Tiểu luận lò nung gốm sứ

Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 2
CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ 3
1.1 Định nghĩa gốm sứ 3
1.2 Nguyên liệu sản xuất 3
1.3 Dây chuyền sản xuất gốm sứ 4
CHƯƠNG 2: LÒ NUNG GỐM SỨ SỬ DỤNG KHÍ GAS 7
2.1 Cấu tạo hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí 7
2.2 Nguyên lý hoạt động 12
2.3 Chế độ nhiệt trong lò nung 13
KẾT LUẬN 15
TÀI LIỆU THAM KHẢO 16



Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU
Từ xa xưa, các sản phẩm bằng gốm sứ là các vật dụng không thể thiếu đối với người
dân Việt Nam. Ngày nay, ngoài việc sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, gốm sứ còn
có nhiều ứng dụng trong xây dựng, trang trí nhà cửa, làm sứ cách điện, hay trong một
số ngành công nghiệp khác.
Trên khắp đất nước Việt Nam có rất nhiều làng nghề sản xuất đồ gốm với hàng trăm

năm lịch sử. Các lò nung gốm tại đây sử dụng nhiều công nghệ cũ, lạc hậu. Vì vậy chất
lượng sản phẩm còn thấp, ít có tính cạnh tranh, và mang lại hiệu quả kinh thế chưa cao.
Hiện nay, sử dụng lò nung gốm sử dụng khí gas đang là hướng đi mới cho các làng
nghề sản xuất gốm sứ với nhiều ưu điểm mang lại.
Trong tiểu luận này em xin trình bày “ Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas”
Nội dung tiểu luận gồm:
- Công nghệ sản xuất gốm sứ
- Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas

Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 3

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ
1.1 Định nghĩa gốm sứ
Gốm là vật liệu vô cơ không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, ngoài ra cso thể gồm cả
pha thủy tinh. Nguyên liệu để sản xuất gốm bao gồm một phần hay tất cả là đất sét
hoặc cao lanh. Phối liệu sản xuất gốm được tạo hình và thiết kế ở nhiệt độ cao làm cho
vật liệu có những tính chất hóa lý đặc trưng.
Gốm sứ là loại vật liệu không thấm nước và khí (<5%) thường có màu trắng. Sứ có độ
bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt. sứ được dung để sản xuất đồ gia
dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng.
Có nhiều cách phần loại gốm:
- Gốm truyền thống: Gốm thô, gốm mịn
- Gốm kỹ thuật
Gốm kỹ thuật có những tính chất khác hẳn với gốm truyền thống do cách sử dụng các
nguyên liệu. Điểm giống nhau giữa chúng là cách sử dụng quá trình thiêu kết ở nhiệt
độ cao để tạo thành sản phẩm.
1.2 Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu sản xuất gốm sứ bao gồm 3 loại chính:

- Nguyên liệu dẻo: Các loại cao lanh, đất sét, chúng tạo điều kiện hình thành phối
liệu dẻo. Tính dẻo ở đây là do các khoáng sét tạo thành.
- Nguyên liệu không dẻo: Còn gọi là nguyên liệu đầy, có tách dụng làm giảm sự
co ngót khi sấy và nung, chống nứt khi sấy và nung nhưng đồng thời cũng làm
giảm khả năng tạo hình. So với nguyên liệu dẻo thì nguyên liệu đầy có các hạt
thô hơn, hạt thường không xốp, tương đối ổn định và không biến tính khi nung,
khi nung ko co ngót. Nguyên liệu đầy điển hình như thạch anh, corundon, đất
sét nung (samốt)…
- Chất trợ dung: Theo quan điểm tạo hình và sấy thì loại nguyên liệu này tương tự
loại số hai, nhưng chức năng chính của nó là tạo pha lỏng khi nung. Điều này sẽ
tạo điều kiện và thúc đẩy nhanh quá trình kết khối. Điển hình cho loại này là
tràng thạch alkali hay các nguyên liệu chứa các oxít kiềm thổ.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 4

Về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm nguyên liệu dẻo là quan trọng nhất vì
khoáng caolinit trong đất sét sau quá trình nung hình thành pha tinh thể mullet, là
khoáng đóng vai trò quyết định hình thành nên những tính chất của gốm.
1.3 Dây chuyền sản xuất gốm sứ
Quá trình sản xuất gốm sứ bao gồm các bước:
a) Nghiền
Là quá trình tạo độ min cho nguyên phối liêu, tạo điều kiên cho phản ứng nhiệt độ cao
khi nung vì điện tích tiếp xúc giữa các hạt lớn, mặt khác quá trình nghiền mịn tạo ra số
khuyết tật sản phẩm ít hơn.
Quá trình nghiền chia làm ba loại:
- Nghiền thô
- Nghiền trung bình
- Nghiền mịn
b) Chuẩn bị phối liệu

