Загрузка и некоторые процессы при обжиге (возникновение пористости и усадки)

Загрузка. Загрузку (садку) изделий в печь надо производить таким образом, чтобы как можно полнее использовать объем рабочей камеры, лучше всего — по плану. Такое планирование особенно экономически важно для производственного обжига.

В учебных мастерских рекомендуется производить предвари­тельное размещение изделий на специальном столе. При этом каж­дый раз следует определять количество и высоту стоек, поддержи­вающих поэтажные полки, ибо здесь ассортимент изделий частоменяется.

Плотность садки неглазурованных изделий обычно выше, чем глазурованных.

Садка изделий должна быть устойчивой, чтобы не произошел завал во время обжига, и в то же время хорошо проницаемой для газов, ибо в противном случае будет наблюдаться то недожог, то пережог (последний — там, где движение газов слишком интенси­вно). Вместе с тем надо стремиться к тому, чтобы не закрывать изде­лиями («товаром») подовые отверстия горна, в которые поступают отходящие газы. Вниз следует ставить тяжелый товар, а чем выше, — тем более легкий.

Рис. 55.  Возможная садка изделий,  обжигаемых на утель

При утельном обжиге загру­жаемые изделия (неглазурованный товар) могут соприкасаться друг с другом без особого вреда, при этом меньшую по емкости посуду можно даже ставить в большую (рис. 55), оставляя ме­ста для циркуляции газов Плит­ки устанавливают на ребро или друг на друга, если они имеют толстый черепок; в последнем случае плитку от плитки можно изолировать огнеупорными про­кладками по углам. Большие плоские и толстостенные чаши лучшеобжигать вверх дном на огне­упорной полке, а тонкие небольшие чашки—тоже вверх дном, но на специальных сырых дисках (бомзах),чтобы избежать даже незначительной деформации по окружности.

Так как первый обжиг изделий из мягкого фарфора идет при сравнительно высокой температуре (~ 1200°С и выше), то для таких сильно остекловывающихся изделий надо делать огне­упорные кожухи, соответствующие конфигурации предмета, или устанавливать огнеупорные подпорки. Первый обжиг твердого фар­фора идет при невысокой температуре (800—900°С) и больших осложнений в отношении деформации не создает. То же относится к майолике и гончарному товару.

При использовании огнеупорных (шамотных) стоек их надо раз­мещать в печи так, чтобы они не занимали слишком много места. Центральная стойка должна поддерживать по крайней мере две полки. Толстые полки, * если они не очень велики, обычно не нуж­даются в центральных стойках.

Загруженный товар не должен находиться ближе чем на 2—3 см от нагревательных элементов или стенок муфельной печи, ибо из-за слишком близкого размещения к ним на изделии может образова­ться пережженное место или оно может даже деформироваться, как показано на рис. 56.

Перед садкой изделий в печь нужно обязательно осмотреть нагре­вательные элементы, что сравнительно легко сделать, если они открытые. Витки проволоки или ленты не должны соприкасаться друг с другом, ибо в противном случае они будут сильно перегре­ваться иочень скоро выйдут из строя.

Если для контроля обжига используется термопара, то надо следить за тем, чтобы она не соприкасалась с изделиями и полками. Концы термопары размещают не ближе чем на 2—3 см от них.

По окончании садки в печи горнового типа загрузочное окно замуровывают, за­кладывая две стенки в полкирпича и оставляя между ними расстояние в 100— 150 мм, или кладут один полный кирпич наложок. Во избежание подсасывания хо­лодного воздуха кирпичи обильно прома­зывают тощим составом из огнеупорной глины с песком или шамотом.

Для наблюдений за процессом остав­ляют смотровые отверстия, которые в те­чение первых двух-трех часов обжига должны быть открыты. В электрических муфельных печах на то же время остав­ляют открытым «глазок» или неплотно закрывают дверцу. Это необходимо для

того, чтобы удалить из печной атмосферы влагу, которая содер­жится даже в высушенном товаре как гигроскопическая.

Некоторые общие вопросы обжига. Процессам обжига посвящена специальная наука — физико-химия силикатов, одним из основных разделов которой является изучение реакций, протекающих при обжиге.

По мере нагрева глинистой массы из нее в первую очередь будет улетучиваться оставшаяся после сушки вода, связанная с частицами глины в ссновном физическими силами. Затем (при 300—400°С) начнут обугливаться и сгорать органические примеси, а при даль­нейшем повышении температуры станут разлагаться углекислые соединения — карбонаты, например по реакции: СаСО₃-> СаО +  СО₂. Они почти всегда содержатся в глине или в искусственно составленной глинистой массе. Еще до окончательного разложения карбонатов параллельно начнет выделяться вода, связанная с као­линитом химическими силами, т. е. вода, присущая собственно глинистому веществу (каолиниту и др.). Каолинит имеет химическую формулу Al₂0₃*2Si0₂*2H₂0; он может входить в состав каолина,из которого вода не удаляется при 100"С, а требует для этого более высоких температур — порядка 500—600⁼С и выше (вода выделяется тем раньше, чем медленнее протекает нагрев).

