Печь — это теплоизолированная камера, тип печи , которая обеспечивает температуру, достаточную для завершения какого-либо процесса, такого как затвердевание, сушка или химические изменения. Печи использовались на протяжении тысячелетий для превращения предметов из глины в керамику , черепицу и кирпичи . В различных отраслях промышленности вращающиеся печи используются для пирообработки (для обжига руд, таких как известняк , в известь для цемента ) и для преобразования многих других материалов.
Согласно Оксфордскому словарю английского языка , слово «печь» произошло от слов cyline, cylene, cyln(e) в древнеанглийском языке, которые, в свою очередь, произошли от латинского culina («кухня»). В среднеанглийском языке это слово засвидетельствовано как kulne, kyllne, kilne, kiln, kylle, kyll, kil, kill, keele, kiele. [1] [2]
Слово «печь» первоначально произносилось как «кил» с молчаливой буквой «н», как упоминается в словаре Вебстера 1828 года [3] и в «Английских словах, произносимых и написанных для старших классов» Джеймса А. Боуэна 1900 года: «Диграф ln, n молчание, происходит в печи. Падение в печь может убить тебя. [4] Боуэн указал на забавный факт, что слова «убить» и «обжечь в печи» являются омофонами. [5] Несмотря на свое происхождение, современное произношение слова «печь», где произносится буква «н», стало широко использоваться. Это связано с явлением, известным как орфографическое произношение , когда произношение слова предполагается на основе его написания и отличается от его фактического произношения. Это часто встречается в словах с молчаливыми буквами.
Керамика, обожженная в яме, производилась за тысячи лет до самой ранней известной печи, которая датируется примерно 6000 годом до нашей эры и была найдена на стоянке Ярим-Тепе в современном Ираке . [6] Неолитические печи могли обеспечивать температуру выше 900 °C (1652 °F). [7] Использование включает:
Печи являются неотъемлемой частью производства почти всех видов керамики . Керамика требует высоких температур, поэтому происходят химические и физические реакции, которые навсегда изменяют необожженное тело. В случае с гончарным делом глиняным материалам придают форму, сушат, а затем обжигают в печи. Конечные характеристики определяются составом и подготовкой глиняного тела, а также температурой его обжига. После первого обжига можно использовать глазури , и посуду обжигают второй раз, чтобы глазурь вплавилась в корпус. Для закрепления надглазурного декора может потребоваться третий обжиг при более низкой температуре. Современные печи часто имеют сложные электронные системы управления, хотя часто также используются пирометрические устройства .
Глина состоит из мелкозернистых частиц, относительно слабых и пористых. Глина сочетается с другими минералами для создания работоспособного глиняного тела. Процесс обжига включает спекание . При этом глина нагревается до тех пор, пока частицы частично не расплавятся и не сольются вместе, образуя прочную единую массу, состоящую из стекловидной фазы с вкраплениями пор и кристаллического материала. В результате обжига поры уменьшаются в размерах, в результате чего материал слегка сжимается.
В самом широком смысле существует два типа печей: периодического и непрерывного действия, причем оба представляют собой изолированный ящик с контролируемой внутренней температурой и атмосферой.
Печь непрерывного действия , иногда называемая туннельной печью , длинная, и только центральная часть нагревается напрямую. Из прохладного входа посуда медленно перемещается по печи, и ее температура постепенно повышается по мере приближения к центральной, самой горячей части печи. По мере прохождения через печь температура снижается до тех пор, пока посуда не выйдет из печи почти с комнатной температурой. Печь непрерывного действия является энергоэффективной, поскольку тепло, выделяемое при охлаждении, повторно используется для предварительного нагрева поступающей посуды. В некоторых конструкциях посуда остается на одном месте, а зона нагрева перемещается по ней. К печам этого типа относятся:
В печи периодического действия посуда помещается внутрь печи, печь закрывается, а внутренняя температура повышается по графику. После завершения обжига и печь, и посуда охлаждаются. Посуда вынимается, печь очищается и начинается следующий цикл. К печам этого типа относятся: [9]
Технология печи очень старая. Печи развивались от простой земляной траншеи, заполненной горшками и ямами для топлива , до современных методов. Одним из улучшений было строительство камеры обжига вокруг горшков с перегородками и отверстием для заброса. Это сохраняло тепло. Дымоходная труба улучшила поток воздуха или вытяжку печи, тем самым более полно сжигая топливо.
