陶瓷窑炉调查报告

陶瓷窑炉调查报告

一、行业概述

陶瓷窑炉，一般是指烧制陶瓷制品的烧成设备。主要有：隧道窑、辊道窑、梭式窑、推板窑等，在建筑陶瓷领域主要使用的窑炉是辊道窑；在卫生陶瓷领域主要是隧道窑与梭式窑；在日用陶瓷领域主要是隧道窑、梭式窑、辊道窑；电瓷领域主要是隧道窑与梭式窑；陶瓷窑炉作为一个行业主要是指烧成工序，往往是包含陶瓷生产制造过程中的干燥部分以及干燥与烧成之间的工序，如相应的施釉工作线等。陶瓷窑炉的应用涉及所有陶瓷生产制造领域，如：建筑卫生陶瓷、日用陶瓷（含艺术陶瓷）、电瓷、电工陶瓷、特种陶瓷等，一般来讲耐火材料窑炉、砖瓦窑炉也都属于陶瓷窑炉的范畴。

近二三十年，随着天然气、液化气广泛应用及煤制气技术成熟，陶瓷窑炉基本实行了燃料气体化能源清洁化；在轻质耐火材料与纤维耐火材料发展的推动下，陶瓷窑炉实行了轻型化并更加保温节能；自动控制技术的进步使陶瓷窑炉基本实行了温度、压力等参数的全线自动控制，随着棍棒质量与传动技术的提高，辊道窑在陶瓷窑炉中的比例越来越大，目前建筑陶瓷基本全部使用辊道窑，日用陶瓷辊道窑的使用也在逐年增加，卫生陶瓷也开始出现辊道窑的应用，辊道窑还广泛应用于特种陶瓷与色釉料行业；宽体辊道窑是近年来陶瓷窑炉的重要发展，宽体辊道窑不仅具有产量大的表征特点，而且具有单位产量投入成本低与单位产量能源消耗低的实质优点。由于宽体窑炉具有单位体积较小的表面积，宽体辊道窑、宽体隧道窑、宽体梭式窑成为陶瓷窑炉的主力。上世纪八十年代我国陶瓷窑炉的一代宗师刘振群教授就提出了陶瓷窑炉“四化”的发展方向，即：陶瓷窑炉“辊道化、煤气化、轻型化、自动化”。我国目前陶瓷窑炉的发展基本证实了这些。

陶瓷窑炉生产制造企业主要集中分布在传统陶瓷产区与湖北黄冈，如：建陶产区的广东佛山、山东淄博、福建晋江、四川夹江等；日用陶瓷产区江西景德镇、湖南醴陵、广东潮州、福建德化等；卫生陶瓷产区广东潮州、河北唐山、河南长葛等。

辊道窑生产制造的知名企业主要有：萨克米（南海）机械、中窑窑业、摩德娜机械、科达机电、中鹏窑炉、中瓷窑炉等。

二、梭式窑、隧道窑、辊道窑的大致结构及优缺点

1、梭式窑

间隙式生产窑炉，适合小批量多品种生产，由于生产的灵活性，现在很多中小陶瓷瓷厂都还采用这种窑炉。但由于是间隙式，窑壁、台车要吸热消耗能量，总的比较起来耗能相对较高，但通过窑炉设计和制造者的努力，比如采用高速燃烧机快速烧成，采用轻质耐火保温材料减少窑炉蓄热，有的快速烧成梭式窑已达到与旧有隧道窑相媲美的节能效果。

2、隧道窑

故名思议，它的窑体像隧道。其实广义上的隧道窑包含辊道窑、台车式隧道窑、推板窑、转盘窑都属于隧道窑的范围。狭义上的隧道窑，仅指台车式隧道窑，但潮州的叫法叫推板窑，说明一下，推板窑是耐火板直接承载在耐高温的导轨上，（如刚王砖导轨或刚玉球导轨能原地滚动）耐火板一块接着一块，由于受耐火板承载推力所限制，一般不长，长则二十米，短则几米，一般烧成高温粉末或特种陶瓷，日产量不大。由于推进器直接推动耐火板前进，叫推板窑。也知道了潮州的推板窑是台车式隧道窑。隧道窑由于连续式生产，预热带的热量基本是由烧成带的烟气带来的余热供应，由于窑炉窑壁不像梭式窑，不存在升温再冷却的循环热损失，烧成带的高温烟气余热大部分能利用，故比间隙式窑炉节能效果好。但由于台车还

