Основные типы обжигательных печей

Ремесла | Мастера ремесла - о ремесле | Л.Ф.Акунова, В.А.Крапивин "Технология производства и декорирование художественных керамических изделий" | ЧАСТЬ I | КЕРАМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ | Обжиг | Основные типы обжигательных печей

Основные типы обжигательных печей

Развитие керамического производства от примитивных гончарных изделий до фарфора было связано с постоянным повышением температуры обжига. В течение столетий вносились различные усовершенствования в конструкции обжигательных печей. В напольном бессводовом горне (рис. 68, а) максимальная температура равнялась всего 700...800°С, а перепад температур между низом и верхом садки составлял не менее 150...200°С.

В сводовых горнах (рис. 68,6) изделия обжигались уже до 1100...1200°С.

Дальнейшее совершенствование печей путем применения более высоких дымовых труб и рациональных конструкций топок и обжигательных камер позволило довести максимальную температуру обжига до 1300...1400°С, но и в таких печах температурный перепад оставался очень большим.

68. Совершенствование конструкции горнов:
а - напольный горн;
б - сводовый горн

Лишь изобретение горнов с обратным ходом пламени позволило добиться гораздо более равномерного нагрева и сократить температурные перепады. Максимальная температура обжига в этих горнах достигает 1600°С. Такие печи быстро вытеснили с керамических предприятий печи старых конструкций.

Следующим этапом в деле рационализации конструкций печей явилось создание двухэтажных горнов, которые обеспечили значительное сокращение расхода топлива. За счет использования (утилизации) теплоты отходящих топочных газов осуществляется предварительный обжиг во второй (верхнем) камере горна. И в наше время часто предварительный обжиг керамики называют утильным, хотя ныне он проводится в совершенно других печах.

На некоторых заводах были даже и трехэтажные горны, оборудованные дожигательными топками, которые включались в работу после завершения обжига в первой (нижней) камере горна.

В современной керамической промышленности применяется огромное количество обжигательных печей самых разнообразных конструкций. Все они делятся на две большие группы: периодического и непрерывного действия.

По виду нагрева отличают печи пламенные и электрические. В свою очередь, печи периодического действия делятся на горны, печи с выкатным подом и печи колпаковые.

Печи непрерывного действия бывают туннельные вагонеточные, конвейерные рольганговые, с сетчатым подом, с движущимся подом, на "воздушной подушке" и др.

Пламенные печи различают также по системе нагрева: прямого и муфельного.

По температуре обжига печи бывают: низкотемпературные - до 1000°С, среднетемпературные - до 1300°С и высокотемпературные - выше 1300°С.

Пламенные печи периодического действия. Обжиг керамических изделий в пламенных печах осуществляется путем использования теплоты, образующейся в результате химических реакций горения топлива:

C+O2=CO2+3418 Дж,
СН4 + 2О2 = СО2+2Н2О (пар)+5586 Дж

Долгое время в керамическом производстве для обжига использовались дрова и торф, образующие при горении длинный факел пламени. Это свойство является определяющим при подборе различных видов топлива для керамических печей, в которых устанавливается на обжиг огромное количество изделий, занимающих объем до 100...200 м3.

Но в настоящее время на керамических заводах в основном используются более эффективные виды топлива - жидкое и газообразное. Перед сжиганием газообразное топливо смешивается в необходимой пропорции с воздухом в горелках самой разнообразной конструкции (рис. 69).

69. Газовая горелка

Наиболее распространены горелки, в которых с газом смешивается только часть воздуха, необходимого для горения, а остальное количество воздуха подается непосредственно в обжигательную камеру печи, где и происходит догорание газа. Этим обеспечивается получение длинного факела пламени и как результат - равномерный нагрев изделий по всей садке.

Для сжигания жидкого топлива его необходимо предварительно распылить и затем смешать с воздухом в определенном соотношении. Для этих целей используют форсунки. В керамических печах обычно применяют воздушные форсунки, в которых топливо распыляется воздухом, подаваемым в форсунки, под избыточным давлением (рис. 70).

70. Форсунка для жидкого топлива

В настоящее время в отечественной и зарубежной керамической промышленности осуществляется большая работа по совершенствованию обжигательных печей с целью снижения удельных затрат топлива и электроэнергии на обжиг, сокращения длительности обжига, повышения качества изделий, уменьшения габаритов печей и сокращения затрат физического труда на обслуживание печей вплоть до полной автоматизации процесса. Так, почти полностью вытеснены более совершенными печами горны.

71. Установка изделий в капсели

Однако наряду с большими недостатками они имеют и ряд достоинств, особенно важных для производства художественных керамических изделий: простота конструкции и возможность проведения обжига изделий по самым различным тепловым и газовым режимам (рис. 71). Следует напомнить, что все мировые шедевры художественной керамики обжигались в горнах. Из числа разнообразных видов периодических обжигательных печей - горнов - наиболее совершенными являются газовые горны с обратным ходом пламени, из которых можно отметить однокамерный горн для обжига фаянса и майолики (рис. 72).

