一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的方法及装置，通过控制陶瓷烧制过程中不同时刻燃气及其助燃气体中所包含的各单一或混合气体的种类及流量，以及控制不同时刻气氛中的自由原子及自由基的种类和数量，以实现对铜红釉呈色效果的控制。基于该方法的装置具备电热和燃料燃烧两种加热方式，配有各气体流量的测量和控制仪器，能实现对燃料配方的控制，从而控制氧化、还原、中性气氛，配有自由原子和自由基发生装置，它和燃料配方共同实现对烧制过程中自由原子和自由基种类和数量的控制，自动控制系统则控制整个装置的运行。

Method and device for controlling color effect of copper red glaze through fuel formula and free radical

The invention provides a method and device for controlling the coloring effect of a copper red glaze by a fuel formula and free radical. By controlling the types and flow of each single or mixed gas contained in the gas and its combustion gas at different time in the firing process of the ceramic, and controlling the free radicals and free radicals in the gas atmosphere at different time. And quantity to control the coloring effect of cupric red glaze. The device based on this method has two heating modes of heating and fuel combustion, which is equipped with measuring and controlling instruments of each gas flow. It can control the fuel formula and control oxidation, reduction and neutral atmosphere. It is equipped with free atom and free radical generator. The automatic control system controls the operation of the whole device by controlling the type and quantity of atoms and radicals.

【技术实现步骤摘要】
一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的方法及装置
本专利技术涉及陶瓷工艺中控制颜色釉呈色效果的方法及装置，具体涉及一种通过燃料配方及自由基以控制铜红釉呈色效果的方法及装置。
技术介绍
陶瓷的烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力（压强）制度，其中，窑内的气体压强是通过影响温度和气氛间接地影响产品的烧成质量，因此，直接决定陶瓷烧成质量的只有温度和气氛两种因素。根据窑内烟气中的氧化性气体（一般为氧气）和还原性气体（一般为一氧化碳、氢气）含量的多少，窑内气氛可分为氧化气氛、还原气氛和中性气氛三种。这些即为现今被人们普遍接受的陶瓷烧成理论的内容，实际当中也是根据这些理论开展陶瓷的烧制作业。然而，由长期的实践和相关理论得出，将对包括颜色釉呈色效果在内的陶瓷烧成质量产生影响的气氛仅划分到氧化、中性、还原气氛这一层次尚不完善，需进一步细分，其中就应考虑气氛中的自由原子和自由基对烧成质量的影响。燃烧理论指出，燃料的燃烧过程复杂，燃烧过程中会产生一定量的活性高、不稳定、易和其它物质发生化学反应的物质——自由原子和自由基。由于其异常活泼，它们必然有可能，也有时机在烧制过程中与陶瓷的釉料、坯料等发生化学反应，从而对包括颜色釉呈色效果在内的陶瓷烧成质量产生影响，这业已被近期的研究成果所证实。不同种类的可燃气体在燃烧过程中产生的自由原子和自由基的种类不同，而燃料流量不同，则产生的自由原子和自由基的数量不同。基于自由原子和自由基对烧成质量的影响，烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含的各单一或混合气体的种类及流量即所谓燃料配方对铜红釉的呈色效果产生影响。铜红釉以铜离子为着色剂，钧红、祭红等我国传统名贵釉种均属于铜红釉。以钧红釉瓷器为例，时至今日，其烧制仍然存在呈色不稳，呈色不佳的问题，导致烧制的成功率偏低，有“十窑九不成”之说。有鉴于此，有必要对中性、还原、氧化气氛的气氛分类方法做进一步的细化并对之前被忽略的相关影响因素加以控制。
技术实现思路
经长期理论和实验研究后取得本专利技术成果。专利技术考虑到自由原子和自由基对铜红釉呈色效果的影响，对现行的气氛分类方法做进一步的细化，通过对燃料配方及自由原子和自由基的控制实现对铜红釉呈色效果的有效控制，本专利技术的目的之一是提供通过燃料配方及自由原子和自由基控制铜红釉呈色效果的方法，目的之二是提供一种基于前述方法设计出的装置。本专利技术提供一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的方法，该方法通过控制陶瓷烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含的各单一气体或混合气体的种类及流量即所谓燃料配方，以及控制不同时刻气氛中的自由原子和自由基的种类和数量，以实现对铜红釉呈色效果的准确控制。本专利技术提供一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的装置，该装置包含：管式电炉、燃料配方控制系统、助燃空气流量控制系统、炉内压力控制系统（亦为排烟系统）、燃料燃烧器即烧嘴、自由原子和自由基发生装置、炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置、控制整个装置运行的计算机控制系统。其中，燃料配方控制系统与自由原子和自由基发生装置共同实现对烧制过程中自由原子和自由基种类和数量的控制。所述管式电炉包含Al2O3管、硅碳棒、热电偶，以及温度控制器，具有温度分段自动控制功能。所述燃料配方控制系统包含盛装氧气、氮气、液化石油气、氢气等气体的气瓶及流量测量仪器和控制流量的电动阀门。所述助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门。所述炉内压力控制系统亦为排烟系统，包含压力传感器、电动阀门和排烟风机，控制炉内压力的原因是因为控制气氛的需要。所述自由原子和自由基发生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器、流量计、电动阀门和微波放电腔。所述炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置与气泵相连。所述控制整个装置运行的计算机控制系统包含ADAM4018模块、ADAM4520模块、PCL726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器。特别的，控制整个装置运行的计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含PID控制器和FUZZY控制器的PID-FUZZY综合控制系统，该系统采用PID和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用PID控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用PID控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，烧制制品的热源采用两种方式提供，一种为由管式电炉的硅碳棒发热提供热源，而少量可燃气体通过燃烧器的燃烧是为了提供烧制所需的还原性气氛；另一种由可燃气体通过燃烧器的燃烧提供热源。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，助燃气体可以采用两种方式提供，一种为由包含助燃风机在内的助燃空气流量控制系统提供，另一种则由包含氧气和氮气瓶的燃料配方控制系统提供。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，传统意义上的气氛即氧化、还原、中性气氛的控制采用双流量控制，即根据烧成制度和燃烧理论计算出各时刻燃料和助燃气体的流量，并对二者分别加以控制，以实现在不同温度阶段产生所需要的氧化、还原或中性气氛。附图说明图1为本专利技术的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的示意图。图2为一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的控制系统的信号传递和转换图。图3为一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的控制系统中压力和温度的PID-模糊综合控制系统的示意图。附图中各标号含义为：1.流量计，2.电动阀门，3.容器，4.微波放电腔，5.管式电炉，6.硅碳棒，7.热电偶，8.排烟风机，9.压力传感器，10.计算机控制系统，11.温度控制器，12.Al2O3管，13.炉内样气收集及自由原子和自由基捕捉装置，14.燃烧器，15.助燃风机，16.CO气瓶，17.CH4气瓶，18.H2气瓶，19.液化石油气气瓶，20.O2气瓶，21.N2气瓶，22.ADAM4018模块，23.ADAM4520模块，24.工业控制计算机，25.显示器，26.PCL726模块，27.压力执行机构，28.流量执行机构，29.温度信号，30.流量信号，31.压力信号，32.给定值W，33.比较器，34.选择器，35.PID控制器，36.控制对象，37.输出信号，38.FUZZY控制器。具体实施方式实施例1：利用专利技术的装置，以电热元件提供热源，管式炉内通入空气和N2分别提供氧化气氛和中性气氛，少量CO的燃烧提供还原气氛，通过自由基OH控制均红釉的呈色效果烧制均红釉试件。步骤为：（1）通过浸釉方式给陶瓷试件施以均红釉，然后将试件放入管式炉的Al2O3陶瓷管内；（2）以管式电炉中硅碳棒的发热提供热源；（3）分别选择空气提供氧化气氛，N2提供中性气氛，少量CO的燃烧提供还原气氛。根据烧成制度，确定需要还原气氛时各时刻CO的流量，通过燃烧计算得出相应时刻助燃空气的流量；（4）打开工业控制计算机中的控制软件，写入温度分段控制程序，及各时刻的空气、CO和N2的流量值，各时刻的窑内压力值；（5）确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的方法，其特征在于在烧制铜红釉瓷器时，通过控制烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含各单一或混合气体的种类及流量，以及控制不同时刻自由原子及自由基的种类和数量，以实现对铜红釉呈色效果的控制。

