測溫環(huán)/校溫環(huán)/測溫圈/精密陶瓷測溫環(huán)/高溫窯爐專用測溫環(huán)

用測溫環(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，燒成工藝是關(guān)鍵的，而陶瓷燒成的綜合熱效應大致包括：燒成溫度、保溫時間和窯爐氣氛。工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)和實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有效的溫度控制。但多數(shù)測溫手段(如熱電偶、火錐、光度計等)在時間和空間上均受到一定限制，在實際使用中只能測量產(chǎn)品的環(huán)境溫度，而難以測量來自不同方位的傳導熱和輻射熱以及不同保溫時間產(chǎn)品本身的累積熱效應。實際上陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的綜合熱效應會直接影響產(chǎn)品的燒成質(zhì)量。采用測溫環(huán)不但可以解決時間和空間的限制，而且能同時測量窯爐的輻射熱和傳導熱以及產(chǎn)品整個燒制過程的綜合熱效應。

• 用測溫環(huán)改善窯爐燒成產(chǎn)品質(zhì)量的案例

1測溫環(huán)在電子陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的應用

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，對電性能的要求都較高。在配方和生產(chǎn)工藝相對固定的情況下，燒制品的累積熱效應是直接影響產(chǎn)品電性能的因素，而熱效應主要是燒成溫度、保溫時間和燒成氣氛的綜合體現(xiàn)。不同的燒成溫度、保溫時間和燒成氣氛會燒結(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)有各類窯爐的測溫點都相對固定，熱電偶的實際探測點的分布也受到限制，不利于掌握產(chǎn)品在燒成中的真實狀態(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量溫度時產(chǎn)生的溫度誤差，熱電偶也只能測出燒成溫度中的輻射熱，無法測量出窯具的傳導熱和具體的保溫時間以及實際燒成氣氛的綜合熱效應。這時若在燒制前或燒成中放置幾片測溫環(huán)，不僅可測出爐內(nèi)的實際溫度而提前調(diào)整好爐溫，而且還能根據(jù)出爐后測溫環(huán)的直徑大小、顏色深淺以及形狀的變化等，體現(xiàn)出產(chǎn)品燒成的實際熱效應。測溫環(huán)體積小巧、使用方便，不但對不同窯爐燒結(jié)的產(chǎn)品可作橫向比較，而且可將測試后的測溫環(huán)樣品和數(shù)據(jù)留存起來對不同時期燒結(jié)的產(chǎn)品作縱向比較，這樣對產(chǎn)品質(zhì)量的追蹤提供了真實的歷史依據(jù)，對產(chǎn)品質(zhì)量的嚴格管理更有保障。

2利用測溫環(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。其實對于溫差問題的解決方法是很多的。而難題在于如何準確知道窯爐內(nèi)不同位置的溫差。試驗證明在拋光磚生產(chǎn)中，應盡量控制窯爐燒成帶橫向溫差≤5℃。常用的測溫設備如測溫熱電偶僅設在窯爐的一側(cè)，對其橫向溫差不易檢測和控制，所以很難做到橫向溫度的均一。而通過使用測溫環(huán)，因其體積小巧，可準確測量不同位置的窯溫，得到窯爐內(nèi)溫差的值。一方面彌補了熱電偶的不足，另一方面又測定了窯爐內(nèi)三維空間熱分布狀況。再通過合理設定各燒咀的風油(氣)比例，正確調(diào)節(jié)其閥門開度，及時補加耐火石棉等，防止窯墻漏風和不良的散熱，對于解決溫差的問題就容易得多了。

3測溫環(huán)在箱式電爐中的應用

箱式電爐廣泛用于實驗室和小件產(chǎn)品的生產(chǎn)，因其投資小，使用靈活而成為的燒成設備。由于電子陶瓷和現(xiàn)代精細陶瓷對燒成溫度非常敏感，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。實際使用中，因箱式爐發(fā)熱元件的設置不同，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行測溫，但因熱電偶放置空間的局限性，無法測量出爐內(nèi)各個點的溫度，因此對于爐內(nèi)溫差分布情況無法查明。對于燒成品的如何擺放，要進行較多次的試驗才能合理，但爐內(nèi)放置產(chǎn)品的多少或品種發(fā)生變化后，溫差也會發(fā)生變化。因此需要一種簡單、方便的手段隨時測量出爐內(nèi)各個角落的溫度。測溫環(huán)體積小，20mm*7mm的小圓環(huán)。使用幾片，任意放置在爐內(nèi)需要測量的地方，燒成出爐后測量其外徑，對比溫度對照表，得出爐內(nèi)各點的實際溫度，測量偏差只在3度以內(nèi)，應該是很好的一種測溫工具。