72. Горн для обжига фаянса и майолики

Стены, свод и под горна выкладываются из огнеупорного кирпича. По периферии горна располагаются топки. Пламя из топок по огневым вылетам поступает в камеру, поднимается под свод, проходит сквозь садку с изделиями и через под и дымовую трубу удаляется в атмосферу. Полезный объем камер таких горнов колеблется в широких пределах: от 1...2 м³ (экспериментальные лабораторные печи) до 200 м³ (печи для обжига фаянса). Изделия в камеру горна помещают в огнеупорных коробках-капселях, которые устанавливают друг на друга. В зависимости от ассортимента изделий капсели делают разными по диаметру и высоте. Отверстие в стенке камеры - ходок, через которое производится загрузка горна, на время обжига заделывается стенкой из огнеупорного кирпича. После обжига и охлаждения стенка разбирается и капсели с изделиями вынимаются из печи. Весь цикл работы горнов на заводах (загрузка, обжиг, охлаждение, выгрузка) обычно длится 2...3 сут.

Политой обжиг фаянса и майолики проводится в так называемой "окислительной среде", т.е. в дымовых газах, поступающих в камеру горна, содержание окиси углерода СО должно быть минимальным. В противном случае на глазури образуется целый ряд дефектов: задымление, восстановление, потеря блеска, обесцвечивание. С другой стороны обжиг в строгоокислительной среде приводит к большому температурному перепаду между верхом и низом садки печи, а это связано с пережогом изделий, установленных поверху камеры, и недожогом изделий, находящихся в нижней части камеры.

Поэтому приходится чередовать в процессе обжига окислительную среду в камере со слабовосстановительной. Проведение политого обжига фаянсовых и майоликовых изделий в горнах является довольно сложной задачей и под силу лишь высококвалифицированным обжигальщикам.

73. Горн для обжига фарфора

Горны для обжига фарфора (рис. 73) обычно бывают двухкамерными: первая (нижняя) для политого обжига (t=1300..1380°С) и вторая (верхняя) для утильного обжига (t= 850...900°С). Нагрев изделий во второй камере осуществляется за счет использования (утилизации) теплоты отходящих газов из первой камеры. Таким образом в двухэтажном горне одновременно происходит и политой и утильный обжиг фарфора.

В первой камере движение пламени обратное (нисходящее), во второй - прямое (восходящее). Горны такой конструкции отличаются простотой конструкции и большой прочностью: на ряде заводов еще работают горны, построенные в начале века.

Для обжига керамических изделий в настоящее время взамен горнов начали использовать периодические печи с выкатным подом (рис. 74). Загрузка и выгрузка изделий в эту печь проводится не в камере печи при 40°С и выше (как в горне), а непосредственно в цехе при оптимальной температуре.

74. Печь с выкатным подом

Вагонетки с установленными капселями перемещаются в камеру печи, загрузочные двери закрываются и обжиг проводится аналогично обжигу в горне. Топки расположены по обеим сторонам печи. Во время обжига на дополнительных вагонетках устанавли-вается новая партия изделий для обжига, поэтому длительность выгрузки и загрузки в печах с выкатным подом по сравнению с горнами резко сокращается. Другой, также прогрессивной, конструкцией периодической печи для обжига тонкокерамических изделий является колпаковая печь (рис. 75).

75. Колпаковая печь

На огнеупорный поддон 4 устанавливают изделия в капселях или на огнеупорных подставках-плитах 3. Затем корпус печи 2 в виде цилиндра грузоподъемным механизмом опускают на поддон. Обжиг происходит за счет сжигания газа в топках 1, расположенных симметрично по периферии поддона. После завершения обжига и охлаждения изделий колпак поднимается и перемещается на другой поддон с уже установленными на него изделиями. Конструкция таких печей с использованием новых эффективных теплоизолирующих материалов взамен обычного огнеупорного кирпича обеспечивает по сравнению с горнами снижение расхода топлива на 30...40% и сокращение цикла работы до 24 ч. Основным тепловым агрегатом для обжига изделий на современных фарфорово-фаянсовых и майоликовых заводах являются печи непрерывного действия, из которых наиболее распространены туннельные печи вагонеточного типа (рис. 76).

76. Туннельная печь:
а - схема; б - разрез

В печном канале на рельсовом пути установлены вагонетки с обжигаемыми изделиями. Канал делится на три участка-зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне обжига по обеим сторонам канала оборудованы топки, в которых сжигается топливо (чаше газообразное или жидкое). Печь работает по принципу противотока, вагонетки перемещаются в канале навстречу потоку горячих печных газов (в зонах обжига и подогрева) и потоку холодного воздуха в зоне охлаждения. Воздух, подаваемый в печь в конце канала, охлаждает прошедшие обжиг изделия и в нагретом состоянии поступает в зону обжига, где используется для горения топлива; часть же горячего воздуха отсасывается из печи вентиляторами в сушилки и в зону подогрева печи (рис. 77).

