1、前言
我國改革開放以來，建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)有了飛速的發(fā)展。現(xiàn)在，房地產業(yè)已經成為支柱產業(yè)，并成為拉動國民經濟高速增長的重要動力。隨著人們收入的大幅度提高和觀念的改變，廚房和衛(wèi)生間在住宅中的地位有了很大的提升，因而對于高中檔的廚衛(wèi)設備的需求也大大增加，從而進一步推動了衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的發(fā)展和技術進步。據不完全統(tǒng)計，我國2003年衛(wèi)生陶瓷總產量已超過8000萬件。其中出口1800萬件，出口金額近2.2億美元，分別比上年同期55.66%和53.69%。由于出口持續(xù)增長和國內房地產開發(fā)對建筑陶瓷、衛(wèi)生潔具的巨大需求，預計我國的建筑陶瓷、衛(wèi)生潔具行業(yè)總體上仍將保持良好的發(fā)展態(tài)勢]。當然，在行業(yè)的迅速發(fā)展中也還存在一些問題：人才不足是目前各類企業(yè)所面臨的主要問題，也成為制約企業(yè)加強核心競爭力的最大障礙。由于缺乏人才，企業(yè)在管理、產品研發(fā)、技術創(chuàng)新、市場營銷等方面同先進國家相比還存在較大差距。另外，盡管近幾年我國出口產品數量增長幅度較大，但在出口產品的價格和檔次上與發(fā)達國家相比則明顯偏低。我國出口的建筑陶瓷磚和衛(wèi)生陶瓷產品的平均價格都不足進口產品的1/3。由于出口價格低，面臨國外反傾銷的壓力也越來越大。還有，燃料、原材料價格上漲引起生產成本提高，企業(yè)間低價競爭造成的額外損失以及資源的浪費和對環(huán)境污染加重都進一步制約了行業(yè)的進一步發(fā)展。為此，需要進一步提升我國陶瓷潔具的制造質量和水平，積極推廣先進的材料、設備和技術，以推動行業(yè)的技術進步，增強行業(yè)的活力和競爭力，去滿足國內、國際市場的巨大需求。
在衛(wèi)生陶瓷的生產技術中，窯爐是其關鍵設備之一。隨著我國的經濟體制由社會主義計劃經濟體制向社會主義市場經濟體制的轉型，人們對窯爐所追求的目標也從過去的"高產、優(yōu)質、低消耗"轉向于追求"優(yōu)質、低耗、高產、靈活、綠色"等新的目標[102]。我們必須結合我國國情及衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的實際情況，仔細地選擇窯型及其所用燃料，精心地選擇、設計、配置或砌筑窯體和各種工作系統(tǒng)，以使窯爐具有更高的技術經濟特性，并進一步達到整體最優(yōu)。另外，衛(wèi)生陶瓷不僅有（一次）燒成工藝，還往往為了修補產品上某些缺陷需要有重燒工藝。針對我國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的規(guī)模產業(yè)結構和工藝的特殊性，若只采用單一窯型往往是難以滿足所有要求的。因此，目前在行業(yè)中，窯車式隧道窯、輥道窯和梭式窯等三種窯型都有應用，并且相互取長補短、互為補充。本文將重點對梭式窯及其在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中的應用談幾點看法。因為衛(wèi)生陶瓷的重燒技術需同時考慮工藝和裝備問題，所以文中還就此問題單獨進行了一些討論。
多年來，我公司一方面研發(fā)了寬斷面裝配式輕體窯車式隧道窯，并在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)得到了成功的應用；同時也研發(fā)了用于衛(wèi)生陶瓷燒成和重燒的梭式窯，并取得了一些經驗，有若干體會。因此，也擬在文中就這些方面的內容做些討論和介紹。
我們擬以這些不成熟的看法和意見與同行進行交流，希望能夠達成共識，為今后的窯爐研發(fā)和應用，并使之在"百尺竿頭，更上一層樓"做出我們各自的貢獻。
2、梭式窯及其在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中的應用
2.1 關于窯型
目前，在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中應用最多的是三種窯型，即窯車式隧道窯、輥道窯和梭式窯。前兩種窯型是連續(xù)式作業(yè)的，而后一種窯型則是間歇作業(yè)的。
