Formularz zamówienia

Kontrola parametrów procesu suszenia i wypalania ceramiki

przez Admin (0 komentarzy)

Przykładowy przebieg parametrów zmierzonych podczas procesu suszenia wyrobów ceramicznych przy użyciu rejestratora CeriDry
Przykładowy przebieg parametrów zmierzonych podczas procesu suszenia wyrobów ceramicznych przy użyciu rejestratora CeriDry

Wytwarzanie wyrobów ceramicznych takich jak cegły, dachówki, płytki ceramiczne z odpowiednio przygotowanej i uformowanej masy wymaga poddania jej procesom suszenia i wypalania. Właściwe opracowanie przebiegu tych procesów i ich optymalizacja, zapewniają uzyskanie wyrobów zgodnych z wymaganiami i o dobrej jakości.

 

Do osiągnięcia tych celów można wykorzystać aparaturę pomiarową TMI-ORION.

Proces suszenia materiałów ceramicznych można podzielić na 2 fazy:

  • I faza – suszenie w temperaturze z zakresu od 35°C do 50°C i przy wilgotności względnej z zakresu od 75%RH do 90%RH powodujące odparowywanie wody z materiału i skurcz detalu równy od około 5% do 8% jego długości
  • II faza – suszenie w temperaturze z zakresu od 70°C do 130°C, niższej wilgotności względnej i przepływie powietrza od 2 m/s do 5 m/s powodujące tylko odparowywanie wody z materiału bez efektu skurczu materiału

W trakcie procesu suszenia istotną rolę odgrywa kontrola przepływu powietrza w komorze suszarniczej. Nierównomierny przepływ powietrza powoduje, że część wyrobów schnie wolniej lub szybciej, w stosunku do pozostałych wyrobów. W efekcie uzyskujemy wyroby, o dużym rozrzucie wilgotności (zawartości wody), z których znaczna część nie nadaje się do dalszej obróbki. Jedynie stały przepływ powietrza z określoną prędkością zapewnia prawidłowy przebieg procesu suszenia i minimalizuje liczbę wyrobów niezgodnych z wymaganiami. Do rejestracji i monitorowania temperatury i przepływu powietrza w komorze suszarniczej, służy rejestrator Nano VACQ Ad.

Jednocześnie w procesie suszenia niezbędna jest właściwa regulacja temperatury i wilgotności względnej oraz czasu trwania poszczególnych faz tego procesu prowadzona tak, aby uzyskać wyrób o konkretnej zawartości wody. Ponadto ważną rolę odgrywa kontrola skurczu wyrobu. Jeśli skurcz wyrobu jest zbyt mały to oznacza to, że nie jest on wystarczająco wysuszony i zawiera zbyt dużo wody. Przed procesem suszenia wyrób zawiera od 15% do 30 % wody. Celem procesu suszenia jest wysuszenie wyrobu, tak aby jego zawartość wody spadła do poziomu około 1-2%. Do rejestracji i monitorowania temperatury i wilgotności powietrza oraz skurczu materiału ceramicznego w trakcie procesu suszenia przeznaczony jest rejestrator Nano VACQ CeriDry.

Odpowiednie wysuszenie wyrobu kwalifikuje wyrób do poddania go kolejnej operacji, jaką jest proces wypalania. Wypalanie materiałów ceramicznych polega na wolnym nagrzewaniu materiału ceramicznego w piecu tunelowym od temperatury otoczenia do temperatury około 1100°C-1200°C, a następnie wolnym studzeniu z powrotem do temperatury otoczenia. Cykl procesu trwa od 1 do 3 dni. W procesie wypalania występują charakterystyczne fazy i związane z nimi zjawiska, które powinny odbywać się w odpowiednio długim czasie, aby uzyskać wyrób zgodny z wymaganiami.

Do tych faz zalicza się:

  • odwadnianie (dehydratację)
  • oksydację (utlenianie)
  • witryfikację (zeszklenie)

Odwadnianie ma na celu odparowywanie wody z materiału ceramicznego. Podczas tego procesu następuje rozkład substancji organicznych i rozkład materiału ilastego. Odparowywanie wody odbywa się stopniowo w wyniku powolnego przechodzenia przez temperatury 100°C, 350°C oraz temperaturę 500°C, przy której uzyskuje się całkowite odparowanie wody z materiału.

 

Po przekroczeniu temperatury 500°C następuje kolejna faza nazywana oksydacją materiału. Podczas tej fazy następuje utlenienie węgla pochodzącego z rozkładu materiałów ilastych. Pełne utlenianie materiału ceramicznego uzyskuje się w temperaturze 900°C.

 

Ostatnią fazą jest witryfikacja podczas, której temperatura w piecu tunelowym sięga nawet do 1200°C. W tej fazie ostatecznie wyrób uzyskuje odpowiednie właściwości wytrzymałościowe. Na wykresie (Rys.2) zostały zobrazowane krzywe wypalania materiału ceramicznego uzyskane na podstawie badania rozkładu temperatury w piecu tunelowym.

 

Istotnym zjawiskiem podczas wypalania jest polimorficzna przemiana kwarcu beta w kwarc alfa, która zachodzi podczas nagrzewania w temperaturze 573°C, widoczna na wykresie (Rys.2), w obszarze zakreskowanego prostokątnego pola opisanego nazwą „quartz point”. Przemiana ta objawia się zwiększeniem objętości materiału o około 2% i musi się odbywać w odpowiednio długim czasie tak, aby nie nastąpiło uszkodzenie wyrobu.

 

Przy studzeniu w temperaturze 573°C następuje przemiana kwarcu alfa w kwarc beta. Uszkodzenia wyrobów ceramicznych są spowodowane nie odpowiednią regulacją temperatury oraz czasu wygrzewania i studzenia na poszczególnych odcinkach krzywej wypalania, a w szczególności w punkcie przemiany kwarcu. Do rejestracji i monitorowania temperatury w kilku punktach w piecu tunelowym podczas procesu wypalania wyrobów ceramicznych przeznaczone są rejestratory wielokanałowe xFlat.

 

Krzywe wypalania uzyskane z badania rozkładu temperatury w piecu tunelowym wykonanego przy użyciu rejestratora 8-kanałowego xFlat-8th
Krzywe wypalania uzyskane z badania rozkładu temperatury w piecu tunelowym wykonanego przy użyciu rejestratora 8-kanałowego xFlat-8th

Gwarancją uzyskania prawidłowych wyrobów jest dokładna kontrola procesów wypalania i suszenia. Kontrola ta możliwa jest jedynie przy znajomości kluczowych parametrów– aktualnej temperatury, wilgotności, przepływu powietrza i skurczu. Wiedza ta daje nam możliwość szybkiej reakcji w momencie gdy parametry zaczynają odbiegać od normy, oraz stanowi doskonały punkt wyjścia do dalszej optymalizacji samego procesu.

 

Dzięki usprawnieniu procesów wypalania i suszenia spada liczba wadliwych wyrobów, a cała inwestycja w rejestratory TMI-ORION szybko się zwraca przy jednoczesnym podniesieniu jakości końcowych produktów, zmniejszeniu nakładów finansowych na produkcję i skróceniu czasów procesów wypalania i suszenia.

Wróć