77. Режим обжига фарфора в туннельной печи:
1 - окислительная среда;
2 - остроокислительная среда;
3 - восстановительная среда;
4 - нейтральная среда

В нашей стране построены и успешно эксплуатируются крупнейшие в мире туннельные печи длиной 100...150 м. Так, на Дулевском фарфоровом заводе работают туннельные печи длиной 107 м с каналом шириной 1,85 м и высотой 1,93 м. Однако в настоящее время предпочитают строить менее мощные туннельные печи, так как в них гораздо легче обеспечить одинаковую температуру по сечению канала. Кроме того, в таких печах значительно короче цикл обжига и охлаждения, так как масса нагреваемой садки (изделия + огнеупорный припас) гораздо меньше, чем в крупных печах. И если в наиболее мощных туннельных печах сечение канала достигает 7...8 м², то в современных печах это сечение равняется всего 1...2 м².

Туннельные печи вагонеточного типа, обладая целым рядом положительных качеств, обеспечивших им широкое распространение в керамическом производстве, имеют и существенные недостатки. Коэффициент полезного действия их составляет всего 3,5...4%, так как на нагрев капселей, лещадок и огнеупорного пода вагонеток расходуется теплота примерно в 20 раз больше, чем на нагрев самих изделий.

Поэтому на керамических заводах начинают применяться конвейерные печи с однорядной загрузкой изделий, что позволяет: резко сократить цикл обжига и охлаждения изделии; снизить массу огнеупорного припаса, поступающего в печь вместе с изделиями механизировать и автоматизировать процесс загрузки и выгрузки печи.

78. Малогабаритная печь ПАС

Одна из таких малогабаритных печей с вагонеточным подом предназначена для скоростного политого обжига фарфора (рис. 78), печь работает на природном газе.

Изделия устанавливаются в один ряд на огнеупорные карборундовые плиты 2, уложенные на специальных подставках на под вагонеток 3. Перемещение вагонеток по каналу печи осуществляется специальным толкателем. Горелки расположены по обе стороны канала. После обжига изделия снимаются с карборундовой плиты, а вагонетка специальным подъемником поднимается вверх и по рельсовому пути 1, уложенному по верхней части лечи, перемещается обратно и опускается с помощью гидравлического механизма на позицию загрузки. В печах ПАС длительность обжига и охлаждения фарфоровых изделий составляет всего 3 ч. Для обжига керамических изделий до температуры 1100...1200°С на современных заводах вместо туннельных вагонеточных печей все шире стали использовать конвейерные печи самой разнообразной конструкции. В таких печах масса огнеупорного припаса по отношению к массе изделий резко снижается и составляет отношение 3:1 и даже 2:1. Печи имеют небольшие размеры и могут относительно легко встраиваться в технологические поточные линии.

Конвейерная муфельная печь с сетчатым подом из жароупорной проволоки (рис. 79) применяется в основном для утильного обжига керамики и для обжига надглазурных красок, т.е. при температуре нагревания 850...900°С.

79. Конвейерная печь с роликовым подом

Обжигаемые изделия устанавливаются на сетчатый под 2 в один ряд без огнеупорных подставок. Скорость перемещения ленты сетчатого пода меняется в широких пределах от 0,02 до 0,4 м/мин с помощью электрического привода 1.

Топливо смешивается с воздухом в форсунке 3 и сгорает в камере. Сначала изделия поступают в зону обжига, затем в зону охлаждения. Продолжительность обжига 3...4 ч. КПД печи составляет около 32%. При температуре обжига выше 900° стойкость сетки резко снижается и поэтому печи с сетчатым подом для политого обжига керамики пока не применяются.

80. Конвейерная печь с сетчатым подом

Конвейерные печи с роликовым подом (рис. 80) применяют в отечественной промышленности для обжига керамических плиток при температуре не выше 1100°С, а на некоторых зарубежных заводах эти печи начали использовать и для обжига керамических изделий бытового назначения при температуре 1200...1300°С.

В канале печи смонтированы ролики 1, получающие вращение от электропривода с помощью пластинчатых цепей. На вращающиеся ролики устанавливают огнеупорные поддоны 2 с обжигаемыми изделиями, которые перемещаются по каналу печи с установленной скоростью. Для изготовления роликов используют жаропрочные сплавы и высокоогнеупорные муллито-корундовые массы. Форсунки 3 для сжигания топлива расположены сверху и снизу обжигаемых изделий, по обе стороны канала печи.