窯車式隧道窯（通常簡稱作"隧道窯"）和輥道窯均是隧道式窯爐，只是裝載輸送制品的裝置不同而已。它們有隧道窯的許多共性：均分成預熱、燒成和冷卻三帶，窯內氣流與制品逆向運行，熱交換和熱利用較充分，窯體中的傳熱過程是定常的，無積熱損失等，因此產品單耗總是比間歇窯低。尤其是輥道窯，更由于窯膛截面較小，溫度更加均勻，容易實現(xiàn)快速燒成。而且由于用輥子取代了窯車，因而從根本上克服了因使用窯車帶來的一系列問題，諸如因襯砌積熱而增大窯膛上下溫差及較高的窯車制造、維護費用等。另外，輥道窯窯膛容易做到封閉嚴密，因而減少了因漏逸而造成的散失熱量，并容易維持窯內還原氣氛。在這三種窯型中，輥道窯的產品單耗通常是最低的。但由于輥子材質等問題，輥道窯的承載能力往往不如窯車式隧道窯�，F(xiàn)在，寬斷面裝配式輕體（窯車式）隧道窯的窯膛內寬已達3.3m，年產量可超過100萬件。具有很高的技術經濟特性，并已經達到國際先進水平，具有較強的市場競爭力。目前，在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的大中型企業(yè)中，常以窯車式隧道窯作為主力窯型。
梭式窯則由于間歇作業(yè)，燃燒產物（煙氣）和制品的顯熱都難以充分回收利用，再加上制品、窯具和窯體中的傳熱過程全都是不定常的，窯體會大量積（放）熱，因此產品單耗一般都會高于連續(xù)式窯爐。但由于現(xiàn)代梭式窯廣泛采用了潔凈燃料，并在此基礎上實現(xiàn)了熱工技術的三項突破，即采用了高速調溫燒（噴）嘴或脈沖燃燒技術，普遍選用了新型耐火材料和隔熱材料，并配置了完善的自動控制系統(tǒng)[114]，因此使梭式窯成為新一代間歇窯的代表窯型之一。技術經濟指標有了極大的提升。已遠非昔日傳統(tǒng)間歇窯（如倒焰窯等近代間歇窯）所能比擬的。目前，梭式窯的產品單耗已經不比連續(xù)式窯爐高出許多。到20世紀90年代中期，三種窯型燒成衛(wèi)生陶瓷的產品單耗大致水平為[103]：
輥道窯 3.76-4.18 MJ/kg產品 �。�900-1000 kcal/kg產品）
窯車式隧道窯 5.02-6.27 MJ/kg產品 �。�1200-1500 kcal/kg產品）
梭式窯 8.36-10.45 MJ/kg產品 �。�2000-2500 kcal/kg產品）
目前，我公司研發(fā)的各種規(guī)格的梭式窯，產品單耗更進一步降至7.53MJ/kg產品（1800kcal/kg產品）以下。
誠然，能耗是選擇窯型的一個重要的考慮因素，但不是全部。從人們所追求的窯爐的綜合目標看，總是應該把"優(yōu)質"放在首位。梭式窯內的溫度、氣氛及其它們的均勻性容易控制使之達到工藝要求，因此制品的燒成質量可能優(yōu)于其它窯型。"低耗"則不僅包括能耗低，而且包括窯爐建設的一次性投資和運行中的人工費用等，也就是要求總的生產成本低。梭式窯總的生產成本大致與隧道窯相當，尤其是在生產規(guī)模較小時更有其優(yōu)勢。而梭式窯最大的優(yōu)勢則是在于"靈活"。不論是工廠的窯爐建設規(guī)劃，還是對產品方案、燒成制度的適應性，乃至對節(jié)假日、工作制度、市場需求變化的應對都非常自如，可以使企業(yè)從容應付。這是所有連續(xù)式窯爐很難做到，甚至根本不可能做到的。另外，梭式窯的容積和生產能力可大可小，占地面積小，資金投入小，且回收快，建設周期短等一系列優(yōu)點更使許多企業(yè)在窯型選擇上偏好于它。
窯型的選擇是一個典型的多目標決策分析問題，它所面對的常常是一組相互矛盾的，甚至是不可比擬或不相容的目標。對于這類問題需要用一些更全面、更科學的觀點去看待和處理。熊永康曾用窯爐若干特性選擇評估表[103]，高力明等則用離散模型的選擇、消去與轉換算法[104]對窯爐特性評估及窯型選擇做過一些初步的工作。應該說，這些都是有益的嘗試與探索，希望能引起人們的關注。今后還應盡早建立并完善窯爐特性的評價指標體系及其評估方法，使行業(yè)有所依循。
總的說來，梭式窯更適合衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中的以下情形[103, 106]：
�。�1）作為主力生產窯爐――窯車式隧道窯和輥道窯的補充。既可用于重燒，也可用于（一次）燒成，特別是對于小批量、多品種或產量及產品方案需經常調整的情形。
