Anglické slovo kiln, odvodené zo staroanglického cyln, a výraz furnace sa často používajú zameniteľne pre typ pece, ktorá sa zohrieva na veľmi vysoké teploty v procese známom ako vypaľovanie alebo pálenie.
Podľa presnej definície je rozdiel v tom, že keramická pec sa naplní za studena a následne sa zohrieva, zatiaľ čo priemyselná pec sa najprv vyhreje a až potom sa do nej vloží materiál.
V priemysle to znamená, že keramické pece sa spájajú najmä s keramikou a keramickými procesmi, napríklad s tepelnou úpravou surovín pred ich použitím vo finálnom výrobku. Príkladom je pálenie vápenca, pazúrika, bauxitu alebo iných minerálov s cieľom vyvolať chemickú zmenu; táto zmena sa nazýva kalcinácia. V keramike sa musia zložky glazúry zohriať tak, aby vytvorili druh skla nazývaný frita. Vzniknuté sklené frity sa potom melú na jemný prášok a pridávajú sa k farebným oxidom na výrobu glazúr. Aj pri ďalších príbuzných procesoch, napríklad pri výrobe cementu, sa zariadenie označuje ako pec. Niektoré procesy sušenia pri nižších teplotách sa niekedy tiež označujú ako pecné procesy, napríklad sušenie dreva vo vyhrievanom uzavretom priestore.
Priemyselné pece sa naopak zvyčajne spájajú s odvetvím metalurgie. Pri spracovaní železa a ocele sa často hovorí o vysokej peci alebo Siemens-Martinovej peci; v zlievarňach sa bežne používajú indukčné pece a pece na tepelné spracovanie, napríklad na žíhanie.
Keramika a hrnčiarske výrobky
Výroba keramiky a hrnčiarskych výrobkov zahŕňa širokú škálu produktov. Patria sem takzvané hrubokeramické výrobky, ako bežné stavebné tehly, sanitárna keramika, strešná krytina a dlažba, ale aj jemná keramika, napríklad stolový riad a dekoratívne figúrky. Všetky tieto výrobky sú založené na určitej forme hliny zmiešanej s ďalšími minerálmi a všetky sa vypaľujú v peci. Väčšina pecí na smaltovú a zlatú dekoráciu je elektrická.
Sklo
Sklo v jeho najznámejšej podobe, teda ploché sklo, sa vyrába tak, že roztavené sklo pláva v peci na kúpeli z tekutého cínu. Viac remeselnej zručnosti si vyžadujú majstri, ktorí vyrábajú vázy a iné tvary fúkaním skla. V takom prípade sa roztavené sklo udržiava horúce v špeciálnom type pece nazývanom glory hole a sklár ponára sklársku píšťalu do tekutej skloviny predtým, ako začne tvar vyfukovať.
Typy keramických pecí
Prvé rozdelenie, ktoré môžeme urobiť, je rozlíšenie medzi prerušovanými pecami a kontinuálnymi pecami. V prerušovanej peci sa materiály alebo výrobky vložia do vypaľovacej komory a pec potom prejde cyklom výpalu so zohrievaním a chladením, po ktorom sa hotové kusy na konci vyberú. V kontinuálnej peci sa vypaľovacia zóna trvalo udržiava na požadovanej teplote a výrobky ňou nepretržite prechádzajú.
Prerušované pece
Prerušované pece existujú v mnohých konštrukčných vyhotoveniach; niektoré z nich si tu priblížime. V malom meradle sa používajú jednoduché pece s pevnou vsádzacou podlahou a dverami ako pri peci, pričom obsluha pec na začiatku procesu naplní a na konci vyprázdni. V peci môžu byť platne nazývané pecné dosky a celá zostava dosiek a podpier sa označuje ako pecný nábytok. Väčšina týchto menších pecí je s ťahom nahor. Mnohí keramikári používajú pece s horným plnením, ktorých výhodou je, že zaberajú menej miesta než iné typy.
Raku pece
V ateliérovej keramike sú obľúbené aj raku pece. Na rozdiel od tradičných pecí sa používajú na nanášanie povlakov alebo povrchových úprav na nádoby pri vysokých teplotách a ich následné veľmi rýchle ochladenie.
