Dựa vào phân bố nhiệt trong lò, lò nung được chia làm 6 vùng: - Vùng chắn khí đầu lò
- Vùng khói thải và điều hòa - Vùng nung chính (giữa lò) - Vùng làm nguội nhanh - Vùng làm nguội chậm - Vùng cuối lò
a. Khu vực chắn khí đầu lò
Mục đích: hạn chế khí nóng có áp suất cao bên trong lò tràn ngược ra bên ngoài làm tổn thất nhiệt, giữ cho áp suất trong lò luôn ổn định và gây nguy hiểm, khu vựa này giống như một bức tường áp suất. Bức tường này được tạo nên nhờ hệ thống thổi khí mát từ bên ngoài vào thông qua các vòi được phân bố phía trên cửa vào với tốc độ thổi khí rất mạnh.
Một quạt ly tâm hút và lọc khí từ bên ngoài, lượng khí này được dẫn qua một đường ống chính sau đó phân phối đến các vòi có đường kính khoảng 2 cm và thổi thẳng vào trong miệng lò tạo ra một màn chắn áp suất ngăn cản dòng khí nóng từ bên trong lò đi ra ngoài.
Khu vực đầu lò
b. Khu vực khói thải và điều hòa nhiệt:
Khu vực này gồm 5 modul được đánh số từ 2 đến 6.
Khu vực này có nhiệm vụ hút khí đốt được tạo ra trong khu vực nung, tiền nung và đốt sơ bộ sản phẩm bằng chính nhiệt của khí đốt. Dòng khí này chuyển động ngược chiều với chiều di chuyển của xe goòng. Tại vùng này, có thêm dòng khí được thổi vào với tốc độ cao ở bên dưới xe goòng và trên mặt xe nhằm điều chỉnh nhiệt độ gas đốt và san bằng sự chênh lệch nhiệt độ giữa trên và dưới xe goòng. Các đường ống để hút sản phẩm cháy được lắp đặt cùng với một quạt hút riêng.
Tầng thấp hơn của modul này được lắp đặt một số vòi đốt hoạt động với lượng khí cấp cao áp. Tầng trên của modul có thể lắp đặt đường ống thổi khí nhằm ngăn chặn quá trình tích tụ khí thải, sự không đồng đều về nhiệt giữa trên và dưới lò tại cùng một modul.
Các modul được lắp ở dưới và trên, cấp nhiệt cho lò, nếu nhiệt độ quá cao nó sẽ tự ngắt. Nguồn nhiên liệu sử dụng là gas và điện. Lò cấu tạo chỉ có một lớp cách nhiệt dày 30 phân. Các vòi đốt được nhóm theo từng khu vực và được điều khiển riêng biệt bằng các thiết bị điều khiển tự động.
a. Khu vực làm nguội nhanh
Ở khu vực này không có vòi đốt, thay vào đó là hệ thống các đường ống thổi khí để bắt đầu giai đoạn làm nguội sản phẩm trong giai đoạn lưu nhiệt và chờ.
Khí làm nguội được lấy từ môi trường ngoài và được đưa vào lò để làm giảm nhiệt độ của sản phẩm. Lượng khí sau làm nguội được đưa ra ngoài nhờ quạt hút công suất lớn đặt ở cuối lò và được tận dụng để sấy mộc cũng như sây khuôn và sấy tiền nung.
Khu vực l m nguội có hệ thống dẫn nhiệt để tận dụng cho hầm sấy.
b. Khu vực làm nguội chậm
Trong khu vực này không có bất kì péc đốt nào cũng như không có đường ống nào được bố trí hai bên thân lò. Tại đây sản phẩm được làm nguội dần bằng khí mát tự nhiên để tránh hiện tượng tạo ứng suất cơ gây ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm bên trong sản phẩm và mội trường.
Tại khu vực này nhiệt độ sản phẩm được hạ thấp đến một giá trị nhất định và quá trình làm nguội hoàn thành. Ở khu vực này không có péc đốt. Tại cuối lò có lắp đặt quạt hút khí nóng.