（2）用于特型大件產品的生產：特型大件產品如連體座便器，立式小便器等，其燒成制度與一般產品有別。而連續(xù)式窯爐的燒成制度不易經常改變，梭式窯則有這方面的優(yōu)勢。
�。�3）用于高檔產品的生產，特別是高檔色釉產品的生產。
�。�4）更適合于中小型企業(yè)窯爐改造：由于梭式窯具有基建規(guī)模小，投資少且回收快，上馬容易、見效快，靈活性強，利于企業(yè)適應客觀形勢的變化，各座窯彼此獨立，互不干擾，可以滾動地分期改造建設和投產�？傊�，選用梭式窯常�？梢栽诙虝r期內取得明顯的效果，應該是窯爐技術改造的一個較好的選擇與決策。
2.2 關于燃料選擇
燃料結構是窯爐發(fā)展的主要制約因素之一。燃料的選擇對于窯爐的技術經濟特性，尤其是自動控制特性和操作條件的影響之大是人所盡知的。首先，選用潔凈燃料是第一要務。另外，從使用經驗上看，氣體燃料是優(yōu)于液體燃料的，應優(yōu)先選用。目前，我國石油及其制品的進口量逐年增加，且已在消耗量中占相當大的比例。在選擇窯爐燃料時，應及早注意并顧及這一情況，且準備相關的應對措施。在陶瓷行業(yè)中，不宜提倡以輕柴油等作為燃料。
2.3 關于燃燒――排煙工作系統(tǒng)及余熱利用
在窯爐的諸工作系統(tǒng)中，燃燒――排煙工作系統(tǒng)是最為關鍵的，它們組織了燃燒和窯內氣流的流動，對于制品的燒成過程及其質量是至關重要的。二者又緊密相關，因此有人將燃燒――排煙工作系統(tǒng)稱作"燃燒模式"，統(tǒng)一加以考慮。
目前，在梭式窯的燃燒工作系統(tǒng)中，按所選用的燃燒器，即燒（噴）嘴，大致可分為三類：
�。�1）底燒式大氣擴散式燒嘴或文丘里管式燒嘴：
這兩種燒嘴多以液化石油氣作燃料。前者是將燃料直接噴入大氣，邊擴散混合、邊燃燒，故燃燒速度較慢，燃燒亦不易完全。后者則由燃料噴射吸入空氣后，在文丘里管中先進行預混合，然后將燃料與空氣的混合物一起噴出燃燒，燃燒狀況有所改善。
裝置這兩種燒嘴的燃燒工作系統(tǒng)比較簡單。利用燃氣自身壓力即可正常工作，不需另外配置助燃風機。但不能很好地組織窯內氣流，且窯容較大時，窯膛內溫差就會加大，因此只適用于容積較小（例如小于10m3）的梭式窯，多用于燒成工藝美術陶瓷及其它產品，在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)中應用不多。對于采用這類燒嘴的梭式窯，也還是需要精心調試，才能得到較佳的燒成效果[109]。
�。�2）高速調溫燒（噴）嘴
這是目前在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)幾種窯型的窯爐上應用最多的燃燒器。應該說它的應用普遍都是很成功的，對于窯爐的技術進步起到了巨大的作用。對于高速調溫燒（噴）嘴的工作原理已經有過許多討論[114]。這類燒（噴）嘴最主要的特點就是將高溫燃料區(qū)與摻混二次調溫風的區(qū)域從空間上分開。這樣，一方面可以在高溫燃燒區(qū)中以很高的溫度和空間熱強度，使燃燒不受干擾地、迅速而完全地進行；另一方面又可以在燃燒完成后隨心所欲地按出口質量流量、流速或風溫摻兌二次調溫風，從而使其可以在很低溫度的地帶或階段（例如低于250℃，甚于更低）中正常作業(yè)，而且由于噴入窯內氣體的質量流量和流速很大，形成強烈的受限射流，引起大流量的氣體循環(huán)，在窯膛內產生劇烈的攪動，使窯內溫度均勻性大為改善�，F(xiàn)在，使窯內在最高燒成溫度地帶或階段的上下溫差不超過±5℃，甚至不超過±2℃都是不難做到的。這在以前幾乎是不可想象的。另外，采用高速調溫燒（噴）嘴后，對流傳熱也有所加強，這也是有利的，雖然增強的程度不如人們早期估計的那樣大。
一般地講，高速調溫燒（噴）嘴在高溫地帶或階段，接近于滿負荷、氧化氣氛的工況下運行要更好些；反之，在低溫地帶或階段，小負荷，要求還原氣氛的工況下運行就會相對差一些。而脈沖燃燒方式正好可在這些方面彌補其不足。
�。�3）脈沖燃燒――控制系統(tǒng)
脈沖燃燒是一種間斷燃燒或大小火交替燃燒的方法。在實現(xiàn)時，是使用脈寬調制技術，通過調節(jié)燃燒時間或大火所占時間的"占空比"來實現(xiàn)對窯爐溫度等的調節(jié)控制。因為它的燃燒控制是單獨的一套系統(tǒng)，且又與燃燒系統(tǒng)結合的十分緊密，因此習慣上就合稱為"脈沖燃燒――控制系統(tǒng)"。
