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摘 要：45mm×45mm小规格陶瓷马赛克产品由于尺寸小，需要铺在垫板上烧成，而要把垫板加热到烧成温度，需消耗大量的能源。为节能减排，取消垫板承载，本文研究直接在辊棒上传送烧成小规格马赛克。采用小辊棒、密排布的砖坯传送机构，调整前后段砖坯运行间距，使砖坯运行平稳；收窄窑炉内宽、合理布局各窑段内高，改善传热均匀性；调整烧成带和冷却带的温度分布及均匀性，实现了小规格陶瓷马赛克免垫板烧成。同时，充分利用窑头烟气和窑尾余热进行生坯干燥；产品出窑后，直接与马赛克铺贴线联动，利用砖体余温干燥贴纸。项目改造后节能达60%，节省劳动力38%。
关键词：陶瓷马赛克；垫板；烧成；自动铺贴；节能
1 前 言
陶瓷马赛克由于其规格小，所以基本上是在耐火垫板上烧成的。垫板的厚度大、重量大，几乎是所承载产品重量的2倍，因此烧成时吸热量也大，需消耗大量的能源[1]。《节能减排综合性工作方案》指出, 2010年, 万元国内生产总值能耗由2005年的1.22t标准煤下降到1t标准煤以下, 降低20%左右[2]，为达到此目标，我公司通过对各项技术的改进和实施科学管理措施，经过５个月的努力，于2008年４月建成无垫板节能辊道窑，生产45mm×45mm的陶瓷马赛克，并形成连续铺贴，节约了能源，降低了成本，取得满意效果。
2 技术措施
2.1免垫板烧成措施
2.1.1采用小辊棒、密排布的砖坯传送机构
小径辊棒传动的可靠性，是小规格产品直辊烧成的关键问题，传送45mm×45mm规格小砖的辊棒只能用小辊棒、密排布方式，如果用直径很小的辊棒，承载力不够；如果缩小辊距，对传动机构又有影响。辊棒最大直径只能用Φ22mm，辊棒的最大间距也只能在8mm，此时砖坯在传送过程中并不平稳，易产生波浪前进。如果加大辊棒直径或辊距，则传送更不平稳，高温变形更大。
2.1.2调整前后段砖坯的运行间距
为了避免波浪式前进及由此带来的坯体高温变形，通过调整前后段砖坯前进的速度差，可避免砖坯之间跟得太紧，或离得太宽导致砖坯传送波动。
2.1.3改善烧成带和冷却带温度分布的均匀性，避免小辊棒变形
为了克服小辊棒荷重能力小、在高温和大承载的情况下自身易产生变形的弱点，通过调整烧成带和冷却带的温度分布均匀性，避免了出现小范围高温或太大的温度波动导致小辊棒变形。另外，通过收窄窑体宽度，不同窑段设定不同的内高，使窑内传热均匀，避免了砖坯收缩不均匀而变形。
另外，为使产品规格尺寸一致，减少色差，调整了烧嘴排布和温度调节回路，提高温度控制的准确性；同时进一步强化生坯入窑前的干燥，分别进行成形后的生坯一次干燥，和施釉后的二次干燥，保证砖坯在烧成各阶段都获得更稳定合理的工艺控制。
2.2自动铺贴线
陶瓷砖坯直接由辊道传动系统送入窑内，减少了垫板吸收的热量；出窑后直接分拣、铺贴，省去了分拣放置的环节；还可利用出窑砖坯自身的余温，减少铺贴线干燥用热量；利用窑头烟气和窑尾热风送至干燥窑干燥生坯，利用冷却带部分热量对助燃风进行加热，使其温度达到125℃；利用窑尾余热送铺贴线干燥贴纸；增加烧嘴数量和温度调节回路，提高温度控制的准确性；窑体采用性能更好的保温材料，减少窑体散热；减少风管系统的风机数量和总装功率。上述节能措施不仅大量减少了烧成能耗，充分利用余热，还使陶瓷砖本身的热量得到了充分的利用，简化了生产工序，提高了生产效率。改造后辊道窑的系统见图1。
2.3节能技术的保障措施
2.3.1排烟管路系统
排烟管路设在窑前段，设多处抽风口，抽风口之间的窑段用可供坯体进一步干燥。烟气与砖坯走向逆行，有利于形成合理的升温曲线，防止坯裂、釉裂。排烟风机采用变频自控，能够根据窑内压力自动调整抽力，既能达到窑压自控，稳定烧成温度与气氛，又能节约电耗。