Vo väčšom meradle sa používajú vozové pece s jedným alebo viacerými pecnými vozmi. Tie možno naložiť mimo pece a potom zasunúť dovnútra, zvyčajne po koľajniciach. Takéto vozové pece boli dlhé roky štandardným zariadením v keramickom priemysle. Alternatívou je pevná vsádzacia podlaha, pri ktorej sa samotná vyhrievacia komora vozovej pece posúva do strán alebo nahor. Tieto pece sa označujú ako pece s posuvnou kapotou a top-hat pece. Na kalcináciu surovín sa často používa šachtová pec, v ktorej sa materiál vrství striedavo s palivom, uhlím alebo koksom. Pec sa plní zhora a hotový materiál sa vyberá v spodnej časti.
Palivá pre pece
Hoci pece možno vyhrievať rôznymi palivami, od elektriny, zemného plynu, svietiplynu, ťažkého vykurovacieho oleja, uhlia, koksu až po drevo, moderné pece dosahujú vysoké teploty najmä pomocou elektriny alebo plynu. Väčšina dnešných hrnčiarskych pecí je plynová alebo elektrická, historicky však existoval ešte jeden typ prerušovanej pece, ktorý ako palivo používal uhlie a drevo a nazýval sa fľašová pec. Uhlie sa spaľovalo vo vypaľovacej komore spolu s výrobkami; tie museli byť uložené v hlinených puzdrách nazývaných saggary, aby boli chránené pred znečistenou atmosférou horiaceho uhlia. Malý počet týchto pecí sa zachoval ako technické dedičstvo a príležitostne sa vypaľuje na vzdelávacie účely. V minulosti existoval aj spôsob vypaľovania tehál, pri ktorom bola séria vypaľovacích komôr usporiadaná do kruhu. Tieto komory, takisto vykurované uhlím, sa vypaľovali postupne, takže časť tepla z jednej komory sa využila na vypaľovanie ďalšej. Boli to Hoffmannove pece.
Pece vykurované uhlím a drevom spôsobujú neprijateľnú mieru znečistenia ovzdušia.
Kontinuálne pece
V kontinuálnej peci sa vypaľovacia zóna trvalo udržiava na vysokej teplote a výrobky ňou prechádzajú. Obľúbenou metódou je použitie pohyblivého pásu, ktorý vedie výrobky pecou počas vopred stanoveného času; pri takzvaných rýchlopálených obkladoch a dlažbách by typický čas prechodu predstavoval jednu až dve hodiny. Tradičnejším riešením je použitie tunelovej pece, v ktorej pecné vozy nepretržite prechádzajú tunelom. Čas prechodu môže byť 12 hodín alebo dokonca 24 hodín pre jeden voz. Nevýhodou tohto systému je, ako si možno predstaviť, že musia byť neustále k dispozícii vozy na nakladanie. Zvyčajne sa cez deň pripraví zásoba vozov a v noci sa použije. Ďalšou nevýhodou je, že obsluha pece musí byť prítomná nepretržite, 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pri tepelnom spracovaní surovín tomu zodpovedá použitie rotačnej pece, v ktorej vyhrievaciu zónu tvorí rotujúci bubon s horákmi v strede. Materiál sa môže pohybovať cez naklonený bubon a opakovane prepadávať cez vykurovací plameň.
Niektoré bežné teploty v keramike.
- Prežah kameniny – 1120 °C
- Glazovací výpal kameniny – 1060 °C
- Porcelán – 1200 °C
- Soľná glazúra – 1250 °C
- Kostný porcelán – 1300 °C
- Zlatá dekorácia, nazývaná aj pozlátenie – 800 °C
- Smaltové farby na báze skla – 500 °C
Konštrukčné materiály
Prednosť majú najmä ľahké materiály (izolačné žiaruvzdorné tehly a keramické vlákno), aby sa skrátil čas chladenia pece po výpale. Izolačná žiaruvzdorná tehla triedy 26 sa najčastejšie používa v kombinácii s Vitset 45 žiaruvzdornou maltou. To samozrejme neplatí pre tunelovú pec, kde sa teplota udržiava konštantná a pecné vozy prechádzajú pecou; tieto pece sú zvyčajne vyložené hutnými žiaruvzdornými tehlami, napríklad žiaruvzdornými tehlami z hlinitého šamotu so 42 % Al₂O₃.
