工艺技巧｜窑炉升温的秘密

静jing

工艺技巧｜窑炉升温的秘密

术语定义

BTU：英国热量单位（BTU）是一种传统的热量单位，它是将一磅水的温度提高1华氏度所需的热量。
传导：热量通过固体或静态（静止）的液体进行传递或移动。
对流：通过液体或气体的流动，在液体或气体中传递或移动热量。
热功：热的作用（以温度表示）和时间的结合。测温锥对热功有反应，而高温计则测量温度。
辐射：通过能量波(红外线/热辐射)在空间发射的方式转移热量。
还原气氛：当窑炉（主要是燃烧燃料为动力的窑）中氧气不足，无法完全燃烧所有燃料时存在的气氛条件。与还原性气氛有关的化学反应和着色效果是由于过量一氧化碳的存在造成的。
上升的温度一定会下降
窑的温度停滞不前是指窑炉温度上升速度减慢甚至停止，尽管努力保持温度上升，但温度仍然保持不变，甚至可能略有下降。其根本原因是热传导（热流）物理学的一个基本原理。当一个物体被加热时，它同时通过传导、对流和/或辐射这三个过程中的一个或多个过程不断地失去热量。然而，随着物体温度的不断升高，它失去热量的速度也在增加，即物体越热，失去热量的速度越快。这是因为热量损失的速度与被加热物体和周围环境的温差成正比。因此，当窑炉及其窑内的物品被加热时，它通过壁面的传导和外表面的辐射也会以越来越快的速度损失热量。当窑内输入的热量与流失的热量相对平衡时，就会出现温度停滞问题。


如图一所示，说明了在温度停滞时存在的这种能量平衡状态。在通常情况下，由能源提供的热量输入速度（BTU/小时）是恒定的，不管是来自燃料还是电力，随着热量损失速度的增加（图中底部的向下弯曲线），窑内剩余的热量（如温度所示）增加得更慢，直到流失超过输入，窑内温度停止上升（温度停滞，图中中间曲线所示）。

在燃料窑或电窑的烧成过程中，热平衡在变化。在烧成过程中的任何时候，从燃料输入的总热量减去热量流失等于保留热量（用温度表示）。如果在某一时刻，保留热量停止增加，保持不变或减少，那么观察到的温度也会停止增加（"停滞"）。
在气窑烧制开始时调整喷火嘴，或为柴窑建立一个定期的烧制时间表，以产生稳定的温度上升，然后在烧制的大部分时间内不显著改变加热速度，这是一个相当普遍的做法。在烧成早期，窑内的热量足以抵消相对较小的损失。然而，在烧成后期，损失可能会增加，以至于输入的热量不再足以保持温度的上升。如果能更快地将额外的热量投入到窑内，那么热量损失就会再次被热量增加所抵消，温度就会恢复上升，然而，对于燃料燃烧的窑炉，情况会因几个因素而变得复杂，包括需要在窑内保持还原气氛。
气窑和还原反应
还原气氛的形成涉及燃料的不完全燃烧。窑炉的操作需要在没有充分燃烧燃料（以创造还原气氛）和燃烧足够的燃料以产生热量保持温度上升之间保持微妙的平衡。这就是发生停滞的点。反过来说，如果不需要保持还原气氛，那么防止停滞的原则上只需增加气体和空气流量或改变烧成速度（或燃料的数量和类型），以增加窑内的热量。
由于窑炉的设计是固定的，而且规模有限，因此出现了进一步的复杂性。随着燃料量的增加，可能没有足够的时间在窑内维持燃烧以获得增加燃料的全部好处。窑炉产生的额外热量只有一部分实际用于加热窑炉和器物，其余的热量则从烟囱中流失。
电窑
为什么电窑通常不出现温度停滞现象？在商业生产的电窑中，制造商设计了元件（元件数量、元件的厚度和长度），以能够产生足够的热量（结合特定电源），以克服随着温度升高而增加的热损失，以达到所需温度. 此外，窑没有烧制还原过程（损失热量/燃料），而且窑体高度密封。热量仍然在窑内（及其里面的烧制物件）通过窑壁流动，没有烟道出口或者烟囱。所有元素产生的热量最初都可用于加热窑及其里面的烧制物件。为了提高窑的温度，我们可以简单地说，这种热量（功率）调节通常在整个电窑的烧制过程中比燃料窑更频繁地进行。
当元件不能提供足够的热量来补偿损失时，电窑会发生温度停滞；但是，这通常是由于设备故障造成的，如元件烧坏或元件老化（电阻逐渐增大）或其他元件故障。在这种情况下，窑炉需要更长的时间才能达到所需温度，或者它可能会上升到某个（较低）温度并保持在该温度而不达到目标。解决方案是日常的窑维护和（或）窑维修。
同样，由于设备/设计问题，气窑和柴窑可能会温度停滞，例如，如果喷火嘴或火堂的尺寸不适合窑炉，也就是说，如果它们没有足够的加热能力（Btu/小时）来满足窑的尺寸。
烧任何类型的窑都涉及加热和冷却的竞争过程。为了使窑内的温度稳定地升高，注入窑内的热量必须大于任何时候损失的总热量。在电窑中，有了足够的隔绝材料和适当尺寸的元件，这是相当容易实现的。大量的热量仍在被浪费或流失，但产生的热量要多于损失的热量，这样才能保持稳定的温度升高。对于燃烧燃料的窑炉，需要保持还原气氛，加上可能的燃烧器效率低下导致的不完全燃烧，以及窑内可供完全燃烧的有限时间/距离，造成了在高温下，窑内产生的热量不足以克服损失的情况。窑炉的动力不足。
解决问题
如何克服燃烧燃料的窑的温度停滞问题？要么必须增加燃料和空气供应以更快的速度产生热量，要么必须更有效地燃烧现有燃料（减少还原），以产生更多热量。然而，对于燃烧燃料的窑炉，根据窑炉的设计和尺寸，在增加多少燃料以产生更多热量而不浪费大部分增加热量方面存在实际限制，除非可以对燃料和空气供给进行控制性调整。
内容来源：网络