陶瓷窑炉设计
2007-04-19 18:13 在设计窑炉时，一般需要考虑两个问题：一是窑体本身的材质和结构等方面的问题；二是向被烧产品的传热问题。不言而喻，不管窑体建造得如何坚固，只要烧出的产品不好也是没有用的。因此，设计窑炉时不重视对被烧制品的传热问题是一个重大失误，因为向被烧制品传热是建窑的唯一目的。 窑的用途是烧制一件件个别制品，但几乎所有人对窑的这一用途缺乏正确的理解。许多窑炉建造者认为窑的用途是为烧制大量制品提供一个受热的容器。许多窑炉使用者也持有这种观点。 窑内的每一件制品必须受到同样的热处理。如果制品在造型、规格以及重量方面越接近，那么制品的平均质量就会越高。哪一件制品受热越均匀，哪一件制品在烧成质量就越高。整个窑炉的温度越均匀，窑内所有制品的烧成质量也越高。那些在设计中适当考虑了加热方式的窑炉，总是比未考虑传热原则的窑炉更好用。 尽管谁也不愿意在窑炉设备上多耗资，但高质量产品所获取的利润足以弥补较高的设备投资。事实上，与那些廉价设备生产的制品相比，好设备在每件制品上所消耗的设备成本更低。 表1是现代化窑炉与传统窑炉的比较。数据表明，新型窑炉的生产能力提高了50%。甚至在采用与传统窑炉相同烧成周期的情况下使用，新型窑炉的使用费用也仍然较低。若按照新型窑炉的生产效率使用时，不仅其单位重量制品的烧成成本降低了20%，而且所产量也提高了50%。 表1 传统窑炉与新型窑炉的比较 烧成周期（小时） 循环次数（月） 装烧容量（磅/窑） 月产量（磅/月） 传统 12 60 2410 144600 新型 12 60 2410 144600 新型 8 90 2410 216900 窑炉造价（美元） 月成本（美元） 单位成本（美元/磅） 每窑燃烧成本（美元） 单位制品燃烧成本（美元/磅） 维修成本（美元/月） 单位制品维修成本（美元/磅） 单位总成本（美元/磅） 150000 1780 0.0123 110.00 0.0456 100.00 0.04729 0.1052 175000 2077 0.01436 81.20 0.0337 100.00 0.04729 0.09536 175000 2077 0.00958 79.50 0.0330 100.00 0.04276 0.08534 表2是具有较小尺寸但却有相同年产量的新型窑炉与传统窑炉的比较。表2说明：新型窑炉不但造价较低，而且单位重量制品的烧成成本也比传统窑炉降低16%。 表2 传统窑炉与产量相同但容量更小的新型窑炉的比较 烧成周期（小时） 循环次数 装烧容量（磅/窑） 月产量（磅/月） 窑的建造费（美元） 月成本（美元） 单位成本（美元/磅） 每窑燃烧成本（美元） 单位制品燃烧成本（美元/磅） 传统 12 60 2410 144600 150000 1780 0.0123 110.00 0.0456 新型 8 90 1605 144600 150000 1662 0.0115 47.65 0.0297 月维修成本（美元/月） 单位制品维修成本（美元/磅） 单位总成本（美元/磅） 100.006 0.04729 0.1052 100.00 0.04729 0.08848 评价一座窑炉时有两个问题必须考虑：一是每件装在窑内不同位置上的制品被加热的效果；二是要按烧成每件制品的成本而不只是按窑的造价来估算烧成成本。决定一座窑炉烧成能力的要素是其设计，而设计又分为两个方面：即窑体结构设计和加热过程设计。 窑体结构设计需要详细筹划以保证其耐用性和热效率。好的窑体结构设计要考虑以下方面：钢构件的结构和重量设计、耐火材料设计（材质的选择和在窑中的组合方式）、燃烧装置的类型、可控性和灵活性设计，以及控制系统的设备选择。 要设计好加热过程其影响因素更为复杂，必须考虑以下几个方面：确定烧嘴的布局、所用烧嘴的类型、排气系统的类型及其排气方式、热能的流动方式、装烧方式和其他许多方面。 许多成功的窑炉建造是以那长期以来已被人们所熟知的原则为依据的。窑的大部分可以预期的结果可通过计算得知。尽管这些计算方法人们早已掌握，但计算起来却十分困难而且费时。自从多功能微型计算机被广泛应用后，有关窑炉设备的各种计算才在要求廉价的陶瓷行业中变得适用了。 在过去的30多年里，窑炉的设计已做了很多重要的改进，但这些改进绝大多数没有在具体的传热方面取得效益。试验性结果和误差成了窑炉发展史的显著特征。通过回顾以往成功和失败的窑炉，现在可以对应该发生和确已发生的事实进行计算了。这是检验传统的窑炉传热理论仍然有效的一种手段。 陶瓷工业最大的问题之一是陶瓷材料的复杂性。很少有人在检验窑炉设计计算所需要的异常复杂的数学方法方面训练有素。因此，低劣设计的蔓延便成了必然结
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