2.3.2助燃风管路
助燃风管路的作用是将助燃风以稳定的压力送至各烧嘴前。助燃风机采用变频控制，可根据产量高低、助燃风需要量多少自动调整风压，从而既保证了每支喷枪助燃风需要量，又节约了电耗。利用窑头和窑尾热风送干燥窑干燥生坯，利用冷却带部分热量对助燃风进行加热，实测助燃风温度达到125℃。
2.3.3燃烧系统
燃油通过本系统中主管过滤器滤去杂质后，经压力自控阀稳压，然后经每组支管自控阀调节后进入烧嘴。多个烧嘴交错布置在窑体上，使窑炉内温度均匀且便于调节。烧成段每个窑段设置8个烧嘴，这些烧嘴在辊道上下交错布置。每组支路以8支烧嘴为1组，采用智能仪表进行温度自控。每个烧嘴发热量为30000～50000kcal/h。各组自控阀根据烧成曲线的温度设定，使每组烧嘴工作在不同的热功率下。烧嘴燃烧室（烧嘴砖）是利用高热震稳定性的耐火材料制作而成，它必须经得起烧嘴反复燃烧和熄灭的冷热冲击。
2.3.4传动系统
窑炉辊棒传动采用45°斜齿轮微差数传动方式。每2个或3个窑段为一组传动，每组传动配一台摆线针减速电机。采用分段电机拖动，变频器一体控制。为便于砖距控制，全窑设计为12组变频传动。传动系统还具有如下功能：市电／发电自动切换功能，传动分组摆动每组互锁功能，具有传动平稳、可靠，故障率低、使用寿命长、速度调整范围广等优点。
2.3.5控制系统
（1） 传动控制
窑炉传动有工频、变频两种运行方式。工频运行方式即：市电50Hz向电机直接供电，工频运行时无摆动，一般在调试或变频故障时才用工频。变频运行方式即：市电经过变频器输出0～120Hz可调频率向电机供电达到调速目的，变频器通过外部控制信号实现正反转，频率调整通过操作面板直接输入。
（2） 常规工业控制
为了保证系统的安全运作，设计了自动系统故障时启用的手动控制和智能自动控制的风机运行控制系统；急冷风机和缓冷风机变频调速温度控制系统；排烟风机抽力低、助燃风压力低、传动电机故障、风机故障报警系统，以及停电自动转换装置。
3 技术改造结果
3.1改造前后的设备及工艺参数
项目改造前后的设备规格、配置、装机容量、耗能、工艺等各项的具体情况见表1。
3.2改造后的节能效果
项目改造后，辊道窑烧成的产品规格仍然是45mm×45mm、73mm×73mm，能源种类也不变。2008年10月23日，佛山市节能技术服务中心对本项目即《陶瓷垫板辊道窑节能改造项目》进行了节能量评估并形成了《节能量评估报告》，由于节能明显，该项目荣获2008年度佛山市科学技术三等奖。项目改造前后的节能效果见表2、表3。
4 讨 论
有学者认为生产小规格的瓷砖，使用垫板烧成虽然增加了投资和燃料的耗用量，但能有效防止窑内叠砖、堵砖现象的出现，保证产品合格率[3]；笔者所在单位采用无垫板辊道窑烧成普通规格的陶瓷马赛克已有多年，工艺成熟，然而，对于更小规格（45mm×45mm）的陶瓷马赛克，采用无垫板直辊烧成却有较大困难，克服这个困难的关键因素是保证辊棒平稳运行和坯体烧结过程的稳定。
4.1对辊棒的要求
选择圆度和直线度偏差少、高温荷重强度高、高温变形小的辊棒，是辊棒平稳运行的基本条件。就现行辊棒性能而言，辊棒最大直径只能用Φ22mm，辊棒的最大间距也只能在8mm，成为选用辊棒的“极限”，此时砖坯在传送过程中并不平稳，如果辊棒在预热段或是高温段出现变形，势必严重影响砖坯运行。因此选用高质量辊棒非常重要，收窄窑炉内宽也是有力的措施。
4.2对砖坯烧结性能的要求
小规格陶瓷马赛克在输送过程中，整片砖坯只能跨在两根辊棒上，波浪前进已成定局。因此，要求坯体的干燥强度高、高温烧结时的液相量少、烧结范围宽，以使砖坯适应波浪前进的恶劣环境。
