Работа с керамикой на металлических каркасах: возможные причины ошибок и способы их устранения

Устройство и принцип действия кольцевой печи

Такая печь была сконструирована Гофманом в 1857 г. в Германии. Эти установки до изобретения туннельных печей довольно широко использовались для обжига глиняного и шамотного кирпича, керамических камней и дренажных труб. Распространённость этих печей связана с их высокой тепловой экономичностью, возможностью сжигания любых видов топлива, включая самые низкосортные разновидности, а также возможностью на ходу переключаться с одного вида твёрдого топлива на другой без каких-либо конструктивных изменений в печи.

Рис.1. Схема кольцевой печи

Основным элементом такой печи является замкнутый сквозной обжигательный канал 1, который не имеет внутри постоянных перегородок. В наружных стенах обжигательного канала имеются отверстия 2, называемые ходками. Через них производится загрузка сырца в печь и разгрузка обожженного кирпича. Часть пространства обжигательного канала между ходками называют камерой. Во внутренней стене печи расположен дымовой канал 3, который соединяется отверстием 4 с дымовой трубой или дымососом 10. Обжигательный и дымовой каналы связаны между собой при помощи отверстий 5, называемых дымовыми очелками. Очелки оборудованы дымовыми конусами 9 (клапанами) при помощи которых этот канал может подключаться к обжигательному или отключаться от него. Над дымовым каналом находится жаровой канал 6. Он предназначен для перемещения горячего воздуха, образующего при охлаждении обожжённого кирпича. Жаровой канал также соединён с обжигательным каналом при помощи жаровых очелков 7, снабжённых жаровыми конусами 8.

Принцип работы кольцевых печей для обжига кирпича

В кольцевых печах топливо подается сразу на обжигаемый кирпич. Для отвода дыма устанавливают центральный дымовой канал, который располагают вдоль кольцевой печи между внутренними стенками канала обжига.

Дымовой канал соединяется с каналом обжига маленькими боровками – очелками. Расстояния между ними принято считать длиной камеры канала обжига. Так как канал обжига не имеет постоянных перегородок, то он делится на камеры условно.

Чтобы подключить нужную часть канала обжига к дымовому центральному каналу необходимо с отверстий в своде дымового канала снять крышки и накрыть общим перекидным металлическим коробом.

Раскаленные дымовые газы, прежде чем попасть в центральный дымосборный канал и уйти наружу, проходят через несколько камер с сырцом. Газы отдают тепло сырцу, таким образом просушивая и нагревая его. В дымовую трубу газы поступают уже охладившимися до 120-150°С. Таким образом, первые стадии обжига, то есть выпаривание влаги и подогрев сырца на дыму, происходят за счет тепла от дымовых газов.

В рассматриваемых печах, также используется тепло остывающего кирпича. Весь необходимый для горения топлива воздух поступает в зону взвара со стороны выгрузки готового кирпича и проходит через несколько камер с остывающим кирпичом. При этом воздух, охлаждая кирпич, нагревается от него и попадает в зону взвара уже с высокой температурой. Этот процесс способствует уменьшению расхода топлива на обжиг.

При постоянной эксплуатации печи канал обжига практически полностью загружен изделиями. Свободными остаются только 2-3 камеры. Через их ходы в печь загружается сырец и выгружается обожженный кирпич.

Широкая распространенность кольцевых печей для обжига кирпича, объясняется относительно высокой производительностью, существенной тепловой эффективностью, возможностью сжигать любой вид топлива (без остановки печи), простотой использования. НПП “Теплоограждение” осуществляет проектирование, изготовление, монтаж и ремонт всех типов кольцевых печей. Проектирование и разработка осуществляется непосредственно под нужды заказчика.

Как построить гончарную печь своими руками

Профессиональные устройства – дорогое удовольствие, поэтому практичные мастера предпочитают делать печи для обжига глины своими руками, следуя вековым традициям гончарного дела.

Особенности конструкции электрической печи

Конструкция электропечи состоит из нагревательной камеры и теплоизоляции, обеспечивающей сохранение температуры. Идеальный аккумулятор тепла – огнеупорный кирпич, который мастера 21 века дополнительно утепляют современными материалами, существенно сокращая толщину стенок и упрощая строительство.

По типу расположения нагревательного элемента электропечи бывают муфельными и камерными. Строение муфельной печи подразумевает расположение нагревательного элемента вокруг емкости из огнеупорного материала – такую конструкцию сделать самостоятельно сложнее, а ее теплопотери выше, чем в камерной.