Конвейерные печи с обжигом на воздушной подушке применяются для обжига мелких керамических изделий при температуре до 1200°С. В канале печи размещены две полосы огнеупорных лещадок, которые поддерживаются во взвешенном состоянии путем подачи под них горячего газа. Лещадки с установленными на них изделиями перемещаются в противоположных направлениях, в результате чего прошедшие обжиг горячие изделия отдают теплоту изделиям, поступившим на обжиг.

ЧАСТЬ I
Предисловие
Введение
Общие сведения о керамике
Раздел I. КЕРАМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ
Глава 1. Основные сведения о полезных ископаемых
1.1. Классификация горных пород 1.2. Формы залегания полезных ископаемых. Классификация керамического сырья
Глава. 2. Глинистое сырье
2.1. Происхождение глин 2.2. Структура глинистых минералов 2.3. Химический состав глин
Глава 3. Свойства глин
3.1. Пластичность, связующая способность и зерновой состав 3.2. Усадка 3.3. Спекание и огнеупорность 3.4. Основные месторождения глинистого сырья СССР
Глава 4. Отощающие материалы и плавни
4.1. Кварц и шамот 4.2. Плавни 4.3. Карбонатные породы, тальк пирофиллит
Глава 5. Обогащение сырья
5.1. Обогащение каолинов и глин 5.2. Обогащение полевошпатового и кварцевого сырья
Раздел II. КЕРАМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Глава 6. Керамические массы
6.1. Майолика, фаянс, тонкокаменные изделия 6.2. Фарфор 6.3. Расчеты керамических масс
Глава 7. Приготовление керамических масс

7.1. Дробление материалов
7.2. Тонкий помол материалов
7.3. Процеживание и магнитное обогащение
7.4. Приготовление жидких керамических масс
7.5. Обезвоживание керамических масс
7.6. Промин и вакуумированне

Глава 8. Формование изделий
8.1. Литье 8.2. Формовка 8.3. Прессование 8.4. Оправка и приставка деталей
Глава 9. Сушка
9.1. Режимы сушки 9.2. Конструкции сушилок
Глава 10. Обжиг
10.1. Физико-химические процессы при обжиге 10.2. Основные типы обжигательных печей 10.3. Электрические печи 10.4. Контроль и регулирование процессов сушки и обжига 10.5. Контроль производства
Глава 11. Огнеупорный припас и формы
11.1. Назначение и виды огнеупорного припаса 11.2. Назначение форм. Гипс и его свойства 11.3. Изготовление моделей, капов и форм
Раздел III. ГЛАЗУРИ И КРАСКИ
Глава 12. Глазури

12.1. Классификация глазурей
12.2. Фриттованные глазури
12.3. Бессвинцовые глазури
12.4. Приготовление глазурей
12.5. Декоративные глазури
12.6. Расчет составов глазурей
12.7. Дефекты глазурей

Глава 13. Керамические краски
13.1. Пигменты 13.2. Подглазурные и надглазурные краски 13.3. Окрашивание ангобов 13.4. Окрашивание глазурей 13.5. Препараты золота и серебра. Люстры
Раздел IV. ДЕКОРИРОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Глава 14. Основные способы декорирования керамических изделий
14.1. Способы нанесения декора на керамический материал 14.2. Инструменты и приспособления для живописи керамическими красками
Глава 15. Виды и различные приемы ручной росписи
15.1. Ручные способы декорирования 15.2. Возможные виды брака при выполнении отводок
Глава 16. Роспись надглазурными красками
16.1 Возможные дефекты надглазурной живописи в результате обжига 16.2. Роспись по сырой глазури и эмали
Глава 17. Роспись подглазурнымя красками
17.1. Живопись по сырому материалу 17.2. Роспись растворами солей 17.3. Роспись высокотемпературными красками 17.4. Глазурование 17.5. Дефекты глазури
Глава 18. Декорирование восстановительными глазурями
Глава 19. Ангобирование

19.1. Украшение изделии ангобами
19.2. Рисунок ангоба посредством рожка или пипетки
19.3. Нанесение ангоба в процессе формовки литьем
19.4. Нанесение ангоба с помощью аэрографа (пульверизацией)
19.5. Нанесение ангоба по готовому контуру и пастилаж
19.6. Фляндровка и мраморение
19.7. Другие декоративные способы нанесения ангоба (резерваж, роспись по гравированному контуру, сграффито)

Глава 20. Механические способы декорирования
Глава 21. Декорирование глазурями
21.1. Декоративные глазури 21.2. Глазури, применяемые при декорировании майолики и гончарных изделий
Глава 22. Золочение, серебрение, платинирование
Глава 23. Художественные работы по композиции
Глава 24. Скульптурные способы, применяемые при декорировании керамических изделий
ЧАСТЬ II

[AD]

|  | Copyright©1987-2004 VISION