1、燒結氣氛的概念陶瓷制品的燒結氣氛是指燒成過程中窯內燃燒產物中所含的遊離氧和還原性組分的百分比。通常，燒制氣氛分為兩種:氧化氣氛和還原氣氛。遊離氧含量在8%以上的氣氛稱為強氧化氣氛，遊離氧含量在4%-5%之間的氣氛稱為普通氧化氣氛，遊離氧含量在1%-1.5%之間的氣氛稱為中性氣氛。當遊離氧含量小於1%，co含量低於3%時，稱為弱還原氣氛，co含量高於5%時，稱為強還原氣氛。在實際生產中，采用什麽樣的氣氛體系燒制陶瓷制品，取決於產品配方中原料的組成和燒制過程中各階段的物化反映。當原料含有機質和碳少，粘度低，吸附性弱，含鐵量高時，適合在還原性氣氛中燒結，但適合在氧化性氣氛中燒結。2.燒結氣氛對產品性能的影響眾所周知，氣氛會影響陶瓷坯體在高溫下的物理化學反應速度、體積變化、晶粒大小、孔徑大小，尤其是陶瓷坯體的顏色、透射比、釉面質量。①影響鐵和鈦的價態在實際生產中，在氧化性氣氛中燒結時，坯體中的fe2o3在堿含量較低的玻璃相中熔化程度很低，可析出膠體fe2o3使坯體發黃。當在還原氣氛中燒結時，形成的feo在玻璃相中熔化成淺藍色。另外，當坯體中氧化鐵含量壹定時，如果坯體在氧化氣氛中燒制，釉層所包圍的壹部分fe2o3會與sio2反應生成鐵橄欖石並放出氧氣，反應如下:(2fe2o3+2SiO2 → 2 (2feo。SiO2)+O2 ↑)反應產生的氧氣會使釉面形成氣泡和孔洞，而剩余的Fe2O3會使坯體發黃。對於含鈦量高的坯體，應避免在還原氣氛中燒結，否則部分tio2 _ 2會變成藍色到紫色的ti2o3，還可能形成黑色的2feo ti2o3尖晶石和壹系列鐵鈦混晶，從而加深顏色。(2)還原sio _ 2，分解CO，在壹定溫度下，還原氣氛可將sio _ 2還原為氣態siO，在較低溫度下，會按照2SIO → SiO _ 2+Si分解，從而在制品表面形成Si的黑點。在壹定溫度下，還原氣氛中的co會按照2Co→ CO2+C的順序分解..在400℃時，co2是穩定的，而在1000℃時，只有0.7%體積的co2。800℃以下，co分解速度較快，800℃以上，需要壹定的催化劑。碳雖然也有催化作用，但需要壹定的表面積，遊離氧化鐵的催化作用與表面積無關，所以很可能是壹氧化碳分解的碳在還原氣氛中沈積在坯釉上形成黑點。如果燒結溫度繼續升高，碳封在坯體中氧化成co2就會形成氣泡，這對於吸附性能強的坯體尤為嚴重。3.燒結氣氛對產品缺陷的影響陶瓷產品在燒結過程中會發生壹系列的物理化學反應，如水分的蒸發、鹽類的分解、有機物、碳和硫化物的氧化、晶型的轉變、晶相的形成等。這些物理和化學反應的速度不僅受溫度的影響，還受大氣的影響。如果控制不當，會造成陶瓷制品的各種缺陷。以下是最常見的缺陷。(1)黑心陶瓷制品的黑心是指有機物、硫化物、碳化物等的現象。在坯體燒成過程中由於氧化不充分生成碳粒和鐵還原劑，導致坯體中間呈黑色、灰色和黃色。黑芯缺陷的存在會影響陶瓷制品的強度、吸水率、顏色等性能指標。陶瓷制品黑心缺陷的關鍵是有機物、碳化物和硫化物氧化不充分。在燒成過程的低溫階段，陶瓷制品經歷有機物的分解和以下氧化反應:(Fe S2+O2→FeS+SO2 ↑( 350 ~ 450℃)；(4 FeS+7 O2→2 fe2o 3+4so 2 ↑( 500 ~ 800℃)；(C+O2→CO2 ↑( 600)。在實際生產中，為了消除產品的“黑中心”，需要在600~650℃開始有機物的燃燒，並在300~850℃使有機物、鐵化合物和碳充分氧化，也就是說要在預熱區保證足夠強的氧化氣氛。另外，在燒結的低溫階段，煙氣中的co會分解，反應式如下:(2co→ 2cleft+O2 ↑)這種分解在800℃以上會很明顯，在800℃以下有某種催化劑時也會很明顯(遊離feo是很好的催化劑)。如果窯中的氧化氣氛在低溫階段不足，並且存在還原氣氛，則co將劇烈分解，並且C將由於還原氣氛中的feo而沈澱。在低溫階段，由於坯體孔隙率高，析出的C容易吸附在坯體孔隙表面，形成黑點缺陷。