目前，我国搪瓷行业熔制瓷釉的窑炉都采用煤、柴油、煤气或天然气等燃料。窑炉结构有坩埚窑、池窑和机械回转窑。这些窑炉都存在热效率低的缺陷，而坩埚窑则劳动强度很大，池窑及回转窑又存在原料挥发损失大、瓷釉质量不易控制等问题；燃料的烟气、炉渣及噪声对环境造成严重污染

瓷釉电熔技术是近年来国际上发展起来的一项新技术。用电熔法制瓷釉越来越引起搪瓷行业的注意。

瓷釉在常温下是绝缘体。而在高温时，熔融瓷釉是一种良好导体。熔化瓷釉的热量是通过瓷釉中的碱性金属离子往复运动所产生的。而碱性金属离子的迁移能力通常随着温度的升高而增大。在熔化瓷釉的电熔窑中插入电极，加上50Hz的交流电，利用电流的焦耳效应提供热能。电能的热效率达90%以上。

    瓷釉的导电率与温度及成分呈函数关系。瓷釉的电阻率基本上随Na2O的含量而变化，取决于瓷釉的化学配方。配方一定，导电率主要取决于其温度的高低。

在定量分析计算时，瓷釉的电阻率计算不易得到精确的结果。一些资料介绍的计算公式不简便，规定使用范围狭小，而搪瓷配方的组成变动较大。在设计过程中采用实测方法，测出的结果作为设计依据。

电极的作用是将交流电流馈入熔融的瓷釉中。它是电熔瓷釉中的关键部件。电极应有足够的耐热性，以经受瓷釉液高温，并且要耐侵蚀、不污染瓷釉使其着色。

    能够作电极材料的有：钼、钨、铂和石墨等。根据国外及国内玻璃行业的情况，采用钼电极较多，使用也比较成功。钼电极在瓷釉中不着色，耐侵蚀。

1.熔制瓷釉电熔窑概述

起初瓷釉电熔窑仿效玻璃电熔窑的结构，结果都不成功。分析原因在于二者的熔制工艺有所不同。玻璃熔制要经过硅酸盐形成阶段、玻璃形成阶段、澄清阶段和均化阶段，而瓷釉的熔制仅有两个阶段，不需要澄清和均化，故此电熔窑结构应有所不同，只要三个区域即可。

瓷釉电熔窑的设计要求:

    (1)计算出反应热及瓷釉带走的热量，保证有足够的熔融温度和尽可能长的置换时间。

    (2)炉膛的体积及布局，电极的对数、位置等必须保证足够的熔化能力和流量。

    (3)窑内温度分布均匀、稳定，出料正常。

    (4)保证瓷釉的理化性能。

    (5)炉壁和电极腐蚀率小，适当选用耐火材料及电极板材料。

    (6)供电方式要便于电流电压的控制和尽可能小的电功率。

瓷釉电熔窑的优点:

    (1)传统用燃料燃烧的方式熔融瓷釉，不但大量排出烟气，同时带走瓷釉中的挥发物，严重污染环境。冷顶电熔窑几乎为密封系统，可大大减少某些组分的挥发，而且排出的废气极少，也没有噪音。

    (2)能实现瓷釉熔融自动化。电熔窑温度易控制、连续加料出瓷、实现自动化生产。

    (3)热效率高。电熔窑热交换在窑体内进行，温度最高部位在电极附近，窑顶、侧壁、窑底温度较低。因而向周围介质散失的热量极少。根据计算，热效率为30～40%.

    (4)可以获得稳定、均匀和高质量的瓷釉。

2. 熔制瓷釉电熔窑的设计和应用

   (1)电熔窑的结构:该电熔窑的结构如图9.8.1。电熔窑中部温度控制在1300℃～1340℃，上部液面温度达1150℃～1200℃。池底温度为1100℃～1150℃。

    在电熔窑的出料口处，利用低电压、大电流产生的热量，使瓷釉达到一定的出料粘度(相应温度为950℃～1000℃)后，从漏板中流出，漏板用来控制瓷釉出窑的速度。若电流大，电压高，则漏板温度高，瓷釉粘度小，瓷釉流出速度增加，反之瓷釉流出速度减小。通过调节电流和电压的大小，来控制瓷釉在窑内的置换系数，停留时间、温度等工艺参数。