Китайская технология обжига всегда была ключевым фактором в развитии китайской керамики и до недавних столетий была самой передовой в мире. Еще до 2000 года до нашей эры китайцы разработали печи, способные работать при температуре около 1000 °C . Это были печи с восходящим потоком воздуха, часто построенные под землей. Примерно к 200 году нашей эры были разработаны два основных типа печей, которые используются до наших дней. Это печь-дракон в холмистой части южного Китая, обычно работающая на дровах, длинная и тонкая и поднимающаяся по склону, и печь-маньтоу в форме подковы на равнинах Северного Китая, меньшая по размеру и более компактная. Оба могли надежно обеспечивать температуру до 1300°C и выше, необходимую для производства фарфора . В конце Мин в Цзиндэчжэне была разработана печь яйцеобразной формы или чженьяо , которая в основном использовалась там. Это было своего рода компромиссом между другими типами и предлагало места в камере обжига с различными условиями стрельбы. [10]
И древнеримскую керамику , и средневековую китайскую керамику можно было обжигать в промышленных количествах, десятки тысяч изделий за один обжиг. [11] Ранние примеры более простых печей, найденных в Британии , включают те, которые делали черепицу во время римской оккупации. Эти печи были построены на склоне склона, так что огонь можно было зажечь внизу, а тепло поднималось вверх в печь.
Традиционные печи включают в себя:
.jpg/1280px-1._Alt_forn_del_Port_de_Sagunt_(Pa%C3%ADs_Valenci%C3%A0,_1951).jpg)
В индустриальную эпоху печи были разработаны для использования электричества и более очищенного топлива, включая природный газ и пропан . Многие крупные промышленные печи для обжига керамики используют природный газ, поскольку он, как правило, чист, эффективен и прост в управлении. Современные печи могут быть оснащены компьютеризированным управлением, позволяющим точно регулировать процесс обжига. Пользователь может контролировать скорость подъема или линейного повышения температуры , поддерживать или поддерживать температуру в любой заданной точке или контролировать скорость охлаждения. Как электрические, так и газовые печи распространены для мелкомасштабного производства в промышленности и ремеслах, ручных работах и скульптурных работах.
Температура некоторых печей контролируется пирометрическими конусами — устройствами, которые начинают плавиться при определенных температурах.
Современные печи включают в себя:
Зеленая древесина , полученная прямо из срубленного дерева, имеет слишком высокое содержание влаги, чтобы быть коммерчески полезной, и будет гнить, деформироваться и раскалываться. Как твердую , так и мягкую древесину необходимо оставить высыхать до тех пор, пока содержание влаги не достигнет 18–8%. Это может быть длительный процесс, если его не ускорить с помощью печи. Сегодня существует множество печных технологий: обычные, осушающие, солнечные, вакуумные и радиочастотные.
Обычные печи для сушки древесины [13] имеют либо пакетную (с боковой загрузкой), либо гусеничную (трамвайную) конструкцию. Большинство камер для обжига пиломатериалов твердых пород представляют собой печи с боковой загрузкой, в которых для загрузки пакетов пиломатериалов в печь используются вилочные тележки. Большинство печей для обработки древесины хвойных пород являются гусеничными, в которых древесина (США: «пиломатериалы») загружается в печи/гусеничные тележки для загрузки печи. Современные обычные печи с высокой температурой и высокой скоростью движения воздуха обычно могут сушить сырую древесину толщиной 1 дюйм (25 мм) за 10 часов до влажности 18%. Однако зеленому красному дубу толщиной 1 дюйм требуется около 28 дней, чтобы высохнуть до влажности 8%.
