用測(cè)溫環(huán)改善窯爐燒成產(chǎn)品質(zhì)量的案例
一、前言
電子陶瓷產(chǎn)品的：性能除了決定于配方之外，燒成工藝是最關(guān)鍵的，而陶瓷燒成的綜合熱效應(yīng)大致包括：燒成溫度、保溫時(shí)間和窯爐氣氛。工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)和實(shí)際研究中需要用到各式各樣的窯爐，如箱式爐、管式爐、立式窯、隧道窯、鐘罩窯、輥道窯等。電子陶瓷、磁性材料以及粉末冶金熱處理等都需要精確有效的溫度控制。但多數(shù)測(cè)溫手段（如熱電偶、火錐、光度計(jì)等）在時(shí)間和空間上均受到一定限制，在實(shí)際使用中只能測(cè)量產(chǎn)品的環(huán)境溫度，而難以測(cè)量來自不同方位的傳導(dǎo)熱和輻射熱以及不同保溫時(shí)間產(chǎn)品本身的累積熱效應(yīng)。實(shí)際上陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的綜合熱效應(yīng)會(huì)直接影響產(chǎn)品的燒成質(zhì)量。采用測(cè)溫環(huán)不但可以解決時(shí)間和空間的限制，而且能同時(shí)測(cè)量窯爐的輻射熱和傳導(dǎo)熱以及產(chǎn)品整個(gè)燒制過程的綜合熱效應(yīng)。
二、 用測(cè)溫環(huán)改善窯爐燒成產(chǎn)品質(zhì)量的案例
1測(cè)溫環(huán)在電子陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用
不論是電子陶瓷用粉體還是電容器、電阻器、電感器之類的電子陶瓷元器件，對(duì)電性能的要求都較高。在配方和生產(chǎn)工藝相對(duì)固定的情況下，燒制品的累積熱效應(yīng)是直接影響產(chǎn)品電性能的因素，而熱效應(yīng)主要是燒成溫度、保溫時(shí)間和燒成氣氛的綜合體現(xiàn)。不同的燒成溫度、保溫時(shí)間和燒成氣氛會(huì)燒結(jié)出不同性能的產(chǎn)品；同一批產(chǎn)品在相同的保溫時(shí)間，但放置在爐子的不同部位也可能燒出不同質(zhì)量的產(chǎn)品。在實(shí)際生產(chǎn)中，難以從生產(chǎn)過程中直接判斷或選別出良品就投入下道工序的生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不良率容易處于失控狀態(tài)。而現(xiàn)有各類窯爐的測(cè)溫點(diǎn)都相對(duì)固定，熱電偶的實(shí)際探測(cè)點(diǎn)的分布也受到限制，不利于精確掌握產(chǎn)品在燒成中的真實(shí)狀態(tài)。另外，即使忽略不同材料的熱電偶和新舊不同的熱電偶在測(cè)量溫度時(shí)產(chǎn)生的溫度誤差，熱電偶也只能測(cè)出燒成溫度中的輻射熱，無法測(cè)量出窯具的傳導(dǎo)熱和具體的保溫時(shí)間以及實(shí)際燒成氣氛的綜合熱效應(yīng)。這時(shí)若在燒制前或燒成中放置幾片測(cè)溫環(huán)，不僅可測(cè)出爐內(nèi)的實(shí)際溫度而提前調(diào)整好爐溫，而且還能根據(jù)出爐后測(cè)溫環(huán)的直徑大小、顏色深淺以及形狀的變化等，體現(xiàn)出產(chǎn)品燒成的實(shí)際熱效應(yīng)。測(cè)溫環(huán)體積小巧、使用方便，不但對(duì)不同窯爐燒結(jié)的產(chǎn)品可作橫向比較，而且可將測(cè)試后的測(cè)溫環(huán)樣品和數(shù)據(jù)留存起來對(duì)不同時(shí)期燒結(jié)的產(chǎn)品作縱向比較，這樣對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的追蹤提供了真實(shí)的歷史依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格管理更有保障。
2利用測(cè)溫環(huán)解決窯爐橫向溫差偏大的問題
窯爐橫向溫差偏大，容易導(dǎo)致窯爐同一行出磚產(chǎn)生色差缺陷，這種色差常常呈逐漸過渡狀，一般不易區(qū)分開來，窯爐越寬，這種缺陷越明顯。其實(shí)對(duì)于溫差問題的解決方法是很多的。而難題在于如何準(zhǔn)確知道窯爐內(nèi)不同位置的溫差。試驗(yàn)證明在拋光磚生產(chǎn)中，應(yīng)盡量控制窯爐燒成帶橫向溫差≤5℃。常用的測(cè)溫設(shè)備如測(cè)溫?zé)犭娕純H設(shè)在窯爐的一側(cè)，對(duì)其橫向溫差不易檢測(cè)和控制，所以很難做到橫向溫度的均一。而通過使用測(cè)溫環(huán)，因其體積小巧，可準(zhǔn)確測(cè)量不同位置的窯溫，得到窯爐內(nèi)溫差的精確值。一方面彌補(bǔ)了熱電偶的不足，另一方面又測(cè)定了窯爐內(nèi)三維空間熱分布狀況。再通過合理設(shè)定各燒咀的風(fēng)油（氣）比例，正確調(diào)節(jié)其閥門開度，及時(shí)補(bǔ)加耐火石棉等，防止窯墻漏風(fēng)和不良的散熱，對(duì)于解決溫差的問題就容易得多了。
