Обжиг – весьма важный и энергоемкий технологический процесс. В процессе обжига в керамических и металлокерамических массах происходят определенные физико-химические изменения, которые на итоговом этапе завершаются спеканием. Обжиг обеспечивает уменьшение пористости изделий, увеличение их прочности, водонепроницаемости, модификацию цвета, формирование декоративного покрытия. Иными словами, изделие становится целостным. В промышленности данный процесс осуществляется в специальных печах для обжига.
Печь для обжига керамики
Содержание:
- Печи для обжига – виды
- Муфельная печь для обжига керамики
- Электрическая печь для обжига
- Вращающаяся печь для обжига
- Вакуумная печь обжига
Печи для обжига – виды
Оборудование для обжига классифицируется по нескольким факторам. Такая вариативность позволяет без труда выбрать устройство, которое оптимально соответствует потребностям и возможностям того или иного производства.
Печи для обжига – виды
В зависимости от местоположения нагревателей аппараты для обжига бывают:
- Муфельными (нагреватели реализованы вокруг термостойкой оболочки рабочей камеры, называемой муфелем);
- Камерными (нагреватели расположены внутри рабочего пространства).
Основное преимущество устройств второго типа заключается в более низких потерях тепла. Такое оборудование предоставляет более широкие производственные возможности. Однако более деликатные керамические изделия нуждаются в своеобразной защите, обеспечиваемой муфелем.
В зависимости от способа загрузки агрегаты для обжига подразделяются на:
- Горизонтальные (фронтальная загрузка обрабатываемых объектов);
- Трубчатые (вертикальная загрузка, предназначены для обработки художественных керамических изделий, отличаются более равномерным распределением тепла);
- Колпаковые (также вертикальная загрузка, более удобны для обработки крупногабаритных объектов).
В зависимости от рабочей среды в камере выделяют устройства:
- С воздушной средой (общего назначения);
- С вакуумированной средой;
- С защитным газом (азот, водород, аргон и пр.)
В зависимости от гранично возможной и разрешенной температуры установки для обжига бывают:
- Высокотемпературными (до 1800 °C, изделия приобретает окраску от белой до оранжевой);
- Среднетемпературными (изделия окрашиваются в оттенки от темно-красного до бордового);
- Низкотемпературными (до 500 °C, изделия получаются красными).
Граничные температурные показатели и длительность обработки выбираются в соответствии с типом, предназначением и составом изделия.
В зависимости от типа источника энергии оборудование разделяется на:
- Газовое (оптимальный вариант для регулярной обработки небольших серий глиняных изделий, нагревается максимум до 1300 °C, может работать на природном газе, пропане);
- Электрическое (реализуются с разными видами загрузки, максимальный нагрев до 1400 °C, чего вполне достаточно для обработки большинства керамических изделий);
- Твердотопливное (характеризуется сравнительно невысоким коэффициентом полезного действия).
Промышленные печи функционируют только на газу и электрике. Твердотопливные устройства производятся на заказ. Среди их преимуществ стоит выделить легкий ремонт.
Также существуют туннельные и шахтные печи. В устройствах первого типа зона обжига статична, а обрабатываемые объекты перемещаются на вагонетках, конвейерах ленточного или роликового типа по специальному туннелю навстречу теплоносителю. Это позволяет организовать поточный производственный процесс.
Шахтные агрегаты отличаются сильно вытянутым вверх рабочим пространством с круглым или прямоугольным сечением. Им свойственные повышенные значения теплового КПД и производительности. Топливо сгорает или непосредственно в устройстве, или в особой выносной топке, из которой продукты горения направляются в печь.
Муфельная печь для обжига керамики
Муфельная печь представляет собой агрегат, в задачи которого входит нагревание изделий из керамики и металлокерамики до требуемой, как правило, высокой температуры. Название переводится с латинского как муфта, ящик из глины.
Муфельная печь для обжига керамики
Ключевая особенность устройства заключается в наличии оболочки, которая защищает обрабатываемый объект при нагреве и формирует основное рабочее пространство. Данная оболочка называется муфелем. Среди ее функций стоит отметить изоляцию изделия от непосредственного соприкасания с топливом и продуктами его сгорания.
В большинстве печей реализуются муфели из керамики, керамического волокна и волокна. Керамика выгодно отличается повышенной теплопроводимостью, плотностью, что препятствует повреждению муфеля от агрессивного воздействия на него. Однако следует учитывать тот факт, что процесс нагревания и остывания при применении керамического муфеля занимает длительное время.
Керамическое волокно соединило в себе все преимущества керамики и волокна. Оно такое же плотное, как и керамика, но обеспечивает более быстрое нагревание печи и не нуждается в повышенной электромощности подобно волокну. При этом керамическое волокно обладает большей стойкостью к агрессивному внешнему воздействию, чем обычное волокно. Соответственно волокно применяется в печах реже из-за существенных затрат электроэнергии, выделения вредных газов, чрезмерной ломкости.
