Печь — это теплоизолированная камера, тип печи , которая создает температуру, достаточную для завершения некоторого процесса, например, закалки, сушки или химических изменений. Печи использовались на протяжении тысячелетий для превращения предметов из глины в керамику , плитку и кирпичи . Различные отрасли промышленности используют вращающиеся печи для пирообработки (для обжига руд, таких как известняк, в известь для цемента ) и для преобразования многих других материалов.
Согласно Оксфордскому словарю английского языка , слово kiln 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] В греческом языке слово καίειν, kaiein , означает «гореть».
Слово «kiln» изначально произносилось как «kil» с непроизносимой «n», как указано в словаре Вебстера 1828 года [3] и в «Английских словах как устных и письменных для старших классов» Джеймса А. Боуэна 1900 года: «Диграф ln, непроизносимый n, встречается в слове kiln. Падение в печь может убить вас». [4] Боуэн отмечал, что «kill» и «kiln» являются омофонами . [5]
Керамика, обожженная в яме, производилась за тысячи лет до появления самой ранней известной печи, которая датируется примерно 6000 годом до н. э. и была найдена на месте Ярим-Тепе в современном Ираке . [6] Неолитические печи могли вырабатывать температуру более 900 °C (1652 °F). [7] Области применения включают:
Печи являются неотъемлемой частью производства почти всех видов керамики . Керамика требует высоких температур, поэтому химические и физические реакции будут происходить, чтобы навсегда изменить необожженное тело. В случае керамики глиняные материалы формуются, высушиваются, а затем обжигаются в печи. Окончательные характеристики определяются составом и подготовкой глиняного тела и температурой, при которой оно обжигается. После первого обжига могут использоваться глазури , и изделие обжигается второй раз, чтобы вплавить глазурь в тело. Третий обжиг при более низкой температуре может потребоваться для фиксации надглазурного декора. Современные печи часто имеют сложные электронные системы управления, хотя часто также используются пирометрические приборы .
Глина состоит из мелкозернистых частиц, которые относительно слабы и пористы. Глина комбинируется с другими минералами для создания обрабатываемого глиняного тела. Процесс обжига включает спекание . Это нагревает глину до тех пор, пока частицы частично не расплавятся и не сольются, создавая прочную единую массу, состоящую из стекловидной фазы, перемежающейся порами и кристаллическим материалом. В результате обжига поры уменьшаются в размере, заставляя материал слегка усаживаться.
В самом общем виде существует два типа печей: периодического и непрерывного действия, причем обе представляют собой изолированный короб с контролируемой внутренней температурой и атмосферой.
Непрерывная печь , иногда называемая туннельной печью , длинная, и только центральная часть нагревается напрямую. Из холодного входа изделия медленно перемещаются через печь, и их температура неуклонно повышается по мере приближения к центральной, самой горячей части печи. По мере продвижения по печи температура снижается до тех пор, пока изделия не выходят из печи при почти комнатной температуре. Непрерывная печь энергоэффективна, поскольку тепло, выделяемое во время охлаждения, рециркулируется для предварительного нагрева поступающих изделий. В некоторых конструкциях изделия остаются на одном месте, в то время как зона нагрева перемещается по ним. Печи этого типа включают:
В прерывистой печи изделие помещают внутрь печи, печь закрывают, а внутреннюю температуру повышают по графику. После завершения обжига и печь, и изделие охлаждают. Изделие вынимают, печь очищают и начинают следующий цикл. Печи этого типа включают: [9]
Технология обжига в печи очень старая. Обжигательные печи развивались от простой земляной траншеи, заполненной горшками, и обжига в яме для топлива до современных методов. Одним из усовершенствований было строительство обжигательной камеры вокруг горшков с перегородками и отверстием для загрузки. Это сохраняло тепло. Дымоход улучшал поток воздуха или тягу печи, таким образом сжигая топливо более полно.
Китайская технология обжига всегда была ключевым фактором в развитии китайской керамики , и до последних столетий была самой передовой в мире. Китайцы разработали печи, способные обжигать при температуре около 1000 °C до 2000 г. до н. э . Это были печи с восходящим потоком воздуха, часто строившиеся под землей. Два основных типа печей были разработаны около 200 г. н. э. и использовались до наших дней. Это печь-дракон холмистого южного Китая, обычно работающая на дровах, длинная и тонкая и поднимающаяся вверх по склону, и печь-мантоу в форме подковы северокитайских равнин, меньшая и более компактная. Обе могли надежно обеспечивать температуру до 1300 °C или более, необходимую для фарфора . В конце династии Мин в Цзиндэчжэне была разработана яйцевидная печь или чжэньяо , которая в основном использовалась там. Это был своего рода компромисс между другими типами, и предлагалось расположение в камере обжига с различными условиями обжига. [10]
Как древнеримская керамика , так и средневековая китайская керамика могли обжигаться в промышленных количествах, с десятками 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, так что огонь можно было разжечь внизу, а тепло поднималось в печь.
Традиционные печи включают в себя:
.jpg/1280px-1._Alt_forn_del_Port_de_Sagunt_(Pa%C3%ADs_Valenci%C3%A0,_1951).jpg)
С наступлением индустриальной эпохи печи были спроектированы для использования электричества и более очищенного топлива, включая природный газ и пропан . Многие крупные промышленные печи для обжига керамики используют природный газ, так как он, как правило, чистый, эффективный и простой в управлении. Современные печи могут быть оснащены компьютеризированным управлением, позволяющим выполнять точную регулировку во время обжига. Пользователь может выбрать управление скоростью подъема или снижения температуры , удержание или выдержку температуры в любой заданной точке или управление скоростью охлаждения. Как электрические, так и газовые печи широко используются для мелкосерийного производства в промышленности и ремесле, ручной работе и скульптурных работах.