Yêu cầu cơ bản của việc chuẩn bị phối liệu là:
- Đạt được độ chính xác cao nhất về thành phần hóa học và tỉ lệ cỡ hạt, thành
phần phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó ở các khâu trong dây chuyền
công nghệ để đảm bảo đúng tính chất cần mong muốn của các loại sản phẩm sau
khi nung.
- Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hóa, thành phần hạt, lượng nước tạo
hình, chất điện giải hay các loại phụ gia… trong phối liệu theo thời gian và vị trí
khác nhau.
Mục đích của việc chuẩn bị phối liệu là:
- Tạo ra phối liệu đúng theo lượng đã tính toán
- Tiếp tục nghiền mịn các loại nguyên liệu đến cỡ hạt yêu cầu
- Tạo được sự hòa trộn đồng nhất của tất cả các loại nguyên liệu trong phối liệu,
có độ ẩm đồng nhất, có những thông số công nghệ tối ưu phù hợp với công đoạn
tạo hình tiếp theo
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 5

Phương pháp chuẩn bị phối liệu truyền thống là nghiền trộn chung các loại nguyên liệu
thành huyền phù trong máy nghiền bi.
c) Kiểm tra kỹ thuật phối liệu
Kiểm tra các đặc tính kỹ thuật của phối liệu bao gồm:
- Kiểm tra độ chính xác và đồng nhất về thành phần hóa, thành phần hạt và độ
ẩm.
- Kiểm tra màu sắc của đất mộc sau khi nung
- Kiểm tra một số tính chất kỹ thuật của phối liệu ở nhiệt độ thường: độ dẻo,
cường độ mộc, độ co sấy….
- Kiểm tra các tính chất của phối liệu ở nhiệt độ cao (chủ yếu là ở nhiệt độ nung)
d) Tạo hình
Mục đích của khâu tạo hình cũng như yêu cầu cơ bản của nó là thỏa mãn các chỉ tiêu

về kích thước, hình dạng hình học, độ đồng nhất của bán thành phẩm và của sản phẩm.
Theo mức độ đồng nhất (thành phần, độ ẩm, mật độ và cấu trúc) do các phương pháp
tạo hình đạt được thì tổng quát có thể sắp xếp theo thứ tự sau:
- Đồ rót sản phẩn rỗng
- Đồ rót sản phẩm đặc
- Xây trên máy
- Xây trên máy và kể cả vuốt, gắn ráp bằng tay
- Ép bán khô
- Ép dẻo
- Nện dập thủ công
e) Sấy sản phẩm
Sản phẩm gốm sứ sau khi tạo hình có thể có độ ẩm tới 25%. Để việc sửa mộc, vận
chuyển, tráng men và nung dễ dàng bắt buộc phải sấy sản phẩm.
Khi sấy hơi ẩm sẽ thoát ra, nếu chúng thoát ra đột ngột, phần nước ở trên bề mặt hay
sát bề mặt thoát ra dễ dàng nhưng hơi ẩm bên trong lòng sản phẩm thoát ra rất khó
khăn do đó áp suất ấy vượt quá lực liên kết của các hạt sé sẽ gây gãy nên hiện tượng nổ
sản phẩm ngay lúc sấy (hay lúc nung).
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 6

Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước liên kết vật lý (còn gọi là nước tự do, nằm ở
các lỗ trống giữa các hạt vật liệu) hay nước liên kết hóa lý (bao gồm nước hấp phụ,
nước hydrat hóa và ở các loại khoáng sét ba lớp silicat và nước trương nở).
f) Nung
Là khâu quan trọng nhất trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ.
Khi nung, trong vật liệu xảy ra phản ứng ở nhiệt độ cao, các cấu tử trong nguyên liệu,
quá trình kết khôi, quá trình xuất hiện pha lỏng, quá trình hòa tan và tái kết tinh các
tinh thể. Quá trình nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt, trao đổi chất, và
các quá trình này diễn ra rất phức tạp.

Điều quan trọng nhất trong quá trình nung là tạo ra vật liệu có vi cấu trúc mới.
Cấu trúc xương của sản phẩm gồm một hệ thống nhiều pha phức tạp bao gồm pha thủy
tinh, pha tinh thể và pha khí. Tỉ lệ số lượng các pha này là thành phần pha của xương
sản phẩm, nó xác định tính chất vật lý của xương sản phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung:
- Thành phần hóa học của phối liệu
- Kích thước và thành phần hạt
- Mật độ của bán thành phẩm
- Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu
- Tốc độ nâng và giảm nhiệt độ
- Môi trường khí của quá trình nung
g) Phủ men
Men phủ là lớp phủ silicat hay lớp phru oxít dùng để phủ lên bề mặt vật liệu giúp vật
liệu bền hơn dưới ảnh hưởng của môi trường và nhiệt độ, giúp nâng cao cường độ cơ
học và thẩm mỹ, làm cho bề mặt xương gốm bóng láng và không thấm nước.
Lớp men sứ phủ thường là lớp thủy tinh mỏng chiều dày 0,1-0,4 mm. Nhiệt độ chảy
dao động trong khoảng 900 – 14000C.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 7

