печь
Печь , которая обеспечивает температуру, достаточную для завершения какого - — это теплоизолированная камера, тип печи либо процесса, такого как затвердевание, сушка или химические изменения. Печи использовались на протяжении тысячелетий для превращения предметов из глины в керамику , черепицу и кирпичи . используются В различных отраслях промышленности вращающиеся печи для пирообработки (для обжига руд, таких как известняк, в известь для цемента ) и для преобразования многих других материалов.
Этимология
[ редактировать ]Согласно Оксфордскому словарю английского языка , слово «печь» 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] По-гречески слово καίειν, kaiein , означает «сжигать».
Произношение
[ редактировать ]Слово «печь» первоначально произносилось как «кил» с молчаливой буквой «н», как указано в словаре Вебстера 1828 года. [3] и в «Английских словах, произнесенных и написанных для старших классов» Джеймса А. Боуэна, 1900 г.: «Диграф ln, n молчащий, встречается в печи. Падение в печь может убить тебя. [4] Боуэн отмечал, что «убить» и «обжечь» — омофоны . [5]
Использование печей
[ редактировать ]Керамика, обожженная в яме, производилась за тысячи лет до самой ранней известной печи, которая датируется примерно 6000 годом до нашей эры и была найдена на стоянке Ярим-Тепе в современном Ираке . [6] Неолитические печи могли обеспечивать температуру выше 900 ° C (1652 ° F). [7] Использование включает:
- Отжиг , плавление и деформирование стекла или наплавление красок на основе оксидов металлов на поверхность стекла.
- Термическая обработка металлических заготовок
- Керамика
- Кирпичный завод
- Плавка металла для литья
- Прокаливание руды во вращающейся печи перед плавкой
- Пиролиз химических материалов
- Нагрев известняка глиной при производстве портландцемента , цементная печь
- Нагревание известняка для получения негашеной извести или оксида кальция , печь для обжига извести
- Нагревание гипса для изготовления парижской штукатурки
- Для кремации (при высокой температуре)
- Сушка табачных листьев
- Сушка солодового ячменя для пивоварения и других ферментаций.
- Сушка хмеля для пивоварения (известная как хмелевая печь или печь для запекания )
- Сушка кукурузы (зерна) перед измельчением или хранением, иногда называемая кукурузной печью, камерой для сушки кукурузы. [8]
- Сушка зеленых пиломатериалов для немедленного использования
- Сушка древесины для использования в качестве дров
- Нагревание древесины до точки пиролиза для получения древесного угля
- Извлечение сосновой смолы из бревен или корней сосен
Керамические печи
[ редактировать ]Печи являются неотъемлемой частью производства почти всех видов керамики . Керамика требует высоких температур, поэтому происходят химические и физические реакции, которые навсегда изменяют необожженное тело. В случае с гончарным делом глиняным материалам придают форму, сушат, а затем обжигают в печи. Конечные характеристики определяются составом и подготовкой глиняного тела, а также температурой его обжига. После первого обжига можно использовать глазурь , и посуду обжигают второй раз, чтобы глазурь вплавилась в корпус. Для закрепления надглазурного декора может потребоваться третий обжиг при более низкой температуре. Современные печи часто имеют сложные электронные системы управления, хотя пирометрические устройства часто также используются .
Глина состоит из мелкозернистых частиц, относительно слабых и пористых. Глина сочетается с другими минералами для создания работоспособного глиняного тела. Процесс обжига включает спекание . При этом глина нагревается до тех пор, пока частицы частично не расплавятся и не сольются вместе, образуя прочную единую массу, состоящую из стекловидной фазы с вкраплениями пор и кристаллического материала. В результате обжига поры уменьшаются в размерах, в результате чего материал слегка сжимается.
В самом широком смысле существует два типа печей: периодического и непрерывного действия, причем оба представляют собой изолированный ящик с контролируемой внутренней температурой и атмосферой.
