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摘 要：本文研究了影响辊道窑烧成氧化铝泡沫陶瓷过滤板急冷温度的因素，依次对比了挡火板高度、余热压力大小、产品规格大小和急冷风机等因素与急冷温度的关系，并分析了各自关系的原因。试验结果证明：产品规格一定，在不明显增加烧成能耗的情况下，通过降低挡火板高度、提高余热压力、关闭急冷风机等操作来提高急冷温度，对提高泡沫陶瓷产品机械强度及减少掉渣是有利的。
关键词：急冷温度；泡沫陶瓷；辊道窑；烧结；强度
1 前言
在工业生产中，考虑到成本、质量、工艺等因素，国内多数厂家对氧化铝泡沫陶瓷过滤板（以下简称泡沫陶瓷）烧成温度往往控制在1250 ℃以下，但所生产的产品性能也须满足JC/T895-2001泡沫陶瓷过滤器行业标准：通孔率≥80%、抗折强度≥0.3 MPa、抗压强度≥0.5 MPa。梭式窑在烧结泡沫陶瓷过程中由于烟气排放集中、排放量大、烟气处理困难、处理效果不理想等原因，许多厂家选择放弃该烧成方式。隧道窑高度大、宽度小、温差较大也不适合大规格氧化铝泡沫陶瓷的烧结。而辊道窑具有的宽度大、产品质量稳定、温差小、连续排烟、烟气可作为助燃风引入高温区、节能环保等特点，相比梭式窑和隧道窑，更适合于氧化铝泡沫陶瓷的烧结[1]。
急冷风机设置在辊道窑高温烧成带后面，余热风机前面。主要目的是对陶瓷产品进行高温快速冷却降温，避免产品液相析晶和晶粒长大，从而提高产品机械强度。对辊道窑烧成建筑或日用陶瓷而言，急冷风机通过急冷风管引入风量多少来控制急冷温度，急冷温度高低不同，得到的产品性能也存在差异。有时急冷温度控制不好，非但不能提高产品机械强度，而且会导致陶瓷产品开裂[2]。而对于低温（≤1250 ℃）烧结且通孔率高达80%以上的氧化铝泡沫陶瓷，其急冷温度的控制与普通陶瓷制品存在很大不同。首先，氧化铝泡沫陶瓷强度主要靠配方中磷酸二氢铝在高温下的结合强度，没有晶体液相析晶，不需要快速降温；其次泡沫陶瓷本身储热性能极差，经高温烧成带后泡沫陶瓷产品便开始快速降温；最后，泡沫陶瓷由三维网状结构组成，网筋在快速冷却下容易爆裂或是损伤，从而影响产品强度，掉渣也明显。因此，研究如何利用相关因素来有效提高泡沫陶瓷急冷温度，对提高泡沫陶瓷制品的机械强度及减少掉渣有重要意义。
2 影响急冷温度的因素
通过试验证明，影响泡沫陶瓷急冷温度主要有窑顶挡火板、余热压力、泡沫陶瓷规格及急冷风机等因素。图1为本试验辊道窑各温度带分布，包括预热带、低温烧成带、高温烧成带、急冷带及缓冷带，通过急冷温度T1、缓冷带温度T2和T3、最终冷却带温度T4，可以很好的表现出泡沫陶瓷冷却曲线大致趋势，反应泡沫陶瓷冷却速度。将测试急冷温度热电偶的位置设于急冷风管的正中，能较好的反应急冷温度场的变化情况。
2.1 挡火板对急冷温度的影响
随着辊道窑窑炉技术的不断发展，辊道窑在预热带、烧成带和冷却带通常都设置有挡火板和挡火墙，用来控制各温度带温度的平衡以及减少窑内同水平温差，其中挡火板可调，负责控制窑内上半窑道，挡火墙不可调，负责控制窑内下半窑道[3、4]。挡火板通过伸入窑内深度来调节窑炉温度场、气流场及压力场分布，从而更好的满足陶瓷制品的烧成。冷却带一般设置一道或二道挡火板，本试验用的氧化铝泡沫陶瓷烧成辊道窑，在烧成带高温区与冷却带急冷区和冷却带急冷区与缓冷区交界处各设置了一道“一字式”挡火板。其中烧成带高温区与冷却带急冷区交界处设置挡火板的作用主要是避免高温气体进入冷却带影响高温区烧成效果，同时避免增加能耗；冷却带急冷区与缓冷区交界处设置挡火板的作用主要是控制泡沫陶瓷制品冷却制度的稳定性。
