一种具有降温控制结构的陶瓷窑炉的制作方法

本实用新型涉及一种具有降温控制结构的陶瓷窑炉，属于陶瓷烧制技术领域。

背景技术：

目前人们已经认识到工艺陶瓷烧成过程中对烧成品质有较大影响的过程便是窑炉升温过程中的温度与窑炉气氛的相互匹配关系。经过长期的实践积累，人们对于陶瓷烧成升温过程中如何控制窑内温度和气氛也掌握了丰富经验，但是对于降温过程的研究并没有升温过程那么深入。传统观念中，降温过程中温度和气氛并不影响瓷器品质，但实际上随着现代工艺水平的发展，研究人员逐渐意识到降温中气氛和温场的均匀性也是直接影响釉面发色的因素。这一研究结果也证明了即便现代化窑炉在进行敏感釉面烧成的时候，成品率不足50％，而良品率更是小于20％。

目前关闭加热系统后炉膛内自然降温的过程由于保温材料的存在会非常缓慢，为了提高产率，业内普遍采用的降温手段，即在升温工艺结束后将窑门打开一定距离，使冷空气进入窑内进而达到快速降低窑温的目的。通过打开窑门的方法确实可以快速降低窑内温度，但是初始有效的影响范围也仅限于炉门开口附近，且降温的速率是不受操作人员控制的。降温过程中同时会使大量新风空气进入窑内，而剧烈改变炉门区域内的气氛组成，导致整体窑内气氛失控且毫无均匀性可言。从目前常规窑炉出炉可见，炉门侧的瓷器很少有成品出现，且其它部分的瓷器釉面呈现出阴阳面的特点，即釉面两侧在降温过程中所处组分偏差极大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种具有降温控制结构的陶瓷窑炉，针对陶瓷烧成工艺中降温时温度和气氛不可控，不均匀的问题，对已有的陶瓷窑炉的结构进行改进，通过控制热辐射和气体对流，从而保证炉内温度可以满足预设的降温工艺，在提高陶瓷烧制效率的前提下，有效增加降温过程中的温场均匀性。

本实用新型提出的具有降温控制结构的陶瓷窑炉，包括炉膛、窑炉外壁、可升降顶盖、加热器、集烟排气罩、受控进气管道、均热棚板和开孔通气棚板；所述的加热器布置在炉膛的四壁，所述的开孔通气棚板纵向排列在炉膛中，待烧成坯体置于开孔通气棚板上；所述的均热棚板位于最上层待烧成坯体的上方；所述的炉膛的下部设有受控进气管道，炉膛的上部设有可升降顶盖，顶盖的上方设有集烟排气罩。

上述具有降温控制结构的陶瓷窑炉中，所述的可升降顶盖为楔形顶盖，楔形顶盖盖在炉膛的上部，也可以为台阶形顶盖。

本实用新型提出的具有降温控制结构的陶瓷窑炉，其优点是：

1、本实用新型的具有降温控制结构的陶瓷窑炉，通过四周顶部一圈均匀辐射，以及进一步安装的均热棚板的设计，解决了已有技术存在的炉门开启降温过程中，仅炉门开口一侧达到降温的条件，而炉内其它区域由于辐射角太小，换热效率低导致炉膛内部温场极不均匀的问题。

2、本实用新型陶瓷窑炉的顶部升降装置，可以通过程序控制升降高度，从而决定开口大小，通过开口的大小就能有效控制热辐射强度及气体对流的强度。解决了降温时炉门开启过程中完全依靠窑工经验的现状。

3、本实用新型的陶瓷窑炉，底部受控进气可以保持稳定的自然对流状态及自然对流过程中换热量。同时散热在炉膛上方，能使炉膛内部产生上冷下热的温度场，当温差增加时，对流中自然对流部分无须控制也会随之增加，从而减少温差，该设计整个温场具有很强的自动调节能力，提高整个系统的稳定性。两者共同作用促使炉内温度场趋于均匀。

4、本实用新型的陶瓷窑炉，可以通过均热棚板和开孔通气棚板的相互组合来实现分层次降温过程，实现同一炉内烧制不同性质釉料的功能。

5、本实用新型的陶瓷窑炉，通过顶部集烟排气罩的设计，可以确保窑工操作过程中不会受到炉门开合过程中高温气体的伤害，极大增加安全性。

因此本实用新型提出的具有降温控制结构的陶瓷窑炉，是对现有窑炉结构的一次改进，具有很强的实用性和极其广阔的应用前景，能够有效提高陶瓷生产效率及成品率，为陶瓷烧成工艺增加一个新的控制手段。

