کوره های پخت سرامیک و انواع سوخت آن

بطور کلی، پخت فراورده ها در داخل ” کوره ها ” صورت می پذیرد. کوره های پخت سرامیک محوطه های تقریبا بسته ای هستند که به منظور مقاومت در درجه حرارت های بالا، اساسا دیرگداز ساخته شده اند.

به طور دقیق تر ساختمان کوره ها عمدتاً  از آجرهای دیرگداز، آجرهای عایق (حرارتی) و آجرهای معمولی ساختمانی (در بعضی از سطوح خارجی دیواره ها) و نیز ملات های دیرگداز و مواد مشابه تشکیل شده است.

برای آشنایی بیشتر با انواع کوره پخت سرامیک با شهر سفال همراه باشید.

انواع کوره پخت سرامیک

در کنار این مواد باید به اسکلت فلزی کوره ها نیز اشاره گردد. به هر صورت همچنان که مشاهده می شود اکثر مصالح مورد استفاده در ساختمان کوره ها خود جزو فراورده های سرامیک می باشند.

در ارتباط با ساختمان کوره های پخت سرامیک، یکی از مهم ترین مباحث، نوع دیرگدازهای مصرفی در دیوارهای سقف و سایر نقاط کوره می باشد.

باید توجه داشت که در مورد دیر گدازها، معمولا فقط نقطه ذوب بالای آنها مورد نظر نیست بلکه بر حسب کاربردهای مشخص لازم است که مواد دیرگداز مصرفی، علاوه بر نقطه ذوب بالا، دارای خواص دیگری نیز باشند.

این خواص مورد نظر به عنوان مثال می تواند مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی درجه حرارت، هدایت حرارتی زیاد و یا کم، مقاومت در برابر محیط های اکسید کننده و یا احیاء کننده و … باشند.

به همین دلیل جهت تعیین نوع دیرگدازهای مصرفی در یک کوره مشخص، لازم است شناخت وسیعی در مورد خواص انواع مختلف دیرگدازها و نیز ویژگی ها و خواص مورد لزوم، وجود داشته باشد.

کوره های پخت سرامیک، معمولا براساس معیارهای متفاوتی تقسیم بندی می گردند. یکی از این معیارها چگونگی حرکت هوای داغ و گازهای حاصل از احتراق در درون کوره ها می باشد.

باید توجه داشت که این مطلب در ارتباط با چگونگی انتقال حرارت از گازهای داغ به فراورده های موجود در کوره، و به طور کلی در ارتباط با مقدار حرارت اتلافی و “بازدهی حرارتی” کوره ها بسیار حائز اهمیت است.

براین اساس کوره ها به سه دسته مختلف تقسیم می گردند: “کوره هایی با مکش فوقانی” ، ” کوره هایی با مکش تحتانی” و ” کوره هایی با مکش عرضی یا افقی”.

هنگامی که در داخل کوره عمل احتراق صورت می پذیرد، هوای محیط اطراف گرم شده و منبسط می گردد. بدیهی است که انبساط هوا به معنی کاهش دانسیته و تراکم آن بوده و بنابراین هوا و گازهای داغ به بالا صعود کرده و بر فراز هوای سرد ( که متراکم تر و سنگین تر است ) قرار می گیرد.

چنانچه اعمال مذکور در یک محیط بسته (داخل کوره) صورت پذیرند، فشار هوا در نواحی کم ارتفاع و در حوالی کف، کمتر شده و درنتیجه هوای بیرون از میان دریچه ها و درزهای موجود به داخل مکیده می شود.

از طرف دیگر، در نواحی بالاتر فشار هوا بیشتر بوده و این مطلب نیز باعث خروج و بیرون راندن هوای گرم از روزنه های موجود می گردد. حد واسط بین این دو منطقه ، ” منطقه خنثي ” می باشد که فشار هوا در این منطقه برابر با فشار هوای خارج است.

۱_ کوره های مکش فوقانی

در کوره های پخت سرامیک با “مکش فوقانی” ، به طور خلاصه گازهای حاصل از احتراق، جهت پخش بهتر و یکنواخت تر آنها در محیط کوره، معمولا ابتدا با “دیواره مانع ” برخورد نموده و بعد از انتشار در فضای کوره از طریق هواکش موجود در سقف کوره به دودکش راه یافته و خارج می گردند.

به طور نسبی پخش حرارت ناهمگن تر و غیر یکنواخت تر می باشد و معمولا قسمت مرکزی کف کوره ها، (بخصوص اگر ابعاد کوره بزرگ باشد) سردتر از سایر نقاط می باشند.

در کوره های “مکش فوقانی” بسیاری ازکوره های پخت سرامیک برای حل این مشکل، مقادیری از گازهای حاصل از احتراق به روش های مختلف به این قسمت فرستاده می شوند.