3測(cè)溫環(huán)在箱式電爐中的應(yīng)用
箱式電爐廣泛用于實(shí)驗(yàn)室和小件產(chǎn)品的生產(chǎn)，因其投資小，使用靈活而成為首選的燒成設(shè)備。由于電子陶瓷和現(xiàn)代精細(xì)陶瓷對(duì)燒成溫度非常敏感，溫度偏差3-5℃即可造成產(chǎn)品性能明顯差異，所以保證箱式爐內(nèi)溫度的均勻性是十分必要的。實(shí)際使用中，因箱式爐發(fā)熱元件的設(shè)置不同，往往是中間溫度較均勻，四周溫度較不穩(wěn)定。一般情況下箱式爐都帶有熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，但因熱電偶放置空間的局限性，無法測(cè)量出爐內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的溫度，因此對(duì)于爐內(nèi)溫差分布情況無法查明。對(duì)于燒成品的如何擺放，要進(jìn)行較多次的試驗(yàn)才能合理，但爐內(nèi)放置產(chǎn)品的多少或品種發(fā)生變化后，溫差也會(huì)發(fā)生變化。因此需要一種簡(jiǎn)單、方便的手段隨時(shí)測(cè)量出爐內(nèi)各個(gè)角落的溫度。測(cè)溫環(huán)體積小，20mm*7mm的小圓環(huán)。使用幾片，任意放置在爐內(nèi)需要測(cè)量的地方，燒成出爐后測(cè)量其外徑，對(duì)比溫度對(duì)照表，得出爐內(nèi)各點(diǎn)的實(shí)際溫度，測(cè)量偏差只在3度以內(nèi)，應(yīng)該是很好的一種測(cè)溫工具。
4測(cè)溫環(huán)在輥道窯中的應(yīng)用
陶瓷制品在輥道窯里燒成，需要在特定的燒成制度下進(jìn)行，合理的燒成制度是得到良好產(chǎn)品的根本保證。燒成制度包括溫度制度、壓力制度、氣氛制度，其中溫度制度最為關(guān)鍵。輥道窯的溫度監(jiān)測(cè)主要是依靠沿窯長(zhǎng)裝在窯頂或窯側(cè)的熱電偶所反映的溫度數(shù)據(jù)。輥道窯一般分為預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶，其中燒成帶溫度的檢測(cè)主要是確定燒成帶的最高溫度和高溫區(qū)間長(zhǎng)度即制品在高溫下停留的時(shí)間，燒成帶的最高溫度是成瓷的最高溫度點(diǎn)，它直接影響到產(chǎn)品的生燒與過燒，高溫區(qū)的長(zhǎng)度影響到保溫時(shí)間的長(zhǎng)短，從而也影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。因此精確控制燒成溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。有時(shí)熱電偶所指示的溫度達(dá)到了產(chǎn)品燒成的溫點(diǎn)，但因保溫時(shí)間的不同，產(chǎn)品也會(huì)產(chǎn)生很大的差別，原因在于熱電偶只測(cè)量其探頭所在位置的輻射熱，對(duì)于產(chǎn)品因保溫時(shí)間長(zhǎng)短、窯具產(chǎn)生的傳導(dǎo)熱等綜合熱效應(yīng)是無法記錄的。測(cè)溫環(huán)可以記錄產(chǎn)品在燒成過程中所累積的全部熱效應(yīng)。能提供一種有別于熱電偶等設(shè)備測(cè)量反映的產(chǎn)品燒成情況。是一種更貼近產(chǎn)品，更真實(shí)反映產(chǎn)品受熱的一種較好的測(cè)溫工具。
5測(cè)溫環(huán)在立式窯燒結(jié)電子陶瓷中的應(yīng)用
立式窯以其操作簡(jiǎn)單,溫度均勻,燒結(jié)的連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于電子陶瓷的燒結(jié)。比如：瓷片電容、PTC陶瓷電阻器、氧化鋅壓敏電阻器以及PZT壓電陶瓷等。這些產(chǎn)品燒結(jié)溫度的準(zhǔn)確性要求都較高，若同類產(chǎn)品在燒結(jié)過程中溫差過大，不但會(huì)影響產(chǎn)品的一致性，而且容易導(dǎo)致整批產(chǎn)品的報(bào)廢。立式窯的熱電偶探頭一般布置在爐膛的外側(cè)，其測(cè)出的溫度不是產(chǎn)品燒結(jié)的實(shí)際溫度，這就要求產(chǎn)品在燒結(jié)前不但要知道其理論燒結(jié)溫度，更應(yīng)了解爐膛內(nèi)的實(shí)際溫度與表頭溫度的差異，否則依理論溫度調(diào)整過來的表頭溫度是難以燒出高質(zhì)量的產(chǎn)品。此時(shí)采用校溫環(huán)提前校對(duì)一下爐膛內(nèi)的溫度，不但可以減少物料的浪費(fèi)，而且可以節(jié)省寶貴的試爐時(shí)間。