【技术特征摘要】
1.一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的方法，其特征在于在烧制铜红釉瓷器时，通过控制烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含各单一或混合气体的种类及流量，以及控制不同时刻自由原子及自由基的种类和数量，以实现对铜红釉呈色效果的控制。2.基于权利要求1所述的通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的方法设计出相应的装置，其特征在于，整个装置包括下列部分：管式电炉（5）；燃料配方控制系统；助燃空气流量控制系统；炉内压力控制系统；燃烧器（14）；自由原子和自由基发生装置；炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置（13）；计算机控制系统（10）。3.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，所述管式电炉（5）包含Al2O3管（14）、硅碳棒（6）、热电偶（7），以及温度控制器（11），具有温度分段自动控制功能。4.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，所述燃料配方控制系统包含O2气瓶（20）、N2气瓶（21）、CO气瓶（16）、CH4气瓶（17）、H2气瓶（18）、液化石油气气瓶（19），及各气体的流量测量仪器（1）和控制流量的电动阀门（2）。5.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，燃烧器（14）为一根Al2O3管，穿过管式电炉的端盖直接通入管式电炉的Al2O3管内。6.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，所述助燃空气流量控制系统包含助燃风机（15）、流量测量仪器和电动阀门。7.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，所述炉内压力控制系统包含压力传感器（9）、电动阀门和排烟风机（8）。8.根据权利要求2所述的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置，其特征在于，所述自由原子和自由基发生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器（3）、流量计、电动阀门和微波放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗民华，李杰，肖卓豪，胡杏乐，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西,36