1前言

隧道窯因共生產效率高、生產成本低、勞動條件好，機械化程度高等優點，是目前陶瓷、耐火材料等無機非金屬材料領域燒結或熱處理應用較多的現代化爐窯。由于受到發熱元件、耐火材料、爐體結構等諸多因素技術水平的限制，目前使用的氧化氣氛隧道窯溫度一般不超過1700℃。爐膛使用溫度大于1700℃的窯爐必須在保護性氣氛下使用，不僅大大提高了爐窯的使用成本，而且無法實現在氧化氣氛下進行材料燒結或熱處理，制約了功能材料工業的發展。歷經十幾年研究，近期中國鋼研在超高溫氧化氣氛箱式爐的基礎上研制成功了以氧化鋯為發熱元件的超高溫氧化鋯隧道窯，氧化氣氛下最高工作溫度可達2000℃，長期使用溫度為1950℃，填補了該項領域的世界空白。

2氧化鋯發熱元件加熱系統

發熱元件是電爐的“心臟”，發熱元件的選擇至關重要。超高溫氧化鋯隧道窯采用了自主研發的氧化鋯質發熱元件。該種發熱元件是目前世界上唯一能在氧化氣氛下使用溫度高達2000～2200℃的發熱元件，也是目前氧化氣氛下使用溫度最高的發熱元件。中國鋼研自主研制的以鉻酸鍶鑭為引線體的氧化鋯發熱元件，使用溫度2000℃，發熱元件使用壽命可達1000h以上。此氧化鋯發熱元件產品經歷了相當長的一個開發研制階段，曾獲國家技術發明獎、國際發明展覽會金獎和國家火炬產品優秀獎。

氧化鋯常溫下不導電，電阻率隨著溫度的升高逐漸減小，氧化鋯發熱元件與電阻率的關系。一般情況下氧化鋯質發熱元件加熱到1500℃左右才能成為較好的導體，因此采用氧化鋯作為發熱元件的電爐，必須設置輔助的加熱系統。

超高溫氧化鋯隧道窯設置了兩套加熱系統。輔助加熱系統由二硅化鉬(MoSi2)發熱元件組成，其作用是將隧道窯的爐膛溫度由室溫加熱至1000℃以上。MoSi2發熱元件采用串聯連接，并從爐頂吊掛于輔助加熱區的兩側。當爐膛溫度大于1000℃以后，啟動由氧化鋯發熱元件組成的主加熱系統，按照設定的溫度工藝曲線將爐膛溫度加熱最高至1950～2000℃。

3超高溫氧化鋯隧道窯爐體結構

超高溫氧化鋯隧道爐由爐體、爐內發熱元件、載料滑板、爐外滑板軌道、電液推桿、進出料小車、小車軌道、電動爐門、溫度檢測、高精度溫度控制系統及PLC控制系統等組成。爐膛空間從進料口開始分為進料區、預熱區、升溫區、高溫區、降溫區、冷卻區和出料區。

超高溫隧道窯的爐襯采用電絕緣性高的電熔鎂質耐火磚砌筑而成，鎂質耐火材料耐火度高，但線膨脹系數較大。為了防止高溫下耐火材料膨脹造成爐體損壞，爐體采用特殊的結構形式。

隧道窯在高溫下因為材料熱變形而導致窯車行走不暢的情況時有發生，而普通臺車式窯車結構更是無法滿足超高溫隧道窯的使用要求。采用臺車式窯車結構進行高溫實驗時，多次發生爐底拱起和窯車卡住的現象。為了保證超高溫隧道窯的窯車連續正常運轉，經過若干次實驗后最終選擇端進料側出料方式的滑板式爐底結構。升溫實驗證明該種結構不僅能夠保證高溫下載料滑板在爐膛順暢運轉，而且可以大大減少爐膛的熱量損失。爐底使用耐火材料鋪設并在其上設置定位導軌，專用載料滑板放置于爐底上，通過兩套電液推桿推動載料滑板在爐膛內沿導軌移動。

在生產過程中，首先使用電液推桿將載有物料滑板的進料小車沿小車軌道推至進料口位置，通過進料端電液推桿將載料滑板推入爐內進料區，同時位于冷卻區末端的載料滑板被推至出料區位置，使用出料端電液推桿將載料滑板推至出料小車上，以此實現了物料的連續生產過程。

4溫控系統

隧道窯內升溫區、高溫區、降溫區分別布置測溫裝置，各區可分別按工藝要求設定溫度并獨立控溫。升溫區和降溫區既可在隧道窯升溫時幫助高溫區提升溫度又可在連續生產時根據工藝需要提供合適的溫度梯度。

爐膛溫度的控制使用PID運算精確控制，控溫精度可達千分之一度。滿足各種材料的燒結和熱處理制度要求，并可根據工藝要求設定不同的溫度曲線。高溫區測溫裝置分為兩套，低于1750℃使用鉑銠熱電偶測溫，高于1750℃使用紅外測溫裝置測溫。

5 PLC自控系統

超高溫氧化鋯隧道窯能夠實現工業化大規模生產，電動爐門升降、爐底滑板行走、裝出料電液推桿等動作均由PLC系統編程控制，整個生產流程實現自動化控制。

6結論

(1)中國鋼研研制的超高溫氧化鋯隧道窯連續升溫燒結實驗證明，在氧化氣氛下爐膛溫度長期保持在1950℃左右，隧道窯整體運轉良好。

(2)超高溫氧化鋯隧道窯突破了現有氧化氣氛下材料燒結溫度的限制，創造性的將燒結溫度提高了250～300℃，該設備的研制成功填補了在超高溫氧化氣氛燒結領域的世界空白。

(3)超高溫氧化鋯隧道窯能夠實現規模化工業生產，為功能材料等新材料領域工業化生產應用奠定了基礎。