是要经过升温再冷却，浪费部分热量，它的节能效果及温差不及辊道窑。

3、辊道窑

是用耐高温的陶瓷棍棒直接驱动耐火板前进，装载产品的耐火板直接承载在棍棒上，又称罗拉窑。最早引进是烧成墙地面砖，没有托板，地面砖直接放在棍棒上，由于在预热、烧成、冷却过程中温差极小，烧成时间从我们过去用梭式窑、隧道窑烧成的十几个小时，一下缩短几十分钟，故而推广到艺术陶瓷、日用陶瓷，随着棍棒质量的提高，从低温型逐步到中高温型转变。由于辊道窑是耐火板直接承载于原地滚动的棍棒上前进，它没有像隧道窑要用一个个台车吸收很大一部分热量，它也比隧道窑的气密性好得多。所以它的节能效果比隧道窑要好，它的一个最大缺陷就是烧成高温还原的产品，对棍棒的质量要求较高，采用碳化硅棍棒，可较好地解决1350℃以内的高温陶瓷产品的烧成。但它还没有解决窑变釉，结晶釉的烧成，因为它速度较快。

三、陶瓷窑炉对于保温材料的要求

随着陶瓷工业的迅速发展，陶瓷窑炉技术水平不断提高，窑炉燃料结构的改变，对窑用耐火材料提出了更高的要求。陶瓷窑炉耐火材料可分为重质耐火材料和轻质耐火材料两大类。根据陶瓷窑炉的作业特点，对耐火材料性能有如下几方面的要求。

1、荷重软化温度：是耐火材料的重要性能指标，它在一定程度上表明耐火材料在使用情况相近条件下的结构强度，它是设计陶瓷窑炉时能否选用某种耐火材料的重要依据。通常应使陶瓷窑炉耐火材料的荷重软化温度高于其工作温度的100度以上，否则将引起窑体变形甚至下沉损坏。

2、重烧线变化：耐火材料在陶瓷窑炉中使用时高温下如果产生过大的重烧收缩，会使窑体砖缝增大，影响窑体的整体性与气密性，甚至会造成窑体结构损坏，尤其是窑顶砖，它的收缩会引起拱顶下沉变形或平吊顶漏气。相对来说，重烧膨胀危害较小，不大的重烧膨胀对延长窑体寿命常有较好的作用。对轻质耐火砖，重烧线变化是决定其长期使用温度的重要指标。在国外标准中，最高使用温度是指连续使用24h，其重烧线变化不大于2%的实验温度。但这温度不能作为轻质耐火砖的工作温度。根据国外轻质砖选用经验，可用下述经验公式：工作温度=分类温度x（1-10%）-40℃

3、耐热震性：是指能抵抗温度的急剧变化而不被破坏的性能，与耐火材料的热膨胀系数、导温系数、机械强度及弹性模量等有关。也与其组织结构和形状有密切关系。

4、导热性：耐火材料的导热系数对于陶瓷窑炉的设计是不可缺少的重要依据。采用低导热系数的窑体耐火材料，对降低窑体表面温度，减少散热损失，改善车间劳动环境是重要的。

5、高温抗折强度：对减小窑具（棚板、横梁等）尺寸，从而减轻窑具的重量是十分重要的。

6、耐火度：指耐火材料在高温下抵抗融化的性能。它的测定：将试样制成三角锥（上底2mm，下底8mm，高度30mm的截面是等边三角形）。把三角锥试样和用来比较的标准锥放在一起加热，当试样因受热和其本身所受重力的影响，顶部弯倒接触底平面时的温度，就是这个试样的耐火度。要注意耐火材料不能使用到耐火度的温度。

