蔡艷芝

西安建筑科技大學

材料科學所

電話:82205245/p>

E-mail:yzcuxb@第五節(jié)燒結技術內容提要1.燒結的概念2.燒結方法3.燒結的影響因素燒結及燒結現(xiàn)象收縮收縮ab收縮無氣孔的多晶體c說明：a:顆粒聚攏b:開口堆積體中顆粒中心逼近c:封閉堆積體中顆粒中心逼近燒結及燒結現(xiàn)象燒結的實際過程（SEM照片）（a）燒結前，（b）開始燒結，（c)燒結中，（d）燒結后1.燒結技術(Sintering)燒結成型后的坯體在低于熔點的高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結和物質傳遞，氣孔排除，體積收縮，強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固燒結體的致密化過程。通常用坯體收縮率、強度、密度、氣孔率等物理指標來衡量陶瓷燒結質量的好壞。

1.燒結技術(Sintering)

燒結是陶瓷坯體在高溫下的致密化過程的總稱。隨著溫度的上升和時間的延長，固體顆粒互相鍵連、晶粒長大、孔隙或氣孔逐漸減少，通過物質的傳遞，總體積收縮、密度增加，最后變成堅硬的具有某種顯微結構的多晶燒結體。除了陶瓷材料以外，高熔點技術材料(W,Mo,Nb,Ta)的制造也都采用燒結技術。1.燒結技術(Sintering)

燒結

燒結的實質是粉體坯塊在適當?shù)沫h(huán)境或氣氛下受熱，通過一系列物理、化學變化，使粉體顆粒間發(fā)生質的變化，由顆粒聚集體變成晶粒結合體。由多孔體變成致密體，使坯塊強度和密度迅速增加，其它物理、力學性能也得到明顯的改善。1.燒結技術(Sintering)

按熱力學觀點，燒結是系統(tǒng)總能量降低的過程。由于粉體原料比表面積大，表面自由能高，且在粉體內部存在各種晶體缺陷，因此比塊狀物體具有高得多的能量。降低系統(tǒng)能量水平的趨勢構成燒結過程的驅動力。通過燒結，使總能量降低，系統(tǒng)由介穩(wěn)狀態(tài)轉變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。在此過程中，溫度起到幫助克服能壘的作用。燒結助劑燒結助劑或添加劑可在陶瓷的燒結過程中形成少量液相[5％～10％(體積)]。液相的出現(xiàn)大大加快了燒結速度，使制品的致密度迅速增加。添加劑的作用

（Additive/SinteringAid）1改變點缺陷濃度，從而改變某種粒子的擴散系數(shù)；

2在晶界附近聚集，影響晶界的遷移速率，從而影響晶粒

長大的干擾作用；

3提高表面能／界面能比值，直接提高致密化的動力；

4在晶界形成第二相，為原子擴散提供快速途徑；

5第二相在晶界的釘扎作用，阻礙晶界的遷移。燒結技術(Sintering)液相燒結：液相燒結致密化過程可以分為三個階段，曲線1段為液相生成與顆粒重排，這時由于液相本身的黏性流動使顆粒重新分布并排列得更加致密。曲線2段為溶解與析出，細小顆粒和粗顆粒表面凸起部分在液相中溶解，并在粗顆粒表面上析出。因此，小顆粒減少，粗顆粒長大，顆粒形狀變得比較規(guī)整，且顆粒表面趨于光滑；與l段相比，致密化程度減慢。曲線3段為固相燒結，經(jīng)過前兩個階段的顆粒重排、溶解與析出，使固相顆粒結合形成骨架，剩余液相填充于骨架的間隙。固相燒結實質是顆粒與顆粒接觸面積增大，并發(fā)生晶粒長大與顆粒熔并，促使制品進一步致密化的過程。燒結技術(Sintering)莫來石燒結燒結助劑：就添加劑來說，一類是由于生成液相，降低燒結溫度而促進莫來石燒結的。其機理是液相對固相的表面潤濕力和表面張力，使固相粒子靠近并填充氣孔。產生較多液相可加速燒結，但液相冷卻后生成的玻璃相易于在晶界富集，對力學性能提高并不利。何況，燒成后期時間過長，還會引起晶粒異常長大，破壞細小均勻結構，使性能惡化。另一類添加劑是與基體中Al2O3生成固溶體，導致晶格畸變而得到活化，產生大量缺陷或空位使擴散速度增大，傳質作用明顯，從而降低燒結溫度，提高燒結速度，使結構致密化。MgO、TiO2、ZrO2是反應燒結中常用的添加劑。當MgO含量很低時會與Al2O3形成固溶體；當MgO加入量超過固溶極限時，則與Al2O3生成鎂鋁尖晶石第二相，并在晶界上析出，起到“釘扎”作用而阻礙晶界遷移，抑制晶粒長大；但MgO過量則反而起不到促進燒結的作用，這是由于MgO高溫下比較容易揮發(fā)，增加顯氣孔率而降低性能。泰曼溫度(TammanTemperature)

泰曼溫度：固體物質的燒結開始溫度，表征固體中空位或質點不再被“凍結”的溫度，因而可以比較和估計固體物質的擴散、燒結和反應能力。

Tamman指出，除物質的燒結與其熔點之間有一近似關系：

金屬粉末0.3~0.4Tm

無機鹽類0.57Tm

硅酸鹽類0.8~0.9Tm2.燒結方法匯總3.燒結機制氣相傳質示意圖固態(tài)傳質示意圖燒結過程中氣孔的變化燒結過程中液相的作用(a)固相燒結(Al2O3)和(b)液相燒結樣品