附图说明

图1为本实用新型提出的具有降温控制结构的陶瓷窑炉的结构示意图。

图2为图1所示的具有降温控制结构的陶瓷窑炉中楔形顶盖开合示意图，图2中，(a)为楔形顶盖处于闭合状态，(b)为楔形顶盖处于开启状态。

图3为图1所示的具有降温控制结构的陶瓷窑炉中台阶形顶盖开合示意图，图3中，(c)为台阶形顶盖处于闭合状态，(d)为台阶形顶盖处于开启状态。

图1-图3中，1是陶瓷烧制区的炉膛，2是窑炉外壁，3是楔形可升降顶盖，4是加热器，5是集烟排气罩，6是受控进气管道，7是均热棚板，8是开孔通气棚板，9是台阶形可升降顶盖。

具体实施方式

本实用新型提出的具有降温控制结构的陶瓷窑炉，其结构如图1所示，包括炉膛1、窑炉外壁2、可升降顶盖3、加热器4、集烟排气罩5、受控进气管道6、均热棚板7和开孔通气棚板8上。加热器4布置在炉膛1的四壁，开孔通气棚板8纵向排列在炉膛1中，待烧成坯体置于开孔通气棚板8上。均热棚板7位于最上层待烧成坯体的上方。炉膛1的下部设有受控进气管道6，炉膛1的上部设有可升降顶盖3，可升降顶盖3的上方设有集烟排气罩5。

上述具有降温控制结构的陶瓷窑炉中，可升降顶盖3可以为楔形顶盖，如图2中所示，楔形顶盖盖在炉膛的上部，其中，图2(a)为楔形顶盖处于闭合状态，图2(b)为楔形顶盖处于开启状态。可升降顶盖也可以为台阶形顶盖，如图3所示，其中图3(c)为台阶形顶盖处于闭合状态，图3(d)为台阶形顶盖处于开启状态。

以下结合附图，对本实用新型的结构作进一步说明，需要指出的是本实用新型的结构不仅限于所示电窑，同样可用于传统的柴窑及气窑。其升降顶盖可以由多种搭接形式构成，来应对不同降温条件。一般来说，楔形顶盖可以满足更快的散热，而台阶型顶盖可以更加精准的保持辐射热通量的一致性。

窑炉正常烧制完成后，保持升降顶盖3位于关闭的状态，此时加热器4继续工作，逐步降低炉膛内温度。当加热器4完全关闭后，缓慢抬升顶盖，如附图2或附图3所示。升降顶盖3和窑炉外壁2之间形成热流通道，形成热辐射。同时打开底部进气6，以及顶部集烟排气罩5，形成自下而上的强迫对流。使得炉内温度保持所需的降温速率。

随着炉温降低，升降顶盖3还将进一步提升，进气端6的进气量也相应增加，继续维持所需的降温速率。

通过热辐射，强迫对流，自然对流的共同作用，不但可以使炉温按所需工艺受控下降，同时也可以保持良好的温场均匀性和气氛均匀性。

在开启升降顶盖3的过程中，也可以保持加热器4处于开启状态，来弥补散热量受外环境影响的干扰条件。

通过均热棚板7和开孔通气棚板8的组合使用来控制所需的温场及气氛均匀性。一般来说，均热棚板7位于最上层，使得对外辐射面温度一致；开孔通气棚板8位于其它层，保证内部自然对流的通路。

本实用新型的窑炉设计为顶盖升降开合方式，当顶盖完全高于炉顶后，可以旋开进行装料和出料的工作。并且顶盖升降系统通过电机丝杠的组合或其它方式来进行升降高度的控制。炉膛底部设计有进气装置(例如自吸阀门，风机，气源等)，并且该进气装置受控，能够按要求调节进气量大小。窑炉上方设计有外置的集烟排气罩，可以将高温气体导入排气管路。

正常烧制时，升降顶盖处于闭合状态，按正常烧制工艺进行。当陶瓷窑炉进入降温工艺时，首先通过控制加热器功率的方式维持降温速度，直至加热器逐步关闭。由于上文所述，窑炉继续自然降温速度会逐渐减慢。此时通过驱动装置逐步抬高顶盖，使顶盖和窑炉顶层之间产生一定的间隙。由于炉内温度较高，会通过该间隙对外产生热辐射。于此同时，底部的进气也会打开，增加炉内对流换热能力。随着炉膛温度不断下降，辐射强度和自然对流强度都会下降，尤其是辐射强度是和温度的四次方成正比，所以需要更多的换热通道来维持降温速率。通过不断提高炉顶盖位置来形成更大的辐射换热面积，并且逐步增加进气流量，提高对流换热强度。此两者相互作用便能有效地按工艺降低炉膛温度。

在进一步的设计中，炉内碳化硅棚板设置也能影响到炉膛温场的均匀性。碳化硅棚板分为均热板和开孔通气板，均热板利用碳化硅的高热导率使整个辐射面保持温度一致，而开孔通气棚板则可使炉内气氛充分对流，增加内腔之间的温度均匀性。

当开启炉顶盖的过程中，集烟排气罩排风也会开启。特别是高温阶段，出气温度较高，排风能够大量吸入附近环境的低温空气进行混合，保证流道内部温度安全，同时也保证操作窑工等人员的安全。