CHƯƠNG 2: LÒ NUNG GỐM SỨ SỬ DỤNG KHÍ GAS
Như đã trình bày ở phần trên, công đoạn nung là công đoạn quan trọng bậc nhất và
quyết định đến chất lượng sản phẩm. Nung gốm sứ từ xa xưa sử dụng các loại lò nung
bằng củi, bằng than nhưng cho hiệu suất thấp và chất lượng sản phẩm chưa cao. Trong
kỹ thuật hiện đại ngày nay, người ta sử dụng các loại lò nung bằng khí gas với nhiều ưu
điểm
- Giảm tiêu hao nhiên liệu
- Tiết kiệm thời gian nung
- Sản phẩm có chất lượng cao

- Giảm tình trạng ô nhiễm môi trường
- Giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế
2.1 Cấu tạo hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí
Lò nung sử dụng nhiên liệu khí gas là loại lò công nghiệpcó kích thước và khối lượng
lớn. Cấu tạo lò nung bao gồm:
a) Thân lò
Kết cấu phần thân lò gồm ba lớp:
- Phía trong cùng là lớp gạch chịu lửa: Đây là lớp gạch có khả năng chịu nhiệt rất
cao lên đến trên 1300
0
C. Thường sử dụng là loại gạch chịu lửa samốt.
- Ở giữa là lớp bông khoáng thủy tinh có nhiệm vụ cách nhiệt, làm giảm sự truyền
nhiệt nhiệt độ từ phía trong lò ra bên ngoài. Lớp bông khoáng có ưu điểm là dẫn
nhiệt kém, tỷ trọng nhẹ, giảm khối lượng lò nung.
- Ngoài cùng là vỏ lò, thường làm bằng thép, có nhiệm vụ tạo kế cấu khung cho
lò, là bộ phận để lắp các cụm chi tiết khác như: buồng điều hòa, ống khói, toàn
bộ đường ống dẫn khí và nhiên liệu.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 8


Hình 2.1: Thân lò
Mặt trong của thành lò được thiết kế nhô ra ăn khớp với phần rãnh của xe lò tạo sự kín
khít trong quá trình lò làm việc.
Phần nóc lò có kết cấu dạng phẳng hoặc dạng vòm, đóng vai trò là miền giới hạn giữa
thân lò và buồng điều hòa.
b) Xe lò
Xe vừa có nhiệm vụ là đưa vật nung từ ngoài vào trong buồng đốt còn làm nhiệm vụ
đóng vai trò là đáy lò. Xe lò được chế tạo rời so với phần thân lò.

Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép tấm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ hệ
thống bánh xe. Phần phía trên thép tấm là lớp gạch chịu lửa khít với hai thành bên của
lò, đảm bảo hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài được. Khi không hoạt động, xe lò được
đưa ra ngoài, đến khi hoạt động, sản phẩm được xếp đầy lên xe lò và đưa vào lò để
thực hiện quá trình nung.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 9




Hình 2.2: Xe lò
1. Khung thép 2. Gạch chịu lửa 3. Hệ thống bánh xe
c) Cụm cửa lò
Cửa lò có nhiều loại, và nhiều kiểu thiết kế nhưng cơ bản phải phải đảm bảo các điều
kiện sau:
- Đóng mở dễ dàng và thuận tiện
- Đủ cứng vững và đủ kín
- Không bị biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ cao
Cửa lò cấu tạo cũng gồm các phần giống như phần thân lò, và được lắp bản lề gắn với
phần thân lò. Trên cửa lò có hệ thống vô lăng khóa cửa khi lò vận hành, tạo độ kín cho
lò khi hoạt động.

Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 10


Hình 2.3: Cụm cửa lò

1. Vô lăng khóa cửa
3. Khung cửa
2. Tay nắm cửa
4. Bản lề
d) Hệ thống đường ống dẫn khí và đầu đốt
Chức năng của hệ thống đường ống dẫn khí đốt là dẫn nhiên liệu cung cấp tới các đầu
đốt từ đó tạo ra nhiệt độ để thực hiện quá trình nung.