Je dôležité, aby materiály používané v keramických peciach (pecné výmurovky) mali nízky obsah železa, pretože výrobky sú veľmi často biele a kontaminácia železom môže v spojení s vypálenou keramikou spôsobiť čierne alebo zelené škvrny. Keramické vlákno musí byť tiež opatrené žiaruvzdorným zirkónovým ochranným náterom, aby sa zabránilo padaniu uvoľnených vlákien na výrobky; to je obzvlášť škodlivé pri glazovaných výrobkoch.
Pri niektorých použitiach je dôležitá odolnosť proti tepelnému šoku. Testuje sa tak, že sa skúšobné kusy zahrejú a následne ponoria do studenej vody. Tento postup sa opakuje pri stále vyšších teplotách, až kým kus nepraskne alebo sa nerozpadne. Glazovaná keramika je zvyčajne o 40 % pevnejšia než neglazovaná keramika, a preto má vyššiu odolnosť proti tepelnému šoku.
Soľná glazúra a sódové pece
Pri procese soľného glazovania sa hlinené výrobky vypaľujú bežným spôsobom, ale keď pec dosiahne maximálnu teplotu, cez otvor v hornej časti sa do pece nasype soľ. Teplota spôsobí odparenie soli a na výrobkoch sa vytvorí lesklá vrstva. V tomto procese je soľ veľmi agresívna a žiaruvzdorné materiály sú citlivé na napadnutie chloridmi. Peter Meanley v Írsku vykonal prácu, ktorá ukazuje, že tehly možno chrániť, ak sa pred prvým použitím pri soľnom glazovaní ošetria prípravkom Silcas -A. Proces v sódovej peci je veľmi podobný, používa však hydrogénuhličitan sodný namiesto chloridu sodného.
Iné pece a špeciálne pece
Sušiareň dreva
Sušenie tvrdého dreva.
Keď sa rezivo prvýkrát nareže zo zoťatého stromu, má vysoký obsah vlhkosti. Drevo sa preto musí najprv vysušiť v sušiacich komorách na drevo.
Sušenie dreva sa často urýchľuje jeho zohrievaním v určitom type sušiacej pece, aby sa obsah vlhkosti znížil na menej než 25 %. Platí to pre spaľovanie paliva v grile, v drevom vykurovanej peci na pizzu alebo dokonca v domácej krbovej piecke či krbe. Drevo upravené týmto spôsobom sa nazýva komorovo sušené palivové drevo.
Spôsoby regulácie a sledovania teplôt v peci
Elektrická pec
Moderné elektrické pece sú zvyčajne vybavené digitálnym programovateľným regulátorom, ktorý sleduje teploty pomocou termočlánku a riadi proces výpalu podľa vopred nastaveného programu s fázou predohrevu, nárastom teploty a výdržou na maximálnej teplote.
V elektrickej peci sa jednoduchšia verzia tohto systému podobá skôr termostatu a nazýva sa kiln sitter. Ten iba zapína a vypína napájanie, aby sa dosiahla nastavená hodnota.
Plynové pece
Plynové pece majú podobné vybavenie, elektrické prístroje však musia ovládať plynové ventily a sledovať tlaky aj teploty. Pri plynových peciach je dôležité merať hladinu kyslíka v peci. Ak je príliš nízka, plyn nebude správne horieť; ak je príliš vysoká, pec sa predčasne ochladzuje. Plynová pec sa zvyčajne vyhrieva s miernym pretlakom v peci 0,25–0,5 Pa oproti atmosfére mimo pece. Tým sa zabezpečí, že teplo prúdi z pece von, namiesto toho, aby do pece vnikal studený vzduch.
Pred príchodom modernej prístrojovej techniky sa používala metóda, pri ktorej sa z keramickej hmoty so známymi zmršťovacími vlastnosťami vylisoval krúžok. Počas výpalu sa niekoľko takýchto krúžkov postupne vyberalo z pece, až kým sa nezistilo, že sa zmrštili na správny rozmer.