4.3对烧成速度的要求
小规格陶瓷马赛克面积小、厚度薄、可以快速烧成（烧成周期30min），在烧成速度快、烧成温度高、单位时间需求热量大的情况下，提高烧嘴的数量，可提高单位时间的供热量。另一方面，针对小规格辊棒在高温和大承载的情况下易产生变形的弱点，通过调整烧成带和冷却带的温度分布，可避免出现小范围高温和太大的温度波动导致小辊棒变形。同时，合理布局各窑段内高和长度，改善传热均匀性；短窑段有加大窑炉断面温差的趁势，还会增加砌筑难度，缩短窑炉的寿命，降低窑炉的保温性能，增加能耗[4]，因此需要合理布局与调整。
4.4对窑内温度稳定的要求
窑内温度不稳定会对辊棒产生冲击，使辊棒产生变形，从而直接影响产品的性能，因而窑内温度稳定是实现无垫板辊道窑烧成的关键要求。本项目对窑体结构的各项改造、对燃烧系统和控制系统的改善，都是为了窑内温度稳定。
4.5对管理的要求
毋庸置疑，窑内温度、辊棒质量、坯体成份与性能的稳定，均需要严格管理才能得到保证。
5 结 语
节约能源，减少废气污染物的产生和排放，不仅对企业降低成本，对社会环境保护都具有重要作用，也是落实可持续发展方针的具体工作，本项目采用免垫板烧成及连续铺贴，节能效果明显，符合产业发展要求。免垫板烧成及连续铺贴技术的使用虽然初步达到了节能的目的，但是把微波能和气体燃烧辐射热有机结合起来[ 5 ]以及将窑炉热工理论和计算流体力学相结合[6]的生产工艺的实施，才是陶瓷节能的真正突破
参考文献
[1] 宁红军，张明亮.厚垫板改薄垫板对辊道窑能耗的影响[J].陶瓷，2009,10:2.
[2] 苑克兴.建卫瓷行业节能减排的现状及技术措施[J].中国陶瓷工业,2009,1（16）:33.
[3] 马云龙，文春锋.道窑垫板及其管理[J].佛山陶瓷， 2004,9（93）:22.
[4] 李振中.谈辊道窑设置短窑段的利弊[J].佛山陶瓷,2009, 2:3.
[5] 曾令可，邓伟强.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷,2006,2:1.
[6] 曾令可，刘涛，李萍,等.陶瓷窑炉的节能减排技术[J].陶瓷, 2008,2:57.
关键词：陶瓷马赛克；垫板；烧成；自动铺贴；节能
1 前 言
陶瓷马赛克由于其规格小，所以基本上是在耐火垫板上烧成的。垫板的厚度大、重量大，几乎是所承载产品重量的2倍，因此烧成时吸热量也大，需消耗大量的能源[1]。《节能减排综合性工作方案》指出, 2010年, 万元国内生产总值能耗由2005年的1.22t标准煤下降到1t标准煤以下, 降低20%左右[2]，为达到此目标，我公司通过对各项技术的改进和实施科学管理措施，经过５个月的努力，于2008年４月建成无垫板节能辊道窑，生产45mm×45mm的陶瓷马赛克，并形成连续铺贴，节约了能源，降低了成本，取得满意效果。
2 技术措施
2.1免垫板烧成措施
2.1.1采用小辊棒、密排布的砖坯传送机构
小径辊棒传动的可靠性，是小规格产品直辊烧成的关键问题，传送45mm×45mm规格小砖的辊棒只能用小辊棒、密排布方式，如果用直径很小的辊棒，承载力不够；如果缩小辊距，对传动机构又有影响。辊棒最大直径只能用Φ22mm，辊棒的最大间距也只能在8mm，此时砖坯在传送过程中并不平稳，易产生波浪前进。如果加大辊棒直径或辊距，则传送更不平稳，高温变形更大。
2.1.2调整前后段砖坯的运行间距
为了避免波浪式前进及由此带来的坯体高温变形，通过调整前后段砖坯前进的速度差，可避免砖坯之间跟得太紧，或离得太宽导致砖坯传送波动。
2.1.3改善烧成带和冷却带温度分布的均匀性，避免小辊棒变形