به عنوان مثال مقادیری از گازهای داغ می توانند به وسیله یک هواکش از زیر کف کوره عبور نموده و به قسمت مرکزی کف راه یابند.

علاوه بر این مورد، به وسیله چیدن صحیح فراورده ها در مسیر حرکت هوای گرم و گازهای داغ و نیز استفاده صحیح و ماهرانه از “تیغه های تنظیم کننده هواکش ها” نیز، می توان تا حدود زیادی به پخش یکنواخت تر حرارت در کوره کمک نمود ولی به هر حال به عنوان یک قانون کلی باید به خاطر داشت که کوره های مکش فوقانی علی رغم سادگی بیشتر ساختمان آنها دارای “بازدهی حرارتی” خوبی نبوده و مقدار حرارت اتلافی در این کوره ها بسیار زیاد است.

همچنین بخوانید: کوره های پخت سفال و انواع آن

۲_ کوره های مکش تحتانی

در کوره های پخت سرامیک با “مكش تحتانی” جهت کاهش مقدار حرارت اتلافی، مسیر حرکت هوا و گازهای داغ در درون کوره طولانی تر گردیده و بدین ترتیب مقدار بیشتری حرارت به فراورده ها انتقال می یابد.

در این کوره ها هواکش و یا دریچه خروج هوا و گازهای حاصل از احتراق در کف کوره قرار دارد. بنابراین گازهای حاصل از احتراق بعد از برخورد با “دیواره مانع” و صعود به سقف مجبور خواهند بود مجددا به طرف کف کوره بازگشت نموده و از طریق هواکش کف به دودکش راه یابند.

به طور کلی، این نوع کوره های پخت سرامیک در مقایسه با کوره های مکش فوقانی، معمولا نه تنها دارای بازدهی حرارتی بهتری بوده، بلکه پخش حرارت نیز در این کوره ها یکنواخت تر و همگن تر می باشد.

ولی در هر صورت باید توجه داشت که این مطلب کاملا  نسبی است. بدین معنی که اساسا در کوره های مکش تحتانی، درجه حرارت در قسمت های بالایی کوره بیشتر از قسمت های پایین می باشد.

این موضوع بخصوص در مواردی که مقادیر زیادی آب در فراورده های خشک شده وجود داشته باشد می تواند باعث بروز مشکلاتی گردد.

بدین ترتیب که بخار آب حاصل از خشک شدن فراورده هایی که در قسمت فوقانی کوره چیده شده اند، می تواند در سطح فراورده هایی که در قسمت تحتانی کوره قرار دارند (به دلیل سردتر بودن آنها) متراکم گردد.

به همین دلیل در بسیاری از کوره ها ممکن است سیستم های مکش فوقانی و تحتانی کم و بیش با یکدیگر ادغام گردند. در بعضی از کوره های پخت سرامیک که دارای شکل خاصی می باشند ممکن است حرکت هوا و گازهای داغ به صورت افقی باشد.

در چنین مواردی، شکل کوره معمولا به صورت مستطیل دراز و باریکی بوده و حرکت گازها به طور افقی به موازات طول مستطیل صورت می پذیرد.

اتاق احتراق نیز معمولا در یک طرف کوره قرار دارد و دریچه یا هواکش خروج گازها، در طرف دیگر (در اکثر موارد درقسمت کف) گازها را به دودکش منتقل می نماید.

کوره های پخت سرامیک ممکن است بر اساس ساختمان آنها به دو دسته “کوره هایی با شعله باز” و “کوره های مافل” تقسیم گردند، در انواع “شعله باز” گازهای حاصل از احتراق و خود شعله مستقیما با فراورده ها تماس دارند.

این نوع کوره ها در مواردی قابل استفاده هستند که سوخت مصرفی اصطلاحا “تمیز” بوده و عاری از گوگرد باشد. در غیر این صورت لازم است که فراورده ها به طریقی در برابر حاصل از احتراق محافظت گردند.

این عمل به دو طریق می تواند انجام  شود. روش اول استفاده از “ساگار” می باشد، ولی استفاده از ساگارها هزینه زیادی را به دنبال خواهد داشت. و محافظت فراورده ها از گازهای حاصل از احتراق، استفاده از “کوره های مافل ” می باشد.

در این کوره ها، یک جداره نازک دیرگداز ( مافل ) ، به صورت یک سپر و محافظ عمل نموده و از برخورد گازهای حاصل از احتراق با بدنه فراورده ها جلوگیری می نماید.

این جداره در حقیقت یک سد غیرقابل نفوذ می باشد که محفظه ای را به وجود آورده و فراورده ها در داخل محفظه قرار می گیرند. در عین حال گازهای حاصل از احتراق از سطح خارجی این محفظه را گرم می نمایند.