脈沖燃燒――控制方式在其它行業(yè)的窯爐上，如冶金行業(yè)的大型熱處理爐中早就有應用。運行情況表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速升溫，且溫度比較均勻，而系統(tǒng)配置又比較簡單，可*性亦高。
目前，多數的陶瓷窯爐還都采用連續(xù)燃燒控制的方式，即通過控制燃料、助燃空氣流量大小來使窯內的溫度、氣氛達到工藝要求，但由于往往受到流量測量和調節(jié)等環(huán)節(jié)以及燒（噴）嘴本身特性的制約，常使燃燒控制難以盡如人意。目前陶瓷產品對窯內溫度的均勻性和氣氛的穩(wěn)定可控性的要求越來越高。隨著寬斷面、大窯容窯爐的出現(xiàn)，迫切地要求有新的燃燒控制技術。近年來，國外已有不少的窯爐制造商把脈沖燃燒――控制技術借鑒到梭式窯上。其中比較成功的有：以澳大利亞通用公司為代表的純脈沖燃燒控制技術梭式窯，用來燒成微晶玻璃制品、衛(wèi)生潔具等。以美國SD公司為代表的脈沖加比例的燃燒控制梭式窯，可用來燒成衛(wèi)生潔具、日用瓷和微晶玻璃制品等[110]。國內也已開始在梭式窯上采用這項技術，并取得了成功。
普通燒（噴）嘴的負荷調節(jié)比一般為1：4左右。當燒（噴）嘴在滿負荷工作時，噴出氣體的流速、火焰形狀和熱效率等均可達到最佳狀態(tài)。但當燒（噴）嘴流量減至最小流量時，熱負荷急劇降低，噴出氣體流速大大降低，火焰形狀達不到要求，熱效率急劇下降。一般地，高速燒（噴）嘴工作在滿負荷流量的50%時，上述各項指標距設計要求就有了較大的差距。而脈沖燃燒則不然，它只有兩種工作狀態(tài)：一種是滿負荷（或大負荷）工作，另一種是不工作（或小負荷工作）。只要通過調整兩種狀態(tài)的時間比就可進行溫度調節(jié)，實現(xiàn)以不同的速率升溫或保溫。采用脈沖燃燒控制可以彌補燒（噴）嘴調節(jié)比低的缺陷。即使在低溫階段，仍能使燒（噴）嘴工作在最佳工況。另外，由于在脈沖的作用下，大、小火頻繁交替，噴出的高速熱氣流可使窯膛內的氣體處于激烈的振蕩和攪動中，使其溫度分布更加均勻。
窯內的氣氛調節(jié)是另一個重要的環(huán)節(jié)。在脈沖燃燒加比例控制系統(tǒng)中，可先將燃料與助燃風的壓力一次性地按預定比例調整好，在運行時只需保持這兩個壓力穩(wěn)定即可。這比傳統(tǒng)的直接測量煙氣中殘余氧含量，然后對燃料與助燃風流量及其比例進行控制的效果要好。這是因為對壓力進行測量和控制要比對氣體成分測量、對流量控制簡單得多。
另外，脈沖控制中所用的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、控制器和執(zhí)行器。省卻了許多流量、氣體成分檢測控制儀表，并且只需要雙位式開關控制，執(zhí)行器也可由原來的氣動或電動閥門改為電磁閥門，從而大大降低了系統(tǒng)造價，還增加了系統(tǒng)的可*性。
還有，脈沖燃燒――控制系統(tǒng)不僅可以調整脈沖周期和脈寬，有純脈沖和脈沖加比例的控制方式，而且在窯內具體配置時還可以有許多種不同的組合方式，諸如：
�。�1）整體式：全窯所有燒（噴）嘴的脈沖周期及脈寬是相同的，各燒（噴）嘴的脈沖的脈動時間不同。這種方式可以只對窯內某一代表性部位測溫及控制。系統(tǒng)最為簡單，但不能調整各部位間的溫差。
�。�2）單點式：以一個或幾個燒（噴）嘴為一組，分組進行測溫與控制。各組的脈沖周期和脈寬均可不同，因此調節(jié)余地很大，有可能做到使窯內溫度十分均勻。但系統(tǒng)較為復雜，投入亦大。
�。�3）振蕩式：實際上屬于純脈沖控制方式，即利用大小火交替產生類似于"移動"火焰的加熱效果，可防止低溫階段局部過熱，并使窯內溫度均勻一些。這種控制方式只在對于控制要求不高的窯爐中使用。
歸納起來，脈沖燃燒――控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點：
�。�1）傳熱效率高，并可提高窯內溫度的均勻性。
（2）對于脈沖加比例控制方式，無需在線調整，即可實現(xiàn)氣氛的精確控制與保持。
（3）可使燒（噴）嘴始終處于最佳工況，提高負荷比，減輕污染并降低能耗。
（4）系統(tǒng)簡單可*，造價低。