为了克服小辊棒荷重能力小、在高温和大承载的情况下自身易产生变形的弱点，通过调整烧成带和冷却带的温度分布均匀性，避免了出现小范围高温或太大的温度波动导致小辊棒变形。另外，通过收窄窑体宽度，不同窑段设定不同的内高，使窑内传热均匀，避免了砖坯收缩不均匀而变形。
另外，为使产品规格尺寸一致，减少色差，调整了烧嘴排布和温度调节回路，提高温度控制的准确性；同时进一步强化生坯入窑前的干燥，分别进行成形后的生坯一次干燥，和施釉后的二次干燥，保证砖坯在烧成各阶段都获得更稳定合理的工艺控制。
2.2自动铺贴线
陶瓷砖坯直接由辊道传动系统送入窑内，减少了垫板吸收的热量；出窑后直接分拣、铺贴，省去了分拣放置的环节；还可利用出窑砖坯自身的余温，减少铺贴线干燥用热量；利用窑头烟气和窑尾热风送至干燥窑干燥生坯，利用冷却带部分热量对助燃风进行加热，使其温度达到125℃；利用窑尾余热送铺贴线干燥贴纸；增加烧嘴数量和温度调节回路，提高温度控制的准确性；窑体采用性能更好的保温材料，减少窑体散热；减少风管系统的风机数量和总装功率。上述节能措施不仅大量减少了烧成能耗，充分利用余热，还使陶瓷砖本身的热量得到了充分的利用，简化了生产工序，提高了生产效率。改造后辊道窑的系统见图1。
2.3节能技术的保障措施
2.3.1排烟管路系统
排烟管路设在窑前段，设多处抽风口，抽风口之间的窑段用可供坯体进一步干燥。烟气与砖坯走向逆行，有利于形成合理的升温曲线，防止坯裂、釉裂。排烟风机采用变频自控，能够根据窑内压力自动调整抽力，既能达到窑压自控，稳定烧成温度与气氛，又能节约电耗。
2.3.2助燃风管路
助燃风管路的作用是将助燃风以稳定的压力送至各烧嘴前。助燃风机采用变频控制，可根据产量高低、助燃风需要量多少自动调整风压，从而既保证了每支喷枪助燃风需要量，又节约了电耗。利用窑头和窑尾热风送干燥窑干燥生坯，利用冷却带部分热量对助燃风进行加热，实测助燃风温度达到125℃。
2.3.3燃烧系统
燃油通过本系统中主管过滤器滤去杂质后，经压力自控阀稳压，然后经每组支管自控阀调节后进入烧嘴。多个烧嘴交错布置在窑体上，使窑炉内温度均匀且便于调节。烧成段每个窑段设置8个烧嘴，这些烧嘴在辊道上下交错布置。每组支路以8支烧嘴为1组，采用智能仪表进行温度自控。每个烧嘴发热量为30000～50000kcal/h。各组自控阀根据烧成曲线的温度设定，使每组烧嘴工作在不同的热功率下。烧嘴燃烧室（烧嘴砖）是利用高热震稳定性的耐火材料制作而成，它必须经得起烧嘴反复燃烧和熄灭的冷热冲击。
2.3.4传动系统
窑炉辊棒传动采用45°斜齿轮微差数传动方式。每2个或3个窑段为一组传动，每组传动配一台摆线针减速电机。采用分段电机拖动，变频器一体控制。为便于砖距控制，全窑设计为12组变频传动。传动系统还具有如下功能：市电／发电自动切换功能，传动分组摆动每组互锁功能，具有传动平稳、可靠，故障率低、使用寿命长、速度调整范围广等优点。
2.3.5控制系统
（1） 传动控制
窑炉传动有工频、变频两种运行方式。工频运行方式即：市电50Hz向电机直接供电，工频运行时无摆动，一般在调试或变频故障时才用工频。变频运行方式即：市电经过变频器输出0～120Hz可调频率向电机供电达到调速目的，变频器通过外部控制信号实现正反转，频率调整通过操作面板直接输入。
（2） 常规工业控制
为了保证系统的安全运作，设计了自动系统故障时启用的手动控制和智能自动控制的风机运行控制系统；急冷风机和缓冷风机变频调速温度控制系统；排烟风机抽力低、助燃风压力低、传动电机故障、风机故障报警系统，以及停电自动转换装置。
3 技术改造结果
3.1改造前后的设备及工艺参数
项目改造前后的设备规格、配置、装机容量、耗能、工艺等各项的具体情况见表1。