Печь непрерывного действия , иногда называемая туннельной печью , длинная, и только центральная часть нагревается напрямую. Из прохладного входа посуда медленно перемещается по печи, и ее температура постепенно повышается по мере приближения к центральной, самой горячей части печи. По мере прохождения через печь температура снижается до тех пор, пока посуда не выйдет из печи почти с комнатной температурой. Печь непрерывного действия является энергоэффективной, поскольку тепло, выделяемое при охлаждении, повторно используется для предварительного нагрева поступающей посуды. В некоторых конструкциях посуда остается на одном месте, а зона нагрева перемещается по ней. К печам этого типа относятся:
- печь Гофмана
- Траншейная печь Bull's
- Говорить (зиг-заг) печь
- Роликовая печь. Особый тип печи, распространенный при производстве посуды и плитки, — это печь с роликовым подом , в которой изделия, помещенные на решетку, перемещаются через печь на роликах.
В печи периодического действия посуда помещается внутрь печи, печь закрывается, а внутренняя температура повышается по графику. После завершения обжига и печь, и посуда охлаждаются. Посуда вынимается, печь очищается и начинается следующий цикл. К печам этого типа относятся: [9]
- Зажимная печь
- Дровяная печь
- Скотч-печь
- Печь с нисходящей тягой
- Челночные печи: это печь с выдвижным подом и дверцей на одном или обоих концах. Горелки расположены сверху и снизу с каждой стороны, создавая турбулентный круговой поток воздуха. Печь этого типа, как правило, представляет собой многовагонную конструкцию и используется для периодической обработки белой посуды, технической керамики и огнеупоров. В зависимости от размеров изделий челночные печи могут быть оборудованы устройствами для перемещения обожженных и необожженных изделий в печь и из нее. Челночные печи могут быть как с восходящим, так и с нисходящим потоком. Челночная печь получила свое название от того факта, что тележки печи могут въезжать в челночную печь с любого конца печи, тогда как в туннельной печи поток движется только в одном направлении.
Технология печи очень старая. Печи развивались от простой земляной траншеи, заполненной горшками и ямами для топлива , до современных методов. Одним из улучшений было строительство камеры обжига вокруг горшков с перегородками и отверстием для заброса. Это сохраняло тепло. Дымоходная труба улучшила поток воздуха или вытяжку печи, тем самым более полно сжигая топливо.
Китайская технология обжига всегда была ключевым фактором в развитии китайской керамики и до недавних столетий была самой передовой в мире. эры китайцы разработали печи, способные работать при температуре около 1000 °C Еще до 2000 года до нашей . Это были печи с восходящим потоком воздуха, часто построенные под землей. Примерно к 200 году нашей эры были разработаны два основных типа печей, которые используются до наших дней. Это печь-дракон в холмистой местности на юге Китая, обычно работающая на дровах, длинная и тонкая и поднимающаяся по склону, а также печь-маньтоу в форме подковы на равнинах Северного Китая, меньшая по размеру и более компактная. Оба могли надежно обеспечивать температуру до 1300°C и выше, необходимую для производства фарфора . В конце Мин печь яйцеобразной формы или чженьяо была разработана в Цзиндэчжэне , которая в основном использовалась там. Это было своего рода компромиссом между другими типами и предлагало места в камере обжига с различными условиями стрельбы. [10]
И древнеримскую керамику , и средневековую китайскую керамику можно было обжигать в промышленных количествах, десятки тысяч изделий за один обжиг. [11] Ранние примеры более простых печей, найденных в Британии, включают те, которые использовались для изготовления черепицы во время римской оккупации. Эти печи были построены на склоне склона, так что огонь можно было зажечь внизу, а тепло поднималось вверх в печь.