در مواردی که دقت عمل زیادی موردنظر باشد فشار هوای بیشتری در داخل محفظه (محلی که فراورده ها قرار دارند) در مقایسه با فشار خارج (محلی که گازهای حاصل از احتراق وجود دارد) ایجاد می گردد تا بدین وسیله از نشت گازهای حاصل از احتراق از بین درزهای دیواره ها به داخل، جلوگیری به عمل آید.

در هرصورت باید توجه داشت که از نظر بازدهی و یکنواختی حرارت، کوره های “شعله باز” در مقایسه با کوره های  “مافل” بسیار مناسب تر می باشند.

سوخت کوره های پخت سرامیک

سوخت هایی که امروزه در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند دارای تنوع زیادی می باشند، ولی در بحث فعلی فقط آن دسته از سوخت ها که در تولید سرامیک های ظریف، به منظور تامین حرارت مورد نیاز کوره های پخت سرامیک، کاربرد دارند مد نظر می باشند.

به طور سنتی و معمول سوخت ها به سوخت های جامد، مایع و گاز تقسیم می گردند. در تولید سرامیک های ظریف تقریبا هر سه نوع کاربرد دارند و در کنار این سوخت ها باید به الکتریسیته نیز به عنوان منبع دیگر تولید حرارت جهت پخت فراورده های سرامیک اشاره گردد.

سوخت های صنعتی به طور معمول حاوی عناصر کربن و هیدروژن می باشند و در نتیجه ترکیب این عناصر با اکسیژن موجود در هوا و به عبارت دیگر در نتیجه سوختن این عناصر حرارت ایجاد می گردد.

علاوه بر این عناصر سوخت های صنعتی ممکن است دارای مقادیر متفاوتی مواد معدنی باشند. این مواد غير قابل سوختن بوده و در نهایت به صورت خاکستر باقی می مانند و وجود این مواد غیرقابل احتراق در سوخت ها، نه تنها باعث کاهش قابل ملاحظه بازدهی سوخت می گردد بلکه در ارتباط با فراورده های سرامیک و دیرگدازهای کوره می تواند باعث بروز مشکلات زیادی از جمله ذوب دیرگدازها و ایجاد ضایعات زیاد در فراورده های سرامیک گردد.

به همین دلیل در مورد سوخت ها، مقدار، ترکیب و نقطه ذوب خاکستر حاصل از آنها دارای اهمیت زیادی می باشد. به عنوان یک قاعده کلی، خاکسترهایی که دارای رنگ روشن باشند عمدتاً حاوی اکسیدهای سیلیسیم و آلومینیوم بوده و بنابراین دارای نقطه ذوب بالایی هستند.

به طور معکوس خاکسترهای تیره رنگ دارای گداز آور و بخصوص اکسید آهن بوده و نقطه ذوب پایینی ( مخصوصا در محیط احياء ) دارند. در ارتباط با سوخت کوره های پخت سرامیک، مقدار گوگرد موجود در سوخت نیز به دلیل مشکلاتی که بوجود می آورد بسیار مهم است.

گوگرد می تواند در سوخت های صنعتی به صورت های مختلفی وجود داشته باشد، به عنوان مثال در یک نمونه ذغال سنگ گوگرد ممکن است به صورت پیریت، سولفات کلسیم و یا به صورت ترکیبات آلی مشاهده گردد.

و علاوه بر ناخالصی های موجود، یکی دیگر از مهم ترین ویژگی های سوخت ها، مقدار “ارزش گرمادهی”  آنهاست. “ارزش گرما دهی” عبارتست از : مقدار حرارت ایجاد شده در اثر سوختن کامل واحد جرم سوخت ( برای سوخت های جامد و مایع ) و یا واحد حجم سوخت (برای سوخت های گاز) در یک گرماسنج مناسب.

۱_ سوخت های جامد

سوخت های جامدی که به منظور پخت فراورده های سرامیک مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: چوب و ذغال چوب، تورب، ذغال سنگ قهوه ای، ذغال سنگ، ذغال سنگ سخت و بالاخره کُک.

امروزه به منظور پخت فراورده های سرامیک به طور کلی سوخت های جامد کمتر از دیگر انواع سوخت ها مورد استفاده قرار می گیرند ولی چوب و ذغال چوب حتی در مقایسه با دیگر سوخت های جامد نیز کاربرد کمتری دارند.

شاید بتوان عمده ترین دلایل این مطلب را، رطوبت بسیار زیاد چوب و در نتیجه ارزش گرمادهی کم، و نیز قیمت بسیار گران آن دانست.

به همین دلیل در صنایع سرامیک جهان از حدود قرن هجدهم استفاده از چوب به شدت کاهش یافت. با این همه باید اشاره گردد که هنوز در تولید سنتی فراورده های سرامیک و نیز در تولید بعضی از فراورده های هنری از چوب به عنوان منبع سوخت استفاده می شود ( بخصوص در کشورهایی که دارای منابع وسیع چوب هستند).

