Печь

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 'сжигать'.

Слово «kiln» изначально произносилось как «kil» с непроизносимой буквой «n», как указано в словаре Вебстера 1828 года ^[3] и в книге «Английские слова как устные и письменные для старших классов» Джеймса А. Боуэна 1900 года: «Диграф ln, n непроизносимый, 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:

• Отжиг , сплавление и деформация стекла или наплавление красок на основе оксидов металлов на поверхность стекла
• Термическая обработка металлических заготовок
• Керамика
• Кирпичный завод
• Плавка металла для литья
• Прокалка руды во вращающейся печи перед плавкой
• Пиролиз химических материалов
• Нагревание известняка с глиной при производстве портландцемента , цементная печь
• Нагревание известняка для получения негашеной извести или оксида кальция , известковая печь
• Нагревание гипса для получения алебастра
• Для кремации (при высокой температуре)
• Сушка табачных листьев
• Сушка ячменного солода для пивоварения и других видов брожения
• Сушка хмеля для пивоварения (известная как хмелесушилка или хмелеобжарочный цех )
• Сушка кукурузы (зерна) перед помолом или хранением, иногда называемая сушилкой для кукурузы, сушилкой для кукурузы ^[8]
• Сушка сырой древесины для немедленного использования
• Сушка древесины для использования в качестве дров
• Нагревание древесины до точки пиролиза для получения древесного угля
• Извлечение сосновой смолы из сосновых бревен или корней

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 является энергоэффективной, 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:

• печь Хоффмана
• Печь для обжига Bull's Trench
• Печь Хабла (Зиг-Заг)
• Роликовая печь: особый тип печи, распространенный в производстве столовых приборов и плитки, — это роликовая печь , в которой изделия, размещенные на подах, перемещаются через печь на роликах.

В прерывистой печи изделие помещается внутрь печи, печь закрывается, а внутренняя температура повышается по графику. После завершения обжига и печь, и изделие охлаждаются. Изделие вынимается, печь очищается и начинается следующий цикл. Печи этого типа включают: ^[9]

• Печь для обжига с зажимом
• Печь для обжига в стиле «Скове»
• шотландская печь
• Печь с нисходящей тягой
• Печи с выдвижным подом: это печь с выдвижным подом с дверью на одном или обоих концах. Горелки располагаются сверху и снизу с каждой стороны, создавая турбулентный круговой поток воздуха. Этот тип печи, как правило, имеет многовагонную конструкцию и используется для обработки фарфора, технической керамики и огнеупоров партиями. В зависимости от размера изделий печи с выдвижным подом могут быть оснащены устройствами для перемещения вагонеток для перемещения обожженных и необожженных изделий в печь и из нее. Печи с выдвижным подом могут быть как с восходящим, так и с нисходящим потоком. Печь с выдвижным подом получила свое название из-за того, что вагонетки могут въезжать в печь с выдвижным подом с любого конца печи, тогда как в туннельной печи поток воздуха идет только в одном направлении.

Технология обжига в печи очень старая. Обжигательные печи развивались от простой земляной траншеи, заполненной горшками, и обжига в топливной яме до современных методов. Одним из усовершенствований было строительство обжигательной камеры вокруг горшков с перегородками и отверстием для загрузки. Это сохраняло тепло. Дымовая труба улучшала 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:

• Печь Dragon из Южного Китая: тонкая и длинная, поднимающаяся по склону холма. Этот тип распространился на остальную часть Восточной Азии, дав японскую печь anagama , прибывшую через Корею в V веке. Эта печь обычно состоит из одной длинной камеры обжига, пронизанной меньшими портами для укладки изделий с одной стороны, с топкой на одном конце и дымоходом на другом. Время обжига может варьироваться от одного дня до нескольких недель. Традиционные печи anagama также строятся на склоне, чтобы обеспечить лучшую тягу. Японская печь noborigama является эволюцией конструкции anagama как многокамерной печи, в которой древесина сначала укладывается из передней топки, а затем только через боковые отверстия для загрузки с преимуществом нагрева воздуха до 600 °C (1100 °F) из передней топки, что обеспечивает более эффективный обжиг.

• Кхмерская печь : очень похожа на печь анагама ; однако традиционные кхмерские печи имели плоскую крышу. Китайские, корейские или японские печи имели арочную крышу. Эти типы печей различаются по размеру и могут достигать десятков метров. Время обжига также различается и может длиться несколько дней.
• Бутылочная печь : тип печи периодического действия, обычно работающей на угле, ранее использовавшейся для обжига керамики; такая печь была окружена высоким кирпичным шалашом или конусом, типичной формы бутылки. Столовая посуда была заключена в герметичные огнеупорные емкости; по мере того, как жар и дым от огня проходили через печь, она обжигалась при температуре до 1400 °C (2600 °F).
• Печь для обжига печенья : первый обжиг происходит в печи для обжига печенья.
• Печь для обжига глазури : бисквитные изделия были покрыты глазурью и подвергнуты второму обжигу в печах для обжига глазури.
• Печь Маньтоу из Северного Китая, меньше и компактнее, чем печь Дракон
• Муфельная печь : использовалась для обжига надглазурного декора при температуре ниже 800 °C (1500 °F). В этих прохладных печах дым от огня проходил через дымоходы за пределами печи.
• Цепная арочная печь : обычно используется для обжига керамики с использованием соли . Благодаря своей форме ( цепная арка) такие печи, как правило, сохраняют свою форму в течение повторяющихся циклов нагрева и охлаждения, тогда как другие типы требуют обширных металлических опор.
• Севрская печь : изобретенная в Севре, Франция, она эффективно генерировала высокие температуры 1240 °C (2260 °F) для производства водонепроницаемых керамических масс и легкодоступных глазурей. Она имеет конструкцию с нисходящим потоком воздуха, которая обеспечивает высокую температуру за более короткое время, даже при сжигании дров.
• Печь для обжига в ящичной печи Бурри , аналогичная предыдущей