7、抗化学腐蚀性：指耐火砖和熔渣、煤渣接触时，抵抗侵蚀的能力。主要取决于耐火砖的主要化学成分（高的熔点）和生产工艺过程（颗粒配比、成型压力和烧成）。

四、耐火材料的主要品种

⑴重质耐火材料

1、粘土质耐火砖：是指A1203含量在36%-42%的普通耐火粘质砖，主要用于窑炉内层，抵抗高温并对窑

体结构起支撑作用。通常，对于连续式窑炉，这种耐火砖用于窑温在1000℃以下的不稳，窑体内的各种孔、通道等结构（如排烟口、烟道等）用它砌筑。

2、高铝砖：A1203含量在48%以上，用于高于1000℃的部位。

3、刚玉砖：属高铝砖类，只是A1203含量更高（90%-99%），矿物组成基本上是刚玉。它是以电熔刚玉砂

或工业氧化铝为原料去制成的，使用温度在1800℃以下。

4、SiC质耐火制品：高温强度好，导热性好，在窑炉中多用于窑具（棚板、横梁等），在隔焰窑中用做

隔热板，也用做匣钵。有以下几种：

①粘土结合SiC质耐火制品：是最早的一种SiC质制品，工艺简单，价格较低，其粘土含量为3%-5%。

粘土的耐火性质在很大程度上影响制品的性能；另一方面，粘土的含量也极大的影响制品的性能，使其远离SiC的优良性能。这种制品现已不能满足现代陶瓷窑炉的要求。

②氧化物结合SiC质耐火制品：最常用的是氧化硅结合的，由于不用粘土，SiC含量高，杂质少，因此

具有良好的耐火性能。

③氮化硅结合SiC质耐火制品：耐压强度大于100Mpa，1400℃抗折强度大于35Mpa，耐热震性好（900℃

水冷大于100次），荷重软化温度高，大于1800℃。因此，现代陶瓷窑炉上广泛用于烧嘴喷口、棚板、横梁及辊道窑磙子等部位。

④自结合SiC质耐火制品：也称重结晶SiC质耐火制品。它是用重结晶方法制得，SiC含量达到99%，其

高温抗折强度很高，而且随温度升高其强度还有所增加，其耐热震性也很好。是理想的窑具材料、辊道窑辊子和烧嘴喷口材料。

5、合成堇青石-莫来石质耐火制品：是用人工预合成的，具有优异的耐热震性和高温力学性。价格也较重

结晶SiC和氮化硅质耐火制品低。我国近年引进的大多数窑炉都使用这种材料。

6、不定形耐火材料：陶瓷窑炉也有用耐火浇注料。浇注料可以浇注复杂形状制品，制成所需形状的窑体

构件，也可以用于预制砌块，经烘烤后砌筑。耐火浇注料的使用有利于窑炉制造的专业化，施工机械化，降低成本，加快施工进度，降低劳动强度，窑炉使用寿命有的和耐火砖相近，有的比耐火砖长。

⑵轻质耐火材料

1、轻质耐火砖：不仅用于夹层隔热，更多用于工作面。品种有：粘土制、高铝制、堇青石-莫来石质。制

作方法：再制造耐火砖时加入特殊发泡物质，生成一种多气孔的轻质耐火材料。特殊发泡物质分三类：

①可燃碳末、锯木屑等；

②松香等泡沫剂，以机械方法使之起泡，烧成后获得多孔制品；

③白云石或方镁石和石膏，加入硫酸，反应生成起泡。

2、耐火纤维及制品:又称陶瓷棉，是一种新型耐火轻质材料，它在陶瓷窑炉上可作为散装填充材料，也可

以制成毯、板、纸、绳制品使用，具有轻质、高耐火度、低导热系数、低蓄热、耐热震、耐机械振动、耐腐蚀、及吸音等优异性能，是当今现代陶瓷窑炉很重要的耐火材料。

3、其他轻质材料：硅藻土制品、硅酸钙制品、岩棉和矿渣棉、膨胀珍珠岩等。特别值得推荐的是硅酸钙

制品，它的导热系数很低，体积密度低，使用温度较高，耐久性好，易加工，施工方便，在现代陶瓷窑炉中应用越来越广泛。

五、窑墙耐火材料结构

窑墙主要以传统型、组合型及全耐火纤维三种形式为代表。

传统型：适用于现场砌筑式窑炉。

特点：坚固耐用，窑墙厚（有的达1米以上）。

轻质耐火砖不作为工作面使用，仅在夹层及外层用作隔热。

组合型：适用于装配式窑炉。

特点：窑墙较厚，质量较轻，隔热效果较好，蓄热较少。

这个是最新型的组合型保温层设计方案，这个方案在近年来得到比较广泛的使用，它在同时减少保温层的厚度时，还能把保温效果控制在比较理想的范围内，使到窑墙的表面温度保持在67度左右。虽说保温效果还未达到最理想的效果，但是以性价比来说，还是属于是比较高的一个保温方案，因此得到比较多的客户所认可。

特点：重量更轻，厚度更小，隔热性能更好，蓄热更少，便于运输、安装，以广泛使用。

六、窑顶耐火材料结构

按结构形式分为拱顶型及平顶型；按材质分为传统型、组合型及全耐火纤维型三种。

传统型：主要用于现场砌筑拱顶式窑炉，由强度高的重质耐火材料做工作面，该结构坚固耐用，材料费用低。由于现场砌筑，工期长。

用堇青石质薄板托住耐火纤维内层，薄板中有圆孔，从上往下穿以堇青石质耐火销钉，销钉头部有槽可固定在窑顶外横梁的圆管内，耐火纤维内层分三层：下层是高温耐火纤维毯；中层是耐火纤维折叠块；上层是低温耐火纤维毯。

