Engleska riječ kiln, izvedena iz staroengleske riječi cyln, i pojam furnace često se naizmjenično upotrebljavaju za vrstu peći koja se zagrijava na vrlo visoke temperature u postupku poznatom kao pečenje ili žarenje.
Prema strogoj definiciji, razlika je u tome što se keramička peć puni dok je hladna, a zatim zagrijava, dok se industrijska peć najprije zagrijava i tek potom puni materijalom.
U industriji to znači da se keramičke peći uglavnom povezuju s keramikom i keramičkim postupcima, primjerice s toplinskom obradom sirovina prije njihove upotrebe u konačnom proizvodu. Jedan je primjer pečenje vapnenca, kremena, boksita ili drugih minerala radi izazivanja kemijske promjene; ta se promjena naziva kalcinacija. U keramici se sastojci glazure moraju zagrijati kako bi stvorili vrstu stakla koja se naziva frita. Dobivene staklene frite zatim se melju u fini prah i dodaju obojenim oksidima za proizvodnju glazura. I u drugim povezanim postupcima, kao što je proizvodnja cementa, postrojenje se naziva peć. Neki postupci sušenja na nižim temperaturama također se ponekad smatraju procesima u peći, primjerice sušenje drva u zagrijanom zatvorenom prostoru.
Industrijske peći, s druge strane, najčešće se povezuju s metalurgijom. Pri preradi željeza i čelika često se govori o visokoj peći ili Siemens-Martinovoj peći, dok se u ljevaonicama upotrebljavaju brojne indukcijske peći i peći za toplinsku obradu, primjerice za žarenje.
Keramika i lončarski proizvodi
Proizvodnja keramike i lončarskih proizvoda obuhvaća širok raspon proizvoda. Među njima su takozvani proizvodi grube keramike, poput običnih građevinskih opeka, sanitarne keramike, crjepova i podnih pločica, ali i proizvodi fine keramike, poput stolnog posuđa i ukrasnih figurica. Svi se ti proizvodi izrađuju od gline u određenom obliku, pomiješane s drugim mineralima, te se peku u peći. Većina peći za emajliranje i ukrašavanje zlatom električne su peći.
Staklo
Staklo u svojem najpoznatijem obliku, kao ravno staklo, proizvodi se tako da rastaljeno staklo pluta na kupki od tekućeg kositra u peći. Više umijeća potrebno je obrtnicima koji puhanjem stakla izrađuju vaze i druge oblike. U tom se slučaju rastaljeno staklo održava vrućim u posebnoj vrsti peći za dogrijavanje, poznatoj kao glory hole, a staklopuhač uranja svoju puhaljku u tekuću staklenu masu prije nego što počne ispuhivati željeni oblik.
Vrste keramičkih peći
Prva podjela koju možemo napraviti jest razlika između periodičnih i kontinuiranih peći. U periodičnoj peći materijali ili proizvodi stavljaju se u komoru za pečenje, nakon čega peć prolazi kroz ciklus zagrijavanja i hlađenja, a gotovi se komadi na kraju vade. U kontinuiranoj peći zona pečenja stalno se održava na željenoj temperaturi, a proizvodi neprekidno prolaze kroz nju.
Periodične peći
Periodične peći dostupne su u brojnim konstrukcijskim izvedbama, od kojih ćemo neke ovdje razmotriti. Za manje količine upotrebljavaju se jednostavne peći s nepomičnim podom za slaganje i vratima poput klasične peći, pri čemu rukovatelj puni peć na početku postupka i prazni je na kraju. U peći se mogu nalaziti ploče koje se nazivaju pećnim pločama, a cijeli sustav ploča i nosača naziva se pećni namještaj. Većina tih manjih peći ima uzlazno strujanje. Mnogi keramičari upotrebljavaju peći s gornjim punjenjem, čija je prednost to što zauzimaju manje prostora od drugih vrsta.
Raku peći
Raku peći također su popularne u studijskoj keramici. Za razliku od tradicionalnih peći, upotrebljavaju se za nanošenje premaza ili površinskih završnih slojeva na posude pri visokim temperaturama, nakon čega se posude vrlo brzo hlade.
