氣窯,是以天然氣、液化石油氣、煤氣等易可燃氣體為主要燃料,燒制陶瓷制品及耐火材料的熱工設備,通指“梭式窯”(Shuttle kiln)。
應用于現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)創(chuàng)作的氣窯起源于1950年代的美國,而中國第一臺氣窯則是90年代初由景德鎮(zhèn)宇宙瓷廠從澳大利亞玻特歐肯窯具公司引進的軌道窯,之后隨著石油、天然氣的大量開采和利用,才逐漸有了中國造氣窯爐。
1960年代,現(xiàn)代陶藝先驅彼得·沃克思在工作室使用氣窯燒制作品
1975年,意大利梭式氣窯Pagnotta Termomeccanica公司
1991年,中國第一臺梭式氣窯,進口自澳大利亞,現(xiàn)陳列于景德鎮(zhèn)陶溪川工業(yè)遺產(chǎn)博物館
2020年,意大利生產(chǎn)的無軌動力氣窯,Pagnotta Termomeccanica公司
此后三十多年,氣窯在中國陶瓷生產(chǎn)制造行業(yè)里快速發(fā)展,并逐步取代柴窯并延伸了到現(xiàn)代陶藝創(chuàng)作中。相比柴窯或柴燒窯、煤窯,氣窯污染小、燃料成本較低、氣氛及溫度可控、燒成溫度高(1350℃以上)、工作效率快、成品率更高。
氣窯為間歇式倒焰或半倒焰窯爐,按迭代順序及操作方式可分為手動點火窯、半自動窯和全自動控制窯三種,相比連續(xù)窯,間歇式窯操作更便捷、裝卸也更靈活,既可滿足連續(xù)化生產(chǎn),又適合小規(guī)模間隔性藝術創(chuàng)作。
2021,景德鎮(zhèn)某公共窯房里的梭式窯
百陶會研發(fā)的梭式窯
之所以被稱為“梭式窯”,因為主體由窯室和窯車兩部分組成,陶瓷坯體碼放在窯車棚板上,通過軌道推進窯室內進行燒成,冷卻后,將窯車及成品拉出窯室。窯車運行如古代織布機梭子,其推拉方式類似抽屜,故也被稱為“抽屜窯”。
上文提到過,氣窯在中國經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:手動、半自動、全自動。先進陶瓷、工業(yè)陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等行業(yè)早已有了大型全自動窯爐。而藝術陶瓷及生活陶瓷依然停留在手動時代,由于生產(chǎn)工藝繁瑣,不易運輸,因此大多手動氣窯為人工搭建,很難做到標準化,安全性能上也無法保障。
接下來,百陶君帶你回溯氣窯發(fā)展脈絡>>>
顧名思義,手動氣窯是人工手動點火、操作的傳統(tǒng)氣窯,底部通常有多組進氣閥和文丘里式自吸燒嘴,雙排、平行分布,燒嘴越多,升溫效率越高。點火成功后,火焰通過孔洞垂直進入窯室,待窯內氧氣自然燒盡后,進入還原階段。燒成過程中火焰大小長短靠人工調節(jié),人為因素影響下很容易造成較大溫差。
手動氣窯的燒成完全憑借燒窯師傅的技術和經(jīng)驗,他們根據(jù)燒成時段規(guī)定的溫度,適當調節(jié)氣閥、氣壓、閘板和風門來控制燃燒值、窯溫、氣氛,想要穩(wěn)定升溫、均勻燃燒達到理想的效果,需要經(jīng)年累月的試錯。即便燒制全程有人工看守,定點定時觀察溫錐(一種測量實際溫度的工具)倒向,氧化結束后及時關閉閘板,氣壓及輸氣管線穩(wěn)定,依然無法保障最終效果。