立式窯的連續(xù)性燒結(jié)又使得每爐產(chǎn)品在燒結(jié)過程中處于不可視狀態(tài)，為確保產(chǎn)品出爐后的質(zhì)量，在每批產(chǎn)品的燒結(jié)過程中用測(cè)溫環(huán)來監(jiān)控也就很有必要?？紤]到熱電偶也與其它的儀器儀表一樣在使用一段時(shí)間后會(huì)老化或精度較低，加熱元件本身也是易老化，在電子陶瓷產(chǎn)品燒結(jié)中有規(guī)律地（比如每天1次）放入測(cè)溫環(huán)，就可監(jiān)測(cè)燒結(jié)產(chǎn)品的爐溫變動(dòng)狀態(tài)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，在立式窯中燒結(jié)產(chǎn)品使用校溫環(huán)作為監(jiān)控手段，可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。
6測(cè)溫環(huán)在磁性材料中的應(yīng)用
鎳鋅、錳鋅鈷、釹鐵硼等磁性材料的生產(chǎn)和研發(fā)過程中，需要對(duì)新型材料生產(chǎn)工藝溫度（預(yù)燒料溫度）進(jìn)行擬定燒成溫度；對(duì)二次磁性材料產(chǎn)品燒結(jié)同樣需要準(zhǔn)確的窯爐溫度，以便穩(wěn)定磁性產(chǎn)品的電性能指標(biāo)。窯爐一般是通過熱電偶傳遞窯爐溫度，但熱電偶因不同的生產(chǎn)商、不同的窯爐、不同的規(guī)格等因素，在同一企業(yè)內(nèi)也較難統(tǒng)一測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)，容易出現(xiàn)研發(fā)部門測(cè)試的燒成溫度與生產(chǎn)部門的實(shí)際控溫不相符，給生產(chǎn)帶來不便。測(cè)溫環(huán)能準(zhǔn)確提供爐膛內(nèi)部的實(shí)際溫度效應(yīng)（即產(chǎn)品的累積熱效應(yīng)），能對(duì)磁材產(chǎn)品所需的累積熱進(jìn)行質(zhì)量跟蹤，同時(shí)客觀記錄爐膛內(nèi)每天的溫度變化情況，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，作為溫度質(zhì)量跟蹤的檔案數(shù)據(jù)，有利于貫徹實(shí)施ISO的質(zhì)量跟蹤管理體系，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部研發(fā)與生產(chǎn)控溫標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，降低不同批原料帶來燒結(jié)溫度變化的復(fù)雜性。
測(cè)溫環(huán)工作原理及使用方法
測(cè)溫環(huán)工作原理是根據(jù)測(cè)溫環(huán)在吸收熱量時(shí)即發(fā)生收縮，在測(cè)溫環(huán)規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)的線性收縮，從而給出測(cè)溫環(huán)和燒成品的實(shí)際累積熱量，對(duì)照換算表得出測(cè)試溫度。測(cè)溫環(huán)可放置在窯內(nèi)任何位置，如窯具、窯車或載板上，或與燒制的產(chǎn)品放在一起。測(cè)溫環(huán)直徑的收縮率精確表示窯內(nèi)測(cè)溫環(huán)所在的實(shí)際溫度。使用常見的千分尺即可很容易測(cè)量燒成后的測(cè)溫環(huán)直徑。為了精確和方便起見，每批測(cè)溫環(huán)附有一個(gè)專用換算表。為保證正確使用，請(qǐng)注意測(cè)溫環(huán)上所標(biāo)的生產(chǎn)批號(hào)必須與溫度換算表上保持一致。
產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：
● 測(cè)溫環(huán)安放位置最貼近產(chǎn)品實(shí)際受熱狀態(tài),精確測(cè)定燒制品受熱情況;
● 測(cè)溫環(huán)使用機(jī)動(dòng)靈活,可簡(jiǎn)易方便地測(cè)定爐內(nèi)三維空間的任何角落的溫度;
● 測(cè)溫環(huán)一致性良好,可以保證產(chǎn)品燒成制度的良好重現(xiàn)性,從而提高成品的合格率;
● 使用測(cè)溫環(huán)可以減少甚至不再需要通過對(duì)燒成品的幾何形狀,密度和多孔性測(cè)量或破壞性試驗(yàn),從而減少生產(chǎn)成本。
注意：
測(cè)溫環(huán)測(cè)定的是根據(jù)整個(gè)燒成過程中累積的熱量，即包括輻射熱、傳導(dǎo)熱和對(duì)流熱以及不同保溫時(shí)間的綜合效應(yīng)。不僅能測(cè)量燒制品達(dá)到的最高溫度，更能真實(shí)表現(xiàn)產(chǎn)品在熱處理過程中的全部真實(shí)受熱狀態(tài)。
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