Za veće količine upotrebljavaju se vagonske peći s jednim ili više pećnih vagona. Oni se mogu napuniti izvan peći, a zatim uvesti u nju, obično po tračnicama. Takve su vagonske peći godinama bile standardna oprema u keramičkoj industriji. Alternativa je nepomični pod za slaganje kod kojeg se grijaća komora vagonske peći pomiče bočno ili prema gore. Te se peći nazivaju pećima s pomičnom komorom odnosno pećima s podiznom komorom. Za kalcinaciju sirovina često se upotrebljava okomita peć, u kojoj se materijal slaže u slojevima koji se izmjenjuju s gorivom, ugljenom ili koksom. Peć se puni odozgo, a gotovi se materijal vadi s donje strane.
Goriva za peći
Iako se peći mogu zagrijavati različitim izvorima energije i gorivima, od električne energije, prirodnog plina, gradskog plina, teškog loživog ulja, ugljena i koksa do drva, suvremene peći visoke temperature uglavnom postižu električnom energijom ili plinom. Većina današnjih peći za lončarske proizvode plinske su ili električne, no nekada je postojala još jedna vrsta periodične peći koja je kao gorivo upotrebljavala ugljen i drvo, a nazivala se peć u obliku boce. Ugljen je izgarao u komori za pečenje zajedno s proizvodima, koji su se morali postaviti u zaštitne keramičke kapsule, poznate kao sagari, kako bi se zaštitili od onečišćene atmosfere nastale izgaranjem ugljena. Mali broj tih peći sačuvan je kao industrijska baština te se povremeno loži u obrazovne svrhe. U prošlosti je postojala i metoda pečenja opeke pri kojoj je niz komora za pečenje bio raspoređen u krug. Te komore, koje su se također ložile ugljenom, palile su se jedna za drugom, tako da se dio topline iz jedne komore upotrebljavao za pečenje u sljedećoj. To su bile Hoffmannove peći.
Peći ložene ugljenom i drvom uzrokuju neprihvatljivu razinu onečišćenja zraka.
Kontinuirane peći
U kontinuiranoj peći zona pečenja stalno se održava na visokoj temperaturi, a proizvodi prolaze kroz nju. Popularna je metoda upotreba pokretne trake koja prenosi proizvode kroz peć tijekom unaprijed određenog vremena; za takozvane brzo pečene zidne i podne pločice uobičajeno vrijeme prolaska iznosi od jednog do dva sata. Tradicionalnije rješenje jest tunelska peć kroz koju neprekidno prolaze pećni vagoni. Vrijeme prolaska jednog vagona može biti 12 ili čak 24 sata. Nedostatak je tog sustava, kao što se može pretpostaviti, potreba za stalno dostupnim vagonima za punjenje. Zaliha napunjenih vagona obično se priprema tijekom dana, a upotrebljava noću. Još je jedan nedostatak potreba za stalnom prisutnošću osoblja peći, 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu. Pri toplinskoj obradi sirovina tome odgovara upotreba rotacijske peći, u kojoj se zona zagrijavanja sastoji od rotirajućeg bubnja s plamenicima u sredini. Materijal se može kretati kroz nagnuti bubanj i više puta prolaziti kroz plamen za zagrijavanje.
Neke uobičajene temperature u keramici
- Biskvitno pečenje kamenine – 1120 °C
- Pečenje glazure na kamenini – 1060 °C
- Porculan – 1200 °C
- Solna glazura – 1250 °C
- Koštani porculan – 1300 °C
- Ukrašavanje zlatom, poznato i kao pozlaćivanje – 800 °C
- Emajlne boje na bazi stakla – 500 °C
Konstrukcijski materijali
Prednost se uglavnom daje laganim materijalima (izolacijskim opekama i keramičkim vlaknima) kako bi se skratilo vrijeme hlađenja peći nakon pečenja. Izolacijska opeka klase 26 najčešće se upotrebljava u kombinaciji s Vitset 45 vatrostalnim mortom. To se, naravno, ne odnosi na tunelske peći, u kojima se održava stalna temperatura i kroz koje prolaze pećni vagoni; te su peći obično obložene gustim vatrostalnim opekama, primjerice vatrostalnim opekama od visokoglinene šamotne mase s 42 % Al₂O₃.