景德鎮(zhèn)某陶瓷作坊內的氣窯
高達4米多的梭式窯,最高的觀火孔距地面3米以上
究其原因,窯內氣體壓力(煙氣和空氣)對溫度和氣氛起著決定性作用,而溫度、氣氛則是陶瓷作品燒結的關鍵因素。
從燒嘴孔進入窯內的氧氣,被煙道抽走一部分,極易產(chǎn)生負壓干擾窯內壓力,負壓過高,會有更多氧氣進入,氣體分層嚴重,上下溫差大,還原氣氛很難有效維持。而正壓過高,大量熱氣外溢,熱耗大熱效低,燒成速度慢,坯體無法燒結。
燒成難度大、安全系數(shù)較低,對燒窯人員經(jīng)驗、能力要求高,整體效率低,是很多學校陶瓷實訓室不選用梭式窯的原因所在。
氣窯閘板調節(jié)
基于陶瓷燒成工藝繁雜、燒成實訓空間管理要求高、專業(yè)燒成工數(shù)量匱乏等影響氣窯普及度的瓶頸問題,百陶會從2016年起開始了對氣窯生產(chǎn)工藝的探索,進行了大量的調查、實踐,邊研發(fā)邊論證,邊論證邊提升。
我們對傳統(tǒng)手動氣窯進行了一系列改良升級,采用標準鋼材鋼板、摩根莫來石、電子點火燒嘴、國標鍍鋅管材...磚比例超過耐火棉,外觀設計更新穎,率先推出了標準汽化爐,一系列的革新讓手動氣窯有了質的跨越。
百陶會基礎氣窯燒成實驗
百陶會自研基礎款氣窯,景德鎮(zhèn)八大美院聯(lián)創(chuàng)基地燒成中心
百陶會陶藝家款手動氣窯,電子點火,安全升級
造窯只是開始,造好窯才是目標!
2020年6月起,百陶會牽手多位知名熱工專家、教授,窯爐構造及燒成行家里手,精通控制系統(tǒng)的工程師、設計師,開啟了自動化氣窯研發(fā)之路。
硬件產(chǎn)品開發(fā)部小伙伴攻堅200多個日夜,百陶會第一代獨立式可移動槍式動力燃燒器終于在2021年5月試燒成功,并應用在蘇打窯上,調整好氣壓后,一鍵點火,自帶助燃風機及壓力調節(jié)裝置,火力大小完全可控。
百陶會動力燃燒器1.0
燃燒器是使燃料和空氣以一定方式噴出混合(或混合噴出)水平火焰的裝置。 由殼體、噴嘴、火焰穩(wěn)定器、燃氣管道和燃氣控制系統(tǒng)等組件組成。噴嘴是將燃氣噴射到燃燒器內的組件,火焰穩(wěn)定器則負責保持火焰不發(fā)散穩(wěn)定燃燒??刂葡到y(tǒng)可控制燃氣流量和空氣的比例。燃燒器則讓燃氣充分利用,提高了燃燒效率。
相對自吸式燒嘴,動力燃燒器保障了燃氣預混部分燃燒所需的空氣,余下空氣直接引向火焰。按擴散燃燒原理,二次空氣中的氧繼續(xù)燃燒。噴出火焰氣流旋轉形成的中心回流區(qū),起到穩(wěn)定火焰和攪拌作用,使加熱更均勻;而且窯壓分布均勻,防止冷風吸入;再者,平焰離坯體一般比直焰近,加熱快,大大地提高了燒成效率、降低了燃料成本。
2021年6月至今,百陶會研發(fā)部門不斷完善陶藝教學用動力窯,在燃燒器設計、漏氣監(jiān)測與保護、燃氣存放安全、窯爐主體保溫結構等方面進行了大量的實踐,先后推出了多款動力型氣窯,并在多所高校陶瓷實訓室、藝術家工作室得到了應用,受到了專業(yè)用戶的普遍認可。
2022年景德鎮(zhèn)國際陶瓷博覽會期間,百陶會動力氣窯正式揭開面紗,受到業(yè)內關注。