加料系统由料仓、电磁振动加料机、加料口、铂针、信号放大器和控制仪组成，形成一个自动控制加料系统。

   (2)电熔窑设计:电熔窑为深层熔化。电熔窑采用隔离变压器供电。一次电压采用可控硅恒温、恒压(或恒流)控制仪控制，变压器二次侧通过电极向熔体供电。某厂熔块耗电量为1.6～2.5Kwh/Kg。

    用作电熔的电极材料种类较多，实践证明以钼为佳。经多年实践验证，它能保证瓷釉质量，成本较低，钼电极电流密度不宜超过1A/cm2。

    某厂曾使用过板状和棒状两种钼电极。板状钼电极的表面电流密度分布较均匀，因而瓷釉中电流也分布较均匀，可避免瓷釉和电极板的局部过热。电极一般在窑体升温前按装，其缺点是，不能调节电极板之间距离。棒状电极，它可以在升温结束后插入，电极间距也可以调节，并可更换。但它表面电流密度不均匀，对瓷釉熔制不利。

   电极的排列形式多种多样。该使用的是电极板从侧壁横向插入窑中，电流方向和窑长方向一致，电极对是平行的。实践证明，电流、温度的分布都比较合理。

(3)电熔窑与坩埚窑熔制瓷釉的性能比较。（a）实验证明，电熔窑熔制的瓷釉质量比较高，理化指标均达到国家规定标准，而且耐酸、耐碱比坩埚窑熔制的有显著提高(见表9.8.1)。经多次用原子吸收光谱作全分析，结果表明，电熔窑熔制的瓷釉化学成分非常稳定，与标准配方基本相同(见表9.8.2)。(b)节约能源。用坩埚窑熔化瓷釉1kg，使用柴油2.6kg，折合标准煤4.1kg；电熔窑熔化1kg，用电2.5度，折合标准煤1kg，因而比柴油熔化瓷釉节约能源3倍。

表9.8.1 耐酸耐碱性能的比较  (单位：mg/cm2)

 表9.8.2  瓷釉全分析情况比较

(4)存在问题:(a)耐火材料的腐蚀十分严重。某厂使用过粘土砖、刚玉砖、镁砖、高铝砖等，除高铝砖的窑龄在60天左右外，其余均在30～40天。（b）热电偶保护管的腐蚀问题。刚玉管既不耐腐蚀，又不耐热冲击。钢管虽耐热冲击，但不耐腐蚀，仅作定期测温用。

例1 日产1～1.5T钛白粉搪瓷瓷釉电熔窑

     某厂生产2-2钛白粉搪瓷瓷釉电熔窑由配电、控制、变压器、窑体、加料机、出瓷车等组成。熔化池面积0.3m2，日熔化瓷釉量1～1.5T/d。

   该厂初次试验时采用钼电极。采用循环水冷却，保证电极引出位置温度不高于600℃。由于钼电极价格高、加工焊接难度大、制作不锈钢冷却水套技术条件要求高，作为小型电熔窑若采用冷却系统就增加了热损失。为此，该厂又选用石墨做电极熔制搪瓷釉，结果石墨没使瓷釉着色。为了降低电耗，加强了保温，取消了水冷却系统，减少了电极数量，在流液洞不设铺助电极，扩大流液洞宽度，保持出料口的温度不降低。

    三相交流电380V供电，变压器容量50～80KVA，二次电压50/100V两档，可控硅调节，供电系统如图9.8.2。平均电耗1400Kwh，单耗1.3Kwh/Kg瓷釉，连续加料，连续出料。

    釉料品种2—2#钛白粉，用于小面盆、汤盆、口杯等搪瓷产品。物理化学指标全部达到或超过国家及部颁标准。        

1.自控系统

    (1)恒温自控 ：采用XCT—191动圈式温度指示调节仪，用铂—铑铂热电偶作检测元件，插入电熔窑靠出料口位置。热电偶产生的直流电势信号输入XCT—191仪表，再控制ZK—1可控硅电压调整器，达到恒温自控。

    (2) 恒流自控 ：利用瓷釉电阻率与温度的关系曲线，在配方一定、电熔窑尺寸一定的情况下，控制电极的电流即能控制窑炉的温度。根据瓷釉的导电特性，使其二次电流恒定，达到恒温的目的。恒流在可控硅交流调压装置中较易实现，而且灵敏度高、稳定性好。如图9.8.3

