Nhiệm vụ:
Nung là toàn bộ quá trình gia nhiệt sản phẩm gốm sứ với chế độ thích hợp, từ nhiệt độ thường cho đến nhiệt độ cao nhất và sau đó làm nguội trong môi trường nung cần thiết. Sau khi nung vật liệu trở nên rắn chắc, không bị biến dạng, và có những tính chất cần thiết phù hợp với yêu cầu sử dụng. Thành phần pha trước và sau khi nung có thể thay đổi một phần hoặc hoàn toàn. Các quá trình biến đổi hoá lý quan trọng xảy ra khi nung chủ yếu ở trạng thái rắn hay pha rắn có mặt pha lỏng và đồng thời xảy ra quá trình kết khối.
- Nhiệt độ nung: Là nhiệt độ cao nhất cần thiết cho quá trình phản ứng và kết khối đạt đến mức cần thiết mà sản phẩm không bị biến dạng.
- Thời gian nung (chu kỳ nung): Là toàn bộ thời gian cần thiết kể từ lúc bắt đầu nâng nhiệt độ đến khi lấy được thành phẩm. Đối với mỗi loại sản phẩm thì thời gian nung khác nhau, từ vài phút cho tới hàng chục giờ và thậm chí là nhiều ngày. Trong kỹ thuật nung phải tính tới mức thay đổi nhiệt độ trong một thời gian (nghĩa là tốc độ tăng hoặc giảm nhiệt độ) một cách thích hợp. Để tiết kiệm năng lượng, tăng năng suất, tăng hiệu quả kinh tế thì chu kỳ nung càng ngắn càng tốt nhưng cũng không thể nung quá nhanh được vì còn phải tính tới thời gian biến đổi hoá lý cần thiết trong phối liệu, độ bền cơ của vật nung, độ bền của lò nung, kết cấu lò…
- Môi trường nung: Tùy theo kỹ thuật cụ thể mà môi trường khí trong lò cần
duy trì ở chế độ oxy hoá (dư không khí), môi trường khử (thiếu không khí) hay môi trường trung tính (cháy vừa hết). Ngoài ra còn có một số sản phẩm cần nung trong môi trường khí nitơ, chân không , hoặc khí trơ…
a) b)
Nguyên lý nung:
Trước khi vào lò nung, gạch được tráng lớp engobe chân theo các đường gân mặt dưới viên gạch, có tác dụng chống dính con lăn khi nung. Gạch được xếp lên hệ thống băng chuyền tiếp tục đưa vào lò nung, kiểu lò con lăn là thiết bị không thể thiếu trong công nghệ nung nhanh. Trong lò, các giá đỡ kiểu con lăn với tốc độ quay đủ chậm để đưa sản phẩm nung qua các vùng gia nhiệt, nhiên liệu sử dụng là khí tự nhiên. Thời gian nung khoảng 50 phút. Quá trình nung vật liệu trải qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn sấy (25 – 105oC): Quá trình mất nước lý học xảy ra, nước xen kẽ
trong vật liệu nung thoát ra ngoài, làm mộc co lại.
Giai đoạn đốt nóng (105 – 400oC): Trong giai đoạn này thì quá trình mất nước lý học tiếp tục xảy ra và nước liên kết hoá học bắt đầu bị tách ra.
Giai đoạn mất nước hoá học (400 – 600oC): Quá trình mất nước hóa học xảy ra và tạo meta caolanhit: Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O
Ngoài ra các chất hữu cơ có trong mộc cũng bị cháy, đặc biệt ta cần chú ý sự biến đổi thù hình của từ β-quartz sang α-quartz ở nhiệt độ 573oC, hiện tượng
Hình 2.10: Lò nung của hãng SITI (a), sản phẩm gạch Granite sau khi ra lò (b)
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
này làm tăng thể tích cho nên dể dẫn đến nứt vở sản phẩm. Giai đoạn này là thu nhiệt lớn.
Giai đoạn nung (600 – 1300oC):Mất nước hoá học tiếp tuc xảy ra, nhưng giai đoạn này nhiệt độ tương đối cao nên phản ứng pha rắn xảy ra là chủ yếu.
- Ở khoảng trên dưới 900oC thì có sự phân huỷ muối cacbonát: CaCO3 → CaO + CO2
- Ở 950oC metacaolanhit tạo thành spinel: Al2O3.2SiO2 → 2Al2O3.3SiO2 + SiO2*
- Ở 1150oC spinel tạo thành mulít nguyên sinh: 2Al2O3.3SiO2 → 3Al2O3.2SiO2 + SiO2*
- Ở 1250oC mulít nguyên sinh chuyển thành mulít thứ sinh dạng hình hạt kim. Nhiệt độ 1300oC tinh thể critobalit hình thành.
Giai đoạn làm nguội: Trong giai đoạn này đôi lúc ta làm nguội nhanh và đôi
lúc ta cũng làm nguội chậm. Giai đoạn làm nguội nhanh tới 700oC, giai đoạn này không có sự biến đổi gì lớn nên ta có thể làm nguội nhanh. Giai đoạn làm nguội chậm từ 7000C trở xuống, tại nhiệt độ 573oC có sự biến đổi thụ hình của α-quartz sang β-quartz. Sự biến đổi này gây nên ứng suất nội trong sản phẩm.