(98W-1Ni-1F2(wt%))的顯微結構燒結驅動力

燒結的驅動力就是總界面能的減少。粉末坯體的總界面能表示為γA，其中γ為界面能；A為總的比表面積。那么總界面能的減少為：

其中，界面能的變化（Δγ）是因為樣品的致密化，比表面積的變化是由于晶粒的長大。對于固相燒結，Δγ主要是固/固界面取代固/氣界面。

在燒結驅動力的作用下燒結過程中的基本現(xiàn)象燒結參數(shù)燒結參數(shù)對于燒結樣品性能的影響一、材料參數(shù)對燒結的影響

（1）顆粒尺寸對燒結的影響

在一定溫度下，半徑為r1的一列球形顆粒所需要的燒結時間為t1，半徑為r2的另一列排列相同的球形顆粒燒結時間為t2，則：

如果顆粒尺寸從1m減小到0.01m，則燒結時間降低106到108數(shù)量級。同時，小的顆粒尺寸可以使燒結體的密度提高，同時降低燒結溫度、減少燒結時間。

（2）粉體結塊和團聚對燒結的影響

結塊的概念是指一小部分質量的顆粒通過表面力和/或固體橋接作用結合在一起；而團聚描述的是顆粒經(jīng)過牢固結合和/或嚴重反應形成的粗大顆粒。結塊和團聚形成的粗大顆粒都是通過表面力結合。細小顆粒在液體和固體介質中承受吸引力和排斥力形成結塊和團聚體示意圖

（3）顆粒形狀對燒結的影響顆粒形狀和液相體積含量對顆粒之間作用力的影響

只有在大量液相存在的情況下，才能使這些具有一定棱角形狀的陶瓷粉體之間形成較高的結合強度。（4）顆粒尺寸分布對燒結的影響

顆粒尺寸分布對最終燒結樣品密度的影響可以通過分析有關的動力學過程來研究，即分析由不同尺寸分布的坯體內部，在燒結過程中“拉出氣孔”（poredrag）和晶粒生長驅動力之間力的平衡作用。

研究表明，較小的顆粒尺寸分布范圍是獲取高燒結密度的必要條件。

2.1常壓燒結常壓燒結是指坯件在常壓下進行的燒結。其中有時也施有外加氣壓，但并不是以氣壓作為燒結的驅動力，而只是為了在高溫范圍內抑制坯件化合物的分解和組成元素的揮發(fā)。因此，仍屬于常壓燒結。采用什么燒結氣氛由產品的性能需要決定，可以用保護氣體如氬氣、氮氣，也可在真空或空氣中進行。傳統(tǒng)陶瓷多半在隧道窯中進行燒結。特種陶瓷主要在電爐中進行，包括電阻爐、感應爐等。2.1常壓燒結一般燒結過程包括三個階段：升溫、保溫和降溫。升溫階段，坯體中的水分和黏合劑在此階段要排除，水分的蒸發(fā)在100～200℃之間，黏合劑的揮發(fā)在450℃以前完成。在升溫的開始階段，坯件由于受熱，體積膨脹，然后才開始收縮。所以在此階段．低溫600℃以下時，升溫速度要小一些，一般是(50～100)℃／h。而后隨著系統(tǒng)溫度的再升高，坯件收縮，顆粒之間接觸得更緊密，燒結反應開始，氣孔率下降，晶粒形成。2.1常壓燒結保溫階段．坯體要很好地致密化，并要形成晶粒，晶粒還要長大。降溫階段，對于大多數(shù)陶瓷材料，采取隨爐冷卻的方法。有些材料的降溫速度不能太快，否則易造成坯體的開裂。2.1常壓燒結優(yōu)點：設備簡單、制造成本低、易于制造形狀復雜的制品，并便于批量生產。缺點：所獲陶瓷材料的致密度和性能不及熱壓燒結高。2.2熱壓燒結用普通燒結法很難燒結成完全致密的燒結體。特別是坯件內存在的氣孔對致密度有很大影響。為了獲得高密度的燒結體可采用熱壓燒結。2.2熱壓燒結熱壓燒結是將粉料或坯件裝在熱壓模具(金屬或高強石墨)中，置于熱壓高溫燒結爐內加熱，當溫度升到預定的溫度(一般加熱到正常燒結溫度或稍低)時，對粉料或坯件施加以一定的壓力(一般為金屬模壓成型壓力的1/10～1/3)，在短時間內粉末被燒結成致密、均勻、晶粒細小的陶瓷制品。因此，該方法是成型和燒結同時進行的一種方法。熱壓方法一般適用于難熔陶瓷粉體，這些粉體的燒結性能很差。由于熱壓是壓制和燒結同時進行的過程，所以致密化程度要比一般燒結高得多，迅速得多。實際上，用熱壓法可以制取無孔的制品。2.2熱壓燒結2.2熱壓燒結優(yōu)點：①晶粒的長大得到了有效的控制。降低氣孔率、提高燒結密度、晶粒尺寸小。可以制得幾乎接近理論密度的制品。實踐表明，熱壓制品，特別是連續(xù)熱壓制品的晶粒尺寸，可以控制在1～1.5μm左右，比普通燒結法小得多，這是因為熱壓過程是在短時間內完成的。②降低燒結溫度，縮短燒結時間、成型壓力低；如氧化鋁、SiC、Si3N4三大系列材料的熱壓溫度一般在1500～1800℃下進行，燒結時間一般為30～50min。連續(xù)熱壓燒結一般為10～15min。成形壓力，僅為金屬模壓壓力的1/10～1/3，一般熱壓制品所施加的壓力在200～1000kg/cm2的范圍內取值。③可以防止普通燒結下出現(xiàn)的成分揮發(fā)或分解。④可以控制材料的顯微結構。通過調整燒結溫度、保溫時間、外加壓力等參數(shù)，可以控制材料的晶粒尺寸。2.2熱壓燒結熱壓燒結的模具一般選用既耐久又便宜的材料。大多采用石墨材料，有時也可用氧化鋁等。熱壓燒結工藝的加熱方式分為電阻直熱式、電阻間熱式和感應加熱式三種。2.2熱壓燒結2.2熱壓燒結

