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中国陶瓷烧造技术常识
发布时间:2010/11/24 阅读:3007次

一、 什么是氧化焰、还原焰和中性焰?

在烧窑时火焰在不同时期有不同的性质。火焰的性质大致可分为三种:氧化焰、还原焰和中性焰,不同性质的火焰有不同的作用。
1、氧化焰:是指燃料完全燃烧的火焰,火焰完全燃烧必须有大量空气供给,这时窑中的氧气充足,CO较少。为了使坯中水分及一切有机物都蒸发和挥发排出,使坯体得到正常的收缩,所以在烧窑过程中必须有氧化焰阶段。
2、还原焰:还原焰是不完全燃烧的火焰。这时窑中所产生的一氧化碳和氢气多,没有或者极少游离氧的存在。由于还原焰能使坯体内的高价铁(Fe2O3)得到充分还原变为氧化亚铁(FeO),而变成青色,消灭瓷色发黄的现象,因此在日用瓷的烧窑过程中,多采用还原焰烧成。
3、中性焰:烧中性焰时,窑内所产生的一氧化碳加氢气与进入窑中的空气化合量几乎相等,处于平衡状态,其作用是使氧化亚铁不再受氧化作用而恢复成高价铁,最后使坯体达到完全玻化的目的。但控制中性焰非常困难,常用弱还原焰代替它。
 

二、怎样控制火焰的性质与压力?景德镇瓷胎为什么适宜烧还原焰?

烧煤的倒焰窑内还原焰的表征是维持窑内正压操作,投煤次数较多,相隔时间较短,做到不断火,不断焰;而氧化焰的特征是窑内维持负压操作,窑内火焰明澈清晰,一般添煤时间间隔较长,初时窑内浓烟滚滚,过后渐淡而后火净,即火焰的性质为还原-弱还原-氧化。因此保持窑内火焰的一定性质往往以存焰与火净的时间比例来予以控制。对于氧化焰操作要求火净的时间远多于存焰时间,保持氧化焰时煤层不宜太厚,每次加煤量少,加煤间隔较长,必须有稍多的过剩空气。欲提高窑内温度,必须采用氧化焰烧法。为了满足某些制品对质量较高的要求,一般在1000-1180℃,当釉料尚未熔融前须控制还原焰,即维持窑内不断火与不断焰,为此必须在更换还原焰时将闸板下降;以减弱窑内通风。加煤操作除采用小块煤外,应按照"勤加少添"原则,并保持燃烧室内火势不发白,煤层不发黑的状态,即可避免窑内温度急升所引起的釉面过早玻化、坯体还原不充分的现象。常见的火焰为弱还原焰或氧化焰。控制弱还原焰的方法是采用大块煤烧窑。煤层可厚些,每次加煤量大,加煤间隔较还原阶段长,同时减弱窑内的通风,但应维持窑内不断火。在还原焰操作时,应使窑内保持不大的正压,这样可以避免冷空气大量涌入。压力控制对隧道窑尤为重要。在氧化气氛下烧成制品时,隧道窑的零压点在烧成带与冷却带之间。在还原气氛下烧成制品时,隧道窑的零压点则在烧成带与预热带之间。如果零压位置控制不当,则将使窑内气氛变化,而造成产品出现缺陷。景德镇瓷胎为什么适宜烧还原焰呢?这是因为景德镇坯料含铁量较高,在还原气氛中烧成是高价铁通过CO作用,还原成低价铁,即氧化亚铁,它对成瓷的呈色影响很小,不象高价铁(Fe2O3)会使瓷器"发黄"色和其它杂色,所以景德镇瓷在还原气氛下烧成呈现"白里微泛青"的颜色,具有独特的地方风格,同时也保持了历史上景德镇瓷器具有"白如玉"的特色。景德镇瓷器以本地附近的瓷石和高岭土为制瓷的基本原料,瓷石中含Fe2O3量一般有0.6%左右,高岭土中Fe2O3含量一般1%左右。由于过去没有比较有效的除铁手段,而Fe2O3是一种较强的着色剂,坯料中只要含0.8%的三氧化二铁就足以使瓷器形成褐黄色。在还原气氛下三氧化二铁生成氧化亚铁,在高温下氧化亚铁又与二氧化硅生成青色的硅酸亚铁玻璃相,使瓷器具有一定的"白里泛青"的特点。景德镇柴窑的特殊结构,也决定了需要烧较浓的还原气氛来保证瓷器烧成时的还原作用。目前,景德镇瓷器的烧成以隧道窑为主,而隧道窑又以油窑居多,但无论是煤烧窑还是油烧窑,其所控制的还原气氛一般都比较浓。多数隧道窑的还原气氛中CO的含量都大于4%,有的高达7-9%。总之景德镇瓷器适宜在重还原气氛和弱还原气氛下才能烧出有传统特色的瓷器。
 