图2为烧成带与急冷带挡火板高度与急冷温度变化的关系。从图中可知，挡火板插入越深，急冷温度越低：1 cm对应570 ℃、3 cm对应559 ℃、5 cm对应548 ℃，1～5 cm深度处降温幅度明显，降温速度5.5 ℃/cm；6～9 cm处则较为平缓，降温速度1.6 ℃/cm。因为挡火板插入深，高温气流进入急冷带少，导致急冷温度相对低。而当挡火板插入5 cm后，挡火板起到的高温气流阻隔作用趋于稳定，使急冷温度下降不明显。
2.2 余热压力对急冷温度的影响
在国内节能减排大形势的号召下，考虑到辊道窑余热的可回收利用性，试验利用辊道窑余热进行泡沫陶瓷坯体干燥和喷浆后坯体干燥，起到了很好的节约成本、减少排放的效果[5]。图3为设定其它条件不变情况下，余热压力和急冷温度关系曲线图。由图3可知，随着余热压力升高，急冷温度升高，并且其存在较好的线性关系：250 Pa、300 Pa、350 Pa、400 Pa、450 Pa，对应的急冷温度分别为 564 ℃、583 ℃、601 ℃、615 ℃、633 ℃（余热压力每升高50 Pa，急冷温度平均升高约15 ℃）。因为余热压力加大，高温区热风量吸入到冷却带多，导致急冷温度升高。反之亦然。试验还发现，余热压力调节后，急冷温度需要延后约1 h后趋于稳定。在辊道窑动力柜余热压力表上的负号，只是表示压力方向，不代表数值。
2.3 泡沫陶瓷规格大小对急冷温度的影响
通过试验数据的分析发现，在其它影响因素不变的情况下，其产品规格大小对急冷温度高低有较大影响。图4为挡火板高度相同、余热大小相同、急冷风机关闭状态下不同规格对应急冷温度绘制的曲线图。从图4可知，对20英寸（508 mm×508 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度约为600 ℃，对17英寸（432 mm×432 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度立即降为约580 ℃，对12英寸（305 mm×305 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度又降为约565 ℃。其原因主要是由于泡沫陶瓷高达80%以上的通孔率所致，因为其通孔率高，对热的储存性能差，散热快，经过高温烧成区后进入冷却带，泡沫陶瓷开始迅速散热，规格大（体积大）的产品散热多，相应急冷温度高，规格小（体积小）的产品散热少，相应急冷温度低。 2.4 急冷风机对急冷温度的影响
在辊道窑烧成建筑或日用陶瓷制品的工艺中，我们经常利用急冷风机引入冷风对陶瓷制品进行快速降温，以便获得好的产品晶相组成以及合适的出窑温度。而对于无高温液相烧结且通孔率高的泡沫陶瓷制品，不需要急冷风机便可达到理想的晶相组成及出窑温度。使用急冷风机，反而对产品强度、掉渣有一定影响。