缺點：①熱壓燒結的生產率較低，制品形狀和尺寸有一定的限制，設備復雜，多適用于有特殊要求的材料；②采用高純高強石墨壓模材料時，模具的損耗大，壽命短；③不適于制造形狀過分復雜的制品；④制品表面粗糙，精度低，一般要進行精加工。2.3熱等靜壓燒結等靜熱壓燒結(HIP)也稱熱等靜壓燒結，是一種在高壓保護氣體下的高溫燒結方法，其等靜壓由高壓氣體提供。熱等靜壓燒結也是一種成型和燒結同時進行的方法。它是利用常溫等靜壓工藝與高溫燒結相結臺的新技術，解決了普通熱壓燒結中缺乏橫向壓力和產品密度不夠均勻的問題，并可使瓷體的致密度基本上達100％。這種方法是在爐體內有一個高壓容器，要燒結的物體放在里面。粉末或壓坯被密封在不透水的韌性金屬套中或玻璃套中。溫度上升到所需范圍時，引入適當壓力的中性氣體，如N2或Ar。也就是說在一定溫度下有效地施加等靜壓力。2.3熱等靜壓燒結2.3熱等靜壓燒結等靜熱壓工藝有5種不同的方式:(1)先升壓后升溫方式先升壓后升溫方式是將封于包套內的坯件放人等靜壓設備，抽真空、洗爐、灌氣、升壓至設置的最高壓力、升溫至設定溫度、保溫保壓、最后降溫泄壓得到制品。此種工藝方法的特點是必須將壓力升至保溫時所需的最高壓力，采用低壓氣壓機即可滿足要求。此種工藝適用于采用金屬包套的等靜熱壓處理。2.3熱等靜壓燒結(2)先升溫后升壓方法先升溫后升壓方式是將封裝有坯件的包套置于等靜壓設備中，抽真空、洗爐、灌氣、升溫至包套軟化后在加壓、繼續(xù)升至設定的溫度、借助軟化的玻璃包套向坯件傳遞壓力和溫度，保溫保壓，使陶瓷粉末成形為結晶體，然后降溫、泄壓。此種工藝適用于使用玻璃包套的情況。其特點是先升溫，使玻璃軟化后再加壓，軟化的玻璃包套充當傳遞壓力和溫度的介質，此法也適用于使用金屬包套的情況和固相擴散粘接。2.3熱等靜壓燒結(3)同時升溫升壓方式同時升溫升壓方式是先裝爐、洗爐、灌氣、升溫同時加壓、保溫保壓、降溫泄壓。此法適用于低壓成型，并能使工藝周期縮短。(4)熱裝料方式熱裝料方式叉稱預熱法，是將制品預先在一臺普通加熱爐內加熱到一定溫度，然后再將加熱制品移入等靜熱壓爐內，待經(jīng)等靜熱壓燒結后出爐冷卻。與此同時，將另一預熱的制品移入等靜熱壓機內，形成半連續(xù)作業(yè)，縮短生產周期，提高生產能力，并提高熱等靜壓設備的利用率。(5)冷壓加熱等靜熱壓燒結冷壓加熱等靜熱壓燒結是把已經(jīng)過冷壓燒結后的預成型坯件再進行等靜熱壓燒結。該工藝的優(yōu)點是：省略包套制備工藝；燒結件具有一定強度，易于運輸；等靜熱壓機缸內裝填系數(shù)大。2.3熱等靜壓燒結優(yōu)點：①能克服在石墨模中熱壓的缺點，使制品形狀不受限制。除特長特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產任意一種陶瓷制品；②由于制品在加熱狀況下，各個方向同時受壓、所以能制得密度極高(幾乎達到理論密度)，幾乎無氣孔的制品(比普通燒結的孔隙度可低20～100倍)；③大幅度提高抗彎強度，由于等靜熱壓加工的特殊性，能制得晶粒微細的制品，大幅度提高了制品的抗彎強度和其它所需要的物理機械性能。就其抗彎強度提高的幅度而言，比冷壓燒結制品抗彎強度高l～2.5倍，比普通熱壓制品抗彎強度高lO％～25％。2.3熱等靜壓燒結優(yōu)點：①能克服在石墨模中熱壓的缺點，使制品形狀不受限制。除特長特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產任意一種陶瓷制品；②由于制品在加熱狀況下，各個方向同時受壓、所以能制得密度極高(幾乎達到理論密度)，幾乎無氣孔的制品(比普通燒結的孔隙度可低20～100倍)；③大幅度提高抗彎強度，由于等靜熱壓加工的特殊性，能制得晶粒微細的制品，大幅度提高了制品的抗彎強度和其它所需要的物理機械性能。就其抗彎強度提高的幅度而言，比冷壓燒結制品抗彎強度高l～2.5倍，比普通熱壓制品抗彎強度高lO％～25％。2.3熱等靜壓燒結缺點：①設備投資大，不易于操作；②制品成本較高；③難以形成規(guī)模化2.4微波燒結微波燒結是利用在微波電磁場中材料的介質損耗(電介質在電場的作用下，把部分電能轉變?yōu)闊崮苁菇橘|發(fā)熱)，使陶瓷加熱至燒結溫度而實現(xiàn)致密化的快速燒結的新技術。這種加熱方法稱為微波加熱。微波加熱的特點是加熱過程在被加熱物體整個體積內同時加熱，升溫迅速、溫度均勻。過去微波加熱主要用于食品、橡膠、造紙行業(yè)的干燥過程及高分子聚合過程，都屬于低溫微波加熱。20世紀70年代首先將微波加熱技術用于注漿氧化鋁瓷的燒結，其后又陸續(xù)用微波加熱法對氧化鈾、鐵氧體、氧化鋯等陶瓷材料的燒結進行了研究。2.4微波燒結陶瓷材料的微波加熱原理：材料與微波的相互作用可分為以下四類：①反射(大多數(shù)金屬材料)；②透過(低介質損耗材料)；③吸收(高介質損耗材料)；④部分吸收(不同介質損耗材料制成的復合材料)。只有后兩種情況下，物質才能用微波加熱。所有的陶瓷及玻璃材料都屬于后三種情況，當材料對微波具有透過性時，必須在材料中添加適量的具有微波吸收性的添加劑或玻璃相，才能實現(xiàn)對其進行微波加熱。2.4微波燒結陶瓷材料的微波加熱原理：微波與材料的相互作用是通過材料內部偶極子的產生和取向或原有偶極子的取向后即通過材料的極化過程進行的。這種極化過程需要從微波中吸收能量，最終以熱量的形式耗損。材料單位時間內吸收的微波能與偶極子對交變微波場的響應能力有關，也與微波的角頻率有關，即2.4微波燒結陶瓷材料的微波加熱原理：材料單位時間吸收的微波能依賴于材料的介電性，而對大多數(shù)材料，其介電性隨溫度的變化而變化，在這種情況下材料對微波能吸收率的提高與溫度的提高會相互影響，從而導致在一定溫度區(qū)間內升溫速度很快，極可能會出現(xiàn)升溫速度為(100～500)℃/min的“熱劇變”，從而影響材料的燒結過程。2.4微波燒結微波燒結設備：微波燒結設備不是目前家用的普通微波加熱器，而是有特殊微波源發(fā)生器的微波加熱器。現(xiàn)有的微波源發(fā)生器有以下三種形式：調速電于管式、固體發(fā)生器式、磁控電子管式。其中，調速電于管式是一種頻率非常穩(wěn)定的高頻率微波發(fā)生器，但造價很高；固體發(fā)生器式產生的能量較低，對大多數(shù)陶瓷材料的加熱都不適合；磁控電子管式由于其輸出功率較低，頻率穩(wěn)定，成本低及操作方便等優(yōu)點，被廣泛地應用于陶瓷材料加熱過程的研究。2.4微波燒結微波加熱裝置有三種形式：行波加熱、單波加熱和多波加熱。其中多波加熱式微波加熱裝置用途最廣，用于陶瓷研究的微波加熱器大都采用這種方式。其基本結構為：在一個由金屬制成的封閉的加熱室內安裝上一個或幾個磁控電子管式微波發(fā)生器，加熱使尺寸等于幾個微波波長。由于金屬對微波具有反射性，所以在加熱室內可以得到大量的諧振波。多波加熱微波爐中，晟重要的問題是其具有微波場的不均勻性，在對陶瓷材料的加熱過程中，這個問題可用改變共振腔尺寸或用波形擾動系統(tǒng)及用移動樣品座的方法加以解決。2.4微波燒結右圖是專為陶瓷材料的高溫燒結設計的多波加熱微波加熱窒。加熱室內裝有一個微波透過性材料制成的樣品室，在樣品室的下部裝有SiC襯底，在微波加熱過程中，SiC可以吸收部分微波能，對低介質損耗樣品進行輔助加熱。2.4微波燒結微波燒結的優(yōu)點：

