现有电热罩式窑大都采用大直径的等径硅碳棒作为发热棒,这种硅碳棒电阻小,使用寿命长,而且炉温均匀。电热罩式窑有方形和长方形的。前者因受硅碳棒长度的限制,故容积通常都小于1m3,但窑温均匀,特别是从四面鼓风时有利于窑内制品均匀冷却,适宜于烧制温度需要急升急降的陶瓷制品。长方形的罩式窑可按其长度方向分成多组,容积可以做得稍大一些,一般多用于特种陶瓷(如电子陶瓷)的预烧和烧成。 由于电热罩式窑窑车尺寸大小,质量轻,结构牢固,而窑罩的尺寸大,质量大,结构复杂,特别是脆性的硅碳棒和超轻质耐火衬里易破损,因而,它们大都设计成窑罩固定,窑车上下运动的构型,理应称为升降式窑,但多年来都称之为罩式窑,已成习惯,不宜更改了。
a. CK-1-5型电热罩式窑
该罩式窑的结构见图1,是80年代初期从日本引进,对其结构特点分析如下。
(1)窑体
窑体属于全耐火纤维结构,上各种硅酸铝纤维毯、板和各类氧化铝纤维板构成。侧墙是混合纤维大板块,按温度降低方向各层纤维板使用温度也逐渐降低,这既符合耐火隔热保温要求,又利于降低成本。为了增加混合纤维板的抗弯强度,窑顶内层纤维板采取侧放。窑墙各层纤维毡板除用高温胶粘贴,还用陶瓷钉加固。侧墙底层砖采用超轻质耐火砖,窑体轻,散热、蓄热少,有利于快速升温、降温,为了大幅度地降低能耗提供了极为有利的条件。
(2)窑车
窑车采用液压升降、既缓慢又平稳。窑车衬砖轻采用轻质砖三层互相镶嵌,形成牢固的整体。上层砖砌成5个砖垛,砖垛与砖垛之间留有一定的空间,每组下部都有两根硅碳棒通过,这有利于提高窑下部温度,促使窑室内温度分布均匀,同时,砖垛上面平铺碳化硅垫板,因其导热系数大,有利于提高底钵温度,也是促使窑内温度分布均匀的重要措施。
窑车上升靠行程开关定位,窑车砌体台阶砖与窑体下层台阶砖能较好地靠拢,起到密封作用。如果对密封要求严,可在接合处粘贴纤维毯或采取沙封。
(3)发热体
采用16/250/600/250等直径硅碳棒,共分六组,每组8根。不等距离分布,下面密,上面稀。下部硅碳棒发出较多的热量,用以抵消热气流向上流动减少的热量。把两根硅碳棒安装在底钵平面以下,以提高窑下部底钵的温度,促进窑室内温度分布均匀,提高产品合格率。
(4)热电偶测温
全窑6根热电偶,分别安装在每组8根硅碳棒的第4根与第5根之间,从窑中部偏下,此处温度代表了中间水平面的温度。每组独立控温,这有利于调整各组温度。热电偶伸进窑内250mm,此处温度最敏感,能及时调整温度。
(5)进气管与排气管
进气管与排气管都采用刚玉瓷管。进风管5个,分布在窑的左侧,两组硅碳棒之间,距离窑顶较近的位置。虽然进风管一侧安置,但刚玉瓷管开了许多小孔,故在窑内进风是均匀的。排气管4个,分布在窑的右侧,正对各组硅碳棒的下方。虽然排气管也安置在窑的一侧,但刚玉瓷管同样开了很多小孔,从窑内吸气也民均匀的。烧普通产品,鼓风机一般不开,只是在排胶时,才开鼓风机,增大窑内正压,使气体从窑内排出。排气管连接右侧支管,再汇总到顶总管,总管中央有一烟囱通外界。
(6)窑壳支架
罩式窑外壳是型钢支架,外围是钢板。所有零件都经机加工,尺寸误差在±1mm,所有焊点都经砂轮打麿,做工精细,漆银粉漆。四周最外层是挂板,由四大块经抛光的不锈钢板组成,反射辐射热,降低环境温度,改善人工操作条件。
(7)计算机控温