Hệ thống hút khí
Qui trình nung
Sơ đồ lò nung
Sản phẩm sau khi phun men, để men khô hoàn toàn, sau đó được chất lên xe gòong. Dưới mỗi sản phẩm đều lót một miếng mộc bằng phẳng và những miếng xốp được rải đều để hạn chế biến dạng sản phẩm. Sau đó xe sẽ được đưa vào hầm sấy tiền nung, xe sẽ lưu ở đây từ 7- 8 tiếng ở 100- 110 oC. Tiếp theo sẽ qua lò, đi từ đầu lò, gia nhiệt từ từ đến 1210- 1220oC, rồi được làm lạnh và ra khỏi lò. Mất 17- 20 tiếng để 1 sản phẩm đi từ đầu hầm sấy đến ra khỏi lò. Năng suất lò 1 ngày là 66- 68 xe gòong, mỗi xe sẽ cách nhau 20’.
Xe goòng
Quá trình chuyển hóa của các hạt trong quá trình nung
Sản phẩm sứ nói chung thường được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu nhưng đất sét và cao lanh là hai nguyên liệu không thể thiếu. Do đó để xây dựng quy trình nung hợp lý cần phải nắm được các quá trình chuyển hóa các khoáng sét trong quá trình nung.
- Biến đổi thể tích kèm theo mất nước lý học.
- Biến đổi thành phần khoáng gồm mất nước hóa học, biến đổi cấu trúc tinh thể.
- Các cấu tử phản ứng với nhau cho ra pha mới. - Xảy ra quá trình kết khối
- Theo biểu đồ phân tích nhiệt (DTA) của khoáng Kaolinite có hai hiệu ứng nhiệt chính:
Hiệu ứng thu nhiệt ở nhiệt độ khoảng 5000C đến 6000C ứng với quá trình mất nước hóa học và biến đổi thù hình của cấu trúc tinh thể SiO2 ở 5730C
Ở 5730 C rất quan trọng trong quá trình nung gốm sứ vì các sản phẩm dễ bị nứt và hỏng.
Hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất ơ nhiệt độ khoảng 9000C đến 10000C metakaolinite chuyển thành dạng spinel.
Hiệu ứng tỏa nhiệt thứ hai ứng với sự hình thành và tăng cường khoản mulita. Khi nung đến nhiệt độ cao hơn thì mulita nguyên sinh có dạng váy xếp lớp sẽ tái kết tinh tạo thành mulita thứ sinh có dạng thù hình kim.
Các phản ứng xảy ra khi nung các khoáng sét không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nung cực đại mà còn phụ thuộc vào tốc độ nâng nhiệt và thời gian lưu ở nhiệt độ cực đại đó. Các phản ứng xảy ra lúc đầu ở trạng thái rắn, sau đó có mặt pha lỏng. Phản ứng thường không thực hiện đến cùng vì ít khi đạt được sự cân bằng pha.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 100 500 600 950 1212 1212 670 450 100
Đường cong nung
Thời gian (h) N hi ệt đ ộ (o C )
Hình 1.5.7.1. Đường cong nung
Giai đoạn nâng nhiệt ban đầu đến 500oC: là giai đoạn dehydat hóa tách nước và phân hủy các tạp chất hửu cơ, tốc độ nâng nhiệt cho phép là 2,5 3 oC/ phút tương đương khoảng 150 180oC /giờ.
Giai đoạn nâng nhiệt 500oC 600oC: xảy ra quá trình biến đổi dạng thù hình quartz quartz. Tốc độ nâng nhiệt khoảng 90o/giờ.
Giai đoạn 600 oC 950 oC: là giai đoạn gia nhiệt đơn thuần, có thể đẩy tốc nhanh tốc độ nâng nhiệt đến 300 oC/giờ.
Giai đoạn 950 oC 1140 oC: là giai đoạn hãm nhiệt để hoàn tất các quá trình tách nước hóa học, đảm bảo cháy hết carbon, môi trường nung là oxy hóa mạnh. Tốc độ nâng nhiệt 180 oC/ giờ.
Giai đoạn 1212 oC: là giai đoạn lưu nhiệt để đảm bảo quá trình kết khối của xương.
Giai đoạn 1212 oC 670 oC: là giai đoạn làm nguội nhanh, tốc độ làm nguội từ 250 oC đến 300 oC/ giờ
Giai đoạn 670 oC 450 oC: có sự biến đổi thù hình ngược lại từ quartz quartz,là giai đoạn nguy hiểm nên cần làm nguội với tốc độ chậm 80 oC 90
oC/giờ.
Giai đoạn 450 oC 100 oC: là giai đoạn làm nguội bình thường với tốc độ làm nguội khoảng 180 oC /giờ.