这种组合型窑顶使用寿命长，节省高温耐火纤维用量，需现场装配。

组合型轻质砖吊顶式：也广泛采用，使用寿命长，安装比较方便。

全耐火纤维型：这种窑顶最轻，隔热好蓄热少，安装方便。因耐火纤维用于工作面，对耐火纤维质要求较高，使用寿命较组合型稍差一点。

七、窑车耐火材料结构

传统型：由重质耐火材料构成。

特点：质量很大，窑内蓄热量很大，严重影响窑炉的性能，延长烧成，多耗燃料，并使窑温不均匀。可直接承重，既制品及窑具都可直接放置其上。

半承重型：已接近淘汰。

上图所示：1为堇青石·莫来石质多孔棚板；2为堇青石·莫来石质次横梁；3为重结晶硬化硅质横梁；4为堇青石·莫来石质支柱帽；5为轻质砖；6为车面耐火纤维毯；7为耐火纤维折叠块；8为堇青石·莫来石质空心方立柱；9为耐火纤维散棉。

非承重型：被广泛采用。这种窑车全用长立柱，将制品及窑具负荷通过长立柱直接传至窑车金属底盘上，立柱周围窑车衬料不承重，可以用耐火纤维毯平铺或作成折叠块。这就是全耐火纤维窑车衬料，质量最轻，蓄热最少，耐热震性好，耐机械震动也好。只是边角易破损，需采取一些措施加强边角强度。八、窑具及辊子

⑴窑具：有立柱、横梁、棚板、垫板、匣钵等窑具。由于窑具与制品同样升温、降温，也有一个如何减少窑具蓄热问题。窑具需要足够的高温机械强度，故不能轻质化，只能轻型化，既尽量使窑具做得轻巧，质量减至最小。

1、现代陶瓷窑炉广泛使用的窑具多为合成堇青石-莫来石质、重结晶SiC质等。陶瓷制品在现代陶

瓷窑炉中烧成，以大都采用明焰裸烧方式，不用匣钵。但某些制品仍用匣钵装烧，为的是完全杜

绝焰气污染和便于码放。

2、在低于1350℃时，适合使用人工合成堇青石-莫来石质匣钵；

3、在1350℃-1450℃时，适合使用SiC质匣钵；

4、在1450℃-1750℃时，则可采用电熔莫来石质匣钵。

⑵辊子：作为运载工具，制品在辊子上依靠辊子转动向前移动，完成烧成过程。辊子在窑内承受高温、变温及负荷，有时还受到机械碰撞。

材质有：高铝质、耐热合金、重结晶SiC等。

要求有：均匀且较小的热膨胀系数；高的高温抗折强度；高的荷重软化温度；小的蠕变性；良好的耐热震性；外型尺寸准确；较高强度及耐磨性。

卫生陶瓷辊道窑由于陶瓷制品重量大，辊子负荷大，烧成温度较高，故高铝质辊子难以胜任。重要重结晶SiC质及新材料SiC质等。

九、耐火纤维的应用可行性

由于各种原因使我国的热源利用率比较低，热工窑炉的热源利用率只占发达国家的50%-60%。耐火纤维的面世，以其轻质、高耐火度、低导热系数、低蓄热、耐热震、耐腐蚀、抗机械振动和吸音性能好等优异性能受到广大窑炉工作者的青睐。大量应用陶瓷纤维制品，毡、毯、板等作炉内衬和窑体，可以大幅度地提高窑炉的热效率。由此可见，采用新型耐火材料，其中陶瓷纤维的大量应用，是陶瓷窑炉的一场革命。随着新型耐火材料的迅速发展，必定推动现代陶瓷窑炉向更高的水平发展。

现代陶瓷窑炉需要耐火材料轻质化、轻型化，但又有许多矛盾有待解决，如轻质化与使用寿命及强度的矛盾；轻型化与高温机械强度的矛盾等。这些矛盾的不断解决，现代陶瓷窑炉耐火材料就会向着更高的水平发展。

随着耐火材料生产技术的不断发展，性能各异的新型耐火材料不断问世。运用科学的热工技术、合理的结构设计和适当选材来完成陶瓷窑炉的设计，使其工程造价降低，使用寿命延长，并满足烧成制度的需要，提高产品的烧成合格率。在选择耐火材料时，除了要符合设计要求，基本上从两个方面选择材料：