Традиционные печи включают в себя:
- Печь-дракон на юге Китая: тонкая и длинная, поднимающаяся вверх по склону холма. Этот тип распространился на остальную часть Восточной Азии, дав японскую печь анагама , прибывшую через Корею в V веке. Эта печь обычно состоит из одной длинной камеры обжига, с отверстиями для штабелирования посуды меньшего размера с одной стороны, топкой на одном конце и дымоходом на другом. Время обжига может варьироваться от одного дня до нескольких недель. Традиционные печи анагама также строятся на склоне, чтобы обеспечить лучшую тягу. Японская печь ноборигама представляет собой эволюцию конструкции анагамы как многокамерной печи, в которой древесина укладывается сначала из передней топки, а затем только через боковые загрузочные отверстия, при этом воздух нагревается до 600 °C (1112 °C). F) из передней топки, что обеспечивает более эффективное ведение огня.
- Кхмерская печь : очень похожа на печь анагама ; однако традиционные кхмерские печи имели плоскую крышу. Китайские, корейские или японские печи имеют арочную крышу. Эти типы печей различаются по размеру и могут достигать десятков метров. Время обжига также варьируется и может длиться несколько дней.
- Бутылочная печь : тип печи периодического действия, обычно работающей на угле, ранее использовавшейся для обжига керамики; такая печь была окружена высокой кирпичной лачугой или конусом типичной бутылочной формы. Посуда была заключена в запечатанные шамотные мешки; когда тепло и дым от пожара проходили через печь, она нагревалась до температуры 1400 ° C (2552 ° F).
- Печь для печенья : Первый обжиг будет происходить в печи для печенья.
- Печь для блеска : изделия для печенья покрывались глазурью и подвергались второму обжигу в печи для блеска.
- Печь Маньтоу на севере Китая, меньше и компактнее, чем печь-дракон.
- Муфельная печь : она использовалась для обжига надглазурных украшений при температуре ниже 800 ° C (1472 ° F). В этих прохладных печах дым от костров проходил через дымоходы за пределы печи.
- Печь с цепной аркой : обычно используется для обжига керамики с использованием соли . По своей форме ( цепная арка) она имеет тенденцию сохранять свою форму при повторяющихся циклах нагрева и охлаждения, тогда как другие типы требуют обширных металлических опор.
- Севрская печь : изобретенная в Севре, Франция, она эффективно генерирует высокие температуры 1240 °C (2264 °F) для производства водонепроницаемых керамических изделий и легкодоступных глазурей. Он имеет конструкцию с нисходящей тягой, которая обеспечивает высокую температуру за более короткое время, даже при дровяном обжиге.
- Коробчатая печь Бурри , аналогичная предыдущей.
Современные печи
[ редактировать ]В индустриальную эпоху печи были разработаны для использования электричества и более очищенного топлива, включая природный газ и пропан . Многие крупные промышленные печи для обжига керамики используют природный газ, поскольку он, как правило, чист, эффективен и прост в управлении. Современные печи могут быть оснащены компьютеризированным управлением, позволяющим точно регулировать процесс обжига. Пользователь может контролировать скорость подъема или линейного повышения температуры , поддерживать или поддерживать температуру в любой заданной точке или контролировать скорость охлаждения. Как электрические, так и газовые печи распространены для мелкомасштабного производства в промышленности и ремеслах, ручных работах и скульптурных работах.
Современные печи включают в себя:
- Ретортная печь : тип печи, которая может достигать температуры около 1500 ° C (2732 ° F) в течение продолжительных периодов времени. Обычно эти печи используются в промышленных целях и оснащены передвижными загрузочными тележками, образующими дно и дверцу печи.
- Электрические печи : печи, работающие от электричества, были разработаны в 20 веке, в первую очередь для использования в небольших масштабах, например, в школах, университетах и хобби-центрах. Атмосфера в электропечах большинства конструкций богата кислородом , поскольку отсутствует открытое пламя, поглощающее молекулы кислорода. Однако восстановительные условия могут быть созданы за счет соответствующего ввода газа или путем использования сагаров определенным образом.