Тепло обычно подается через пар, проходящий через пластинчато-трубные теплообменники, управляемые двухпозиционными пневматическими клапанами. Влажность удаляется с помощью системы вентиляционных отверстий, расположение которых обычно зависит от конкретного производителя. Обычно холодный сухой воздух подается с одного конца печи, а теплый влажный воздух выбрасывается с другого. Обычные печи для обработки древесины твердых пород также требуют подачи влаги с помощью систем распыления пара или холодной воды, чтобы относительная влажность внутри печи не падала слишком низко во время цикла сушки. Направления вентиляторов обычно периодически меняются, чтобы обеспечить равномерную сушку более крупных загрузок печи.
Большинство печей для обработки древесины хвойных пород работают при температуре ниже 115 ° C (239 ° F). Графики сушки древесины твердых пород обычно поддерживают температуру по сухому термометру ниже 80 ° C (176 ° F). Для видов, которые трудно сушить, температура не должна превышать 60 °C (140 °F).
Печи для осушения воздуха аналогичны другим печам по базовой конструкции, и время сушки обычно сопоставимо. Тепло поступает в основном от встроенного блока осушения, который также удаляет влагу. Вспомогательное отопление часто подключается заранее в дополнение к осушителю.
Солнечные печи — это обычные печи, которые обычно строятся любителями, чтобы снизить первоначальные инвестиционные затраты. Тепло обеспечивается за счет солнечного излучения, тогда как внутренняя циркуляция воздуха обычно пассивна.
Вакуумные и радиочастотные печи снижают давление воздуха, чтобы ускорить процесс сушки. Существует множество таких вакуумных технологий, различающихся в первую очередь методом подачи тепла в древесную шихту. В вакуумных печах с плитой с горячей водой используются алюминиевые нагревательные пластины с циркулирующей внутри водой в качестве источника тепла, и они обычно работают при значительно пониженном абсолютном давлении. Прерывистый режим и SSV (перегретый пар) используют атмосферное давление для подачи тепла в загрузку печи. Вся загрузка печи достигает полного атмосферного давления, затем воздух в камере нагревается и, наконец, по мере охлаждения шихты создается вакуум. SSV работает при частичном атмосферном давлении, обычно около 1/3 полного атмосферного давления, в гибриде вакуумной и традиционной технологии печи (печи SSV значительно более популярны в Европе, где древесину, заготовленную на месте, легче сушить, чем древесину из Северной Америки. ) RF/V (радиочастотные + вакуумные) печи используют микроволновое излучение для нагрева загрузки печи и обычно имеют самые высокие эксплуатационные расходы из-за того, что тепло испарения обеспечивается электричеством, а не местными источниками ископаемого топлива или древесных отходов.
Экономика различных технологий сушки древесины основана на общей стоимости энергии, капитала, страхования/риска, воздействия на окружающую среду, труда, технического обслуживания и деградации продукции. Эти затраты, которые могут составлять значительную часть затрат предприятия, включают различное влияние наличия сушильного оборудования на конкретном заводе. Каждая единица оборудования, от триммера до системы подачи на строгальном стане, является частью «системы сушки». Истинные затраты на систему сушки можно определить только при сравнении общих затрат и рисков установки с сушкой и без нее.
Дрова, высушенные в печи, были впервые изобретены в 1980-х годах, а позже получили широкое распространение в Европе из-за экономических и практических преимуществ продажи древесины с более низким содержанием влаги (при этом оптимального уровня влажности менее 20% достичь гораздо легче). [14] [15] [16] [17] [18]
Общие (вредные) выбросы в воздух, производимые дровяными печами, включая их источники тепла, могут быть значительными. Как правило, чем выше температура, при которой работает печь, тем больше объем выбросов (на фунт удаленной воды). Особенно это актуально при сушке тонкого шпона и высокотемпературной сушке древесины хвойных пород.