3.2改造后的节能效果
项目改造后，辊道窑烧成的产品规格仍然是45mm×45mm、73mm×73mm，能源种类也不变。2008年10月23日，佛山市节能技术服务中心对本项目即《陶瓷垫板辊道窑节能改造项目》进行了节能量评估并形成了《节能量评估报告》，由于节能明显，该项目荣获2008年度佛山市科学技术三等奖。项目改造前后的节能效果见表2、表3。
4 讨 论
有学者认为生产小规格的瓷砖，使用垫板烧成虽然增加了投资和燃料的耗用量，但能有效防止窑内叠砖、堵砖现象的出现，保证产品合格率[3]；笔者所在单位采用无垫板辊道窑烧成普通规格的陶瓷马赛克已有多年，工艺成熟，然而，对于更小规格（45mm×45mm）的陶瓷马赛克，采用无垫板直辊烧成却有较大困难，克服这个困难的关键因素是保证辊棒平稳运行和坯体烧结过程的稳定。
4.1对辊棒的要求
选择圆度和直线度偏差少、高温荷重强度高、高温变形小的辊棒，是辊棒平稳运行的基本条件。就现行辊棒性能而言，辊棒最大直径只能用Φ22mm，辊棒的最大间距也只能在8mm，成为选用辊棒的“极限”，此时砖坯在传送过程中并不平稳，如果辊棒在预热段或是高温段出现变形，势必严重影响砖坯运行。因此选用高质量辊棒非常重要，收窄窑炉内宽也是有力的措施。
4.2对砖坯烧结性能的要求
小规格陶瓷马赛克在输送过程中，整片砖坯只能跨在两根辊棒上，波浪前进已成定局。因此，要求坯体的干燥强度高、高温烧结时的液相量少、烧结范围宽，以使砖坯适应波浪前进的恶劣环境。
4.3对烧成速度的要求
小规格陶瓷马赛克面积小、厚度薄、可以快速烧成（烧成周期30min），在烧成速度快、烧成温度高、单位时间需求热量大的情况下，提高烧嘴的数量，可提高单位时间的供热量。另一方面，针对小规格辊棒在高温和大承载的情况下易产生变形的弱点，通过调整烧成带和冷却带的温度分布，可避免出现小范围高温和太大的温度波动导致小辊棒变形。同时，合理布局各窑段内高和长度，改善传热均匀性；短窑段有加大窑炉断面温差的趁势，还会增加砌筑难度，缩短窑炉的寿命，降低窑炉的保温性能，增加能耗[4]，因此需要合理布局与调整。
4.4对窑内温度稳定的要求
窑内温度不稳定会对辊棒产生冲击，使辊棒产生变形，从而直接影响产品的性能，因而窑内温度稳定是实现无垫板辊道窑烧成的关键要求。本项目对窑体结构的各项改造、对燃烧系统和控制系统的改善，都是为了窑内温度稳定。
4.5对管理的要求
毋庸置疑，窑内温度、辊棒质量、坯体成份与性能的稳定，均需要严格管理才能得到保证。
5 结 语
节约能源，减少废气污染物的产生和排放，不仅对企业降低成本，对社会环境保护都具有重要作用，也是落实可持续发展方针的具体工作，本项目采用免垫板烧成及连续铺贴，节能效果明显，符合产业发展要求。免垫板烧成及连续铺贴技术的使用虽然初步达到了节能的目的，但是把微波能和气体燃烧辐射热有机结合起来[ 5 ]以及将窑炉热工理论和计算流体力学相结合[6]的生产工艺的实施，才是陶瓷节能的真正突破
参考文献
[1] 宁红军，张明亮.厚垫板改薄垫板对辊道窑能耗的影响[J].陶瓷，2009,10:2.
[2] 苑克兴.建卫瓷行业节能减排的现状及技术措施[J].中国陶瓷工业,2009,1（16）:33.
[3] 马云龙，文春锋.道窑垫板及其管理[J].佛山陶瓷， 2004,9（93）:22.
[4] 李振中.谈辊道窑设置短窑段的利弊[J].佛山陶瓷,2009, 2:3.
[5] 曾令可，邓伟强.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷,2006,2:1.
[6] 曾令可，刘涛，李萍,等.陶瓷窑炉的节能减排技术[J].陶瓷, 2008,2:57.