總之，脈沖燃燒――控制技術作為一項新技術有著廣闊的應用前景，對提高產品質量、降低燃耗、減少污染可以發(fā)揮更大的作用。它是窯爐自動控制的一次革新，并將成為燃燒控制技術的一個發(fā)展方向。
從窯膛內的傳熱機制看，梭式窯與一些窯車式隧道窯類似，多采用棚板裝載多層衛(wèi)生陶瓷坯體燒成，裝窯密度相對較大，因而屬于"非中空窯"，而在輥道窯中多為單層裝載，且制品以上的空間較大，裝窯密度相對較小，則屬于"中空窯"。對于非中空窯，制品之間的遮擋阻隔，窯墻內表面的熱輻射不易達到窯中心部位的所有制品，因此需要更好地組織熱氣體的流動以加熱所有制品，并使其溫度達到均勻。這也就是在梭式窯和一些窯車式隧道窯中必須更加重視燒（噴）嘴和排煙口布置的主要原因之一［111，112］。
在梭式窯中，燒（噴）嘴的布置主要有以下幾種方式，而且為了使噴出氣流在窯膛內形成循環(huán)氣流，多采用平面或立面上的交錯布置：
�。�1）底燒式：多用于裝有大氣擴散式或文丘里管式燒嘴的小窯。
（2）側燒式：應用最多。高速調溫燒（噴）嘴的高溫氣流可噴至7米遠，對于目前的梭式窯寬度而言已經足夠。側燒式布置和操作都比較方便。
�。�3）頂燒式：對于窯寬過大的梭式窯�？扇坎捎没蜉o助采用頂燒式燒（噴）嘴布置，以保證火焰或熱氣流能到達窯膛中心部位。
梭式窯的排煙方式對于引導氣體流動、減小窯膛內溫差、窯爐結構復雜程度及造價等有一些影響。但在現(xiàn)代梭式窯中其重要性已遠不如燒（噴）嘴布置和燃燒控制，然而人們受傳統(tǒng)窯爐觀念的影響仍比較重視排煙方式，并寄予過多的期望，其實已經是"時過境遷"，需要人們更新觀念了。
排煙方式主要有[111]：
�。�1）窯膛后端墻排煙方式：窯內氣流為半倒焰式，前后溫差較大，對于大窯容的梭式窯更甚。
（2）窯膛頂部排煙方式：窯內氣流為升焰式，且影響窯頂結構強度，煙囪亦難置放，故采用的不多。
（3）窯車底部中心排煙方式：窯內氣流成倒焰式，可簡化窯墻結構、便于窯墻保溫，但地下須做煙道，對地下水位有要求，且煙氣溫降較大，故多采用機械排煙。
�。�4）窯體側墻排煙方式：類似于窯車式隧道窯的排煙方式，調節(jié)方便，可不受窯長限制，窯內氣流為平焰式，氣流速度較低時，易產生氣體分層現(xiàn)象，致使上下溫差很大，在使用高速燒（噴）嘴以后，氣流速度很大，攪動劇烈已大有改善，因此目前在梭式窯中應用最多。缺點是窯墻結構較復雜，對于輕體薄窯墻設置上有些不便。
由不同的燒（噴）嘴的布置方式與排煙方式相互組合可以構成不同的燃燒――排煙工作系統(tǒng)，即"燃燒模式"。各國的不同的窯爐廠商按各自的習慣開發(fā)出不同的"模式"，例如：
（1）日本梭式窯采用側燒，窯車底部中心排煙方式。
�。�2）意大利SITI公司梭式窯采用底燒，窯頂排煙方式。
�。�3）澳大利亞梭式窯采用側燒，窯體側墻經下部煙道排煙方式。
�。�4）德國梭式窯采用底燒與頂燒結合，窯頂排煙方式。
各種"模式"，各有千秋�？山Y合具體情況選用。
陶瓷窯爐與其它許多工業(yè)窯爐一樣，熱利用是很不充分的，這無異于是在浪費寶貴的有限能源。因此，回收廢熱、利用余熱永遠應該是熱工工作者的重要任務之一。
余熱利用主要是技術手段和經濟上的投入產出問題。
一些年來，舊的、傳統(tǒng)的余熱利用設備和裝置，如隧道窯上裝設的余熱鍋爐等逐漸被淘汰，而另外一些新的技術及設備，如熱管（及其換熱器）、熱泵等開始試驗使用。
選擇的余熱利用技術及設備應比較成熟可*，而且應該仔細核計一下投入與產出。在經濟核算時還要注意回收能量之品位。要立足于"有用"和"有效"，盲目地"回收"并不總是可取的。
從理論上講，梭式窯在燒成階段的熱煙氣和冷卻階段時冷卻制品得到的熱空氣的熱焓都很大，如能回收利用是很好的[124]。但因這些"余熱"隨時間在數量和溫度（即"品位"）上變化很大，真正充分地加以利用就比較困難。目前對于以液化石油氣為燃料的小型梭式窯，有利用煙囪熱煙氣加熱水用于溫熱貯氣鋼瓶，促使氣化，減少剩余殘液[116]�；驅釤煔�、熱空氣送往成形車間干燥坯體的[124]。但在燒成階段，若控制失當，余熱利用有時會對燒成產生某些干擾，另外余熱利用設備比較龐大，熱效率也不高，因此一些國外的現(xiàn)代梭式窯不再設置余熱利用裝置[115]。這一動向值得我們注意和研究。
2.4 關于自動控制系統(tǒng)