4測溫環(huán)在輥道窯中的應用

陶瓷制品在輥道窯里燒成，需要在特定的燒成制度下進行，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，其中溫度制度為關(guān)鍵。輥道窯的溫度監(jiān)測主要是依靠沿窯長裝在窯頂或窯側(cè)的熱電偶所反映的溫度數(shù)據(jù)。輥道窯一般分為預熱帶、燒成帶和冷卻帶，其中燒成帶溫度的檢測主要是確定燒成帶的溫度和高溫區(qū)間長度即制品在高溫下停留的時間，燒成帶的溫度是成瓷的溫度點，它直接影響到產(chǎn)品的生燒與過燒，高溫區(qū)的長度影響到保溫時間的長短，從而也影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。因此控制燒成溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。有時熱電偶所指示的溫度達到了產(chǎn)品燒成的溫點，但因保溫時間的不同，產(chǎn)品也會產(chǎn)生很大的差別，原因在于熱電偶只測量其探頭所在位置的輻射熱，對于產(chǎn)品因保溫時間長短、窯具產(chǎn)生的傳導熱等綜合熱效應是無法記錄的。測溫環(huán)可以記錄產(chǎn)品在燒成過程中所累積的全部熱效應。能提供一種有別于熱電偶等設備測量反映的產(chǎn)品燒成情況。是一種更貼近產(chǎn)品，更真實反映產(chǎn)品受熱的一種較好的測溫工具。

5測溫環(huán)在立式窯燒結(jié)電子陶瓷中的應用

立式窯以其操作簡單,溫度均勻,燒結(jié)的連續(xù)性等優(yōu)點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，不但會影響產(chǎn)品的一致性，而且容易導致整批產(chǎn)品的報廢。立式窯的熱電偶探頭一般布置在爐膛的外側(cè)，其測出的溫度不是產(chǎn)品燒結(jié)的實際溫度，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，更應了解爐膛內(nèi)的實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。此時采用校溫環(huán)提前校對一下爐膛內(nèi)的溫度，不但可以減少物料的浪費，而且可以節(jié)省寶貴的試爐時間。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間后會老化或精度較低，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)放入測溫環(huán)，就可監(jiān)測燒結(jié)產(chǎn)品的爐溫變動狀態(tài)。從長遠來看，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測溫環(huán)在磁性材料中的應用

鎳鋅、錳鋅鈷、釹鐵硼等磁性材料的生產(chǎn)和研發(fā)過程中，需要對新型材料生產(chǎn)工藝溫度(預燒料溫度)進行擬定燒成溫度；對二次磁性材料產(chǎn)品燒結(jié)同樣需要準確的窯爐溫度，以便穩(wěn)定磁性產(chǎn)品的電性能指標。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)一測溫標準，容易出現(xiàn)研發(fā)部門測試的燒成溫度與生產(chǎn)部門的實際控溫不相符，給生產(chǎn)帶來不便。測溫環(huán)能準確提供爐膛內(nèi)部的實際溫度效應(即產(chǎn)品的累積熱效應)，能對磁材產(chǎn)品所需的累積熱進行質(zhì)量跟蹤，同時客觀記錄爐膛內(nèi)每天的溫度變化情況，提供準確的數(shù)據(jù)信息，作為溫度質(zhì)量跟蹤的檔案數(shù)據(jù)，有利于貫徹實施ISO的質(zhì)量跟蹤管理體系，實現(xiàn)內(nèi)部研發(fā)與生產(chǎn)控溫標準的統(tǒng)一，降低不同批原料帶來燒結(jié)溫度變化的復雜性。

三 、測溫環(huán)的選擇

根據(jù)不同的燒成溫度和使用行業(yè)，測溫環(huán)的選擇如表所示。

RTC測溫環(huán)

測溫環(huán)尺寸：外徑：20mm， 內(nèi)徑：10mm， 厚度：7.0mm。

測溫環(huán)為可靠的高精度產(chǎn)品，誤差范圍：±3℃。 

測溫環(huán)工作原理及使用方法

測溫環(huán)工作原理是根據(jù)測溫環(huán)在吸收熱量時即發(fā)生收縮，在測溫環(huán)規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)的線性收縮，從而給出測溫環(huán)和燒成品的實際累積熱量，對照換算表得出測試溫度。測溫環(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。測溫環(huán)直徑的收縮率表示窯內(nèi)測溫環(huán)所在的實際溫度。使用常見的千分尺即可很容易測量燒成后的測溫環(huán)直徑。為了和方便起見，每批測溫環(huán)附有一個專用換算表。為保證正確使用，請注意測溫環(huán)上所標的生產(chǎn)批號必須與溫度換算表上保持一致。

產(chǎn)品優(yōu)點：

●測溫環(huán)安放位置貼近產(chǎn)品實際受熱狀態(tài),測定燒制品受熱情況;

●測溫環(huán)使用機動靈活,可簡易方便地測定爐內(nèi)三維空間的任何角落的溫度;

●測溫環(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;

● 使用測溫環(huán)可以減少甚至不再需要通過對燒成品的幾何形狀,密度和多孔性測量或破壞性試驗,從而減少生產(chǎn)成本。

注意：

測溫環(huán)測定的是根據(jù)整個燒成過程中累積的熱量，即包括輻射熱、傳導熱和對流熱以及不同保溫時間的綜合效應。不僅能測量燒制品達到的溫度，更能真實表現(xiàn)產(chǎn)品在熱處理過程中的全部真實受熱狀態(tài)。