Рис. 56. Деформация из­делия из-за слишком близкого размещения его к нагревателю

По мере разложения карбонатов и улетучивания всей воды тело черепка частично спекается, приближаясь к камневидному состоянию. По мере приближения к температуре созревания череп­ка, которая для разных масс различна (для гончарных и майоли­ковых — около 1000—1050"С), некоторые составляющие .массу ком­поненты образуют в черепке определенное количество стеклообраз­ных новообразований Эта стеклообразная часть по своему действию подобна клею или цементу. При охлаждении она соединяет частицы массы в единое целое, придавая прочность изделию. В результате обожженные изделия дополнительно сокращаются в размерах, так как частицы массы еще больше сближаются между собой. Весьма сильно сокращаются массы, содержащие большое количество плавней (флюсов), как, например, массы так называемого мягкого фарфора.

Обычный твердый фарфор, обжигаемый при втором обжиге до 1350—1400°С, дает вместе с сушкой линейное сокращение на 13— 14% и более. Другие массы, например многошамотные (строитель­ные), сокращаются меньше. Это зависит и от первоначального коли­чества воды в массе.

Даже незначительная на первый взгляд деформация, возникшая при формовании или допущенная при высушивании изделия, гораздо сильнее проявится при обжиге и будет особенно заметной на плос­ких изделиях.

В зависимости от степени и температуры («высоты») обжига изменяется одно из важных состояний черепка — пористость Разрабатывая тот или иной режим обжига, необходимо знать ко­нечную пористость черепка, чтобы в зависимости от нее правильно разработать затем методы глазурования, декорирования  и др.

Пористость черепка. Пористость условились характеризовать водопоглощением, т. е. способностью обожженного череп­ка поглощать при его погружении в воду то или иное ее количество, которое выражают в процентах.

Берут небольшой, весом 50 г,кусок черепка, опускают в воду и, чтобы возможно полнее вытеснить воздух, кипятят его опреде­ленное время (2—4 ч).После этого выдерживают образец в охлаж­денной воде в течение часа

Если после насыщения водой указанный образец стал весить, скажем, 56,4 г,то пористость его составит:

56,4 * 100 / 50 = 11,3%

Водопоглощение, например, свыше 12—13% свидетельствует о том, что изделие будет заметно пропускать воду, если оно не глазу­ровано. А фарфор после второго обжига имеет черепок с пористо­стью, близкой к нулю, и поэтому, даже не глазурованный, обычно не пропускает воду.

Воздушная, общая и огневая усадки масс. Воздушную и общую (воздушная + огневая) усадки масс выражают в процентах от начальной длины свежеотформованчого образца, находящегося в пластичном состоянии.

Под огневойлинейнойусадкой подразуме­вают изменение линейных размеров сухого образца под влиянием обжига; ее выражают обычно также в процентах, но от длины высу­шенного образца.

Из раскатанной скалкой пластичной массы, помещенной в дере­вянную рамку высотой 8 мм,вырезают металлической квадратной формочкой пять плиток размером 50 х 50 х 8 мм и расклады­вают их на покрытом тонкой бумагой стекле. Острыми концами штангенциркуля в направлении двух диагоналей ставят на плитках метки, вдавливая их на 2—3 ммна расстоянии 50 мм (рис. 57).

После высушивания образцов замеряют штангенциркулем новое расстояние между метками на каждом из пяти образцов и вы­числяют среднее из них. Если первона­чальное расстояние между метками было 50 мм, а после высушивания до воздушно-сухого состояния стало равным в среднем 45,9 мм, то процент воздушной усадки (усушки) будет:

( 50 - 45,9 ) * 100 / 50 = 8,2 %

Рис. 57. Размеры и раз­метка плитки для опреде­ления усадки

Определение общей усадки производят на тех же образцах, на которых определялась воздушная усадка. Одновременно наблюдают возможное появление трещин и деформации. Если расстояние между метками на образце стало в среднем равным 44,00 мм, тообщая усадка составит:

( 50 - 44,00 ) * 100 / 50 = 12,0 %

Можно рассчитать отдельно огневую усадку:

( 45,90 - 44,00 ) * 100 / 45,90 = 4,14 %

Отметим, что общая усадка арифметически не совсем равна сумме воздушной и огневой усадок из-за определенной зависимости между этими тремя величинами.