1、选择那些体积密度小、蓄热少、热震性能好、重烧线变化小、机械强度好的耐火材料。

2、选择轻质耐火材料如耐火纤维及其制品时，应重点考察其耐久性及抗化学腐蚀性能。

十、气凝胶使用在窑炉内的可行性与推荐方向

窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备,也是耗能最大的设备,但是窑炉能耗主要取决于窑炉的结构与烧成技术.窑炉技术革新应围绕着以下几个关键性问题:窑炉结构的优化、烧成技术的创新、合理选用烧嘴、余热回收利用、大范围采用自动控制技术及研究开发更先进的保温材料及涂层技术。

随着窑内高度的增加,单位制品热耗和窑墙散热量也增加。窑墙外表面温度与环境的温度差不变,则窑体外壁的散热损失可减少27.2%。在一定范围内,窑越宽越好。当窑内宽从1.2m增大到2.4m，单位制品热耗减少2.9%,窑墙散热量降低25%。故从节能的角度看,窑内高度越低越好;随着窑内宽度增大,单位制品热耗和窑墙散热均减少。所以在保证外窑墙外表面温度与环境的温度差不变的情况下，窑墙越薄，节能效果越好。

从以上所有的介绍中可以看出，陶瓷窑炉非常适合使用气凝胶产品。首先因为气凝胶的超低导热系数，可以保证优秀的隔热效果，从而减少隔热层的厚度，降底保温层的厚度，让窑炉顶更低，窑宽空间更大，从而让热损降低。拥有优异的结构力、抗压和抗拉强度的无机材料，保证长期耐用，而且保温性能稳定，并且疏水透气，不易被耐火砖、熔渣和煤渣等物腐蚀，不需要经常更换。不像现在市面上的一些陶瓷纤维保温材料那样，结构力差、拉伸强度低和容易被腐蚀等问题，需要每3-4年就要从新更换，从而增加保温成本和浪费改造时间。质量轻，体积小，适用范围广，尤其在狭窄空间也能轻易安装，并且不会对墙体产生任何负担。

气凝胶产品完全符合现代化保温材料所需的轻质化、轻型化的要求。并且体积密度小、蓄热少、热震性能好、重烧线变化小，其耐久性及抗化学腐蚀性能更是优异，完全达到各陶瓷企业对于保温材料所需的各种要求。此外对于我国的“十二五”节能减排指标的落实，更是让各大陶瓷企业更加关注节能减排的问题。而我国陶瓷窑炉企业普遍存在专业化程度低，不少小型陶瓷窑炉企业，基本建设队伍、技术队伍不整齐，专业化程度低，往往在接到订单后，临时拼凑设计、施工队伍，这也是导致了国内陶瓷窑炉市场产品质量良莠不齐的重要原因。陶瓷窑炉制造企业普遍专业化程度低，不仅直接影响了窑炉产品的质量，而且也影响了窑炉企业对节能减排方面的投入，从而使旧有的陶瓷窑炉在保温层方面，有很多都达不到要求，因此都将面临保温层的更新换代。而由于我国的“十二五”节能减排指标的落实，让各大陶瓷企业在选购陶瓷窑炉时，也会重点考察窑炉在节能减排方面的性能，因此让瓷套窑炉生产企业在生产新的窑炉时，也必须去重点考虑现有保温层是否达到标准，有没有需要改进的。而随着两个强制性国家标准GB21252-2007《建筑卫生陶瓷单位产品能源消耗限额标准》与GB25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》的开始实行，对于节能减排方面的更新换代更是势在必行了。以上种种都表明了陶瓷窑炉对于减排节能的必要性和重要性，这非常有利于我们把气凝胶产品推进去陶瓷企业和陶瓷窑炉生产企业里。由于我国的陶瓷产量为全球第一，现有的窑炉生产线数量更是多达数千条，而近年来的陶瓷窑炉生产线增长数量也在400-500条左右，而只要有少部分生产线在改造保温层时用上气凝胶产品，那数量也将会是非常的大。

但是，陶瓷窑炉的温度在烧制过程中都会在1000度以上，以现在气凝胶的耐温性能来说，只能是在最外层600度和600度以下的保温层范围内使用，而现在在这个温度层方面，比较多的客户是选用了纳米板，根据客户所反映的，纳米板在导热性能上比我们的气凝胶产品要好，在价格上是2万元/立方米，在性价比上比较高，是我们现在推进陶瓷窑炉方面客户时的最大竞争者，所以要说服客户使用，也会有一定的难度。

因此只能是从其他的一些方面分析使用我们的材料有什么优势，如防腐蚀性、使用寿命和施工便利等方面入手，或会使推进更容易点。

十一、国内大型窑炉生产企业

十二、广东地区大型陶瓷生产商