稀土三基色熒光粉專用燒成窯爐的技術(shù)發(fā)展

1、前言

稀士熒光粉是由稀土離子作為激活劑或基質(zhì)組份而制成的新一代熒光粉。所制成的稀土三基色節(jié)能燈因具有比同等亮度的白熾燈節(jié)省80%電能的優(yōu)點(diǎn)，而成為新一代電光源，并列入“綠色照明工程”首先推廣的照明用燈。中國(guó)作為稀土大國(guó)，在二十世紀(jì)70年代開始研究燈用稀土三基色熒光粉，經(jīng)過20多年的努力，已逐漸成為國(guó)際性的節(jié)能燈制造中心，2001年全球50%以上的節(jié)能燈產(chǎn)自中國(guó)。目前，隨著WTO的加入，在新的國(guó)際性競(jìng)爭(zhēng)中，如何生產(chǎn)高亮度低光衰稀土三基色熒光粉，是制造發(fā)光材料迫切需要解決的問題。而生產(chǎn)窯爐作為重要的工藝設(shè)備及保證條件，成為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

通過上海躍龍化工、陽(yáng)光、有色院等企業(yè)的工藝技術(shù)支持，成功開發(fā)出稀土三基色熒光粉窯爐所需的低氫技術(shù)、高溫技術(shù)、氣氛控制技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、PCL控制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，推出了系列成套窯爐，包括：

YGT——紅粉、蘭粉、綠粉灼燒高溫單道推板電窯

SYGT——紅粉、蘭粉、綠粉灼燒高溫節(jié)能雙道推板電窯

YGTQ——蘭粉、綠粉高溫還原低氫推板電窯

YGTH——綠粉高溫還原中氫推板電窯

窯爐按熒光粉產(chǎn)量已形成系列規(guī)格，以適用于不同投資規(guī)模的需求。

2、低氫技術(shù)、氣氛控制技術(shù)

傳統(tǒng)的還原設(shè)備采用高氫鉬絲爐，以氨分解氣作為工藝氣體，鉬絲作為加熱元件，窯爐氣氛氫含量達(dá)75%，有關(guān)大學(xué)及研究單位在實(shí)驗(yàn)室做出的蘭綠粉優(yōu)良的性能結(jié)果，在企業(yè)投產(chǎn)時(shí)，性能相差較大。高氫窯爐成為影響蘭綠粉，特別是蘭粉性能的主要原因。

將氫含量降低至5—10%是高性能蘭綠粉的合理工藝條件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采用鉬絲作為加熱元件，壽命短，不具有工業(yè)價(jià)值.。通過對(duì)窯爐熱工的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的開發(fā)，成功的采用硅鉬棒加熱，達(dá)到了工業(yè)化使用目的。硅鉬棒的表面負(fù)荷控制為5w/cm²以下，高溫區(qū)平均壽命達(dá)到5.5月，低溫區(qū)平均壽命達(dá)到10個(gè)月。

在低氫爐的開發(fā)過程中，成功地采用了熱電技術(shù)、高溫抗氫耐火材料技術(shù)、氣密硅鉬棒塞磚結(jié)構(gòu)、雙門氮?dú)庵脫Q室、氣液轉(zhuǎn)換動(dòng)力技術(shù)、PLC控制技術(shù)、氣氛控制技術(shù)等。

5—10%的工藝氫采用氫氣源和氮?dú)庠椿炫涠?，由于氫含量低，混配氫的壓力?yīng)高于氮?dú)鈮毫Φ?0—60%，通過在線式氫氣分析儀在線分析混合氣的氫含量，經(jīng)控制裝置調(diào)節(jié)氫氣的流量，達(dá)到控制、穩(wěn)定氫氣含量的目的。穩(wěn)定的氫量工藝參數(shù)對(duì)蘭綠粉的產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響，在氣源壓力、爐內(nèi)工況變化時(shí)，氣氛控制裝置可以實(shí)現(xiàn)5%的氣氛穩(wěn)定度。

采用氣氛控制技術(shù)，將氫氣含量控制在50%左右，用于開發(fā)中氫綠粉鉬絲還原推板窯，將可以有效提高綠粉的產(chǎn)品質(zhì)量，降低投資成本。

3、高溫技術(shù)

稀土三基色熒光粉的灼燒是固相反應(yīng)的過程，通過熒光粉廠家的研究，合理的提高灼燒溫度，將可以提高熒光粉的技術(shù)性能指標(biāo)。一般三基色粉的最高灼燒溫度為1560℃，而新技術(shù)可以達(dá)到1620—1650℃。于是，對(duì)灼燒窯爐有了更高的高溫性能要求。

提高窯爐的溫度，主要需解決高溫特種耐火保溫材料、發(fā)熱體的熱工設(shè)計(jì)等技術(shù)。使窯爐具有合理的高溫技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

相關(guān)技術(shù)說明：

高溫耐磨滑道：經(jīng)研究，采用陶瓷級(jí)氧化鋁微粉為原料，加入微量添加劑，抑制晶粒長(zhǎng)大，經(jīng)壓力成型，1800℃高溫?zé)芍苽浠??；涝?750℃的高溫推板窯中，使用壽命可達(dá)5年以上。

窯頂技術(shù)：

高溫窯爐的窯頂是高溫窯爐的重要部分，采用抗剝落氧化鋁空心球制品制作的窯頂組合件，工作時(shí)，窯頂不發(fā)紅、硅鉬棒安裝方便、保溫性優(yōu)良、硅鉬棒壽命長(zhǎng)。