①極快的加熱和燒結速度。傳統(tǒng)陶瓷的加熱是通過試樣由表及里的傳導來達到溫度均勻的，由于多數(shù)陶瓷的導熱性差，因此，加熱和燒透陶瓷需要很長時間，一般以小時計。而微波加熱是材料內部整體同時加熱，升溫速度快，一般可達500／min以上，從而大大縮短燒結時間。②經(jīng)濟、簡便地獲得2000℃以上的高溫。一般，溫度達到2000℃以上的加熱爐，由于對發(fā)熱元件和絕熱材料的苛刻要求，制造和使用成本都很昂貴，從而使整個大規(guī)模工業(yè)應用受到限制。而微波加熱由于利用了材料本身的介電損耗發(fā)熱，整個微波裝置只有試樣處于高溫而其余部分仍處于常溫狀態(tài)，所以整個裝置結構緊湊、簡單，制造和使用成本較低。③由于微波燒結的速度快、時間短，從而避免了燒結過程中陶瓷晶粒的異常長大，最終可獲得具有高強度和高韌性的超細晶粒結構。3燒結設備燒結是在熱工設備中進行的，這里熱工設備指的是先進陶瓷生產窯爐及其附屬設備。燒結陶瓷的窯爐類型很多，同一種制品可在不同類型的窯內燒成，同一種窯也可燒結不同的制品。本節(jié)將介紹常用的連續(xù)式窯、間歇式窯爐和輔助設備，如：隧道窯、電爐以及電發(fā)熱元件等。3燒結設備燒結是在熱工設備中進行的，這里熱工設備指的是先進陶瓷生產窯爐及其附屬設備。燒結陶瓷的窯爐類型很多，同一種制品可在不同類型的窯內燒成，同一種窯也可燒結不同的制品。本節(jié)將介紹常用的間歇式窯爐、連續(xù)式窯和輔助設備，如：電爐、隧道窯以及電發(fā)熱元件等。二、窯爐的分類工作連續(xù)性：間歇式、連續(xù)式窯熱源（燃料）：電窯，油、煤、氣燒窯制品輸送方式：隧道（窯車）、輥道、推板、輸送帶隧道窯用途：素燒、釉燒、烤花、熔塊窯形狀：三、窯爐的基本要求保證物化過程的進行，能按工藝要求進行控制；燃料能充分燃燒傳熱效率高，熱利用率高；四、窯爐發(fā)展方向決定因素：燃料、筑爐材料、控制水平、能耗發(fā)展方向：煤氣化，輕型化，自動化，寬體化。1、燒成質量：2、生產能力：3、自動化水平：自動操作、自動控制4、使用壽命：5、投資：單位生產能力6、單位能耗：余熱回收7、環(huán)保：3.1隧道窯1、定義：隧道窯是耐火材料、陶瓷和建筑材料工業(yè)中最常見的連續(xù)式燒成設備。其主體為一條類似鐵路隧道的長通道。通常兩側用耐火材料和保溫材料砌成窯墻，上面為由耐火材料和保溫材料砌筑的窯頂，下部為由沿窯內軌道移動的窯車構成的窯底。2、分類3、隧道窯的特點：1）利用煙氣余熱預熱坯體，廢氣排出溫度低，約200℃；2）產品冷卻之熱加熱空氣，可助燃或作干燥介質，產品出窯溫度低；3）連續(xù)窯，窯體溫度不變，不蓄熱，熱耗低。隧道窯隧道窯是由耐火材料、保溫材料和建筑材料砌筑而成的在內裝有窯車等運載工具的與隧道相似的窯爐。隧道窯工作時，運載工具(窯車)上裝載有待燒的制品，隨運載工具從隧道窯的一端(窯頭)進入，在窯內完成制品的燒制以后，從隧道窯的另一端(窯尾)隨運載工具(窯車等)輸出，而后卸下燒制好的產品，卸空的運載工具(窯車)返回窯頭繼續(xù)裝載新的坯體后再入窯內煅燒。（用于大規(guī)模的生產衛(wèi)生潔具制品和較大的坯件）

