧化气氛,游离氧含量1％～1.5％的称为中性气氛；当游离氧的含量小于1％，并且CO含量在1％～2.5％以下时，称为弱还原气氛，CO含量在3％～7％以上的称为强还原气氛。)。陶瓷烧成中的温度制度与气氛制度是影响陶瓷烧成过程中的关键因素，因此陶瓷烧成过程中就需要对陶瓷烧成窑炉中的温度和气氛进行精确控制。随着生产力的发展，人们对温度的控制能力有了极大的提高，但对窑炉内气氛特别是还原气氛的控制仍然较难实现。燃气窑炉因其可同时产生高温和还原烧制环境，是目前陶瓷生产的主流窑炉。由于反应气不但要燃烧作为能量来源，同时还要依靠其不同的燃烧程度来控制窑炉内的气氛环境，这便造成窑炉内温场和气氛浓度场的强耦合现象，使得窑内环境稳定性很差，一般来说气氛浓度基本就只能依靠烧窑人员个人经验来决定的。现有燃气窑反应气多为丁烷等分子量较大的气体，在高温下极其容易分解并产生单质碳组分，对瓷器的烧制有非常不利的影响。而更为传统的柴窑除了和气窑一样难以控制外，还对环境有较大影响，目前除少数特殊工艺品烧制外，已经不再使用。当前较有前景的陶瓷窑炉为采用电阻加热方式的陶瓷电炉，而该形式的电炉已在现代工业陶瓷材料的制备中广泛应用。采用电加热的陶瓷窑炉可以拥有非常稳定的温度场，一般优化以后的电炉可以控制温度波动在±5℃之内，特殊应用场合的电炉温场均匀性能达到±2℃以下。非常利于烧制一致性好的陶瓷器皿。但电炉也同样存在无法控制气氛的重大缺陷，所以目前多采用电炉烧制氧化气氛的瓷器。也有陶瓷研发人员通过向电炉中通入配置好的还原气来形成所需的还原性气氛，但这种做法第一，十分危险，操作不慎非常容易引起炸炉；第二，气体利用率极低，损耗极大；第三，控制稳定性不足，虽然能够控制输入的精确配比，但却无法知晓窑炉内部实际的气氛浓度。且该种改进型电炉很难操作，所以除少数科研人员用之进行实验外，其它应用面非常狭窄。目前的陶瓷烧成技术正因为缺少有效可靠的气氛控制方法，导致高品质陶瓷器皿烧成的成品率很低，许多陶瓷从业人员也在不断寻找合理的解决方法。在专利申请《一种可产生柴烧气氛的烧瓷电窑》中提出了一种合理有效的双腔窑炉结构(专利公开号CN105910437A)，其具有产生还原性烧成气氛的功能。具有双腔结构的柴电结合窑是使电窑能产生还原气氛的根本所在，但是该专利申请并未涉及陶瓷烧成过程中对窑内气氛的控制等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，对已有的陶瓷窑炉的结构作出改进，以实现在稳定控制温度的同时，还能有效调节和控制窑炉内部气氛，便于烧制不同种类瓷器制品的目标。本专利技术提出的烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，包括保温外壁、烧制区和气氛生成区，烧制区和气氛生成区位于保温外壁的内腔中，烧制区内的气体和气氛生成区内的气体通过多孔隔板相连通，烧制区和气氛生成区之间分别设有气体内循环通路和气体外循环通路，气体内循环通路上设有内循环闸板；所述的烧制区内沿四壁设有上加热器，烧制区内设有支架棚板，待烧成坯体置于支架棚板上，烧制区的上部设有一氧化碳检测仪和循环气出口，循环气出口上设有排气阀；所述的气氛生成区设有炭架，炭架的下部设有下加热器，下加热器的下部设有一次风管道，一次风管道通过一次风控制阀与气体外循环通路相连通，气体外循环通路上设有循环气总控制阀；气氛生成区的侧面设有二次风管道，气氛生成区通过二次风控制阀与气体外循环通路相连通，新风管道通过新风控制阀与气体外循环通路相连通。本专利技术提出的烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，其优点是：本专利技术的陶瓷窑炉解决了已有技术的电窑内部无法生成稳定可控还原气氛的问题，并且和传统的柴窑相比，本专利技术一次烧成只需使用极少量的木炭或其它碳组分反应物，控制了能量损失，减少了大量的二氧化碳及其它有害气体排放，同时能够使炉内达到更高的温度，提高陶瓷性能，提升工艺美术特性。与目前市场上常用的气窑相比，不但提高了安全性，也减少了废气排放，而且气氛生成和炉内控温相互独立，用户操作简便，陶瓷产品成品率极大提升。而且提高了制陶设备运行的灵活性及操作的便利性。