三、怎样观察火色而判定烧窑时的温度?应该根据什么来变换火焰的性质?

在没有测温设备的条件下,我们还可以凭肉眼观察火色而判定温度。这是因为高热物体辐射的光色和浓度,随着温度的高低而有相当的变化,所以,看其火色如何,就可大体上判断它的温度。这对于烧窑的技术人员随时掌握烧成温度,保证烧窑质量有很好的参考作用。根据窑内火砖呈现的火色和温度,可掌握如下的变化:
火色 温度
最初可能看出的红色 600℃
暗红色 700℃
浓(暗)樱桃红色 800℃
樱桃红色(深红) 900℃
鲜(亮)樱桃红色 1000℃
桔红色 1100℃
橙黄色 1200℃
黄白色(浅黄) 1300℃
白色 1400℃
辉煌白色 1500℃
眩晃白色 1600℃
根据以上的观察,在熟练的技术人员判断下,一般仅有20℃左右的差度。但这种看火色的情况,因技工的眼力条件,以及昼夜和室内明暗光线而有所不同(例如表示最初可能看出的红色约600℃,是在明室内观察的,若在暗室,则约500℃),这种经验观察当然不如仪器准确,然而这种方法也有其重要性,千百年来景德镇窑烧出了许许多多的陶瓷珍品,就是用这种经验判断温度的。至今还有相当的实用性。至于根据温度变化变换火焰性质,一般来说,烧普通瓷器时,900℃以前用氧化焰,以防煤烟积存在坯件上。900-1100℃烧强还原焰,使高价铁(Fe2O3)变成低价铁(FO),1100-1140℃用氧化焰排除还原焰时所残留的烟。1140℃以后用中性焰。烧法不是一成不变的,还要根据原料、燃料、窑炉设备、气候、压力等具体情况来决定。
 

四、什么是平烧保温?

平烧保温是为了在一定的时间范围内保持一定的温度范围,使温度缓慢地上升。结果使得窑内纵横上下的温差平衡一致。具体来说,在脱水期间进行的平烧保温,能使坯内的人为水分安全排出,石英晶型得到安全转化,避免发生开裂的现象。在釉熔融以前进行的平烧保温,能使坯内所含有机物和化合水及高温挥发物充分挥发干净,免得在釉熔融时封闭在内而起泡。最后,玻化期中所进行的平烧保温,除能使窑内上下温差减小外,坯内所含有的三氧化二铝和硅酸化合成新生物--莫来石,并使长石与石英化合成为长石玻璃等。
五、烧窑过程中坯体发生哪些物理化学变化?
1、烧窑过程中坯体所发生的物理变化有:
1)重量减轻--人工水、结晶水和有机物质蒸发和挥发的结果;
2)可塑性丧失;
3)颜色发生变化;
4)空隙发生变动--水分及有机物质蒸发和挥发时,坯体空隙率逐渐增加,到开始玻化时,空隙又逐渐被溶液充满,颗粒被液体包围,空隙逐渐减少,直到坯体被烧结;
5)体积收缩--坯体空隙增加时,体积微有膨胀现象,空隙减小时,渐渐收缩;
6)机械强度发生变动--晶格被破坏,结晶水失去时,晶体分裂,坯的机械强度减低,到重新结晶后,机械强度增加很大。
2、坯体的化学变化: 氧化和还原等变化,还原作用多在250-900℃时发生,分解作用多在500-1300℃时发生。
1)碳酸盐的分解。
2)碳素、硫化物及有机物的氧化。粘土中夹杂的硫化物在800℃左右被氧化完毕。
3)坯体中存在的碳素及有机物在600℃以上才开始氧化分解,并持续到高温,此阶段产生的气体必须完全排除掉,否则会引起坯体起泡。C+O2→CO2↑
4)强还原阶段(1020-1150℃)。
此阶段坯体内的三氧化二铁及硫酸盐在釉层封闭坯体之前得到充分还原与分解。 (以下反应在还原气氛中,1100℃强烈反应)
(以下反应在还原气氛中,800℃进行即强烈反应)
5)氧化亚铁易与二氧化硅生成易熔的玻璃状物质,促进了坯体的烧结。