砌窯用耐火材料一、窯用耐火材料的性能指標1、耐火度:高溫下抗熔化的性能2、荷重軟化溫度:受壓時抗變形的性能3、熱穩(wěn)定性:抗急冷急熱性能4、抗化學腐蝕性5、高溫體積穩(wěn)定性6、導熱系數(shù)注：耐火材料的使用溫度，一般低于其耐火度，與該耐火材料的燒成溫度相當，且約等于其耐火度減去200℃。二、砌窯用耐火材料1、粘土磚使用溫度1300℃以下Al2O3<46%2、高鋁磚使用溫度1300～1400℃>46%3、硅磚使用溫度1400～1500℃4、鎂質磚使用溫度1500～1600℃5、剛玉磚使用溫度1600～1800℃Al2O3=99%

形狀：普通磚異型磚三、不定型耐火材料耐火混凝土，耐火泥，耐火噴涂料，耐火澆注料與搗打料四、砌窯用隔熱材料：λ<0.14W/m·℃。1、輕質粘土磚2、輕質高鋁磚3、高鋁聚輕球磚4、陶瓷纖維材料隧道窯屬于逆流操作的熱工設備，即窯車上的坯體在窯內逆氣流方向連續(xù)移動。

隧道窯盡管類型不同，其構造也會有一些差別，但是其基本結構和工作原理都是一樣燒成制度(一)燒成(工藝)過程1.20～200℃階段：排除殘余水分2.200～500℃階段：排除結構水3.500～600℃階段：石英晶型轉變4.600～1050℃階段：氧化階段5.1050～1200℃階段：還原階段6.1200～1300℃階段：燒結階段7.1300～700℃階段：急冷段8.700～400℃階段：緩冷段9.400～80℃階段：急冷段預熱帶(20-900℃)燒成帶(900-1300℃)冷卻帶(1300-80℃)