因此，本专利技术提出的陶瓷烧制窑炉，对于陶瓷特别是工艺美术陶瓷行业具有极其广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术提出的烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉的结构示意图，其中1为烧制区，2为气氛生成区，3为保温外壁，4为上加热器，5为排气阀，6为循环气总控制阀，7为内循环闸板，8为支架棚板，9为气体内循环通路，10是下加热器，11为新风控制阀，12为一次风控制阀，13为二次风控制阀，14为炭架，15为气体外循环通路，16为多孔隔板，17为一氧化碳检测仪。图2为本专利技术烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉在利用新风控制法工作时的控制原理图，其中图2(a)为陶瓷烧制窑炉中气体流向图，图2(b)是利用新风控制法工作时的控制流程框图。图3为本专利技术烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉在利用气流内循环控制时的控制原理图，其中图3(a)为陶瓷烧制窑炉中气体流向图，图3(b)是利用气流内循环控制时的控制流程框图。图4为本专利技术烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉在利用气流外循环控制时的控制原理图，其中图4(a)为陶瓷烧制窑炉中气体流向图，图4(b)是利用气流外循环控制时的控制流程框图。具体实施方式本专利技术提出的烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，其结构如图1所示，包括保温外壁3、烧制区1和气氛生成区2，烧制区1和气氛生成区2位于保温外壁3的内腔中，烧制区1内的气体和气氛生成区2内的气体通过多孔隔板16相连通，烧制区1和气氛生成区2之间分别设有气体内循环通路9和气体外循环通路15，气体内循环通路9上设有内循环闸板7。烧制区1内沿四壁设有上加热器4，烧制区内设有支架棚板8，待烧成坯体置于支架棚板8上，烧制区1的上部设有一氧化碳检测仪17和循环气出口，循环气出口上设有排气阀5。气氛生成区2设有炭架14，炭架14的下部设有下加热器10，下加热器10的下部设有一次风管道，一次风管道通过一次风控制阀12与气体外循环通路15相连通，气体外循环通路15上设有循环气总控制阀6。气氛生成区2的侧面设有二次风管道，气氛生成区2通过二次风控制阀13与气体外循环通路15相连通，新风管道通过新风控制阀11与气体外循环通路15相连通。本专利技术所涉及的窑炉一般由两个主要部分构成，即烧成区和气氛生成区。本专利技术的主要内容就是通过控制炉内气体在不同区域间循环流转协同气氛生成区的燃烧反应来产生烧成区所需的一氧化碳浓度(即烧成气氛)。炉内气体在不同区域间循环流转包括但不限于内循环和外循环等方案。炉内气体组分之间的相互反应主要为以下几种：C+O2＝CO2(新风进气充足，或循环气中氧含量较高)(1)2C+O2＝2CO(新风进气不足，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，其特征在于包括保温外壁、烧制区和气氛生成区，烧制区和气氛生成区位于保温外壁的内腔中，烧制区内的气体和气氛生成区内的气体通过多孔隔板相连通，烧制区和气氛生成区之间分别设有气体内循环通路和气体外循环通路，气体内循环通路上设有内循环闸板；所述的烧制区内沿四壁设有上加热器，烧制区内设有支架棚板，待烧成坯体置于支架棚板上，烧制区的上部设有一氧化碳检测仪和循环气出口，循环气出口上设有排气阀；所述的气氛生成区设有炭架，炭架的下部设有下加热器，下加热器的下部设有一次风管道，一次风管道通过一次风控制阀与气体外循环通路相连通，气体外循环通路上设有循环气总控制阀；气氛生成区的侧面设有二次风管道，气氛生成区通过二次风控制阀与气体外循环通路相连通，新风管道通过新风控制阀与气体外循环通路相连通。

【技术特征摘要】
1.一种烧成气氛可控的陶瓷烧制窑炉，其特征在于包括保温外壁、烧制区和气氛生成区，烧制区和气氛生成区位于保温外壁的内腔中，烧制区内的气体和气氛生成区内的气体通过多孔隔板相连通，烧制区和气氛生成区之间分别设有气体内循环通路和气体外循环通路，气体内循环通路上设有内循环闸板；所述的烧制区内沿四壁设有上加热器，烧制区内设有支架棚板，待烧成坯体置于支架棚板上，烧制区...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琤，张松，赵波，张辉，杨锐，
申请(专利权)人：杭州志在材料科技有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33