在梭式窯中燒成時，制品、窯具和窯體均處于不定常熱過程，正常工況下，還是周期性熱過程。因此，梭式窯的自動控制需要程序（順序）控制。這比連續(xù)式窯爐的控制要復雜一些，但因在窯車式隧道窯、輥道窯各帶之間氣氛容易相互干擾，而在梭式窯中卻沒有這些干擾，這是有利的一面。當然，在用計算機控制時，要求按時間以不同預定參數值進行程序（順序）控制已經不是什么難事。
隨著廣泛采用輕質耐火材料及纖維作梭式窯窯體內襯，其熱容及其滯后均變小，窯爐的動態(tài)反應特性變好，整個控制特性亦更好。這些都有利于提高自動控制系統(tǒng)的控制品質，并有可能采用更簡化的系統(tǒng)配置設計，從而減少自動控制系統(tǒng)的投入、降低窯爐總造價。前面所介紹的脈沖燃燒――控制工作系統(tǒng)就是一個成功的典型例子。
目前在梭式窯中，對于溫度、壓力、流量等被調參數通常都采用閉環(huán)調節(jié)。尤其是對溫度的調節(jié)已能達到很高的精度，例如±5℃，甚至可以做到±2℃以內。但對于氣氛的控制則比較困難。雖然可以測量煙氣中的殘余氧和一氧化碳含量，以燃料和助燃空氣流量作為控制參數進行閉環(huán)調節(jié)，但因測量儀表和流量控制環(huán)節(jié)存在的問題很難做到長期正常運行。另外，被調參數溫度與氣氛之間還存在耦合，在調節(jié)控制過程中容易互相干擾。雖然從理論上可以找出一些使溫度與氣氛解耦的方法，目前在這方面的研究有很大的進展[121]，但技術上尚不夠成熟。因此，目前在梭式窯的氣氛控制中，多還是采用開環(huán)調節(jié)。前面所介紹的脈沖燃燒――比例調節(jié)控制系統(tǒng)即采用這一方法，而且在其中間接地用對燃料和助燃空氣壓力的測控代替對其流量的測控，從而取得較好的效果。國外一些梭式窯在自動控制方面大致都是這樣做的[117, 118]。國內梭式窯也已可做到這一點[119]。
近一些年來，自動控制理論及其控制算法都有不小的進展，如模糊控制算法、人工神經網絡算法等，控制系統(tǒng)配置也更趨復雜。一些自動控制系統(tǒng)都聲稱完全不需要知曉熱工對象的控制特性，可以直接通過輸出――輸入信號建模，甚至無需建模就能完成控制過程。這種觀點是值得商榷的，它可能會誤導用戶。實際上，如果我們能對熱工對象及其控制特性有更深入、全面的了解，那末總是可以把自動控制系統(tǒng)設計得更好，使其控制品質和運行狀況更佳。顯然，在滿足工藝要求的前提下，愈是簡單實用的自動控制系統(tǒng)，才愈應是我們的追求目標。評價一個自動控制系統(tǒng)，不應只是看它的系統(tǒng)配置及其控制算法有多么"先進"和復雜、投資有多大，而是應該主要看它是否能依據熱工控制對象的特性，選用最適宜、最簡單實用的控制系統(tǒng)及其控制算法，具有較好的控制品質，最終能否滿足工藝要求，燒出好的產品來。這方面目前似尚存在一些認識誤區(qū)，需要加以澄清。
近來，更有數字式PID溫度調節(jié)器回路設計及在梭式窯中成功應用的報導，可供借鑒[120]。
2.5 關于窯體結構、砌筑材料及爐材（窯具）
一般地講，對于窯體的要求有：(1) 耐火；(2) 隔熱；(3) 結構堅固，且具有結構穩(wěn)固性；(4) 不因揮發(fā)、落渣等影響產品(尤其使釉面)質量。
而從傳熱角度看，在定常與不定常傳熱過程中，對砌體的熱性能要求是很不相同的：
對于連續(xù)式作業(yè)的窯爐，如窯車式隧道窯、輥道窯，窯體處于定常傳熱過程。為了減少散熱和降低窯體外表面溫度，只需加大砌體總熱阻即可達到目的。通常只需選用熱導率低的砌筑材料或增加砌體厚度即可。
而對于間歇式窯爐，如梭式窯，窯體、窯車襯砌全都處于不定常傳熱過程，正常工況下還是周期性熱過程。這時對窯體和窯車襯的要求就要復雜得多[114, 123]：
�。�1）為了減少蓄熱，接觸高溫熱氣體的"熱面"或"內層"應選用熱惰性系統(tǒng)b值小的材料
b ＝ (1)
式中：λ－ 熱導率，w/m·K
c － 平均比熱，J/kg.·K
ρ－ （體積）密度，kg/m3
進一步的理論分析表明，砌體蓄熱量與熱物性參數b值成正比。因此，從嚴格的意義上講，討論窯體和窯車襯砌的蓄熱問題時，應以熱惰性系數b值的大小來劃分其"輕質"與"重質"。顯然，"輕質"的，蓄熱少；而"重質"的，蓄熱多。纖維材料具有極低的熱導率，而且體積密度亦很低，因此熱惰性系數b值很小，大致可比一些重質耐火材料（耐火粘土磚、高鋁磚等）的b值小一個數量級，是典型的最"輕質"材料。這也就是全纖維內襯梭式窯蓄熱少、節(jié)約能耗的機理所在。