- Валочная печь : привнесла современный дизайн в процесс сжигания древесины за счет повторного использования несгоревшего газа из дымохода для нагрева всасываемого воздуха перед его попаданием в топку. Это приводит к еще более короткому циклу обжига и меньшему расходу древесины. Эта конструкция требует внешней вентиляции, чтобы предотвратить плавление встроенного в дымоход радиатора, который обычно состоит из металла. В результате получается очень эффективная дровяная печь, обжигающая один кубический метр керамики одним кубическим метром древесины. [ нужна ссылка ]
- Обжиг с использованием микроволновой печи : этот метод сочетает микроволновую энергию с более традиционными источниками энергии, такими как лучистый газ или электрический нагрев, для обработки керамических материалов до необходимых высоких температур. Обжиг с помощью микроволновой печи дает значительные экономические выгоды.
- Микроволновая печь . Эти небольшие печи предназначены для размещения в стандартной микроволновой печи. Корпус печи изготовлен из пористого керамического материала с покрытием, поглощающим микроволновую энергию. Микроволновая печь помещается в микроволновую печь и нагревается до желаемой температуры. Процесс нагрева контролируется гораздо хуже, чем в большинстве современных электрических печей, поскольку нет встроенного контроля температуры. Пользователь должен внимательно следить за процессом для достижения желаемых результатов, регулируя время и уровни мощности, запрограммированные в микроволновой печи. Небольшое отверстие в крышке печи можно использовать для визуальной оценки внутренней температуры, поскольку горячие материалы будут светиться. Микроволновые печи рассчитаны на внутреннюю температуру более 1400°C, достаточную для обработки некоторых типов стекла, металлов и керамики, в то время как внешняя поверхность печи остается достаточно прохладной, чтобы ее можно было использовать с помощью горячих подушечек или щипцов. После обжига печь следует вынуть из микроволновой печи и положить на жаропрочную поверхность, пока она не остынет. Микроволновые печи ограничены в размерах, обычно не более 8 дюймов в диаметре. [12]
- Цилиндрическая печь : печь периодического действия, которую иногда используют для обжига керамики. Посуда устанавливается на огнеупорный подин или постамент, над которым опускается коробчатая крышка.
Камера для сушки древесины
[ редактировать ]Зеленая древесина, полученная прямо из срубленного дерева, имеет слишком высокое содержание влаги, чтобы быть коммерчески полезной, и будет гнить, деформироваться и раскалываться. Как твердую, так и мягкую древесину необходимо оставить высыхать до тех пор, пока содержание влаги не достигнет 18–8%. Это может быть длительный процесс, если его не ускорить с помощью печи. Сегодня существует множество печных технологий: обычные, осушающие, солнечные, вакуумные и радиочастотные.
Обычные печи для сушки древесины [13] имеют либо пакетную (с боковой загрузкой), либо путевую (трамвайную) конструкцию. Большинство камер для обжига пиломатериалов твердых пород представляют собой печи с боковой загрузкой, в которых для загрузки пакетов пиломатериалов в печь используются вилочные тележки. Большинство печей для обработки древесины хвойных пород являются гусеничными, в которых древесина загружается на гусеничные тележки для загрузки печи. Современные обычные печи с высокой температурой и высокой скоростью движения воздуха обычно могут сушить сырую древесину толщиной 1 дюйм (25 мм) за 10 часов до влажности 18%. красному дубу толщиной 1 дюйм Однако зеленому требуется около 28 дней, чтобы высохнуть до влажности 8%. [ нужна ссылка ]
Тепло обычно подается через пар, проходящий через пластинчато-трубные теплообменники, управляемые двухпозиционными пневматическими клапанами. Влажность удаляется с помощью системы вентиляционных отверстий, расположение которых обычно зависит от конкретного производителя. Обычно холодный сухой воздух подается с одного конца печи, а теплый влажный воздух выбрасывается с другого. Обычные печи для обработки древесины твердых пород также требуют подачи влаги с помощью систем распыления пара или холодной воды, чтобы относительная влажность внутри печи не падала слишком низко во время цикла сушки. Направления вентиляторов обычно периодически меняются, чтобы обеспечить равномерную сушку более крупных загрузок печи. [ нужна ссылка ]
Большинство печей для обработки древесины хвойных пород работают при температуре ниже 115 ° C (239 ° F). В соответствии с графиками сушки древесины в печи температура по сухому термометру обычно поддерживается ниже 80 ° C (176 ° F). Для видов, которые трудно сушить, температура не должна превышать 60 °C (140 °F).
