Spis treści

Pierścienie pirometryczne w ceramice

Wstęp

Pierścienie pirometryczne – nazywane niekiedy krążkami pirometrycznymi wykorzystywane są w ceramice do pomiaru temperatury. Jednak podstawowym celem ich zastosowania jest pomiar ilości pochłoniętej energii. Generalna zasada pomiarów w technice brzmi: Jeśli coś mierzymy to powinniśmy mieć świadomość:

    1. co mierzymy
    2. po co mierzymy
    3. jak mierzyć
    4. jaka jest ( konieczna ) dokładność pomiaru
    5. co oznacza wynik pomiaru
Pierścienie pirometryczne

Pomiary temperatury za pomocą pierścieni pirometrycznych

Aby dokonać pomiarów za pomocą pierścieni pirometrycznych najlepiej udać się na stronę dowolnego producenta takich pierścieni. Np. firma Polindex daje taki opis pierścieni PTCR – opis pierścieni w linku

Co mierzymy?

Producent opisuje to tak: „Pierścienie do kontroli temperatury procesu to bardzo dokładne ceramiczne elementy wskazujące faktyczną ilości ciepła, które zostało pobrane (pochłonięte) podczas procesu wypalania .Pierścienie PTCR uwzględniają ciepło wypromieniowane w piecu jak również ciepło przekazane przez wykładzinę pieca podczas całego cyklu wypalania. Proces spiekania powoduje, że pierścień się kurczy. Postęp tego kurczenia trwa tak długo, jak długo jest utrzymywana temperatura szczytowa. To kurczenie jest także proporcjonalne do temperatury wypalania i czasu wypalania .”

Co z tego wynika? Jeśli porozstawiamy pierścienie w krytycznych, interesujących nas punktach pieca do wypału ceramiki możemy zmierzyć tzw. rozkład temperatur w piecu. Po ludzku: 

1/ Jaka temperatura występuje w jakim punkcie pieca.

2/ Jaka  szacunkowo ilość energii dostarczana jest do tego punktu.

Taki pomiar daje nam możliwość poznania swojego egzemplarza pieca i jego stanu w danym momencie. Zgodność faktycznych odczytów czujnika pomiarowego naszej automatyki ( tego co pokazuje wyświetlacz temperatury na pulpicie ) ze stanem faktycznym: w miarę przybliżoną temperaturą w piecu ( w danym, interesującym nas miejscu )

Po co mierzymy?

Każdy ( większość ) producentów mas plastycznych i substancji zdobiących ( szkliw, pigmentów, farb ) podaje temperatury charakterystyczne, w tym np. temperatury spieku gliny. My chcemy ( lub nie ) dostosować się podczas wypału do tych zaleceń.

Jak mierzymy?

Najlepiej dostosować się do zaleceń producenta pierścieni. 

1/ Pierścienie poumieszczać w wybranych, interesujących nas miejscach pieca.

2/ Dokonać wypału według przyjętej krzywej wypału.

3/ odczytać wyniki pomiaru i je zanotować.

Jaka jest (konieczna) dokładność pomiaru?

Bardzo często wyniki pomiarów są dla nas zaskakujące. Otóż okazuje się, że faktyczne temperatury w piecu różnią się od temperatury wskazywanej przez element pomiarowy naszej automatyki. W zasadzie nie byłoby to takie zaskakujące gdybyśmy uświadomili sobie, że temperatura wyświetlana na naszej automatyce to …. temperatura w miejscu jej pomiaru 🙂 

Czy oznacza to, że nasza termopara kłamie? Czasami tak …ale w większości przypadków nie!!! Ona pokazuje temperaturę w miejscu gdzie ją mierzy!!! No to teraz pytanie …no ale jak to? Niektórzy z nas zauważyli, że gdy nasz piec się nagrzewa to jego spirale też 🙂 Właściwie nawet to one nasz piec nagrzewają. 

Osoby techniczne wiedzą, że „świecenie” spiral to emisja energii w postaci promieniowania. W zasadzie w wyższych temperaturach przeważająca część nagrzewania odbywa się przez promieniowanie. Dlatego jeśli nasza termopara jest odsłonięta ( nie przysłonięta wypalanymi czerepami ) będzie pokazywać temperaturę zbliżoną do rzeczywistej. Jeśli zaś promieniowanie spiral do niej dociera to będzie pokazywała temperaturę wyższą. W końcu prawie wszyscy z nas wiedzą, że można się opalić będąc w zimie na Gubałówce pomimo temperatury w okolicach -10 C.