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:

• Ретортная печь : тип печи, которая может достигать температуры около 1500 °C (2700 °F) в течение длительного времени. Обычно эти печи используются в промышленных целях и оснащены подвижными загрузочными тележками, которые составляют дно и дверь печи.
• Электрические печи : печи, работающие на электричестве, были разработаны в 20 веке, в первую очередь для использования в небольших масштабах, таких как школы, университеты и центры хобби. Атмосфера в большинстве конструкций электрических печей богата кислородом , поскольку нет открытого пламени, которое потребляло бы молекулы кислорода. Однако восстановительные условия можно создать с помощью соответствующего ввода газа или путем использования саггеров определенным образом.
• Feller kiln : привнесла современный дизайн в сжигание древесины, повторно используя несгоревший газ из дымохода для нагрева всасываемого воздуха перед его поступлением в топку. Это приводит к еще более короткому циклу обжига и меньшему потреблению древесины. Эта конструкция требует внешней вентиляции, чтобы предотвратить плавление радиатора в дымоходе, который обычно выполнен из металла. Результатом является очень эффективная дровяная печь, сжигающая один кубический метр керамики с одним кубическим метром древесины. ^{[ необходима цитата ]}
• Обжиг с помощью микроволн : эта технология объединяет микроволновую энергию с более традиционными источниками энергии, такими как лучистый газ или электрический нагрев, для обработки керамических материалов до требуемых высоких температур. Обжиг с помощью микроволн обеспечивает значительные экономические выгоды.
• Микроволновая печь : эти небольшие печи предназначены для размещения внутри стандартной микроволновой печи . Корпус печи изготовлен из пористого керамического материала, покрытого покрытием, поглощающим микроволновую энергию. Микроволновая печь помещается в микроволновую печь и нагревается до желаемой температуры. Процесс нагрева контролируется гораздо меньше, чем в большинстве современных электрических печей, поскольку нет встроенного контроля температуры. Пользователь должен внимательно следить за процессом, чтобы достичь желаемых результатов, регулируя время и уровни мощности, запрограммированные на микроволновой печи. Небольшое отверстие в крышке печи можно использовать для визуальной оценки внутренней температуры, поскольку горячие материалы будут светиться. Микроволновые печи предназначены для достижения внутренней температуры более 1400 °C (2600 °F), достаточно высокой для обработки некоторых типов стекла, металлов и керамики, в то время как внешняя часть печи остается достаточно холодной, чтобы с ней можно было работать с помощью горячих подставок или щипцов. После обжига печь следует вынуть из микроволновой печи и поставить на жаропрочную поверхность, пока она не остынет. Микроволновые печи имеют ограниченный размер, обычно не более 20 сантиметров (8 дюймов) в диаметре. ^[12]
• Top-hat kiln : печь периодического действия, иногда используемая для обжига керамики. Изделия устанавливаются на огнеупорный очаг или плинтус, над которым опускается коробчатая крышка.

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 25-миллиметровую (1 дюйм) сырую древесину за 10 часов до содержания влаги 18%. Однако для сушки 25-миллиметрового красного дуба 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 (240 °F). Графики сушки в сушилках для твердой древесины обычно поддерживают температуру сухого термометра ниже 80 °C (180 °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 сушки (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 ]}

• 
  Печи для обжига кирпича, дельта Меконга . Грузовое судно на переднем плане перевозит рисовую мякину, используемую в качестве топлива для обжига.
• 
  Дровяная печь для обжига керамики в Хойане , Вьетнам.
• Рисовую шелуху загружают в печь для обжига кирпичей в дельте Меконга
• 
  Печь с цепной аркой, используемая для обжига высокотемпературной керамики из оксида алюминия, пригодной для электронных ламп.
• 
  Двухэтажная фарфоровая печь с печами аландир в Севре , Франция, около 1880 г.
• 
  САПР-изображение ульевой печи
• 
  САПР-изображение туннельной печи
• 
  Печной двор с несколькими печами

• Кузница  – мастерская кузнеца, который превращает железо в инструменты и другие предметы.
• Промышленная печь  – устройство, используемое для обеспечения тепла в промышленных целях.
• Известняк  – старый метод обжига известняка
• Список печей
• Газификатор с верхним освещением и восходящим потоком воздуха
• Мебель для печи

• Хамер, Фрэнк и Джанет. Словарь материалов и методов Поттера. A & C Black Publishers, Limited, Лондон, Англия, третье издание 1991 г. ISBN 0-8122-3112-0 . 
• Smith, Ed. Руководство по проектированию сушильных печей. JE Smith Engineering and Consulting, Blooming Grove, Texas. Доступно для покупки у автора JE Smith Архивировано 29.08.2006 в Wayback Machine
• М. Корнманн и CTTB, «Глиняные кирпичи и черепица, производство и свойства», Soc. industrie minérale, Париж, (2007) ISBN 2-9517765-6-X 
• Расмуссен, Э. Ф. (1988). Лаборатория лесной продукции, Министерство сельского хозяйства США. (ред.). Руководство оператора сушильной камеры . Исследовательский совет по древесине твердых пород.

Найдите слово «печь» в Викисловаре, бесплатном словаре.

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Килнс» .

• Статья о печах и обжиговых сооружениях в энциклопедии египтологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе
• Информация об истории бутылочных печей (печей для обжига бутылок) из Музея керамики Гладстона в Сток-он-Трент, Великобритания.
• Как работает печь для обжига бутылок