小結一下,動力氣窯燃燒系統(tǒng)設計更加科學,火焰長度可控,且足夠長,滿足高溫燒成需要;穩(wěn)焰型結構,燃氣和空氣混合比準確,保障了節(jié)能效果,為用戶大大減少了使用成本。重點來了,燃燒器配置了點火控制、溫度控制和壓力控制,保障了氣體輸入安全,有效杜絕了安全事故。
百陶會動力(半自動)氣窯
日前,在工信部中小企業(yè)發(fā)展促進中心、景德鎮(zhèn)市政府、江西省中小企業(yè)發(fā)展促進中心等政府部門和景德鎮(zhèn)藝術職業(yè)大學領導的見證下,由百陶會提供規(guī)劃設計、優(yōu)選設備及運營維保服務的景德鎮(zhèn)藝術職業(yè)大學陶瓷制造實訓工坊成功點火。
此次點火試燒的4座全自動氣窯,由百陶會與景德鎮(zhèn)陶瓷大學聯(lián)合研發(fā),歷時14個月設計、3個月主體搭建、42天線路布設、7天功能調試...傾注了數(shù)十位專家、工程師和產(chǎn)線工人的心血。最大一座容積達到4m3,總容積約9m3,最大化地滿足了陶瓷職業(yè)教育中的教學、實訓及實習需求。
百陶會全自動氣窯,景德鎮(zhèn)藝術職業(yè)大學陶瓷制造實訓工坊
沒錯,這次真的實現(xiàn)了全自動!
全自動氣窯燒窯只需四步!??!第一步,裝窯;第二步,將窯車推入窯室;第三步,按下點火鍵;第四步,關上窯門!
這是因為它自帶強大的“智能中樞”:全自動控制終端,輕輕按下點火鍵,多達70多條神經(jīng)線路將這一命令秒傳到下一個伺服器,點火器、煙道閘板、助燃風機、排煙風機、窯壓系統(tǒng)...接到指令后,迅速行動,準確無誤地燒制任務。
每座氣窯都有獨立的控制站,控制終端采用MCGS觸屏、集中無干擾控制方式,通過信號線連接點火器、限位器、步進電機、執(zhí)行器、電磁閥、閘閥、報警系統(tǒng)等執(zhí)行單位,組成了猶如“未來戰(zhàn)士”一樣的超強燒成機器人。
就像電窯一樣,我們提前設定好升溫曲線、燒成工藝,根據(jù)設定曲線,系統(tǒng)同步完成窯壓、氣氛、閘閥開啟時間的預設。點火完成后,調節(jié)器將壓力變送器反饋的信號與設定值進行比較,輸出排風機頻率和煙氣排放命令,實現(xiàn)窯壓穩(wěn)定化。
有了靈敏而龐大的控制系統(tǒng)、動力燃燒器、強勁的助燃和排煙風機的加持,陶藝氣窯真正地實現(xiàn)了全自動!燒成過程無需人工值守,燃料被最大化利用,溫差控制在個位數(shù)以內,甚至為零。經(jīng)多次實測,相同燃料相同規(guī)格下,全自動氣窯比傳統(tǒng)氣窯省氣百分之二十以上。
這是全自動程序控制技術第一次應用在陶瓷教學窯爐上,標志著陶藝氣窯從手動、半自動化時代正式步入智能時代!自此以后,難以駕馭的氣窯燒成變得和電窯一樣簡單!
為實現(xiàn)“科學作陶、高效創(chuàng)新”的夢想,讓更多學校、陶瓷人用上更安全更智能的窯爐,未來,百陶會對全自動氣窯產(chǎn)品作進一步的優(yōu)化和改良,燒窯四步有望再次簡化,窯車自動進出、廢氣回收再利用、窯門自動開關...不久后都將一一成為現(xiàn)實,百陶會人攜手同行:探索不止,步履不停!
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