Печи для осушения воздуха аналогичны другим печам по базовой конструкции, и время сушки обычно сопоставимо. Тепло поступает в основном от встроенного блока осушения, который также удаляет влагу. Вспомогательное отопление часто подключается заранее в дополнение к осушителю.
Солнечные печи — это обычные печи, которые обычно строятся любителями, чтобы снизить первоначальные инвестиционные затраты. Тепло обеспечивается за счет солнечного излучения, тогда как внутренняя циркуляция воздуха обычно пассивна.
Вакуумные и радиочастотные печи снижают давление воздуха, чтобы ускорить процесс сушки. Существует множество таких вакуумных технологий, различающихся в первую очередь методом подачи тепла в древесную шихту. В вакуумных печах с плитой с горячей водой используются алюминиевые нагревательные пластины с циркулирующей внутри водой в качестве источника тепла, и они обычно работают при значительно пониженном абсолютном давлении. Прерывистый режим 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, по мере охлаждения шихты создается вакуум. SSV работает при частичном атмосферном давлении, обычно около 1/3 полного атмосферного давления, в гибриде вакуумной и традиционной технологии печи (печи SSV значительно более популярны в Европе, где древесину, заготовленную на месте, легче сушить, чем древесину из Северной Америки. ) RF/V (радиочастотные + вакуумные) печи используют микроволновое излучение для нагрева загрузки печи и обычно имеют самые высокие эксплуатационные расходы из-за того, что теплота испарения обеспечивается электричеством, а не местными источниками ископаемого топлива или древесных отходов. [ нужна ссылка ]
Экономика различных технологий сушки древесины основана на общей стоимости энергии, капитала, страхования/риска, воздействия на окружающую среду, труда, технического обслуживания и деградации продукции. Эти затраты, которые могут составлять значительную часть затрат предприятия, включают различное влияние наличия сушильного оборудования на конкретном заводе. Каждая единица оборудования, от триммера до системы подачи на строгальном стане, является частью «системы сушки». Истинные затраты на систему сушки можно определить только при сравнении общих затрат и рисков установки с сушкой и без нее. [ нужна ссылка ]
Дрова, высушенные в печи, были впервые изобретены в 1980-х годах, а позже получили широкое распространение в Европе из-за экономических и практических преимуществ продажи древесины с более низким содержанием влаги (при этом оптимального уровня влажности менее 20% достичь гораздо легче). [14] [15] [16] [17] [18]
Общие (вредные) выбросы в воздух, производимые дровяными печами, включая их источники тепла, могут быть значительными. Как правило, чем выше температура, при которой работает печь, тем больше объем выбросов (на единицу массы удаленной воды). Особенно это актуально при сушке тонкого шпона и высокотемпературной сушке древесины хвойных пород. [ нужна ссылка ]
Галерея
[ редактировать ]- Кирпичные печи, дельта Меконга . Грузовой катер на переднем плане перевозит рисовую мякину, используемую в качестве топлива для обжига.
- Дровяная гончарная печь в Хойане , Вьетнам.
- Рисовую мякину кладут в печь для производства кирпича в дельте Меконга
- Печь с цепной аркой, используемая для обжига высокотемпературной керамики из оксида алюминия с электронной трубкой.