Teraz o dokładności:

Producenci pieców ( choć nie zawsze ) informują, że faktyczna temperatura w piecu może się różnić od tej na wyświetlaczu. Jest pewna tolerancja. Niech to będzie +/- 2 %. Choć de facto jest większa. te +/- 2% w temperaturze 1240 C odpowiadają ok. 25 C !

Producenci mas i szkliw ( choć nie zawsze ) informują, że faktyczna temperatura spieku lub wypału szkliw jest orientacyjna!!!  Jest pewna tolerancja. Niech to będzie +/- 2 %. Choć de facto jest większa. te +/- 2% w temperaturze 1240 C odpowiadają kolejnym 25 C !

Mając to na uwadze… producenci zakładają margines bezpieczeństwa aby, jak to się mówi w technice „być po bezpiecznej stronie”. W temperaturze różniącej się od tej podanej na paczce lub pudełku w granicach ok. 40-50 C i szkliwo nam się wypali i glina nam osiągnie spiek…. pod kilkoma jednak warunkami!!!

Co oznacza wynik pomiaru?

Wynik pomiaru za pomocą pierścienia pirometrycznego oznacza że:

1/ tego dnia

2/ w tym konkretnym piecu

3/ przy konkretnym załadunku pieca

4/ przy konkretnym ustawieniu czerepów

5/  odczytaliśmy dokładnie takie temperatury w miejscach pomiaru jakie wskazały pierścienie pirometryczne

Ponieważ

1/ Tego dnia w naszej sieci elektrycznej panowało konkretne napięcie ( to mierzone w V ) – zasadniczo ono najmniej się zmienia …ale czasem…

2/ Pomiary są charakterystyczne dla tego konkretnego pieca, w którym mierzymy temperaturę

3/ Pomiary są zależne od ilości załadowanego wsadu!!! Jak do pieca załadujemy więcej lub mniej to będą wyniki pomiarów będą inne.

4/ Jeśli inaczej ustawimy czerepy pomiary też będą inne!!! Pamiętajmy, że przekazywanie energii odbywa się przez promieniowanie więc to co najbliżej spiral nagrzewa się szybciej a to co wewnątrz – jest przysłonięte nagrzewa się wolniej !!!

5/ co istotne!!! – możliwości emisji ciepła zmieniają się z czasem!!! np. Im palimy wyżej tym spirale ( grzałki) zużywają się szybciej. Ich emisyjność ( zdolność ogrzewania ) spada z czasem. Więc… pomiary dokonane wczoraj mogą i często tak jest być inne od pomiarów dokonanych za pół roku – przy dokładnie identycznych warunkach w piecu!!! Pierścienie pirometryczne powinny stać się naszymi pomocnikami co czas jakiś. ( Jeśli jesteśmy pedantyczni 🙂 )

 

Wnioski

Czy dokładne pomiary za pomocą pierścieni pirometrycznych mają sens?

Jak najbardziej!!! one służą ceramikowi do poznania możliwości jego pieca. Tu dochodzimy do parametru, o którym dotychczas nie wspomnieliśmy. Czas przetrzymania ( soak )!!! Pierścienie pirometryczne mierzą nam ilość dostarczonej energii. Jednym z parametrów ( ważnych parametrów) jest temperatura. Jest jeszcze jeden parametr. Czas oddziaływania tej temperatury na wypalane produkty. Po co to przetrzymanie? Otóż załóżmy sobie, że temperatura doszła do naszych teoretycznych 1240 C. Piec się wyłączył i stygnie. 