Važno je da materijali koji se upotrebljavaju u keramičkim pećima (obloge peći) imaju nizak sadržaj željeza jer su proizvodi vrlo često bijeli, a onečišćenje željezom u dodiru s pečenom keramikom može uzrokovati crne ili zelene mrlje. Keramička vlakna također treba zaštititi vatrostalnim premazom na bazi cirkona kako bi se spriječilo padanje odvojenih vlakana na proizvode, što je osobito štetno za glazirane proizvode.
U nekim je primjenama važna otpornost na toplinski šok. Ona se ispituje zagrijavanjem uzoraka i njihovim naknadnim uranjanjem u hladnu vodu. Taj se postupak ponavlja pri sve višim temperaturama dok uzorak ne pukne ili se ne raspadne. Glazirana keramika obično je 40 % čvršća od neglazirane keramike i stoga ima veću otpornost na toplinski šok.
Peći za solnu glazuru i sodu
U postupku solnog glaziranja glineni proizvodi peku se na uobičajen način, no kada peć dosegne najvišu temperaturu, sol se kroz otvor na vrhu ubacuje u peć. Zbog visoke temperature sol isparava i stvara sjajan sloj na proizvodima. Sol je u tom postupku vrlo agresivna, a vatrostalni su materijali osjetljivi na djelovanje klorida. Peter Meanley iz Irske proveo je istraživanja koja pokazuju da se opeke mogu zaštititi ako se prije prve upotrebe za solno glaziranje obrade proizvodom Silcas -A. Postupak u peći za sodu vrlo je sličan, ali umjesto natrijeva klorida upotrebljava natrijev bikarbonat.
Druge i posebne peći
Sušara za drvo
Sušenje tvrdog drva.
Kada se piljena građa prvi put ispili iz posječenog stabla, ima visok sadržaj vlage. Drvo se stoga najprije mora osušiti u komorama za sušenje drva.
Sušenje drva često se ubrzava zagrijavanjem u posebnoj vrsti sušare kako bi se sadržaj vlage smanjio na manje od 25 %. To je važno za izgaranje drva u roštilju, pizza-peći na drva ili čak u kućnoj peći na drva ili kaminu. Tako obrađeno drvo naziva se komorno sušenim ogrjevnim drvom.
Načini regulacije i praćenja temperature u peći
Električna peć
Suvremene električne peći obično su opremljene digitalnim programabilnim regulatorom koji prati temperaturu pomoću termopara i upravlja postupkom pečenja prema unaprijed postavljenom programu koji obuhvaća fazu predgrijavanja, porast temperature i vrijeme održavanja na najvišoj temperaturi.
Jednostavnija verzija tog sustava u električnoj peći više nalikuje termostatu i naziva se kiln sitter. Ona samo uključuje i isključuje napajanje kako bi se postigla zadana vrijednost.
Plinske peći
Plinske peći imaju sličnu opremu, ali električni instrumenti u njima moraju upravljati plinskim ventilima te pratiti tlakove i temperature. Kod plinskih peći važno je mjeriti razinu kisika u peći. Ako je razina preniska, plin neće pravilno izgarati; ako je previsoka, peć će se prerano ohladiti. Plinska peć obično se zagrijava uz blagi pretlak od 0,25–0,5 Pa u odnosu na atmosferu izvan peći. Time se osigurava da toplina izlazi iz peći umjesto da hladan zrak ulazi u nju.
Prije uvođenja suvremenih mjernih instrumenata upotrebljavala se metoda pri kojoj se od keramičke mase s poznatim svojstvima skupljanja prešao prsten. Tijekom pečenja nekoliko se takvih prstenova redom vadilo iz peći dok se ne bi utvrdilo da su se skupili na odgovarajuću veličinu.