隧道窯的分帶三帶：預熱帶、燒成帶、冷卻帶以溫度為界以窯體長度分預熱帶占窯總長的30－45%

燒成帶占窯總長的10－33%

冷卻帶占窯總長的38－46%預熱帶的溫度范圍：室溫～950℃燒成帶的溫度范圍：950～最高溫度冷卻帶的溫度范圍：最高溫度～制品出窯溫度按燃燒室設置位置分（常用）燒結設備-7(二)燒成制度1.溫度制度：1)各階段應有一定的升、降溫速度2)在適宜的溫度下應有一定的保溫時間，使溫度趨于一致。壓力分布曲線見下圖:預熱帶燒成帶冷卻帶排煙口隧道窯壓力分布曲線隧道窯工作系統(tǒng)及結構一、工作系統(tǒng)：窯爐中具有某一功能和作用的管路、設備及結構的總和

排煙系統(tǒng)，攪動系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)1、工作系統(tǒng)圖：反映窯爐工作系統(tǒng)的示意圖①最簡單的工作系統(tǒng)特點：結構簡單，全窯在負壓下工作，溫差大，燒成帶溫度不穩(wěn)定，氣氛不穩(wěn)定，產品質量較差。②典型的工作系統(tǒng)優(yōu)點：燒成帶微正壓，無冷風漏入，溫度高，氣氛穩(wěn)定，預熱帶負壓小，漏氣量較小，溫差較小，氣氛氣幕、急冷氣幕保證氣氛實現(xiàn)。缺點：燒成帶正壓，車下溫度高，熱損失大，且要經(jīng)常換潤滑油，可設車下壓力平衡設施。燒成帶的氣氛控制燒氧化氣氛的隧道窯，其氣氛制度比較容易控制，只需要控制空氣過剩系數(shù)大于1，但不要太大，以節(jié)約燃料和提高燃料的燃燒溫度。燒還原氣氛的隧道窯在燒成帶之前的一小段要控制為氧化氣氛，后一段要控制為還原氣氛，用氧化氣氛幕來分隔這兩段。現(xiàn)代燒油或燒燃氣的隧道窯是通過控制燃料量與助燃空氣量的配比來控制氧化氣氛和還原氣氛。燒氧化氣氛時，助燃空氣要略微過量；而還原氣氛時助燃空氣則要略微不足。操作員常觀察火焰的狀況簡單判斷氣氛的性質：燒氧化氣氛時，火焰清晰明亮，可以一眼望到底，清楚地看到窯內制品的輪廓；燒還原氣氛時，火焰混濁，不容易看清窯內制品的輪廓。三.工作系統(tǒng)