Z dużym prawdopodobieństwem temperatura w punktach pomiaru została osiągnięta. Jednak… Jeśli wstawimy np. dwa naczynia o różnej grubości ścianek. Np. jedno ma grubość 5 mm drugie 8 mm. To one się nie wypalą równo bo ogrzewanie następuje przez promieniowanie od zewnątrz ku wnętrzu. Jeśli różnice grubości ścianek będą jeszcze większe – może być jeszcze gorzej, Przetrzymanie jest to utrzymywanie pieca we względnie stałej ( bo jest coś takiego jak histereza ) temperaturze przez pewien określony czas. Jego celem jest wyrównanie temperatury w całej masie wypalanych wyrobów. W czasie przetrzymania temperatura jest względnie stałą więc nic nie powinno się stać. Przetrzymania w piecach mogą i często dochodzą nawet do kilku, kilkunastu godzin!!! W warunkach drobnej ceramiki wystarczają oczywiście okresy proporcjonalnie krótsze.

Można przyjąć z pewnym przybliżeniem, że pierścienie pirometryczne użyte podczas wypału pokazują jaka temperatura panuje w środku wypalanych przedmiotów. Podczas gdy temperatura wskazywana przez automatykę pieca obrazuje temperaturę otoczenia wypalanych w piecu przedmiotów. Takie założenie pozwala nam lepiej zrozumieć sens używania pierścieni pirometrycznych. Zawsze powinniśmy bowiem pamiętać, że w rzeczywistości interesuje nas temperatura, którą osiągają wypalane czerepy gdyż to jest właściwe kryterium doboru temperatury wypału. Reszta jest tylko pochodną.

Czy dokładne pomiary za pomocą pierścieni mają sens?

Jak najbardziej!!! one służą ceramikowi do poznania możliwości jego pieca. Tu dochodzimy do parametru, o którym dotychczas nie wspomnieliśmy. Czas przetrzymania ( soak )!!! Pierścienie pirometryczne mierzą nam ilość dostarczonej energii. Jednym z parametrów ( ważnych parametrów) jest temperatura. Jest jeszcze jeden parametr. Czas oddziaływania tej temperatury na wypalane produkty. Po co to przetrzymanie? Otóż załóżmy sobie, że temperatura doszła do naszych teoretycznych 1240 C. Piec się wyłączył i stygnie. 

Z dużym prawdopodobieństwem temperatura w punktach pomiaru została osiągnięta. Jednak… Jeśli wstawimy np. dwa naczynia o różnej grubości ścianek. Np. jedno ma grubość 5 mm drugie 8 mm. To one się nie wypalą równo bo ogrzewanie następuje przez promieniowanie od środka ku wnętrzu. Jeśli różnice grubości ścianek będą jeszcze większe – może być jeszcze gorzej, Przetrzymanie jest to utrzymywanie pieca we względnie stałej ( bo jest coś takiego jak histereza ) temperaturze przez pewien określony czas. Jego celem jest wyrównanie temperatury w całej masie wypalanych wyrobów. W czasie przetrzymania temperatura jest względnie stałą więc nic nie powinno się stać. Przetrzymania w piecach mogą i często dochodzą nawet do kilku, kilkunastu godzin!!! W warunkach drobnej ceramiki wystarczają oczywiście okresy proporcjonalnie krótsze.

Podsumowanie

Ten krótki artykuł oczywiście nie wyczerpuje tematu. Wiele aspektów zostało już przyzwoicie wyjaśnionych i poruszonych w poście, do którego się odnoszę. Ale może nie wszyscy wiedzą dlaczego… Stąd ten tekst.

Trochę o pomiarach temperatury w piecu ceramicznym ( nie tylko pierścienie ale i stożki ) jest także tu.

Pierścienie pirometryczne Bullers Ring

Uwaga!!! lokowanie produktu 🙂

jak wiecie albo może nie wiecie prowadzę warsztaty dotyczące „techniki” w ceramice. Tam można podczas dwóch, trzech dni zdobyć sporo informacji. Nie jestem wybitnie znany wszystkim ani sławny 🙂 Ponieważ już pytano mnie kto to taki sławny prowadzi te warsztaty 🙂 Prowadzę ja!!! Nie byłem głównym technologiem ceramiki ani we Włocławku ani w Bolesławcu ani w żadnej fabryce 🙂 Ale już jest kilka osób ( bardziej ode mnie znanych ), które uczestniczyły w tych warsztatach i nawet mówiły, że się dużo dowiedziały 🙂 Poszukajcie, popytajcie… 🙂 Na wszelki wypadek link poniżej:

Podstawy „technologii” ceramiki

Masz problem? Szukasz porady?