图5和图6分别为自然冷却和急冷风机开启下的泡沫陶瓷产品冷却曲线图，试验烧成温度T0=1180 ℃，图中四个点分别为图1上所标的T1、T2、T3和T4。表1为图5和图6数据计算所得冷却速度对比表。由表1可知，采用风机冷却方式，前急冷段的冷却速度比自然冷却方式快，而在后急冷段、缓冷段与最终冷却段，冷却速度与自然冷却接近。分析其原因：由于急冷风机带入一定量冷风，温度T1降低较快，故其前急冷段冷却速度较快；后急冷段、缓冷段和最终冷却段由于没有急冷风的影响，虽然各温度起始点不同，但冷却速度接近。同时，由于泡沫陶瓷自身储热性能差散热快，自然冷却周期大约4 h。由于T3、T4温度接近，且已较接近室温，我们可以将图1所示最终冷却带省去，可缩短烧成周期提高产量、减少单位能耗。试验证明急冷温度高，急冷段冷却速度慢，产品的强度提高、掉渣减少。
3 结论
影响泡沫陶瓷急冷温度主要有窑顶挡火板高低、余热风压力大小、泡沫陶瓷规格大小及急冷风机风量大小等因素。但泡沫陶瓷产品规格一般由生产订单决定，不能作为控制急冷温度的可调因素，而应作为挡火板、余热压力、急冷风机等因素不变时，急冷温度会出现变化的考虑。另外，高温区热气进入急冷段是急冷温度升高的主要原因，这样高温区燃烧的能耗会相应加大。为此，泡沫陶瓷产品规格一定，高温区能耗增加不明显的情况下，通过降低挡火板插入窑内高度、加大余热压力、关闭急冷风机，可获得较高的急冷温度和较平缓的冷却曲线，对提高泡沫陶瓷产品机械强度以及减少产品掉渣有重要的作用。
参考文献
[1] 王霞.辊道窑烧结氧化铝泡沫陶瓷过滤板热工工艺的研究[J].
佛山陶瓷，2013，09： 15～18.
[2] 潘雄.关于如何控制空窑时的急冷温度[J].佛山陶瓷，2007，17（11）.
[3] 谢晓辉.浅谈挡火板在辊道窑中设置的作用[J].科技向导，
2011，03.
[4] 张明，李汝湘.挡火板在辊道窑中设置的作用研究[J].中国陶瓷
工业，2001.
[5] 范新晖.陶瓷辊道窑余热综合利用技术[J].陶瓷，2014（09）：28～30.
关键词：急冷温度；泡沫陶瓷；辊道窑；烧结；强度
1 前言
在工业生产中，考虑到成本、质量、工艺等因素，国内多数厂家对氧化铝泡沫陶瓷过滤板（以下简称泡沫陶瓷）烧成温度往往控制在1250 ℃以下，但所生产的产品性能也须满足JC/T895-2001泡沫陶瓷过滤器行业标准：通孔率≥80%、抗折强度≥0.3 MPa、抗压强度≥0.5 MPa。梭式窑在烧结泡沫陶瓷过程中由于烟气排放集中、排放量大、烟气处理困难、处理效果不理想等原因，许多厂家选择放弃该烧成方式。隧道窑高度大、宽度小、温差较大也不适合大规格氧化铝泡沫陶瓷的烧结。而辊道窑具有的宽度大、产品质量稳定、温差小、连续排烟、烟气可作为助燃风引入高温区、节能环保等特点，相比梭式窑和隧道窑，更适合于氧化铝泡沫陶瓷的烧结[1]。
急冷风机设置在辊道窑高温烧成带后面，余热风机前面。主要目的是对陶瓷产品进行高温快速冷却降温，避免产品液相析晶和晶粒长大，从而提高产品机械强度。对辊道窑烧成建筑或日用陶瓷而言，急冷风机通过急冷风管引入风量多少来控制急冷温度，急冷温度高低不同，得到的产品性能也存在差异。有时急冷温度控制不好，非但不能提高产品机械强度，而且会导致陶瓷产品开裂[2]。而对于低温（≤1250 ℃）烧结且通孔率高达80%以上的氧化铝泡沫陶瓷，其急冷温度的控制与普通陶瓷制品存在很大不同。首先，氧化铝泡沫陶瓷强度主要靠配方中磷酸二氢铝在高温下的结合强度，没有晶体液相析晶，不需要快速降温；其次泡沫陶瓷本身储热性能极差，经高温烧成带后泡沫陶瓷产品便开始快速降温；最后，泡沫陶瓷由三维网状结构组成，网筋在快速冷却下容易爆裂或是损伤，从而影响产品强度，掉渣也明显。因此，研究如何利用相关因素来有效提高泡沫陶瓷急冷温度，对提高泡沫陶瓷制品的机械强度及减少掉渣有重要意义。