چوب و ذغال چوب دارای مزایایی نیز هستند که در مقایسه با ذغال سنگ بسیار قابل توجه می باشند. بدین معنی که خاکستر چوب برعکس خاکستر ذغال سنگ به صورت پودر نرمی بوده و حاوی سنگ، خاک و مواد مشابه نمی باشد و در عین حال چوب دارای گوگرد نیست که این خود مزیت بزرگی برای یک سوخت محسوب می گردد.

۲_ سوخت های مایع

در کوره های پخت سرامیک سوخت های مایعی که مورد استفاده قرار می گیرند عمدتا با محصولات تقطیر و نفت خام حاوی هیدروکربن هایی با نقطه جوش بالا و فراریت کم، مثل گازوئیل و نفت کوره و یا باقیمانده تقطیر اولیه نفت خام یعنی “مازوت” می باشند.

خصوصیات این سوخت ها براساس نوع و ترکیب نفت خامی که از آن بوجود آمده اند ممکن است تفاوت هایی با یکدیگر داشته باشند ولی متأسفانه تقریبا تمامی آنها حاوی مقادیر نسبتا زیادی گوگرد می باشند.

به همین دلیل چنین سوخت هایی به طور معمول جهت پخت سرامیک های ظریف مناسب نبوده و در کشورهایی که “نفت سفید” به اندازه کافی موجود باشد وسيعا از این نوع سوخت استفاده می شود.

چرا که نفت سفید بر عکس نفت های سنگین دارای مقادیر بسیار کمی گوگرد می باشد.  نفت های سنگین معمولا دارای ویسکوزیته زیادی هستند، بنابراین در بعضی موارد لازم است که برای استفاده از این نوع سوخت ها ابتدا آنها را تا حدودی گرم نموده تا ویسکوزبته آنها کاهش یافته و به راحتی از لوله ها عبور نمایند.

۳_ سوخت های گازی

سوخت های گازی که در کوره های پخت سرامیک استفاده می شوند در مجموع رایج ترین سوخت ها جهت پخت سرامیک های ظریف در سطح جهان می باشند.

این مطلب ناشی از مزیت های فراوان سوخت های گازی در مقایسه با سوخت های مایع و جامد است. مهم ترین مزایای سوخت های گازی، تمیزی آنها، مقدار گوگرد بسیارکم، امکان کنترل بسیار دقیق تر، عدم نیاز به گرم کردن این سوخت ها (قبل از استفاده ) ، نیاز به هوای اضافی بسیار کمتر برای احتراق این سوخت ها، سهولت در ایجاد اتمسفرهای اکسید کننده و احیاء کننده در کوره و بسیاری موارد دیگر می باشند که نهایتا باعث کاهش هزینه ها و تولید فراورده هایی با کیفیت بسیار بهتر می گردند.

در مقابل تمامی این مزایا، مهم ترین نقطه ضعف سوخت های گازی هزینه نسبتا  بالاتر آنها می باشد. به همین دلیل معمولا سوخت های گازی در کوره های پخت سرامیک مدرنی مورد استفاده قرار می گیرند که به خوبی عایق بندی شده و دارای زمان پخت کوتاه تر و سطح مقطع عرضی کمتری بوده و نیز دارای کمترین مقدار وسایل قفسه بندی می باشند.

۴_ الکتریسیته

الکتریسیته تمیزترین و ساده ترین منبع تولید حرارت می باشد. بازدهی حرارتی کوره هایی که به وسیله الکتریسیته گرم می گردند بیشتر از تمامی انواع کوره های پخت سرامیک است.

با این همه مصرف الکتریسیته به عنوان منبع تامین حرارت کوره های پخت سرامیک ها مستلزم هزینه زیادی می باشد و به همین دلیل در صنعت سرامیک معمولا از الکتریسیته در کوره هایی که دارای درجه حرارت کمی می باشند استفاده می گردد.

این موضوع نه تنها ناشی از هزینه زیاد برق می باشد بلکه عمر کوتاه و قیمت گران مقاومت های مولد حرارت در درجه حرارت های بالا نیز، در این مورد موثر هستند.

کنترل محیط کوره های پخت سرامیک

در عمل، حهت آگاهی از وضعیت و چگونگی محیط داخل کوره و نیز کنترل آن، عواملی باید مرتبا مورد بررسی و سنجش قرار گیرند.

مهم ترین این عوامل حرارت داخل کوره می باشد. علاوه بر این، در کوره های پخت سرامیک صنعتی فشار گاز و هوا عمدتا به منظور اطمینان از انتقال مناسب حرارت به فراورده ها و نوع گازهای موجود در محیط کوره نیز باید اندازه گیری شده و تحت نظر باشند.