六、烧窑应注意哪些主要问题?

1、烧窑、冷窑太快瓷器容易开裂;
2、氧化时间不足,烧窑太快可能发生起泡现象;
3、烧窑的火力不匀时,容易变形;
4、窑内温度不匀又过火时,瓷件发生肿胀;
5、烧法与火焰性质不适合时,瓷面容易变色并产生污点;
6、冷窑太慢,瓷器的断面往往粗糙;
7、烧还原焰时不宜过重、过长,否则易犯吸烟缺陷;
8、烧大件厚壁制品时,点火烘烧阶段应注意缓慢升温,氧化阶段应氧清氧透,冷却阶段应适当延长;
9、烧某些色釉制品时除了应注意控制一氧化碳的适当含量及还原起讫的合适时机外,应注意控制游离氧的含量;
10、烧结晶釉时除了应控制适当的升温及保温时间外,宜采用氧化焰烧成。
 

七、快速烧成窑的技术特征有哪些?

一般隧道窑的截面高大,制品密集堆放,各部位制品的温差悬殊,因此不能快速而均匀地加热或冷却制品,以致烧成周期长达几十小时。快速烧成对窑炉性能的基本要求是:能够均匀地加热和冷却制品,并且能够灵活地调节温度和气氛。为了满足这个基本要求,快速烧成窑在结构与材料上具有以下一些技术特征:
1、截面小。为了达到窑道截面上温度均匀一致,截面趋向于减小高度,成为扁平形式。例如有效高度为250-300毫米,有效宽度为600-840毫米,这样的小截面窑中的温度很容易达到均匀一致,并且易于控制。1250-1300℃烧成的茶餐具(杯碟)的烧成周期仅60-90分钟。
2、含硫量低,无灰分的燃料。快速烧成最好采用明焰直接加热,所用燃料要求无灰,含硫量低,如城市煤气、天然气、液化气、轻油等。明焰烧成的燃料含硫量宜在0.2%以下。
3、高速喷嘴。高速等温嘴具有三大特点:燃烧速度快,空间热强大,温度分布均匀。高速喷嘴是减小窑内温差,实现快速烧成的一项重要技术措施。
4、优质的筑窑材料。为了使窑内温度能按照温度曲线的要求而灵活自如地调节,筑窑材料要选用导热率低,热容小,并有一定强度的轻质高温耐火材料和性能良好的轻质保温材料。
5、尽量减小或不用窑具。在快速烧成中,应当尽量减少或者不用窑具。采用单层放置制品,不用窑具,提高传热效率和窑炉的灵活性,使窑炉有可能在短时内从最高温度冷却到常温。
6、先进的制品输送方式。一般的隧道窑采用笨重的窑车输送制品,窑车蓄热很大,造成制品升温和冷却滞后,不适合快速烧成。快速烧成隧道窑的制品输送方式有步梁式、推板式、辊道式、气垫式等。快速烧成的间歇式窑炉有梭式和帽罩窑。