爐膛材料及組件設(shè)計(jì)：

專門開發(fā)出高溫蠕變強(qiáng)度高的DLM92剛玉莫來石制品，用于制作爐膛材料，并采用鑲套、凸筋等合理的高溫力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐膛，使窯爐長(zhǎng)時(shí)間工作結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并由于凸筋的存在，提高了窯爐的輻射面積，改善了爐內(nèi)溫度均勻性。

發(fā)熱體的熱工設(shè)計(jì)：

采用熱爐底技術(shù)、通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效降低硅鉬棒的表面負(fù)荷，在1630℃爐溫時(shí)，Ø9硅鉬棒的的工作電流僅120-40A，壽命達(dá)到10-12個(gè)月。

4、合理溫區(qū)構(gòu)成

在熒光粉灼燒和還原過程中，除了固相反和還原所需的保溫區(qū)外，合理的配置升溫區(qū)和降溫區(qū)將影響粉體的反應(yīng)過程，并影響粉體的粒徑和形貌，特別是含有加熱分解原料的配料系更有著一定的影響，如配方中含有碳酸鹽等。另外，溫區(qū)的多少將影響鉗鍋及推板的壽命。

在常規(guī)熒光粉窯爐中，溫區(qū)較少。如灼燒窯僅2—4個(gè)溫區(qū)，基本不存在升溫區(qū)。合理的溫區(qū)應(yīng)具有2—3個(gè)升溫區(qū)，3—4個(gè)保溫區(qū)，一個(gè)降溫區(qū)。可以控制升溫的速率和升溫的拐點(diǎn)，調(diào)節(jié)合理地分解點(diǎn)和固相反應(yīng)過程，并由于保溫區(qū)多，使溫度均勻性優(yōu)良，產(chǎn)品品質(zhì)均一、穩(wěn)定。

合理的溫區(qū)，使鉗鍋和推板有一個(gè)漸熱漸冷的過程，不存在熱沖擊現(xiàn)象，壽命較長(zhǎng)。

5、雙道窯的應(yīng)用——節(jié)能技術(shù)

隨著節(jié)能燈規(guī)模產(chǎn)業(yè)步伐的加快，稀土三基色熒光粉行業(yè)進(jìn)入大批量低利潤(rùn)階段。如何提高收益將是行業(yè)探討的焦點(diǎn)。雙道節(jié)能推板電窯用于灼燒工藝，將有效降低生產(chǎn)能耗，降低成本，提高產(chǎn)業(yè)效益。

雙道窯是一種已存在的窯種，被大量用于結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷、粉體合成等。

其結(jié)構(gòu)及原理如下：

兩條水平左右分布的推板窯道，窯爐中部的發(fā)熱體左右窯道共用。兩窯道的推板逆向運(yùn)行，一窯道保溫區(qū)出來的產(chǎn)品余熱用來預(yù)熱進(jìn)窯的另一窯道產(chǎn)品，節(jié)能可達(dá)50%。雙道窯的造價(jià)較低，1.5條單道窯的造價(jià)可以帶來兩條窯的產(chǎn)量。雙道窯的升降溫過程與單道窯相同，并由于余熱的均勻預(yù)熱，升漫降溫過程較單道窯勻緩。與單窯相比，稀土三基色熒光粉產(chǎn)品質(zhì)量相同，鉗鍋消耗低5%以上。是值得推廣的高性能窯種，用于取代傳統(tǒng)的單道灼燒推板電窯。

6、氣液轉(zhuǎn)換動(dòng)力技術(shù)及PLC控制

稀土三基色熒光粉低氫還原推板電窯的動(dòng)作機(jī)構(gòu)多，計(jì)有4個(gè)門、主推進(jìn)、切離、回傳等12個(gè)動(dòng)作機(jī)構(gòu)，采用氣動(dòng)技術(shù)將可以提高窯爐的安全性（失去電力后，可用儲(chǔ)氣罐中的氣體完成動(dòng)作，而機(jī)械及液壓將失去動(dòng)力），并使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔可靠。

但單純采用氣體作為氣缸的動(dòng)力源，在開關(guān)門及傳送產(chǎn)品的過程中，出現(xiàn)氣動(dòng)爬行及抖動(dòng)，使傳送推板及鉗鍋不穩(wěn)。將氣體動(dòng)力通過氣液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力，氣缸工作時(shí)具有液壓的穩(wěn)定性，系統(tǒng)又具有氣動(dòng)的安全性。

PLC是窯爐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制可靠性的保證，上述低氫爐的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如果采用中間繼電器控制，將需要180余個(gè)中間繼電器，系統(tǒng)將不能可靠運(yùn)行。采用PLC控制技術(shù)，編制程序達(dá)650余步，位置信號(hào)采用磁性開關(guān)直接送入PLC處理，各電磁閥通過PLC驅(qū)動(dòng)，窯爐的運(yùn)行狀態(tài)通過LED模擬板顯示，整套系統(tǒng)運(yùn)行可靠平穩(wěn)。

7、結(jié)語(yǔ)

新型成套高性能窯爐的研制成功，有效的促進(jìn)了稀土三基色熒光粉產(chǎn)品性能的提高.新型窯爐技術(shù)性能性能先進(jìn)、工作穩(wěn)定、能源消耗低、外觀精美，綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平，是稀土三基色熒光粉行業(yè)技術(shù)發(fā)展的換代裝備。