计算机控温系统由数字程序设定器、数字指示调节器、记录报警器、可控硅调节器、交流器、SCR可调变压器和控温盘等组成。微机显示分辨能力为0.1℃,输出精度为±1%。计算机控温运行多年,性能稳定、可靠。
b. A-EV-H-TK型罩式窑
1990年,从日本引进了A-EV-H-TK方形罩式窑,用于PTC陶瓷的烧成,该窑有以下特点:
(1)四面鼓风
A-EV-H-TK型罩式窑采用四面鼓风(见图2)每个侧面安排进风口3个,分三层,四面共有鼓风口12个气流在窑内环流向下,经窑车中央排气孔排出。这种鼓风装置由计算机控制,它能使气体在窑内形成环流,促使窑内温度分布均匀,同时,又能满足PTC陶瓷低温排胶和高温时急剧降温的工艺要求。
(2)硅碳棒呈曰字形分布
罩式窑采用规格为20/300/700/300的等直径硅碳棒30根(见图3),呈曰字形分布,料垛四周分布24根,分六层,每两层为1组,共分上、中、下3组,每组由1支热电偶测控温度,3支热电偶装在同一侧墙的上、中、下位置上,中间分布6根硅碳棒,每2层为1组,共分上、中、下3组。在窑顶装有1根垂直插到窑中间的瓷套管,其间按3组距离的不同装有3支热电偶,以测控窑中心上、中、下3组的温度。全窑6个测控点,由计算机进行控制。这样安排的6个测控点,有利于窑室内温度分布均匀,能使温度均匀度控制在±5℃以内。
(3)采用低蓄热窑车和棚板支架窑具
罩式窑窑车内衬采用高温纤维,两级密封。第一级是台阶式纤维预制块,第二级是橡皮圈压封,见图4。这样两级密封能提高密封效果。支柱采用高强度电熔莫来石,棚板是重结晶碳化硅,导热效果好,在棚板上再放棚架,产品放置棚架上。棚板以下形成180mm高的空间,有利于提高底部温度,又加上窑车车衬采用耐火纤维,从而降低蓄热能力。
以上三个特点,都是为了同一个目的,即尽量缩小窑内温差,提高产品烧成合格率。这种窑代表了90年代世界先进水平,最适宜PTC陶瓷的烧成,产品合格率达90%以上,节能很明显。
c. BTK-05型罩式窑
国内在引进、消化吸收的基础上,研制和开发了BTK-05型罩式窑,见图5,该窑采用计算机控制,高温耐火纤维烧成曲线重复性好,窑车液压升降平稳,窑温稳定度高,产品一致性好,操作简便,劳动强度低,采用全纤维窑衬,节能达30%以上,适宜于电子陶瓷预烧和烧成。其主要技术指标:
窑炉外形尺寸:2222mm×1362mm×2386mm
窑室尺寸:1700mm×600mm×440mm
最高工作温度:1400℃
计算机控温精度:0.2%满量程
窑温稳定度:<±2℃
窑温均匀度:<±10℃
发热元件:18/250/600/250等直径硅碳棒48根,6点控温
窑车:两辆,上升速度35mm/s,下降速度为53mm/s
电源:交流,电压380V,频率50Hz
额定功率:60kW,使用功率约40kW
装载量:约100kg
窑炉重:窑体重约2t,两辆窑车约重1.4t,控制系统约1.5t
窑壁温升:不大于45℃
d小型罩式窑
国营798厂研制了一种小型罩式窑,容积约0.1m3,机械稓降,计算机控温。全窑采用18根等直径硅碳棒,可呈田字形、井字形或曰字形排列。这种窑窑底可装几个钵柱,由发热体分割开,均匀加热,窑内温差小,可烧温度均匀度要求很高的电子陶瓷。
罩式窑是新型间歇窑,它灵活机动,能及时调整烧成曲线,适应多品种的生产,特别是它能避让高峰负荷,晚上烧窑,白天冷却,做到合理用电,其社会效益是不言而喻的。