(一)工作系統(tǒng)(流程)：

1.坯體的燒制過程：

窯車方向煙氣方向1）窯車移動方向

隧道窯屬于逆流操作的熱工設備，沿窯長分為預熱、燒成、冷卻三帶。制品與氣流依相反方向運動，在三帶中依次完成制品的預熱、燒成、冷卻過程。隧道窯兩端設有窯門，每隔一定時間將裝好制品（磚坯）的窯車推入一輛，同時裝有已燒成制品的窯車頂出一輛。窯車進入預熱帶后，車上制品首先與來自燒成帶的燃燒廢氣接觸并被加熱。而后隨窯車移動進入燒成帶，借助燃料燃燒放出的大量熱，達到燒成最高溫度并經(jīng)過一定保溫時間后制品被燒成。燒成制品至冷卻帶，與鼓入的大量空氣相遇，制品被冷卻后出窯。2）空氣流動特點窯尾鼓入的大量冷空氣在冷卻帶被預熱，一部分作為助燃空氣，送往燒成帶，另一部分抽出供坯體干燥或氣幕用。3）煙氣流動特點燃料在燒成帶燃燒后所產生的高溫煙氣，沿窯內通道流入預熱帶，在加熱坯體時本身被冷卻，最后自預熱帶排煙口、支煙道、主煙道經(jīng)排煙機、煙囪被排除。隧道窯分帶及工作流程(二)工作系統(tǒng)組成1.產品燒成部分：即窯體部分，是隧道窯系統(tǒng)的主要部分，窯體上設有各種氣流進出口2.窯內輸送設備：窯車與窯具3.排煙系統(tǒng)：包括支煙道、主煙道、煙囪等各種排煙通道。4.燃料燃燒系統(tǒng)：包括燃料輸送管道、燃料預熱、燃燒器等。5.氣幕攪動系統(tǒng)：輸送風管、風機、及各種調節(jié)閥6.冷卻系統(tǒng)：包括急冷、緩冷、快冷。7.推車系統(tǒng)：為窯車運動提供動力，有液壓型推車機和螺旋推車機8.窯車回路系統(tǒng)：包括窯內軌道和窯外軌道以及驅動設備．1、窯主體窯頂窯墻窯底：窯車襯磚保溫層：用于窯直墻保溫工作層：直接接觸火焰保護層：保護窯體、并起到密封作用拱頂平頂窯車窯車金屬架：用以支托耐火襯體，窯車襯料：最大限度地降低窯車的蓄熱能力2、窯內輸送設備——窯車和有關的窯具密封系統(tǒng)砂封槽：隔斷窯車上下空間，使冷空氣不漏入，熱氣體不漏出曲封：阻止窯內外高溫廢氣竄入窯車下部，對窯車對保護作用。窯車兩側裝有鋼制群板，窯車在窯內移動時，群板插入兩側砂封巢內構成砂封窯車與窯墻、窯車與窯車之間曲折密封：窯具：現(xiàn)代的明焰裸燒方式的窯具都是棚架結構的，由棚板、支柱、墊磚。窯具要有一定的高溫承載力。隧道窯結構一.斷面尺寸和長度(窯體的主要尺寸)（一）斷面尺寸a.高度(內高)：指窯內可裝制品部分的空間高度。即從窯車裝載面至拱頂?shù)母叨取.寬度(內寬)：指窯內兩側墻間的距離。（二）長度a.需要考慮的因素：制品的燒成制度及產量要求。b.各帶長度的確定原則：二.窯體(一)窯墻1.窯墻的結構：(二)窯頂1.拱頂f窯頂材料：從內至外窯頂組成是：耐火磚→隔熱磚→輕質粒狀填料→紅磚2)雙心拱2.平吊頂（三）各帶結構窯車與封閉系統(tǒng)(一)窯車窯車窯車金屬架：鋼鐵或鑄鐵窯車襯料：由耐火粘土磚、輕質保溫磚組成，最大限度地降低窯車的蓄熱能力。窯具：現(xiàn)代的明焰裸燒方式的窯具都是棚架結構的，由棚板、支柱、墊磚。窯具要有一定的高溫承載力。窯車兩側裝有鋼制裙板，窯車在窯內移動時，裙板插入兩側砂封巢內構成砂封；窯車與窯墻、窯車與窯車之間曲折密封。密封系統(tǒng)砂封槽：隔斷窯車上下空間，使冷空氣不漏入，熱氣體不漏出曲封：阻止窯內外高溫廢氣竄入窯車下部，對窯車起保護作用。(二)封閉系統(tǒng)窯尾砂封窯頭砂封四.燃燒設備(一)燃燒方式1.燒嘴將燃料噴入燃燒室，再將燃燒產物噴入窯內去加熱坯體；2.燒嘴將燃料直接噴入窯內燃燒，使窯內溫度均勻，熱效率高。(二)燃燒室的布置分布在兩側窯墻，布置在靠近窯車的臺面上，可分為集中和分散布置、相對與相錯布置、一排和兩排布置①集中或分散②相對或相錯③一排或二排集中布置：在燒成帶集中布置1～2對燒嘴(燃燒室)；特點：結構簡單，易于操作和自動調節(jié)，但窯內溫度均勻性難以保證。分散布置：在燒成帶自低溫起，先稀后密地布置多對燒嘴。特點：分布足夠多燃燒室能保證溫度制度和氣氛制度。相對布置：特點：砌筑簡單、調節(jié)方便，但溫度較高在燒成帶長度方向上宜出現(xiàn)溫差，且火焰相互干擾。相錯布置：窯內氣體產生循環(huán)使窯內溫度均勻。品字形（常用）兩排布置：上、下兩層布置燒嘴，避免溫度差的出現(xiàn)。燒重油的燃燒室一般將燃燒室建得要大一些，以降低燃燒室的空間熱力強度。燒氣體燃料時，可以不設立燃燒室，直接在窯墻上布置燃燒通道將全部燃料噴入。燃燒系統(tǒng)：配備高效率燃燒機。加熱燃料可以是輕柴油、天然氣、液化石油氣及煤氣。窯爐的每只燃燒機都配有自動點火和火焰監(jiān)測系統(tǒng)，確保滅火的燃燒機及時點烯和燃料供應安全切斷。各區(qū)域的燃燒機即使用空氣與燃氣（燃油）比例閥來自動控制空氣與燃料量，又可手動微調來調整火焰，以保證燃料達到最充分的燃燒。排煙通風系統(tǒng)主煙道：匯總各支煙道的煙氣，并將其引入煙囪煙囪：將來自主煙道的廢氣送入高層大氣空，減少廢氣對工作環(huán)境的污染排煙口：主要在預熱帶，其目的是將隧道窯內的燃燒廢氣引向支煙道支煙道：引導來自排煙口的排出廢氣進入主煙道五、排煙系統(tǒng)注：排煙口、支煙道、主煙道的布置應避免急劇轉彎，保證盡量減小廢氣的流動阻力損失，使廢氣在煙道內順利排出。排煙系統(tǒng)包括：排煙口-支煙道-總煙道-排煙設備排煙機煙囪(一)排煙口—煙氣由窯內向窯外排出的出口。1.位置：預熱帶兩側靠近車臺面的窯墻上。2.數(shù)量：占預熱帶的70%，每車布置一對。(二)支煙道—

起聯(lián)接排煙口與主煙道的作用。(三)主煙道1.作用：匯集各支煙道的煙氣，送進煙囪。2.布置方式：(四)排煙機(五)煙囪六.氣幕概念：氣幕是指在隧道窯橫截面上，自窯頂及兩側窯墻上噴射多股氣流進入窯內，形成一片氣體簾幕。氣幕分類：（按照其在窯上作用和要求的不同分）窯頭-------封閉氣幕，預熱帶-----循環(huán)攪動氣幕燒成帶------氧化氣氛幕，冷卻帶-----急冷阻擋氣幕。封閉氣幕：位于預熱帶窯頭目的：窯頭形成1～2Pa的微正壓，