Hình 2.4: Hệ thống đốt nhiên liệu
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 11




Hình 2.5: Đầu đốt nhiên liệu

Hình 2.6: Sự đốt nhiên liệu trong lò
Hệ thống đầu đốt sẽ được bố trí ở hai bên, dọc theo chiều dài của thân lò. Hệ thống này
sẽ được nối với hệ thống đường ống dẫn khí gas ở phía dưới. Khí gas sử dụng trong
quá trình đốt có thể là khí thiên nhiên hoặc lấy từ quá trình khí hóa than.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 12

2.2 Nguyên lý hoạt động
Quá trình nung trải qua các bước:

- Bước 1: Sản phẩm được xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ được lót
bằng thép hoặc vật liệu chịu lửa. Sản phẩm được xếp sao cho khi xe lò được đưa
vào lò sẽ ko tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa trong lò.
- Bước 2: Thổi không khí vào lò, đuổi khí gas có trong lò tránh hiện tượng tạo
hỗn hợp nổ. Sau khi đuổi khí cấp gas vào lò để kiểm tra độ ổn định của hệ thống
đầu đốt.
- Bước 3: Điều chỉnh nhiệt độ của lò ở ở chế độ sấy (khoảng 550
0
C), giữ nhiệt độ
trong khoảng 3giờ. Mục đích là để sản phẩm được khô đều, tiếp đó nâng nhiệt
độ lên 1120
0
C, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ như vậy được duy trì
tới khi gốm được nung xong.
- Bước 4: Quá trình làm nguội gốm đã chín về nhiệt độ thấp cũng được điều chỉnh
giảm theo từng thang nhiệt độ nhất định, tránh hiện tượng tăng giảm nhiệt độ
đột ngột làm hỏng sản phẩm.

Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 13

2.3 Chế độ nhiệt trong lò nung

Hình 2.7: Đường cong nhiệt nung
Nhiệt độ là một tham số điều khiển quan trọng để điều khiển hệ thống lò nung gốm, sứ.
Nó quyết định chất lượng của sản phẩm và năng suất của hệ thống lò. Nhiệt độ có ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình Oxi hoá - khử của nguyên liệu và quá trình tạo sản phẩm.
Trong quá trình Oxi hoá - khử, nhiệt độ phải được đảm bảo khoảng 500 – 700
0

C và ổn
định. Điều này giúp cho quá trình Oxi hoá - khử diễn ra thuận lợi và đảm bảo hàm
lượng nguyên liệu được Oxi hoá - khử từ 90 - 95% trước khi đi vào lò nung. Trong lò
nung, nhiệt độ yêu cầu ổn định ở 1120
0
C điều này rất quan trọng vì nó đảm bảo đến
chất lượng sản phẩm.
Trong hệ thống lò nung có rất nhiều điểm điều khiển nhiệt độ và phân bố trong một giả
rất rộng từ 300
0
C - 1120
0
C. Mỗi điểm có một yêu cầu riêng. do vậy, điều khiển nhiệt
độ ở đây rất phức tạp. Ngoài ra việc đo nhiệt độ chính xác trong môi trường có độ bụi
cao là rất khó khăn. Điều này làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiển nhiệt độ
hệ thống lò nung.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 14

Lò nung được chia làm ba khu vực nhiệt độ đó là: oxi hoá - khử, nung, làm nguội. Yêu
cầu công nghệ quan trọng là phải giữ được nhiệt độ và ngọn lửa nung ổn định khoảng
1120oC để quá trình tạo sứ được tốt. Hàm lượng CO ở đầu lò phải thấp khoảng 0,2%
hàm lượng ôxy được giữ ổn định trong khoảng 2%-4%.
Nếu giả định chất lợng than gần như không đổi thì nhiệt độ ngọn lửa phụ thuộc vào các
yếu tố sau:
- Tốc độ cấp liệu gas vào lò
- Lượng không khí cấp vào lò
- Lượng khí hồi lưu
Khi vận hành bình thường, người ta thường giữ lượng không khí cấp vào lò cố định để

giữ cho ngọn lửa không đổi. Lưu lượng được đặt tuỳ theo kiểu vòi đốt sử dụng. Thông
thường, lượng khí hồi lưu được điều khiển bằng hàm lượng ôxy tại đầu vào của lò. Giá
trị của điểm đặt hàm lượng ôxy được chọn sao cho luôn luôn đảm bảo đủ ôxy để đốt
cháy hoàn toàn nhiên liệu.
Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 15

KẾT LUẬN
Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas là loại lò nung công nghiệp, hiện đại với ưu điểm
giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm chi phí sản xuất, tiết kiệm thời gian nung, tỷ lệ thu hồi
sản phẩm sao và đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Do thời gian tìm hiểu có giới hạn nên nội dung của tiểu luận chỉ là giới thiệu về cấu tạo
và nguyên lý hoạt động của lò, chưa đi sâu vào tính toán. Vì vậy không tránh khỏi
nhiểu thiếu sót

Tiểu luận Lò Công nghiệp và kỹ thuật đốt nhiên liệu

Trang 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình công nghệ sản xuất gốm sứ - TS. Nguyễn Văn Dũng , Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội 2005