5.3 Электрические печи
В электрических печах политой обжиг керамических изделий проводится в наиболее оптимальной - строго-окислительной среде, чем обеспечивается высокое качество обжигаемых изделий. В таких печах относительно просто осуществлять автоматическое регулирование теплового режима обжига. Кроме того, в условиях небольших керамических предприятий трудно создать и содержать в удовлетворительном состоянии сложное обжиговое хозяйство при использовании для нагрева природного газа или жидкого топлива. Поэтому электрические печи получили широкое распространение прежде всего на предприятиях художественной керамики. Другая область использования электрических печей — это обжиг высококачественных облицовочных плиток, особенно с цветными глазурями.
По режиму работы электрические печи бывают периодического и непрерывного действия. В зависимости от конструкции различают электрические печи: камерные, с выкатным подом, колпаковые, туннельные вагонеточные конвейерные с подвижным подом, конвейерные с сетчатым подом и др.
Камерные электрические печи. (рис. 84) применяют обычно в лабораториях и полупроизводственных условиях. Печи с выкатным подом (рис. 85) и колпаковые электропечи, так же как и аналогичные пламенные печи, используют для обжига самых разнообразных, особенно крупногабаритных керамических изделий в температурном диапазоне до 1300°С. В туннельных электрических печах вагонеточного типа (рис. 86) нагреватели (карбидокремниевые стержни) располагаются вертикально по обеим сторонам канала. Электрические щелевые печи с движущимся подом благодаря простоте конструкции и малым габаритам получили широкое распространение на небольших керамических предприятиях (рис. 87).
Однорядная загрузка изделий обеспечивает равномерный нагрев и резкое сокращение продолжительности обжига, а использование теплоты обожженных изделий для нагрева изделий, поступающих в печь, путем встречного движения значительно уменьшает удельные затраты электроэнергии.
Конструкция многоканальной печи «Сити» (Италия) выполнена с учетом этих условий (рис. 88). Каналы в печи расположены в четыре яруса, по три канала в каждом. В каналах смонтированы вращающиеся ролики, по которым перемещаются огнеупорные плиты с установленными на них изделиями. Сечение каждого канала: ширина 370 мм, высота 115 мм. Продолжительность обжига изделий в печи «Сити» при температуре 1180°С — 3 ч. Удельные затраты на проведение обжига снижаются в таких печах в 3..4 раза в сравнении с обжигом в обычных туннельных печах.
КЕРАМИЧЕСКИЕ КРАСКИ
В качестве пигментов в керамике используются оксиды некоторых металлов, но главным образом искусственные минеральные соединения, аналогичные природным минералам: шпинели (МgO*А12O3), корунду (Al2O3, гранату(3CaO*Al2O3*3SiO2), виллемиту(2ZnO*SiO2).
1. Пигменты
Оксид железа Fe2O3 — наиболее древняя керамическая краска, использовалась гончарами еще в эпоху неолита. В современном керамическом производстве используют оксид железа, получаемый путем прокаливания различных солей Fе (железного купороса).
Окраска оксида железа меняется в зависимости от температуры прокаливания: 600°С — красная с желтоватым отливом, 700°С — красная, 800°С - красно-фиолетовая, 900°С -фиолетовая, выше 900°С — темно-фиоkетовая до черной.
Для окрашивания керамических масс и глазурей применяется оксид хрома Сr2О3 — очень стойкий зеленый краситель. Его получают путем прокаливания смеси хромпика с серой. Окраска оксида хрома зависит от длительности и температуры прокаливания.
Оксид кобальта СоО применяется в керамике с глубокой древности для окрашивания глазурей масс и приготовления надглазурных красок. Оксид кобальта используют для получения красивых прозрачных синих глазурей - майоликовых, фаянсовых и фарфоровых.
Оксид марганца МnО2 - - краситель, в чистом виде растворяется в глазурях, окрашивая их в коричневато-фиолетовые тона.
Оксид меди СuО применяют для окрашивания легкоплавких глазурей в прозрачные зеленые и голубые тона (в зависимости от состава керамических масс). Получают ее путем разложения сернокислой меди (медного купороса).
Окcид никеля NiO — слабый краситель, используемый для окрашивания масс и глазурей в сочетании с другими красителями -в зеленые и коричневые тона.
Узкая цветовая палитра оксидных красителей, их низкая стойкость к действию глазурных расплавов и высоких температур при обжиге — все эти факторы снижали качество изделий. Выход керамическая промышленность изобрела составы аналогичных естественноокрашенным (гранат, корунд, виллемит, шпинель и т.д.). Они отличаются высокой химической устойчивостью, стойкостью к действию высоких температур и имеют высокие показатели преломления света.
Процесс приготовления пигментов включает обычно следующие операции: тонкий помол компонентов, смешивание, спекание при 700...1400°С, измельчение, промывка, сушка.
Шихтовый состав некоторых керамических пигментов.
Синий пигмент (%): оксид кобальта — 25, оксид цинка - 50,. кварц — 20, прокаливание при 1330... 1350°С.
Голубой пигмент (%): оксид кобальта — 10, каолин — 90, прокаливание при 1300...1380°С.
Зеленый пигмент (%): оксиды алюминия — 9,76, кобальта — 11,07, хрома - - 73,17, прокаливание при 1300...1320°С.
Желтый пигмент (%): оксиды олова -- 9,82, сурьмы — 9,87, железа -- 0,625, свинца — 29,63, прокаливание при 1000°С.
Красный пигмент (%): железо сернокислое — 72,72, аммоний азотнокислый — 27,28, прокаливание при 1000°С.
Черный пигмент (%): оксиды кобальта — 11,8, хрома— 43,0, железа - - 45,2, прокаливание при 1320...1350°С.
Для подглазурной росписи пигменты смешивают, с глазурью, количество вводимой глазури определяют опытным путем, обычно в пределах 10... 30%.