關(guān)于北方陶瓷窯爐燒成技術(shù)的探討

王淑昌

王淑昌

陶瓷的發(fā)展史是中華文明史的一個(gè)重要的組成部分，中國作為四大文明古國之一，為人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。英文中的“China”既有中國的意思，又有陶瓷的意思，清楚地表明了中國就是“陶瓷的故鄉(xiāng)“。早在歐洲人掌握瓷器制造技術(shù)一千多年前，漢族就已經(jīng)制造出精美的陶瓷，中國瓷器因其極高的使用性和藝術(shù)性而備受世人推崇。

北方有兩個(gè)著名的窯場——邢窯和定窯。邢窯位于河北省邢臺(tái)臨城與內(nèi)丘縣接壤地帶，是我國現(xiàn)在已知最早燒造白瓷的窯場，約始于北朝后期，其后經(jīng)歷隋代發(fā)展至唐時(shí)為全盛時(shí)期，與南方越窯一起形成“南青北白”格局。邢瓷在歷史上稱為“類雪似銀”，邢窯在實(shí)踐中不斷改革創(chuàng)新，首創(chuàng)匣缽燒法，為精美瓷器的燒制成功起到了關(guān)鍵作用。邢窯開創(chuàng)的獨(dú)特制瓷工藝和先進(jìn)的燒造技術(shù)同樣是我國陶瓷史上的重要里程碑，唐人李肇《國史補(bǔ)》寫道：“內(nèi)丘白瓷甌，端溪紫石硯，天下無貴賤通用之。”

定窯燒制白瓷的時(shí)代要晚于邢窯，從定窯的燒制器物特征來看，大體與邢窯相同，由于兩窯在地理位置上很近，所以相互學(xué)習(xí)與競爭是很自然的。隨著定窯生產(chǎn)的發(fā)展以及邢窯的逐漸衰落，出現(xiàn)了陶瓷發(fā)展史上“定盛而邢衰”的局面。直到北宋中期，定窯燒造方法也均采用匣缽仰燒。北宋后期,定窯變匣缽仰燒為大量采用支圈組合窯具的覆燒,瓷器上的印花裝飾也相應(yīng)地發(fā)展起來。覆燒法是定窯的一個(gè)創(chuàng)新,也是定窯瓷器發(fā)展的標(biāo)志,它既求數(shù)量,也求質(zhì)量。

陶瓷是一門泥與火的藝術(shù)，在我國北方陶瓷發(fā)展史上，較早期使用的是一種間歇式窯爐——倒煙窯，定窯亦是如此，它主要由以下幾部分組成：

1.窯室。窯室有圓形和矩形兩種，窯室是碼放和燒成制品的地方。窯室的高度面積大小可根據(jù)自己的生產(chǎn)量來擬定，生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)數(shù)量多可建稍大一些，一般的窯室容積2立方米-3立方米。

2.燃燒室。 燃燒室可燒煤或柴，一般在窯的正前方，隨著改革發(fā)展也有燃燒室在窯門的前方兩側(cè)——兩個(gè)燃燒室。

3.擋火墻。擋火墻的作用是使燃燒室的火焰進(jìn)入室內(nèi)，具有一定的方向性合流。為了避免火焰直接沖擊制品，合理的擋火墻應(yīng)能使火焰大部分送到窯頂，從而使火焰能均勻分布于全窯，再自窯頂經(jīng)過窯內(nèi)制品倒流至窯底，由吸火孔、支煙道及主煙道向煙囪排出，在火焰流經(jīng)制品時(shí)，其熱量以對(duì)流和輻射的方式傳給制品。

4.吸火孔。吸火孔在倒煙窯的窯底均勻分布，用于排除窯內(nèi)煙氣的小孔洞。吸火孔的大小及其在窯底的分布是否合，對(duì)于操作控制及溫度分布均勻性關(guān)系極大：若面積過大、火焰在窯內(nèi)停留時(shí)間過短，熱量來不及充分傳給制品，造成升溫困難；若面積過小，則排焰阻力大，通風(fēng)不好，燃燒困難，不易升溫，且窯內(nèi)制品容易產(chǎn)生煙熏。

5.支煙道、總煙道和煙囪。支煙道又稱“均衡煙道”，位于窯底吸火孔的下面，它的作用在于連接吸火孔和總煙道。支煙道要合理分布，使各個(gè)吸火孔的抽力大致相等，使煙氣能順利經(jīng)過總煙道煙囪排出。

6.窯門及觀火孔。窯門的作用是裝、出制品和匣缽，每座窯一般設(shè)計(jì)1-2個(gè)窯門，其大小以裝、出窯方便而定。燒窯時(shí)窯門要預(yù)先砌磚封閉，且要用耐火磚，窯門上要留添燃料的口以及觀火孔，以便觀察窯內(nèi)燒成情況。

7.天眼。天眼就是窯頂上的冷卻孔，剛開始燒窯時(shí)（低溫階段）用來排除窯內(nèi)制品排放出來的水蒸氣，當(dāng)噴出火焰后方可關(guān)閉天眼。另一個(gè)作用就是停火后打開天眼可迅速降溫，縮小下次用窯時(shí)間間隔，提高生產(chǎn)效率。