②在燒成過程的低溫階段，氣泡和針孔陶瓷制品除了上述的氧化反應外，還伴隨著碳酸鹽的分解:(MgCO3 → MgO+CO2 = (500 ~ 750℃))，(CaCO3 → Cao+CO2 = (550 ~ 1000℃)這些反應的速度和完全程度都受氣氛的影響。當燒結過程進入高溫階段，坯體中出現液相，反應產生的氣體不能從坯體中自由排出，於是出現針孔、氣泡等缺陷。在低溫階段不可能將坯體中的氣體成分全部氧化分解，因為在氧化氣氛中，碳酸鹽和fe2o3會在高於1300℃的溫度下分解。但在這樣的高溫區域，坯體中已經存在液相，粘度降低，分解的氣泡會沖破液相逸出，造成釉面不平整或殘留在釉層中，形成氣泡缺陷。為了解決這壹問題，在高溫(約1000℃)之前，應控制燒結氣氛為還原氣氛，fe2o3和硫酸鹽還原分解為:(Fe2O3+Co→ 2feo+CO2 =)、(CaSO4+Co→ CaSO4+CO2 =)、(CaSO4 → Cao+SO2 =)。在陶瓷坯體和釉料的原料中，總會或多或少地引入壹些鐵和鈦的化合物。在燒結過程中，不同的燒成氣氛會影響鐵和鈦的價態，不同價態的鐵和鈦會有不同的顏色。當燒成氣氛不穩定時，坯體的顏色會發生相應的變化，從而形成產品的色差。目前市場上流行的釩鈦金屬磚，其坯體鈦含量較高。如在還原性氣氛中，部分tio2 _ 2會轉化為藍色到紫色的ti2o3，產生色差，還可能形成黑色feo ti2o3尖晶石和鐵鈦混晶，從而加深鐵的顏色，形成深淺不壹的磚面。反應式如下:(tio2+co→ti2o3+co2↑)，(FeO+2TiO 2+Co→ FeO Ti2O3+CO2 ↑) 4。燒成氣氛的控制受到窯爐結構和設備配置的限制，如風機風量的大小、風道直徑的大小、排煙口、排熱口和排潮口的設置等。但最重要的是穩定壓力系統，合理操作燃燒器。①穩壓系統的壓力變化會影響氣體的流動狀態，因此窯內壓力系統的波動會引起氣氛的波動。控制大氣需要穩定壓力系統，而穩定壓力系統的關鍵是控制零壓面。在窯的預熱帶中，壓力相對低於窯外環境的壓力。相比之下，窯內氣壓處於負壓狀態，冷風吹入冷卻區對產品進行冷卻，相對高於窯外環境。相比之下，窯內氣壓處於正壓狀態，在正壓和負壓之間有壹個零壓面，燒結帶在預熱帶和冷卻帶之間，所以零壓面的移動會引起燒結帶氣氛的變化。當零壓力表面位於燒制區的前部並且在燒制區和預熱區之間時，燒制區的空氣壓力處於微正壓狀態，並且氣氛是還原氣氛。當零壓力表面位於燒制區的後部時，燒制區處於輕微負壓狀態，氣氛是氧化氣氛。(2)合理操作燃燒器燃燒的燃料是否完全燃燒，會影響窯內氣氛，特別是燒成帶的氣氛。因此，合理操作燃燒器，控制燃料的燃燒程度，是控制窯內氣氛的重要手段。當燃料完全燃燒時，在空氣充足的情況下，燃料中的所有可燃成分都能被完全氧化，燃燒產物中沒有遊離的C、co、h2、ch4等可燃成分，保證了氧化氣氛的實現。當燃料沒有完全燃燒時，燃燒產物中有壹些遊離的C、co、h2、ch4等，使窯內氣氛呈還原性。要使燃油完全燃燒，必須註意以下三點:①保證燃油與空氣充分均勻混合；②保證充足的空氣供應，保持壹定的過剩空氣量；③確保燃燒過程在較高的溫度下進行。
5.實際生產中燒結氣氛的調整很多人都很清楚以上穩定氣氛的理論要點，但在實際操作中，窯內氣氛會因為解決壹些燒結問題而不自覺地發生變化，這壹點往往被忽視。以下是常見問題。①改變過量空氣系數以提高燒結溫度；為了使單窯產量最大化，壹些企業不斷加快燒結速度，縮短燒結周期。運行人員最常用的手段是增加燃料供應量，但燃料供應量增加後，助燃空氣的供應量和助燃風機主閘的調節往往沒有及時調整，導致燃燒氣氛由氧化氣氛變為還原氣氛。②改變氣氛以解決預熱區的缺陷；有些操作人員為了降低預熱帶後段的溫度，減小排煙門的開度，影響窯內壓力平衡和氣體流量，削弱預熱帶的氧化性氣氛。如果控制不好，容易導致前爐燃燒狀態不好，使氣氛波動。(3)為了解決冷卻帶的缺陷，改變冷風量不僅影響整個窯壓力系統的變化，而且改變氣氛。比如增加冷空氣，零壓面很容易移動到預熱區，反之，會改變氣氛。為了穩定壓力，必須相應地調整抽熱閘門的開度，以平衡全窯的進氣和出氣，穩定零壓面。
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