�。�2）為了減少散熱，同樣要求砌體的總熱阻大。技術上的實現(xiàn)方案與定常傳熱時相同。
�。�3）為了降低外表面的最高（瞬時）溫度，應使砌體具有較大的熱時間常數T.T.C.(Thermal Time Constant)。這一參數相當于多層砌體結構在內面施加單位階躍溫度擾動作用下，另一面（外面）溫度響應達到某一特定值（一般規(guī)定為1－1/e ＝ 0.632）所需的時間。熱時間常數T.T.C.愈大，則外表面溫度的巔峰值（瞬時最高溫度）愈低；反之亦然。這對于窯車的安全運行顯然是非常重要的。
該參數不是一個物性參數，而是由物性參數（主要是材料的導溫系統(tǒng)a＝λ/cρ）、各層厚度及材料的疊放的層次順序等組成的一個綜合熱性能指標。
纖維材料的熱惰性系數b值是很小的，但因λ，ρ均小，使得導溫系數a值不一定很小，致使熱時間常數T.T.C.不一定很大。所以，有時全纖維內襯的窯體或窯車襯砌外表面溫度的峰值不一定很低。這是值得注意的。我們若在*近外層處增加一薄層"重質"的溫度阻隔層，就可使T.T.C.值增加許多，從而使外表面溫度峰值下降不少。
還有，從技術經濟的綜合效果看，選用多層結構常常是合理的，可以很容易地全面滿足使用要求。全纖維內襯窯頂使用一段時間后，因纖維老化容易掉渣（粉）造成裸裝產品釉面落臟。可采用內面加吊"重質"堇青石――莫來石薄板作成"天花板"結構，以解決這一問題。由于該"重質"層較薄，一般僅15毫米厚，因與背后的"輕質"纖維層的"背襯效應"，不致使蓄熱明顯增加[122]。因此這是一種較為合理的結構型式，是可以采用并加以推廣的。
最后還有一點要說的是關于爐材（窯具）問題。爐材與制品的質量比，對于窯爐的運行和產品單耗影響很大。因此，選用最優(yōu)質的爐材（窯具），并精心碼裝制品是非常重要的。
2.6 關于衛(wèi)生陶瓷重燒技術
衛(wèi)生陶瓷重燒是指對那些存在局部的可修復的表面缺陷（如針孔、細裂紋等）的衛(wèi)生陶瓷瓷件進行修補并再次燒成的過程。其目的是將那些帶有較少缺陷的產品轉化為優(yōu)良品。從而提高衛(wèi)生陶瓷的成品率、降低生產成本、獲得更大的效益。但由于重燒涉及的相關因素較多，要想使修補過的部位經過重燒與其它部位完全一樣，不露痕跡，是很不容易的。尤其是對于色釉制品，其難度更大。從這個意義上講，重燒可能比（一次）燒成更需要仔細研究并謹慎從事。
重燒是一門"技術"，它包括工藝和裝備兩方面的問題。
重燒技術更主要的是工藝問題。需要考慮修補用坯釉料與原坯釉料的燒成收縮率、熱膨脹系數、釉的熔融溫度、顏色等的匹配問題，希望填補料有較寬的熔融溫度范圍，并與原來的釉具有盡可能小的色差，還需要制定重燒溫度、氣氛制度和修補工藝規(guī)程。國內的工藝研究人員和衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的技術人員近年來進行了大量的試驗研究工作，并已取得了基本成功，已可在工業(yè)規(guī)模實際應用[201-207]。
相對來講，重燒技術對窯爐裝備的要求并不太苛刻。一般地講，適合于（一次）燒成的窯爐基本上都可以用于重燒。
重燒溫度一般略低于（一次）燒成溫度，但也不能相差過大，另外還需與（一次）燒成盡量保持相近的氣氛，以使色釉制品發(fā)色正常，并使修補部位與其它部位的色差盡可能小些。另外，希望重燒窯內溫度分布更均勻些，并特別注意在重燒加熱與冷卻階段的發(fā)生石英晶型轉變的區(qū)段降低升溫和降溫速率，以防止發(fā)生產品的重燒開裂。
梭式窯與窯車式隧道窯、輥道窯相比具有更大的靈活性，溫度、氣氛均勻且易于調整，因此可能更適合于衛(wèi)生陶瓷重燒，有條件的大中型衛(wèi)生陶瓷企業(yè)宜另建梭式窯以供重燒。當然如能很好地組織生產，也可以在連續(xù)式窯爐中集中一段時間，適當調整燒成制度后對產品進行重燒[207]。若能進一步研究出與（一次）燒成相同溫度、氣氛的修補料配方，則可將重燒產品與（一次）燒成產品在同一座連續(xù)式窯爐中混裝。那樣的話，既可不必另建專門用作重燒的窯爐，而且生產組織管理也很方便。國外已有公司可以做到這一點[204]，我們也應該可以做到。
總之，裝備要為工藝服務，只有工藝與裝備工作者很好地協(xié)作配合，才能更好地實現(xiàn)重燒工藝目的。
3、實例
