陶瓷工业的节能技术

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一、陶瓷原料加工过程中的节能
     据资料记载，原料加工部分的能耗在整个陶瓷生产过程中占很大的比例，料耗用量占49％，装机容量占72％，因此节能潜力较大。
1、陶瓷原料的粉碎加工其中燃    
原始陶瓷原料主要是由硬质原料和软质原料组成。对陶瓷原料的粉碎加工主要体现在对于硬质原料的加工。首先应逐步减少噪音大、能耗高、难以除尘的粗中碎加工，如：粗颚式破碎机、细颚式破碎机、旋磨机等，改用质量稳定且能够及时供应的原料粉料进厂。其次，积极推进陶瓷原料的标准化、商品化和系列化生产，供给符合陶瓷工业需求的粉料，保证生产的稳定性和不可再生资源的合理利用；提高粉碎设备利用率，减少对原料车间的重复建设，有利于减少工厂原料的储备，节约场地的投资和减少城市粉尘、噪音污染。
2、陶瓷原料的细加工    
工业上广泛使用间歇式球磨机作为细磨设备，其内衬主要有燧石衬，氧化铝衬和橡胶衬。如果球磨机的内衬采用橡胶衬，既可以减小球磨机的负荷，又增加了球磨机的有效容积，产量可以提高30～50％，单位产品电耗降低10～30％。如果采用氧化铝衬则可提高球磨效率、缩短球磨周期。为了提高球磨机的效率，根据工艺配方不同向泥浆中加入高效减水剂，助磨剂并制定合理的料、球、水比例。在磨球的选择上应有合理的大中小级配成不同形状的磨球级配。在球磨时，采用氧化铝球，既可缩短球磨时间，又可节电35％左右。
与国内间歇式球磨机相比，国外普遍采用连续式、大吨位球磨机进行细磨，产量可提高10倍以上，电耗为原来的20％。由于可以连续入料和出料，不需要停机，比间歇式球磨机节省能耗15％～30％；并易制浓浆，使后面的喷雾干燥过程节约能量，节省能耗20％一30％。与小吨位球磨机相比，大吨位球磨机可以节省能耗10％一30％。另外，国内外不少球磨机采用变频器改变电流频率宋调速，有可能缩短球磨周期15％～25％，从而减少电耗。    
3、陶瓷原料的其他节能
   喷雾干燥制粉时，降低泥浆的含水量，提高热风的温度，加大进塔泥浆量，降低废气温度，产量可提高近1倍，能耗下降30％。另外，料浆池采用间歇式搅拌，一天可节电135kw·h，年节电4.5万kw·h。
二、陶瓷成型过程中的节能
      陶瓷成型种类繁多，不同的陶瓷成型有不同的成型方法，和日用陶瓷节能方面做一简要分析。
1、大吨位压砖机    
对于建筑陶瓷，在选择压砖机上，应选用大吨位、宽间距的压机，实现一机一窑，因为大吨位压砖机压力大，产量大，压制的砖坯质量好，合格率高。在同等条件下，电耗可减少30％以上。目前，国产液压压砖机的最大吨位已经达到7800ｔ，各种吨位的大型压机也已广泛应用于国内陶瓷企业，节能效果显著。
2、高中压注浆成型    
对于卫生陶瓷可采用高中压注浆成型技术，将传统石膏模依靠毛细管力吸水成型机理变为多孔塑料模压滤排水机理，使卫生瓷成型次数由ｌ天／次提高到10－30min/次，模具寿命达２万次以上，可节省模具干燥和加热工作环境所需的热能。
3、等静压成型
当前日用陶瓷成型工艺有滚压成型、注浆成型、塑压成型、等静压成型、高压注浆、微波注浆成型和激光快速成型，其中后半部分具有较大的发展和应用前景。从效率、节能和成熟程度宋考虑，应该采用等静压成型，其具有瓷质结构均匀致密、质量高、工序简单、无杂质、抗弯强度高、可成型复杂型、尺寸精确、生产周期短、耗能低等优点。等静压成型的最大特点是：产量大、质量好、坯体规整度好、品质规格一致、取消了石膏模和干燥工序、能适应于多种产品的生产等。
四、窑炉结构的选择
①窑型向辊道化发展
    在陶瓷工业中，使用较多的主要窑炉有：隧道窑、辊道窑和梭式窑三大类。其中，辊道窑具有产量大、质量好、能耗低、自动化程度高、操作方便、劳动强低、占地面积小等优点，是当今陶瓷窑炉的发展方向。    
②采用高效、轻质保温耐火材料及新型涂料
    常见的保温材料有重质耐火砖、轻质保温砖、莫来石轻质砖，高铝轻质砖和轻质陶瓷纤维等。合理的选择保温材料对节能降耗产生了很大的影响。如轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比：质量轻、导热系数小、重量只有轻质材料的1/6、容重为传统耐火砖的1/25、蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30—1/10、窑外壁温度降到30℃～60℃。纤维节能方面，从总能耗的20.6％下降到9.02％，节能达到16.67％。    
另外，为了提高陶瓷纤维抗粉化能力，又增加窑炉内传热效率，节能降耗。可使用多功能涂层材料，如热辐射涂料HIKAMI  RADIATION  COATING简称ＨＲＣ。在高温阶段，将其涂在窑壁耐火材料上，材料的辐射率由0.7升为0.96，可节能138.3MJ/M2·h；而在低温阶段涂上HRC后，窑壁辐射率从0.7升为0.97，可节能4547KCAL/M2·h。
五、改善窑体结构