古代定窯窯爐

隨著社會(huì)的發(fā)展，窯爐也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，現(xiàn)在一般小工廠用的較多的一種是比較環(huán)保、燒天然氣的窯爐，是一種窯車式的倒煙窯，也叫“抽屜式窯”，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的倒煙窯基本相同，燒嘴安設(shè)在兩側(cè)的窯墻上，并視窯墻的高低設(shè)置一層或數(shù)層燒嘴。窯底用耐火材料砌筑在窯車鋼架結(jié)構(gòu)上，窯底吸火孔、支煙道設(shè)于窯車上，并使窯墻下部分的煙道和窯車上的支煙道相連接，窯墻四周是用優(yōu)質(zhì)的隔熱保溫材料莫來石棉作內(nèi)襯，這樣就減少了窯的蓄熱損失。

裝窯時(shí)，緩緩地把窯車?yán)鰜?。根?jù)不同產(chǎn)品的大小還有所需不同的窯溫裝在相應(yīng)的位置。裝窯的輔助工具是碳化硅棚板、立柱。根據(jù)產(chǎn)品的高低使用所對(duì)應(yīng)的立柱，板與板之間要留2公分-3公分左右的縫隙，以便火焰循環(huán)流通。把產(chǎn)品放置在碳化硅棚板上，要注意產(chǎn)品左右前后之間有一定距離，防止成瓷相互粘連。上下層棚板要垂直整——以保證在推動(dòng)窯車時(shí)棚板上產(chǎn)品的穩(wěn)定。然后推車入窯，關(guān)閉窯門，點(diǎn)火燒窯。

抽屜式窯爐燒成分為三個(gè)制度：一、溫度制度。二、氣氛制度。三、壓力制度。

一、溫度制度

根據(jù)自己不同的產(chǎn)品，不同的原料配方、釉料、坯體的厚度、溫度等制定出適合自己產(chǎn)品的燒成曲線。

1.升溫速率

⑴低溫階段（常溫-300℃）。此階段實(shí)際是坯體的干燥延續(xù)期，如果坯體入室的含水量較高，坯體厚度大，天氣濕度大等，此階段燒成要小火慢燒，防止升溫過快過急引起坯體內(nèi)部水汽壓力增高，可能產(chǎn)生開裂，炸坯現(xiàn)象。

⑵氧化分解階段（300-950℃）。主要發(fā)生的物理變化有：坯體質(zhì)量減輕、氣孔率進(jìn)一步增大、硬度與機(jī)械強(qiáng)度增加。化學(xué)變化有：結(jié)晶水的排出、坯料中各種黏土原料和其它含水的礦物原料等在此階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)水排出。

⑶高溫階段（950℃-燒成溫度）北方的原料氣候適合氧化焰燒成，本階段的作用主要是在制品釉面熔融以前，繼續(xù)將氧化分解反應(yīng)（包括碳元素氧化、硫酸鹽的分解等）進(jìn)行徹底。否則坯體易產(chǎn)生氣泡、煙熏等缺陷。

2.燒成溫度。具體燒成溫度取決于產(chǎn)品的原料、釉料或瓷種等。北方的窯場定窯、邢窯就是高溫瓷，和當(dāng)?shù)氐脑咸匦杂嘘P(guān)系，燒成溫度在1300-1320℃左右。

3.保溫時(shí)間。本階段的作用是使坯體內(nèi)部反應(yīng)均衡完善，由于窯內(nèi)不同位置上下或前后有溫差，延長保溫時(shí)間就是為了使窯內(nèi)溫度趨于一致，以達(dá)到產(chǎn)品燒成溫度。

4.降溫速度。降溫冷卻制度是否合理對(duì)制品性能同樣有很大影響，如果冷卻得太快，內(nèi)外散熱不均，會(huì)造成制品不均勻的應(yīng)力而引起開裂。一般瓷器玻璃相轉(zhuǎn)變溫度800℃左右，在850℃以下至400℃時(shí)應(yīng)小心放慢冷卻速度，以防產(chǎn)品出現(xiàn)驚裂。

二、氣氛制度

陶瓷根據(jù)坯料性能的不同燒成時(shí)可采用氧化氣氛、中性氣氛或還原氣氛。按燒成時(shí)焰的性質(zhì)也稱作“氧化焰”、“中性焰”、“還原焰”。在我們北方制瓷原料大多采用二次高嶺土與耐火黏土，含鐵較少，有機(jī)物含量較多，坯體的黏性和吸附性較強(qiáng)，適宜于氧化氣氛燒成。南方制瓷原料多采用原生高嶺土與瓷石，含鐵量較少，坯體黏性和吸附性較小，同時(shí)南方氣候濕潤，濕度大，適于還原氣氛燒成。

三、壓力制度

壓力制度起著保證溫度和氣氛制度的作用，全窯的壓力分布是根據(jù)窯內(nèi)結(jié)構(gòu)，窯的容積、燃燒種類、制品特性、燒成氣氛和裝窯密度等因素來確定。