避免了冷空氣漏入窯內。將氣體以一定的速度自窯頂及兩側墻噴入，成為一道氣簾，該熱空氣一般是抽車下熱風或冷卻帶熱風。氣幕氣體送入方式：1）與窯車運動方向相垂直

2）與出車方向成45℃設為兩道：第一道：用冷空氣第二道：用熱空氣擾動氣幕：位于預熱帶，一般設置2-3道擾動氣幕工作過程：以一定量的熱氣體以較大的流速和一定的角度自窯頂一排小孔噴出，迫使窯內熱氣體向下運動，產生擾動，使窯內溫度均勻。氣流噴出角度垂直向下，或以一定角度逆煙氣流動方向噴出。擾動氣幕作用：為了克服預熱帶氣體分層現(xiàn)象而采取的措施，氣體分層原因：隧道窯預熱帶處于負壓，易漏入冷風，冷風密度大，沉在下部，迫使熱氣體向上，產生氣體分層現(xiàn)象。氣體分層結果：氣體分層導致上下溫差最大可達300—400℃。這樣就必須延長預熱時間，等待下部制品預熱好，反應完全，因此降低了窯的產量，增加了燃料消耗。要求：（1）作為攪動氣幕的熱氣體溫度應盡量與該斷面處溫度相近，否則易使窯內局部溫度下降造成制品炸裂。（2）作為攪動氣幕的熱氣來源可以是煙道內的煙氣，燒成帶窯頂二層拱內的熱空氣或冷卻帶抽來的熱空氣。噴出速度應在10m/s以上才起作用。國外隧道窯攪動氣幕噴出速度大，超過100m／s，使窯內氣流達到激烈的攪動，上下溫度均勻，達到快速燒成。（3）氣流噴出角度可以使90℃垂直向下，也可以120-180℃角度噴入。現(xiàn)代隧道窯在熱帶靠近燒成帶的一端附近設置高速調溫燒嘴來代替攪動氣幕。其噴出速度大，燒嘴噴出的氣體溫庫可以調節(jié)到該處所需的溫度，達到快速燒成。循環(huán)氣幕（與擾動氣幕作用相同）是利用軸流風機或噴射泵使窯內煙氣循環(huán)流動，以達到均勻窯溫的目的。軸流風機裝在窯頂洞穴中，葉片不超出拱頂面，機軸后面有夾道通向側墻車臺面處的吸氣口，將同一截面上的煙氣抽吸并自窯頂吹向下部。氣氛氣幕（結構同封閉氣幕）位置：位于氣氛改變的地方。隧道窯在950—1050℃處設氣氛幕——氧化氣幕，即在該處由窯頂及兩側窯墻噴入熱空氣，使之與燒成帶來的含一氧化碳的煙氣相遇而燃燒成為氧化氣氛。說明：(1)氣幕的氣體量要足夠，空氣過剩系數(shù)在1.5—2.0之間，空氣不能過多，以免該處溫度過低，氧化反應不完全，引起坯泡。(2)作為氧化氣氛幕的空氣溫度也不能過低，一般是從冷卻帶內，或窯頂二層拱中、間接冷卻壁中抽出的熱空氣，再經(jīng)燒成帶二層拱進一步加熱提高溫度。（3）要求整個斷面氣氛均勻，較好地起分隔氣氛的作用，窯頂和兩側窯墻都設有噴氣孔，上部密些，下部稀些，均以90‘角噴出。急冷阻擋氣幕

位置：急冷氣幕設于冷卻帶始端作用：1)坯體在700℃以前應急冷，縮短燒成時間。提高制品質量。2)阻擋氣幕，防止燒成帶煙氣倒流至冷卻帶，避免產品熏煙。結構：同封閉氣幕說明：（1）急冷氣幕的噴入應對準料垛間隙，入窯后能迅速循環(huán)，起到均勻急冷作用。（2）噴入的冷空氣應在不遠的熱風抽出口抽出，必須調節(jié)好急冷氣幕和熱空氣抽出量，保持平衡，否則會影響窯的正常操作，并降產品質量。（七）冷卻系統(tǒng)（即為冷卻帶的通風裝置）注意：鼓入冷卻帶的冷空氣必須在燒成帶之前抽出，使鼓入和抽出的風量達到平衡，不使冷空氣流入燒成帶，保證燒成帶能燒到高溫并維持還原氣氛，保證燒成帶煙氣不倒流入冷卻帶使產品熏煙。冷卻系統(tǒng)急冷部分緩冷部分快冷部分急冷氣幕（傳統(tǒng)隧道窯）急冷噴嘴（現(xiàn)代隧道窯）間接冷卻（傳統(tǒng)隧道窯）間接與直接冷卻相結合（現(xiàn)代隧道窯）在400℃以下，靠近隧道窯出口端鼓入一定量的空氣時燒好的產品快速冷卻，以縮短燒成周期。冷卻系統(tǒng)2）冷卻帶送冷風裝置3.2電爐電爐是用電加熱實現(xiàn)預期工藝目的(如物料的冶煉、熔化、加熱、熱處理、燒結、烘干等)的電熱設備。3.2電爐電爐是用電加熱實現(xiàn)預期工藝目的(如物料的冶煉、熔化、加熱、熱處理、燒結、烘干等)的電熱設備。同燃料爐比較，電爐的優(yōu)點有：爐內氣氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加熱快，加熱溫度高，溫度容易控制；生產過程較易實現(xiàn)機械化和自動化；勞動衛(wèi)生條件好；熱效率高；產品質量好等。3.2電爐電爐是用電加熱實現(xiàn)預期工藝目的(如物料的冶煉、熔化、加熱、熱處理、燒結、烘干等)的電熱設備。