- Двухэтажная печь для обжига фарфора с аландскими печами в Севре , Франция, около 1880 года.
- CAD-изображение печи для улья
- CAD-изображение туннельной печи
- Печный двор с несколькими печами
См. также
[ редактировать ]- Кузница - мастерские кузнеца, который изготавливает из железа инструменты или другие предметы.
- Промышленная печь - устройство, используемое для обеспечения тепла в промышленных целях.
- Известняк – старый метод обжига известняка.
- Список духовок
- Газификатор с восходящим потоком с верхней подсветкой
- Мебель для печи
Примечания
[ редактировать ]- ^ «Домашняя страница: Оксфордский словарь английского языка» .
- ^ «Определение ПЕЧИ» . 18 мая 2023 г.
- ^ «Словарь Вебстера 1828 г. - Словарь Вебстера 1828 г. - Печь» .
- ^ Боуэн, Джеймс А. (1915). «Английские слова в устной и письменной форме для старших классов: созданы для обучения чтению букв, строению и использованию слогов» .
- ^ «Убей, печь в Гомофоне» .
- ^ Петр Беньковский; Алан Миллард (15 апреля 2010 г.). Словарь Древнего Ближнего Востока . Издательство Пенсильванского университета. п. 233. ИСБН 978-0-8122-2115-2 .
- ^ Джеймс Э. Макклеллан III; Гарольд Дорн. Наука и техника во всемирной истории: Введение . ЖХУ Пресс; 14 апреля 2006 г. ISBN 978-0-8018-8360-6 . п. 21.
- ^ Конран, Шила; и др. (2011). Прошлые времена, меняющаяся судьба. Материалы общественного семинара по археологическим открытиям на схемах национальных дорог. АРХЕОЛОГИЯ И НАЦИОНАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ, Серия монографий №8 . Дублин: Транспортная инфраструктура Ирландии. стр. 73–84. ISBN 9780956418050 .
- ^ «Малое производство кирпича» . Архивировано из оригинала 31 декабря 2013 г. Проверено 20 марта 2013 г.
- ^ Роусон, 364, 369-370; Вайнкер, 222–223; Статья Дж. П. Хейса из Художественного словаря Гроува
- ^ Вайнкер, 222-223; Статья Дж. П. Хейса из Художественного словаря Гроува
- ^ «Микроволновые печи» .
- ^ Расмуссен 1988 .
- ^ Мавильо, С. 1986. От пня до печи за три дня. Янки. 50(12): 95-96 (декабрь).
- ^ fpl.fs.fed.us
- ^ «Важная информация и факты о наших дровах» . www.certainlywood.co.uk . Проверено 27 октября 2016 г.
- ^ «Эффективное отопление дровами камерной сушки» . Лекто Вудфьюэлз . 06.12.2021 . Проверено 11 февраля 2022 г.
- ^ Firewood.co.uk. «Запрет на мокрые дрова – готовы к сжиганию | Непонятно, что это значит и почему это важно?» .
Ссылки
[ редактировать ]- Хамер, Фрэнк и Джанет. Словарь материалов и технологий гончара. A&C Black Publishers, Limited, Лондон, Англия, третье издание 1991 г. ISBN 0-8122-3112-0 .
- Смит, Эд. Руководство по проектированию сушильной печи. JE Smith Engineering and Consulting, Блуминг-Гроув, Техас. Доступно для покупки у автора Дж. Э. Смита. Архивировано 29 августа 2006 г. в Wayback Machine.
- М. Корнманн и CTTB, «Глиняный кирпич и черепица, производство и свойства», Soc. Минеральная промышленность, Париж, (2007 г.) ISBN 2-9517765-6-X
- Расмуссен, Э.Ф. (1988). Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США. (ред.). Руководство по эксплуатации сушильной камеры . Совет по исследованию лиственных пород.