Современные печи включают в себя:
Зеленая древесина, поступающая прямо из срубленного дерева, имеет слишком высокое содержание влаги, чтобы быть коммерческой, и будет гнить, деформироваться и раскалываться. Как твердые, так и мягкие породы дерева должны быть оставлены для просушки до тех пор, пока содержание влаги не составит от 18% до 8%. Это может быть долгим процессом, если его не ускорить с помощью печи. Сегодня существует множество технологий печей: обычные, осушающие, солнечные, вакуумные и радиочастотные.
Традиционные сушильные камеры для древесины [13] имеют конструкцию пакетного типа (боковая загрузка) или рельсового типа (трамвай). Большинство сушильных камер для древесины твердых пород представляют собой печи с боковой загрузкой, в которых для загрузки пакетов пиломатериалов в печь используются вилочные погрузчики. Большинство сушильных камер для древесины мягких пород представляют собой печи рельсового типа, в которых древесина загружается на тележки для сушки/рельсовые тележки для загрузки печи. Современные высокотемпературные традиционные сушильные камеры с высокой скоростью воздуха обычно могут высушить сырую древесину толщиной 1 дюйм (25 мм) за 10 часов до содержания влаги 18%. Однако для сушки зеленого красного дуба толщиной 1 дюйм до содержания влаги 8% требуется около 28 дней. [ необходима цитата ]
Тепло обычно вводится через пар, проходящий через ребристые/трубчатые теплообменники, управляемые пневматическими клапанами включения/выключения. Влажность удаляется системой вентиляционных отверстий, конкретная компоновка которых обычно индивидуальна для данного производителя. Как правило, холодный сухой воздух вводится с одного конца печи, а теплый влажный воздух выводится с другого. Обычные печи для сушки твердой древесины также требуют введения влажности с помощью парового распыления или систем туманообразования холодной водой, чтобы относительная влажность внутри печи не падала слишком низко во время цикла сушки. Направления вентиляторов обычно периодически меняются, чтобы обеспечить равномерную сушку больших загрузок печи. [ необходима цитата ]
Большинство сушилок для мягкой древесины работают при температуре ниже 115 °C (239 °F). Графики сушки в сушилках для твердой древесины обычно поддерживают температуру сухого термометра ниже 80 °C (176 °F). Трудносухие породы могут не превышать 60 °C (140 °F).
Печи для осушения похожи на другие печи по базовой конструкции, а время сушки обычно сопоставимо. Тепло поступает в основном из встроенного блока осушения, который также удаляет влажность. Вспомогательное тепло часто подается в начале графика в дополнение к осушителю.
Солнечные печи — это обычные печи, которые обычно строят любители, чтобы снизить первоначальные инвестиционные затраты. Тепло поступает через солнечное излучение, а внутренняя циркуляция воздуха обычно пассивна.
Вакуумные и радиочастотные печи снижают давление воздуха, чтобы попытаться ускорить процесс сушки. Существует множество таких вакуумных технологий, различающихся в первую очередь способом подачи тепла в древесную загрузку. Вакуумные печи с горячей водой используют алюминиевые нагревательные пластины с циркулирующей внутри водой в качестве источника тепла и обычно работают при значительно пониженном абсолютном давлении. Прерывистые 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, вакуум создается по мере охлаждения загрузки. SSV работают при частичном давлении, обычно около 1/3 от полного атмосферного давления, в гибриде вакуумной и традиционной технологии обжига (SSV-печи значительно более популярны в Европе, где местную древесину легче сушить, чем североамериканскую). В печах RF/V (радиочастотных + вакуумных) для нагрева загружаемого материала используется микроволновое излучение, и обычно они имеют самые высокие эксплуатационные расходы из-за того, что тепло испарения обеспечивается электричеством, а не местным ископаемым топливом или отходами древесины. [ необходима ссылка ]
Экономика различных технологий сушки древесины основана на общих затратах на энергию, капитал, страхование/риск, воздействие на окружающую среду, рабочую силу, техническое обслуживание и деградацию продукта. Эти затраты, которые могут составлять значительную часть затрат на завод, включают дифференциальное влияние наличия сушильного оборудования на конкретном заводе. Каждая единица оборудования от зеленого триммера до системы подачи на строгальном станке является частью «системы сушки». Истинные затраты на систему сушки можно определить только путем сравнения общих затрат и рисков завода с сушкой и без нее. [ необходима цитата ]
Высушенные в печи дрова были впервые использованы в 1980-х годах и впоследствии широко использовались в Европе из-за экономических и практических преимуществ продажи древесины с более низким содержанием влаги (гораздо легче достичь оптимального уровня влажности ниже 20%). [14] [15] [16] [17] [18]
Общие (вредные) выбросы в атмосферу, производимые печами для сушки древесины, включая их источник тепла, могут быть значительными. Обычно, чем выше температура, при которой работает печь, тем больше количество выбросов, которые производятся (на единицу массы удаленной воды). Это особенно актуально при сушке тонкого шпона и высокотемпературной сушке хвойных пород. [ необходима цитата ]