湖北黃岡華窯集團中亞窯爐有限公司是該集團中規(guī)模較大、技術領先、實力雄厚的集科研設計、加工制造、施工安裝與調試一體化的專業(yè)窯爐公司。業(yè)務涉及建筑衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、微晶玻璃、粉末冶金、稀土化工、新型建材、電瓷、技術結構陶瓷等多個行業(yè)。
多年來，中亞公司在結合我國窯爐實際現(xiàn)狀的基礎上，不斷消化吸收從國外引進成功窯爐的先進技術和經驗，多次與國內一些科研院所、大專院校以及多家國際名牌專業(yè)窯爐公司進行廣泛的合作交流，先后為全國20多個省、市、自治區(qū)設計建造了各類先進環(huán)保節(jié)能型窯爐300余座。
特別是我公司近年研制開發(fā)的年產30 ~ 90萬件高檔衛(wèi)生瓷寬斷面組裝品牌HYZYSDY系列隧道窯，先后在唐山惠達、唐陶、唐山衛(wèi)陶、唐山莊頭北、北京東陶、重慶和湖南四維瓷業(yè)、河南長葛潔達、福建廈門三鼎、廣東順德樂華（箭牌）等多家用戶投產運行，反響強烈，得到了各用戶及相關專家的好評。其中在唐陶建成并投產的80-2.6規(guī)格窯已通過科學技術成果鑒定，先后獲得黃岡市、湖北省兩級科學技術成果獎，并已列入2000年國家級重點新產品計劃項目和2002年國家級"火炬計劃"項目。
該系列新型衛(wèi)生陶瓷燒成用寬斷面組裝式輕體隧道窯的主要技術經濟指標，如燒成周期、燒成氣氛、控制方式、溫度控制精度、所需操作控制人員數、使用壽命、窯體外壁面溫度等均已達到國外同類型窯爐的先進水平，而部分技術經濟指標，如投資額、建設周期、燒成合格率、單位產品能耗和維修等還優(yōu)于進口窯爐，因此，是替代進口的理想產品。
近年來，我公司經過不斷摸索和努力，憑借豐富的窯爐設計和制造經驗，通過廣泛消化吸收自國外引進的同類窯爐的先進技術和成功經驗，還相繼開發(fā)出1－150m3規(guī)格的燃氣梭式窯系列，其主要技術經濟指標列于表1。這些梭式窯不僅可用于衛(wèi)生瓷的(一次)燒成，也可用于重燒。由表1所列的數據可以看出：我公司研發(fā)的梭式窯的主要性能已接近或達到20世紀90年代初的國際先進水平，基本可以滿足衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的要求。
另據我們對衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的調查，了解到廠家對于40 m3，60 m3，80 m3，150 m3等幾種規(guī)格的梭式窯的需求量比較大。我們將按市場需求進一步研發(fā)更多規(guī)格的梭式窯，并盡早使之規(guī)格化和系列化。
表1 燃氣梭式窯的主要技術經濟指標
4、結束語
梭式窯是一種現(xiàn)代化的間歇窯。它的生產方式和時間安排靈活，對燒成品種的適應性強。它既可作為主要的燒成設備用于小批量、多品種的產品生產，滿足市場多樣化的需求，又可作為輔助燒成設備用于產品的重燒和新產品試制。梭式窯與窯車式隧道窯、輥道窯相比較，又具有占地少、上馬快、投資少、周期靈活、低風險、操作簡便等優(yōu)點。因此，梭式窯是陶瓷廠家不可或缺的一種生產設備。
對于梭式窯，有一系列的技術問題需要逐一去解決，諸如：燃料選擇，燃燒――排煙工作系統(tǒng)配置及窯爐余熱利用，自動控制系統(tǒng)的設計與配置，窯體結構設計、砌筑材料及爐材（窯具）材料的選擇等。當用梭式窯進行衛(wèi)生瓷重燒時，還必須與工藝技術人員一同解決好重燒技術的工藝、裝備及其互相匹配適應問題。我們只有充分地認識了梭式窯的結構特點和工作特性，設計好、選材（選型）好、施工好，并精心地調試和使用，才能真正發(fā)揮出梭式窯的優(yōu)勢，同時克服其某些先天的不足。
經過國內陶瓷窯爐產業(yè)許多公司的共同努力，已經研究開發(fā)出了各種用途、規(guī)格的梭式窯，其中有些已接近或達到上世紀90年代初期的國際先進水平，基本可以滿足衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的要求。今后還應繼續(xù)加強研發(fā)，盡早實現(xiàn)規(guī)格化和系列化，并不斷吸收、開發(fā)新技術，以使我國的陶瓷窯爐產業(yè)在這一領域中更上一層樓。國產窯爐的應用和推廣、陶瓷窯爐產業(yè)的發(fā)展離不開廣大陶瓷企業(yè)廠家的支持，讓我們攜手為我國陶瓷行業(yè)的燦爛明天而共同努力奮斗！