      随着窑内高的增加，单位制品热耗和窑墙散热量也增加。如当辊道窑窑高由0.2ｍ升高至1.2ｍ时，热耗增加4.43％，窑墙散热升高33.2％，故从节能的角度讲，窑内高度越低越好；随着窑内宽度增大，单位制品热耗和窑墙散热减少。如当辊道窑窑内宽从1.2ｍ增大到2.4ｍ，单位制品热耗减少2.9％，窑墙散热降低25％，故在一定范围内，窑越宽越好；当窑内宽和窑内高一定的情况下，随着窑长的增加，单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少。如当辊道窑的窑长由50ｍ增加到100ｍ时，单位制品热耗降低1％，窑头烟气带走热量减少13.9％。
    窑车窑具材料轻型化    
 采用轻质耐火材料制作窑车和窑具对节能具有重大的意义。产品与窑具的重量比越小，其热耗越低。窑车应使用低蓄热、容重小、强度高、隔热性能好的材料来制备。至于窑车车衬材质的选取，据报道，轻质砖、轻质砖与硅酸铝耐火纤维和全硅酸铝耐火纤维做车衬时，产品热耗是传统重质耐火砖做车衬时的91％、79.5～85.8％和59.1～66.3％。
 辊子的散热    
辊子是辊道窑的一个重要组成部分，分布在沿窑长的不同温度区间。受温度的影响，辊棒分别采用钢辊和瓷辊。辊棒向外散热主要是通过其两端各伸出窑墙约0.1米的辊端。由于辊道窑中使用的辊棒数量之多通常可达1000多根，以至于其能耗增加。通过对辊道窑长80米，辊棒两端各伸出窑墙0.11米，共有1327根辊子进行数值计算，其中Ｔ＞800℃高温区采用瓷辊，其余采用钢辊。
随着温度的升高，瓷辊的散热损失变化比较平缓，而钢辊的热量散失则几乎呈线性增加。计算表明，辊子两端通过导热过程所散失的热量约占窑炉总供给热量的2％，因此，其具备节能潜力。    
加强窑体密封性和窑内压力制度
加强窑体密封，窑体与窑车之间、窑车之间的严密性，降低窑头负压、保证烧成带处于微正压，减少冷空气的进入窑内，从而减少排烟量，降低热耗。经计算，烟道汇总出的空气过剩系数由5减少到3时，当其他条件不变的情况下，烟气带走热量从30％降为18％，节能12％。
六、窑炉余热的利用
      衡量一座窑炉是否先进的一个重要标准就是有没有较好的利用余热。据窑炉热平衡测定数据显示，仅烟气带走的热量和抽热风带出的热量占总能耗的60％-75％。若能利用蓄热式燃烧技术将明焰隧道窑的余热预热空气供助燃，不但可改善燃料燃烧，提高燃烧温度，而且可降低燃耗7％。余热利用在国外受到重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节。国外对烟气带走的热量和冷却物料消耗的热量约占总窑炉耗能的50％～60％　这一部分数量可观的余热利用较好。目前，国外将余热主要用于干燥和加热燃烧空气。现在欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置，进行余热的再回收利用。对于排烟废热的余热利用，亦采用换热器进行能量收集与输送到所需场所。其综合节能的效果使热效利用达到80％～90％。
七、采用自控技术
      采用自控技术是目前国外普遍采用的有效节能方法，它主要用在窑炉的自动控制。因而使窑炉的调节控制更加精确，对节省能源、稳定工艺操作和提高烧成质量十分有利，同时还为窑炉烧成的最优化，提供了可靠的数据。计算表明，在排出烟气中每增加可燃成分1％，则燃料损失要增加3％，如果能够采用微机自动控制或仪表一微机控制系统，则可节能5-10％。当今先进的自控可以通过高级专家系统来实现，可以通过在线的外部参数温度、湿度、压力、气氛等　测量宋引导操作向最大的节能方向进行，降低能耗5％以上。在国外，如日本碍子公司的窑炉均设置有先进的自动点火、熄火测知、窑内压力监测、地震监测、窑内氧浓度监测、气体泄漏监测、瓷辊损折监测及喷嘴用电偶记录仪等一系列监测仪器。从而保证了窑炉的省力、节能、快速烧成，其可节能10％～30％。在国内尚未达到。
八、其他节能技术
1、新型双层双温窑炉    
双层双温窑炉是一种新型节能窑炉，其结构特点是窑炉从单层单温发展为双层双温。其上下两层温度均采用PID单独控制，两层之间采用结晶碳化硅作横梁并用高保温性能的耐火材料做隔热层。特殊的设计能有效防止上下两层串温，同时又能使有效的热量共享。与单层窑炉能耗相比，双层双温窑炉低于其150-250大卡/kg瓷，即最少可以节省能耗30％。  
2、微波辅助烧结技术
    微波辅助烧结技术是通过电磁场直接对物体内部加热，而不像传统方法热能是通过物体表面间接传入物体内部，故热效率很高一般从微波能转换成热能的效率可达80～90％，烧结时间短，因此可以大大降低能耗达到节能效果。例如A12O3的烧结，传统方法只需加热几个小时而微波法仅需3～4分钟。    
据报道，英国某公司有一种新型的陶瓷窑炉生产与制造技术，该窑炉最大的特点在于：它不仅采用了当今世界上微波烧结陶瓷的最新技术，而且采用了传统的气体烧成技术。它在传统窑炉中把微波能和气体燃烧辐射热有机结合起来，这样既解决微波烧成不容易控制的问题，又解决了传统窑炉烧成周期长，能耗大等问题。据介绍这种窑炉适用于高技术陶瓷及其他各种陶瓷的烧成，达到快速烧成，减少能耗，降低成本的目的。

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