Устройство муфельной печи

Кирпичная электропечь для обжига глиняных изделий

Эта самодельная печь для обжига глины имеет рабочий объем 13 литров. Открытая спираль позволяет разогреть камеру до 1000 градусов за полтора часа. При этом температура внешних стенок оборудования не превышает ста градусов.

Подставку для агрегата сваривают из профильной трубы 20*40 мм и покрывают эмалью.

Окрасить металлическую основу можно молотковой эмалью

Сверху крепят лист из оцинкованной стали толщиной 1 мм, прикручивая его саморезами.

Прочное основание из металла

Для стенок потребуется легкий огнеупорный кирпич – это может быть готовый шамотный кирпич или изготовленный собственными силами. Для кладки нужна хорошая огнеупорная смесь для каминов. Сначала форму очага выкладывают насухо, чтобы в случае необходимости подогнать детали и устранить нестыковки. Это можно сделать на столе, чтобы было нагляднее и удобнее работать. На этом же этапе готовят пазы под нагреватель.

Сухая сборка и подготовка пазов

Кирпичное дно собирают отдельно, скрепляя детали раствором. Прежде чем продолжать работы, конструкция должна хорошо высохнуть. Перед кладкой кирпичи обязательно вымачивают, чтобы они не забирали влагу из раствора.

Первый ряд собирают на столе

На металлическое основание укладывают слой теплоизоляции, для этой цели подойдут огнеупорные маты из керамического волокна. Чтобы максимально уплотнить слой теплоизоляции, ее смачивают перед креплением кирпичного дна.

Основание готово

Далее печь кладут как обычно, но очень тщательно заполоняя швы и возможные пустоты.

Кладка стенок гончарной камеры

Крышку для камеры формируют из огнеупорных кирпичей, скрепляя конструкцию металлической стяжкой.

Крышка из кирпича

Нагревательную спираль, а здесь их три, укладывают в подготовленные пазы. Снаружи агрегат утепляют огнеупорными матами, после чего закрывают корпусом из оцинкованной стали, вырезанным по размеру полученного изделия.

Камера после обжига

Готовая гончарная печь из кирпича

Строительство этой печи требует не только навыков кирпичной кладки, но и знаний в области электрики. Если собственного опыта недостаточно, лучше обратиться к специалисту за полной или частичной помощью.

НАГРЕВ

20 — 100
На начальном этапе разогрева происходит удаление влаги из глины или другой керамической массы. Разогрев должен проходить медленно. Самое главное — соблюдать равномерность нагрева. Скорость нагрева определяется толщиной стенок изделия: чем толще стенки, тем медленнее должен быть нагрев.

100 — 200
На этом этапе продолжается процесс удаление влаги из массы все еще продолжается

Важно помнить, что показания температуры на приборе, как правило, выше температуры самого изделия, особенно в толще или если изделие расположено на толстой подставке, которая поглощает часть тепла. Также начинается усадка глазурей. В этот промежуток нагрева, поскольку из изделия все еще выпаривается вода, глазурное покрытие подвержено риску растрескивания или фрагментарных сколов. Нагрев должен быть равномерным, так как из люстровых покрытий выделяются летучие органические соединения

200 — 400
В этом интервале выгорают органические соединения. Хороший приток воздуха особенно необходим, если содержание в массе органических вещество высоко (деколи, люстры, связующее надглазурных красок и мастик).

550 — 600
При разогреве печи до этих температур происходит фазовое превращение кварца, которое характеризуется скачкообразными изменениями внутренней энергии вещества и, соответственно его плотности, а также теплоемкости, сжимаемости и коэффициента термического расширения. Поэтому на стадии охлаждения керамика может потрескаться (т.н. «холодный» треск).

400 — 900
В этом промежутке из глины выделяется химически связанная вода, а также разлагается ряд содержащихся в ней минералов. Также разлагаются хлористые и азотнокислые соли.

600 — 800
При этих температурах начинается расплавление надглазурных покрытий, а также легкоплавких флюсов (свинцовых и других).

750 — 800
В этом интервале, который иногда называют третьим декорирующим обжигом, происходит выгорание сульфидов, а также размягчение поверхности глазури и диффузия красок, золота и т.п.