    (3)液面控制：采用螺旋推进器作加料机，以出料来控制加料。采用电子液面控制器控制加料速度，使之稳定液面、稳定加料及出料速度。加料速度控制框图如图9.8.4。  

2.设计参数

   经过实测和计算，该厂瓷釉工艺的两个温度1100℃时导电率为4Ω·cm，1250℃时导电率为3.5Ω·cm。瓷釉平均电阻率ρ=RS/KL(Ω·cm)  式中R—瓷釉的电阻(Ω); S—瓷釉导电截面积(cm2)；K—经验系数，钼电极取1.3，石墨电极取1.2；L—电极间距离(cm)。

3．面盆、口杯电熔釉与坩埚釉产品理化指标对比见表9.8.3和表9.8.4

   表9.8.3  面盆电熔釉与坩埚釉产品理化指标对比

     表9.8.4  口杯电熔釉与坩埚釉产品理化指标对比

 4.电熔窑与火焰窑的能耗对比

表9.8.5  电熔窑与火焰窑的能耗对比

例2 熔制搪玻璃底釉和面釉的电熔窑

    某厂是生产搪玻璃釉的专业厂，采用电熔窑熔制搪玻璃底釉和面釉，产品供应搪玻璃设备生产厂。

1.电熔窑的基本结构

    电熔窑分熔化区和澄清区，熔化区有三组板状电极组成，使配合料熔化、生成硅酸盐熔体，然后熔体流入澄清区完成玻璃体均化作用，达到熔制目的。澄清区有两组板状电极。

   配合料从熔化区第一对电极中间加入，玻璃体从澄清区流出，全过程是连续进行的。根据配合料及熔体性质以控制电极板间的电压、电流，就可以控制电熔窑内各部分熔制工艺所要求的温度、物料的熔化速度和出料速度。每小时电耗约50Kw，每小时产量为20—25Kg搪玻璃熔块。用可控硅控制变压器调整电极间的电压与电流。

    电熔窑池墙砖采用锆刚玉质，经三个月连续生产到拆窑，腐蚀形状如图9.8.5(熔化区)和图9.8.6(澄清区)所示。实线为腐蚀后的形状，虚线为腐蚀前的现状。  

    经过测算，熔化区****腐蚀速度1.2mm/d，平均腐蚀速度为0.8mm/d，澄清区平均腐蚀速度为0.23mm/d，平均每日腐蚀砖重1.06Kg，日产量为400Kg，则釉料中Al2O3增加0.16%，SiO2增加0.09%。配方中SiO2理论值为65%，实测为64.75%、64.27%、65.02%。就是说，耐火材料成份引入搪玻璃熔块中的量是不大的，对搪玻璃釉的性能是没有影响的。

2.熔制工艺的稳定性

表9.8.6火焰池窑和全电熔窑对易挥发物质挥发量的对比图    

图9.8.7 在不同气氛下，搪玻璃釉的红外线透过率

    由于“料毯”的作用，一些易挥发物质的挥发量显著减少。表9.8.6为火焰池窑和电熔窑对易挥发物质挥发量的对比。电熔窑不仅保证了搪玻璃配方的稳定性，而且也减少了环境污染。从表中看出，火焰窑中氟的挥发量高达55%，硼的挥发量为7%，而电熔窑中氟、硼的挥发量则为1%。

     电熔窑中含有最低量的氢氧根离子(搪玻璃釉中的氢氧根离子是产生瓷层缺陷的根源之一)，这是由于在电极间存在直流分量，氢氧根离子在电极附近进行氧化还原反应，(即不断得、失电子)而形成气体，由熔融液相中析出，从而降低了玻璃液相中氢氧根离子的浓度。氢氧根离子浓度的降低，实际上减少了搪玻璃釉的碱度。由于釉浆中碱度降低，干燥粉层透气性增加，烧成过程的胀裂现象降低，釉面色泽一致，减少了花脸现象及爆瓷。图9.8.7为在不同窑炉气氛下，搪玻璃釉的红外线透过率，曲线1为电熔窑熔化，曲线2为一般电熔窑熔化，曲线3为燃油、燃气窑熔化。从曲线可看出，电熔窑熔化的搪玻璃釉的质量最为稳定。

3.电熔窑的其它优点：

电熔窑是自动控制，工人劳动强度低，生产条件优越，只要不经常停电就能做到均衡生产。图9.8.8为电熔窑内的温度曲线。实线为正常生产时熔化区电极间截面温度分布。虚线为停电一小时后熔化区电极间截面温度分布。

此页网址为：