2 影响急冷温度的因素
通过试验证明，影响泡沫陶瓷急冷温度主要有窑顶挡火板、余热压力、泡沫陶瓷规格及急冷风机等因素。图1为本试验辊道窑各温度带分布，包括预热带、低温烧成带、高温烧成带、急冷带及缓冷带，通过急冷温度T1、缓冷带温度T2和T3、最终冷却带温度T4，可以很好的表现出泡沫陶瓷冷却曲线大致趋势，反应泡沫陶瓷冷却速度。将测试急冷温度热电偶的位置设于急冷风管的正中，能较好的反应急冷温度场的变化情况。
2.1 挡火板对急冷温度的影响
随着辊道窑窑炉技术的不断发展，辊道窑在预热带、烧成带和冷却带通常都设置有挡火板和挡火墙，用来控制各温度带温度的平衡以及减少窑内同水平温差，其中挡火板可调，负责控制窑内上半窑道，挡火墙不可调，负责控制窑内下半窑道[3、4]。挡火板通过伸入窑内深度来调节窑炉温度场、气流场及压力场分布，从而更好的满足陶瓷制品的烧成。冷却带一般设置一道或二道挡火板，本试验用的氧化铝泡沫陶瓷烧成辊道窑，在烧成带高温区与冷却带急冷区和冷却带急冷区与缓冷区交界处各设置了一道“一字式”挡火板。其中烧成带高温区与冷却带急冷区交界处设置挡火板的作用主要是避免高温气体进入冷却带影响高温区烧成效果，同时避免增加能耗；冷却带急冷区与缓冷区交界处设置挡火板的作用主要是控制泡沫陶瓷制品冷却制度的稳定性。
图2为烧成带与急冷带挡火板高度与急冷温度变化的关系。从图中可知，挡火板插入越深，急冷温度越低：1 cm对应570 ℃、3 cm对应559 ℃、5 cm对应548 ℃，1～5 cm深度处降温幅度明显，降温速度5.5 ℃/cm；6～9 cm处则较为平缓，降温速度1.6 ℃/cm。因为挡火板插入深，高温气流进入急冷带少，导致急冷温度相对低。而当挡火板插入5 cm后，挡火板起到的高温气流阻隔作用趋于稳定，使急冷温度下降不明显。
2.2 余热压力对急冷温度的影响
在国内节能减排大形势的号召下，考虑到辊道窑余热的可回收利用性，试验利用辊道窑余热进行泡沫陶瓷坯体干燥和喷浆后坯体干燥，起到了很好的节约成本、减少排放的效果[5]。图3为设定其它条件不变情况下，余热压力和急冷温度关系曲线图。由图3可知，随着余热压力升高，急冷温度升高，并且其存在较好的线性关系：250 Pa、300 Pa、350 Pa、400 Pa、450 Pa，对应的急冷温度分别为 564 ℃、583 ℃、601 ℃、615 ℃、633 ℃（余热压力每升高50 Pa，急冷温度平均升高约15 ℃）。因为余热压力加大，高温区热风量吸入到冷却带多，导致急冷温度升高。反之亦然。试验还发现，余热压力调节后，急冷温度需要延后约1 h后趋于稳定。在辊道窑动力柜余热压力表上的负号，只是表示压力方向，不代表数值。
2.3 泡沫陶瓷规格大小对急冷温度的影响
