[发明专利]烧制控制装置及烧制控制方法

说明书

本发明涉及烧制控制装置及烧制控制方法，更具体地说，是涉及能任意控制烧制陶瓷等的炉窑内烧制温度和/或炉窑内烧制气氛的烧制控制装置及烧制控制方法。

现有技术中广泛采用工业用烧制炉窑，该工业用烧制炉窑用于烧制陶瓷器等的坯料，制造建筑物内外装修用的瓷砖等各种陶瓷产品。该炉窑例如有隧洞式窑(TK)或滚柱炉底窑(RHK)等的连续式烧制炉窑，还有间歇式单独窑(梭窑)等各种构造的间歇式烧制炉窑。

在这种烧制炉窑中，设定成适合于所烧制陶瓷器原料的预定烧制模式温度条件和炉内环境。炉窑的烧制模式通常有升温期和冷却期，升温期是将被烧制坯料加热、烧制到1200℃～1300℃附近的最高温度区，冷却期是通过自然冷却或强制换气等方式，将被加热、烧制到最高温度区的原料冷却。坯料通过升温期的还原烧制和/或氧化烧制而被烧制，主要在冷却期呈现所需的色彩或图案。陶瓷器的色彩、图案及物性，不仅受升温期的炉窑温度条件及烧制气氛的影响，而且也受冷却期的冷却温度特性的影响。因此，在这种烧制炉窑中要进行温度控制及环境控制，以便在整个升温期和冷却期中形成适合于产品的烧制模式。尤其是烧制温度、冷却温度、氧浓度及一氧化碳浓度等的控制，对陶瓷产品的显色、物性及质量有实质性的影响，所以要严格管理。

通过调节影响燃烧反应的空气比或氧气浓度等，在烧制炉窑内形成氧化燃烧、弱氧化燃烧、中性焰燃烧、弱还原燃烧或还原燃烧等各种燃烧形态的烧制气氛，控制陶瓷器原料的烧制反应。该烧制气氛的控制，主要是通过燃烧用空气及燃烧用燃料的控制进行的。例如在还原烧制时，在炉窑区内形成限制了空气比或氧气浓度的氧气不足的不完全燃烧反应，在炉内区生成较多量的一氧化碳。另外，在氧化烧制时，使影响燃烧反应的空气比增大，在超过化学量论比或当量比的较高浓度氧气存在下，在炉窑内形成氧化性的燃烧环境。通常，按照预定的加热曲线或温度特性保持、管理该烧制气氛，促进陶瓷器原料的烧制反应及显色反应等，能批量生产具有均匀色调及物性的陶瓷产品。

在烧制陶瓷器的技术领域中，特别重视最终产品的色相、色彩、图案是否良好。通常，陶瓷器的色彩或图案取决于陶瓷器坯料中所含的铁、铜等各种金属类的化学反应，与烧制气氛相应的固有配色或色调呈现在烧制产品上。例如，还原烧制瓷砖或陶瓷砖坯材时，坯材原料中含有的三氧化二铁(Fe₂O₃)在烧制工序中，化学变化为一氧化铁(FeO)或四氧化三铁(Fe₃O₄)。三氧化二铁主要显红色，一氧化铁主要显白色，四氧化三铁主要显黑色系统的色调。

通常，在烧制含有较少量三氧化二铁的坯材时，在约1100℃以上的还原环境中，产生下式所示的化学反应。

因此，在还原烧制气氛中，红色的三氧化二铁变化为白色的一氧化铁，结果，在瓷砖表面可显现通透鲜艳的色彩。

另一方面，在烧制含有较多量三氧化二铁的坯材时，在约1100℃以上的还原环境中，产生下式所示的化学反应。

即，在还原烧制的环境下，红色的三氧化二铁变化为黑色的四氧化三铁，结果，在瓷砖表面显出黑色系统的颜色。上式中的平衡关系，不仅受釉的成分或铁的添加量等的影响，而且还受烧制温度及烧制气氛的影响。尤其铁最容易受烧制气氛的不同或变化的影响。而且，还原烧制反应的开始温度对产品质量的影响有时比还原气体浓度还大。因此，在陶瓷砖或瓷砖的烧制技术中，要严格控制烧制气体的温度及性状，尤其要将氧气浓度及CO浓度控制在预定值或预定范围内，同时，要对烧制气体或烧制气氛进行严格的温度管理。

用于烧制瓷砖等的滚柱炉底窑中，沿炉长方向依次排列着预热带、烧制带、急冷带及冷却带，瓷砖原料由炉内的辊式运送装置依次通过预热带、烧制带、急冷带和冷却带后，作为瓷砖产品运出。将瓷砖原料加热到最高温度区的烧制带，具有氧化烧制区和/或还原烧制区。急冷带及冷却带用自然冷却或强制换气方式使瓷砖原料冷却。