В муфельных устройствах выполняют обжиг гончарных и декоративных изделий из красной глины; декоративных интерьерных элементов, скульптур, черепицы из терракоты; гончарных изделий, декоративных интерьерных украшений из шамота; статуэток, посуды из фарфора; изделий из каменных масс; фаянсовых изделий. Обжиг может проходить в один, два или три этапа. При нанесении на поверхность обрабатываемых объектов глазури или росписи число этапов растет.
В современных муфельных моделях реализован достаточно быстрый нагрев до высоких температур, однако его скорость ограничивается скоростью протекания физических и химических процессов, в результате которых сырая керамическая масса трансформируется в завершенное керамическое изделие. Для завершения этих процессов требуется некоторое время. Процесс обжига можно разделить на определенные температурные интервалы.
При 25-200 °С изделие в печи постепенно нагревается, из него устраняется межслоевая и частично адсорбированная вода. Очень важно обеспечить равномерное прогревание объектов на этом этапе. При 200-400 °С изделие уже полностью избавляется от воды, в нем сгорает большая часть органических веществ. На этой стадии рекомендуется открыть заглушки. Атмосфера в устройстве должна быть преимущественно окислительной.
При 400-600 °С начинает выделяться химически-связанная вода в кристаллической решетке. На этом же этапе осуществляется фазовый переход кварца, поэтому не стоит увеличивать температуру в устройстве слишком быстро. При 600-800 °С прочность изделия понижена. В это время запрещается остановка нагрева. При 800-1000 °С керамическая масса спекается.
Электрическая печь для обжига
Электрические агрегаты для обжига керамики в своем большинстве камерные, с горизонтальной загрузкой. Хотя часто используются и муфельные печи.
Электрическая печь для обжига
Традиционно электрические установки состоят из металлического корпуса, камеры, отделанной огнеупорным кирпичом, теплоизоляционного слоя из современных волокнистых веществ. Нагревательные элементы вставлены в особые внутренние пазы. Для загрузки применяют полки, изготовленные из огнеупорного сырья. Дверь, как правило, находится на фронтальной стороне. При ее открывании электрические нагреватели отключаются.
Среди преимуществ электрооборудования наибольшего внимания заслуживают:
- Быстрый нагрев, обеспечиваемый аккумуляцией тепла футеровкой;
- Возможность размещения в любых производственных помещениях благодаря компактному исполнению;
- Достижение высоких температурных показателей вплоть до 1300-1400 °С;
- Возможность обработки практически всех видов керамических и металлокерамических изделий.
Единственный недостаток заключается в высокой стоимости электроэнергии.
Вращающаяся печь для обжига
Отдельно стоит рассмотреть вращающуюся или, как ее еще называют, барабанную печь. Ее конструкция состоит из цилиндрической емкости, немного наклоненной в горизонтальном направлении. Цилиндр совершает медленные вращательные движения по своей оси. Обрабатываемый материал подается в верхнюю часть барабана. Во время вращения устройства вещество постепенно опускается в нижнюю часть, смешивается.
Вращающаяся печь для обжига
Горячие газы могут проходить по установке или параллельно обрабатываемому материалу, или в противоположную сторону. Они образуются или в выносной топке, или от внутреннего пламени в агрегате.
Вакуумная печь обжига
В вакуумных устройствах обжиг осуществляется в вакууме. Вакуум способствует устранению газов из пор еще на ранних этапах спекания, благодаря чему газ не мешает зарастанию пор. Небольшие атомы водорода проникают через кристаллическую решетку большей части оксидов и полностью удаляются. Обжиг, выполняемый в воздушной или инертно-газовой среде, сопровождается получением пористых керамических изделий, так как крупные атомы инертных газов не способны просачиваться через решетку. Газы остаются в порах, вследствие чего поры не зарастают.
Вакуумная печь обжига
Температура обжига керамики в вакуумурованной среде зачастую превышает температуру обжига изделий в воздушной среде. При этом температура не должна подниматься слишком быстро. В противоположном случае на поверхности изделий может сформироваться плотный слой, замедляющий и даже прекращающий движение газов из внутренних слоев материала.
Помимо всего перечисленного, вакуумные печи для обжига обладают следующими преимуществами:
- Повышенная точность технологических параметров;
- Высокий уровень автоматизации;
- Экологическая безопасность.
В камере печи для обжига зачастую размещают максимальное количество изделий, чтобы загрузить все ее рабочее пространство. При мелкосерийном производстве небольших изделий можно использовать устройства с компактной рабочей камерой. Для обработки более крупных изделий и для крупносерийного производства больше подойдет оборудование с просторной обжиговой камерой.