通过试验数据的分析发现，在其它影响因素不变的情况下，其产品规格大小对急冷温度高低有较大影响。图4为挡火板高度相同、余热大小相同、急冷风机关闭状态下不同规格对应急冷温度绘制的曲线图。从图4可知，对20英寸（508 mm×508 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度约为600 ℃，对17英寸（432 mm×432 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度立即降为约580 ℃，对12英寸（305 mm×305 mm×50 mm）的泡沫陶瓷走到急冷区时，其急冷温度又降为约565 ℃。其原因主要是由于泡沫陶瓷高达80%以上的通孔率所致，因为其通孔率高，对热的储存性能差，散热快，经过高温烧成区后进入冷却带，泡沫陶瓷开始迅速散热，规格大（体积大）的产品散热多，相应急冷温度高，规格小（体积小）的产品散热少，相应急冷温度低。 2.4 急冷风机对急冷温度的影响
在辊道窑烧成建筑或日用陶瓷制品的工艺中，我们经常利用急冷风机引入冷风对陶瓷制品进行快速降温，以便获得好的产品晶相组成以及合适的出窑温度。而对于无高温液相烧结且通孔率高的泡沫陶瓷制品，不需要急冷风机便可达到理想的晶相组成及出窑温度。使用急冷风机，反而对产品强度、掉渣有一定影响。
图5和图6分别为自然冷却和急冷风机开启下的泡沫陶瓷产品冷却曲线图，试验烧成温度T0=1180 ℃，图中四个点分别为图1上所标的T1、T2、T3和T4。表1为图5和图6数据计算所得冷却速度对比表。由表1可知，采用风机冷却方式，前急冷段的冷却速度比自然冷却方式快，而在后急冷段、缓冷段与最终冷却段，冷却速度与自然冷却接近。分析其原因：由于急冷风机带入一定量冷风，温度T1降低较快，故其前急冷段冷却速度较快；后急冷段、缓冷段和最终冷却段由于没有急冷风的影响，虽然各温度起始点不同，但冷却速度接近。同时，由于泡沫陶瓷自身储热性能差散热快，自然冷却周期大约4 h。由于T3、T4温度接近，且已较接近室温，我们可以将图1所示最终冷却带省去，可缩短烧成周期提高产量、减少单位能耗。试验证明急冷温度高，急冷段冷却速度慢，产品的强度提高、掉渣减少。
3 结论
影响泡沫陶瓷急冷温度主要有窑顶挡火板高低、余热风压力大小、泡沫陶瓷规格大小及急冷风机风量大小等因素。但泡沫陶瓷产品规格一般由生产订单决定，不能作为控制急冷温度的可调因素，而应作为挡火板、余热压力、急冷风机等因素不变时，急冷温度会出现变化的考虑。另外，高温区热气进入急冷段是急冷温度升高的主要原因，这样高温区燃烧的能耗会相应加大。为此，泡沫陶瓷产品规格一定，高温区能耗增加不明显的情况下，通过降低挡火板插入窑内高度、加大余热压力、关闭急冷风机，可获得较高的急冷温度和较平缓的冷却曲线，对提高泡沫陶瓷产品机械强度以及减少产品掉渣有重要的作用。
参考文献
[1] 王霞.辊道窑烧结氧化铝泡沫陶瓷过滤板热工工艺的研究[J].
佛山陶瓷，2013，09： 15～18.
[2] 潘雄.关于如何控制空窑时的急冷温度[J].佛山陶瓷，2007，17（11）.
[3] 谢晓辉.浅谈挡火板在辊道窑中设置的作用[J].科技向导，
2011，03.
[4] 张明，李汝湘.挡火板在辊道窑中设置的作用研究[J].中国陶瓷
工业，2001.
[5] 范新晖.陶瓷辊道窑余热综合利用技术[J].陶瓷，2014（09）：28～30.