測溫錐介紹

測溫錐又叫測溫三角錐，是一種高精度陶瓷燒成溫度指示器。用于廣泛測定耐火材料、化工料、磨具磨料、磁性材料、陶瓷等各種材料在燒結(jié)過程中的燒結(jié)溫度。測溫錐已有100多年悠久歷史，對于世界陶瓷、耐火等事業(yè)的發(fā)展，有著不可磨滅功績。

測溫錐的用途

陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中需要有效的溫度測量，但多數(shù)測量手段或工具在時間和空間上均受到限制。而測溫錐（測溫環(huán)）可以確定什么時候燒制已經(jīng)完全、或者窯爐是否提供了足夠的熱量保證陶瓷的熟化、或者窯爐中是否存在溫度的差異、或者在燒制過程中是否有問題。測溫錐（測溫環(huán)）測定的燒制過程是溫度和時間的綜合效果。它為用戶提供了直觀的保證，確保燒制過程每天都一致，從而減少不必要的廢料產(chǎn)出，提高生產(chǎn)率。

測溫錐的使用說明

測溫錐的變形會隨著過程的進行而加快，在彎曲的早期，在60℃/小時的升溫速率時10°的彎曲代表了溫度變化5℃；而在升溫的后期，10°的彎曲只是代表溫度變化1℃。大部分的窯爐的頂部和底部之間是有溫度差異的，溫度差異的大小依賴于窯爐的設計、加熱電阻的使用年限、窯爐中陶瓷制品的放置和分布。一般來說，窯爐有較大的溫度差異，把測溫錐放置在底部、中部和頂部的架上來測定在燒制過程中到底有多少溫度差異，燒制后，仔細觀察測溫錐（測溫三角錐）的情況：如果在底部的支架上，導錐只是彎曲了一半說明陶瓷燒制的溫度偏低了半個熱度；如果頂部架上的后備錐彎曲了一半，說明燒制過程偏高了半個熱度，頂部和底部的溫度確實存在溫度差異。如果你發(fā)現(xiàn)了差異，改變陶瓷制品的放置方式來減小這種溫度差異，增加一個向下的通風也會平衡窯爐內(nèi)的溫度差異。

在使用中，當窯爐放置產(chǎn)品時標準測溫錐被放置在產(chǎn)品旁邊；如果測溫錐測量的目的是測量頂部與底部、邊緣與邊緣之間的溫度差，因此測溫錐必須放置在窯車的頂部、底部和邊緣；如果溫度是均勻的，目的是每一車，每一爐比較，必須將測溫錐放置在窯車的同一位置。燒制結(jié)束后，測量測溫錐彎曲的角度，比較好的效果是測溫錐的彎曲角度要大于20°、但必須小于100°。對于大部分的質(zhì)量控制來說，測溫錐彎曲角度的測量得到的溫度偏差在5°以內(nèi)，是足夠了。

正確選擇測溫錐的型號

在燒制過程中，時間和溫度都會影響陶瓷的燒成和熟化，測溫錐的彎曲正是反映了陶瓷的燒成和熟化。因此用戶在選擇適合自己窯爐的測溫錐時一定要事先經(jīng)過實驗來找出適合本窯爐的測溫錐。測溫錐的錐號越大其彎倒時效溫度就越高，從安全使用要求來規(guī)定，每次放置3個相鄰錐號為一組，低號的為導錐；高號的為后備錐；中間錐號為燒制錐，溫度應盡可能選擇接近產(chǎn)品燒結(jié)的時效溫度。燒結(jié)完成時，測溫錐的直觀反映為：低號錐全彎倒為警戒，中間號錐彎倒50°-90°為測定時效溫度，高號錐略彎為指示。

加熱速率會嚴重影響測溫錐開始發(fā)生變形彎曲的溫度、彎曲的速率、以及測溫錐的終點溫度(即測溫錐的時效溫度)。一般來說，測溫錐加熱速度越快，測溫錐的變形彎曲溫度也越高，測溫錐的終點溫度也隨著加熱速率的增加而增加。大部分的陶瓷的熟化是在燒制過程的后100℃內(nèi)，測溫錐的變形彎曲也是這樣的。

由于大部分的燒制過程有一定的保留時間，有效加熱速率必須說明保留時間這個變量。一般來說，用戶可以通過陶瓷在燒制的后100℃階段的總時間來計算有效加熱速率；舉例來說，假如窯爐的終點溫度是1200℃，在1100℃升溫至1200℃的過程中，耗時2.5小時；如果在1200℃保留1小時，然后從1200℃冷卻至1100℃耗時0.5小時，因此在后的100℃內(nèi)總的時間為4小時，由此有效升溫速率為100℃除4即25℃/小時。如果知道了升溫速率便可以將測溫錐的彎曲角度轉(zhuǎn)化為時效溫度，我們由此可以測定窯爐或者窯爐車的溫度差異。

保留時間也會影響測溫錐的變形或彎曲，一般來說，燒制過程升溫到一個平衡溫度，然后在該溫度停留1-2個小時，便必須提高測溫錐一個熱度號；停留4-6個小時，必須提高測溫錐二個熱度號；停留16-20個小時，則必須提高測溫錐三個熱度號。