850 — 950
В этом интервале происходит разложение содержащихся в керамической массе мела и/или доломита. Начинается взаимодействия составной части керамической массы — кремнезема — с карбонатом кальция и магния. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа.
На этом этапе также заканчиваются все превращения глинистых веществ: прочность черепка обеспечивается за счет спекания самых мелких частиц.
К концу интервала майоликовых глазури, как правило, уже полностью расплавляются.

1000 -1100
На этом этапе происходит уплотнение и деформация черепка, начинают размягчатся полевые шпаты.
Жидкая фаза появляется как результат интенсивного взаимодействия кремнезема и извести.
Также интенсивно разлагаются сульфаты, что сопровождается выделением сернистого газа.
Происходит плавление нефелин-сиенита.

1200 -1250
В данном интервале спекаются фаянсовые и беложгущиеся керамические массы.
В расплаве полевого шпата растворяются кремнезем и каолинит.

1280 — 1350
В этом температурном интервале иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что после выхода из обжига является основой высокой прочности и термостойкости. Процесс носит название муллитообразования.
Также тонкодисперсный кварц преобразуется в кристобаллит.

1200 — 1420
Этот интервал используется для обжига фарфора. При таких высоких температурах диффузия происходит очень быстро. Также при таких температурах, если обеспечены необходимые окислительно-восстановительные условия обжига, происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые.

Подготовка материал к обжигу

Прежде чем совершать обжиг глины, ее требуется высушить. На этот процесс вы потратите около недели, в зависимости от размера изделия. Просушивать его рекомендуется в тех местах, где нет рядом нагревательных приборов, и куда не попадают прямые лучи солнца. Оптимальным вариантом является комнатная температура и темное сухое место. Именно там изделие просушиться равномерно.

Если глина просушилась неравномерно, то на изделии могут образоваться трещины или сколы. Если просушить недостаточно, то изделия могут иметь дефекты после обжига. А вот пересушить глину невозможно.

Когда изделие высохнет, его требуется тщательно осмотреть, нет ли на нем трещин. Если они присутствуют, то их можно замаскировать жидкой глиной, только это не гарантирует того, что при обжиге изделие не потеряет свою форму. Лучше всего не допустить появления трещин. Добиться этого можно, достаточно лишь правильно подготовить глину и качественно слепить изделие.

Окончательным этапом подготовки является шлифовка глиняной фигурки. Во время шлифовки удаляются отпечатки пальцев, бугорки, в итоге изделия приобретают красивый и ухоженный вид. Шлифовку проводят с помощью наждачной бумаги.
Еще одним немаловажным фактором является качество лепки. Следите, чтоб во время лепки в фигурке не было пузырьков воздуха. Когда температура поднимается, то воздух расширяется и ищет выход, вследствие этого изделие будет разрываться. Когда вы замазываете трещины или скрепляете частички, делайте это очень аккуратно, чтоб воздушные капсулы не могли образоваться.

Техника обжига — Размещение внутри печи

От того, как вы разместите изделие в печи, зависит качество его обжига. Обжиг сырых изделий отличается от обжига первично обожженных и глазурованных. Изделия, помещенные в печь, должны быть совершенно сухими.

Перед тем как разместить их, подумайте, как расположить изделия в печи и понадобятся ли опоры. Они должны быть разных размеров и находиться у вас под рукой. Следует учесть, что максимальной прочности можно достичь, если использовать три, а не две опоры. Целесообразно размещать более тяжелые изделия внизу, а более легкие — наверху.

График процесса первичного обжига в электрической печи

Конечная температура 1000°С
Изделия могут быть размещены на полу печи или на подставках; они должны стоять достаточно далеко друг от друга, чтобы горячий воздух мог циркулировать вокруг них Некоторые изделия могут быть размещены внутри других, если для этого достаточно пространства. Если для обжига вы используете электрическую печь, убедитесь, что изделия находятся на расстоянии не менее 3 см от нагревательных элементов.

Техника обжига

Обжиг требует времени. Попытки сэкономить время, электричество или топливо могут разрушить изделия,
После загрузки печи начинайте обжиг с низкой температуры и откройте все вентиляционные отверстия.
Температура должна медленно повышаться до 400 °С, после чего вы можете немного ускорить процесс, пока температура не достигнет 600 °С. Затем температура может быть еще повышена, пока не достигнет желаемой. В случае первичного обжига при низких температурах самая высокая температура — 900-1000 °С. Первичный обжиг при высоких температурах варьируется от 1250 до1300°С

Когда будет достигнута необходимая температура, печь можно выключить, но следует подождать, пока она не остынет до комнатной температуры, и только затем ее открыть.

Работа печи

При работе печи канал почти всегда заполнен обжигаемым материалом. Свободными остаются лишь две – три камеры, через которые загружают сырец и выгружают готовый кирпич. В этих камерах ходки открыты. В остальных – закрыты. Топливо подают в печь сверху через топливные трубки (люфты) диаметром 150…200мм. Если печь работает на газообразном топливе, то его подача также осуществляется через свод при помощи газопровода, соединённого с топливосжигающими устройствами. Твёрдое топливо, попадая на предварительно раскалённую садку и получив от неё начальный импульс подогрева (энергию активации) быстро загорается и, сгорая, нагревает садку. Ту часть обжигательного канала, в которую загружают топливо, называют зоной взвара (обжига). В этой зоне при работе печи закрыты жаровые и дымовые конусы. Образующиеся в этой зоне газы движутся вперёд (стрелка дымовые газы) и подогревают сырец до температуры, превышающую температуру воспламенения топлива. Зона, в которой сырец подогревается дымовыми газами, называется зоной подогрева или зоной дыма. Остывшие дымовые газы при температуре 150 – 200оС удаляются из обжигательного канала 1 через дымовые очелки 5 при открытых дымовых конусах 9 в дымовой канал 3. Однако те дымовые конусы, которые расположены ближе к зоне обжига, остаются закрытыми, чтобы горячие газы не удалялись из печи, не отдав тело.

зону охлажденияожаровых очелков7жаровых конусах 8жаровой канал 6 зону досушкивзваразоной закалаПринципиальной особенностью работы кольцевой печи является перемещение зон в процессе обжига по обжигательному каналу

Недостатки печи – тяжёлые условия обслуживания печи, трудности в полной механизации загрузки и разгрузки. В настоящее время этот недостаток частично устранён, т.к. освоена пакетная садка кирпича, когда пакет формируется в цехе, а его подача в печь осуществляется погрузчиком. Есть печи со съёмным плоским сводом. В этом случае при садке сырца в печь снимают свод, затем при помощи подъёмного устройства загружают пакеты и устанавливают свод на место.

Кольцевым печам свойственна неравномерность обжига по высоте обжигательного канала, что связано с температурным расслоением газовых потоков при их горизонтальном направлении движения. Для обеспечения равномерного обжига по сечению печи производится запрессовка топлива в сырец, который превращается в горючий брикет и в зоне обжига горит вся садка. Рекомендуется запрессовывать в сырец до 80 % общего расхода топлива на обжиг, но не расхода глины.

Лекция 16

Измерение температуры при обжиге

Важно как можно точнее контролировать температуру в печи. Это можно сделать при помощи пирометра или пирометрических конусов.
Пирометрические пирамидки в форме конуса предназначены для плавления при температуре от 150 °С в час

К каждой печи прилагается пирометр, инструмент, измеряющий температуру внутри печи. Самые совершенные
пирометры — электронные с цифровыми дисплеями.

Пирометрические конусы позволяют узнать точную температуру в печи благодаря разнице во времени плавления. Конусы сделаны из глины, которая должна расплавиться при определенной температуре. Они должны быть размещены в печи так, чтобы их было видно через отверстие в двери. Разместите их на пласте глины под углом в 8°; они согнутся, когда будет достигнута определенная температура. Печь нужно выключить, когда верхняя часть конуса коснется подставки.

Садка (укладка)

Укладывать в печь можно только хорошо высушенный сырец, иначе при обжиге потребуется много топлива. Кроме того, недостаточно высохший сырец дает до 80% брака.

Главная причина брака заключается в том, что излишняя влага, превращаясь в пар, ищет выход и приводит к растрескиванию кирпича.

Укладку сырца в печь (см. рис. 7) производят так, чтобы в первых 3-4 рядах уложенного кирпича просветы между ними были (для кирпичей, расположенных непосредственно вблизи топки) 10-15 мм, а по мере удаления (от топки дальше) увеличивались до 25 мм.

Ряды можно укладывать любым способом, например, “решеткой” или “елочкой”. Способы можно чередовать.

Нужно помнить главное: каждый кирпич должен быть доступен обтеканию его дымовым газам.

Расстояние между кирпичами садка и стенками печи должно быть в пределах 20-25 мм.

Список источников