مخروط پیرومتریک
مخروط‌ها ابزار اندازه‌گیری دمای واقعی و میزان حرارت مؤثر درون کوره استفاده می‌شوند.
برخلاف ترموکوپل که فقط دمای لحظه‌ای هوا را نشان می‌دهد، مخروط‌ها نشان‌دهنده‌ی میزان حرارتی هستند که به قطعات و لعاب رسیده است.
هر شماره مخروط با دمای مشخصی از نرم‌شدن و خم شدن متناظر است که نشان می‌دهد کوره تا چه حد حرارت مؤثر دریافت کرده است. مخروط‌های پیرومتریک در اندازه‌ها و اشکال مختلف موجود هستند و هر اندازه و شکل دارای نمودار دمایی متفاوت است. همه خاک‌ها و لعاب‌ها برای پخت به مقدار یا بازه مشخصی از مخروط‌ها طراحی شده‌اند.
توصیه می‌شود مخروط را حدود 5 سانتی‌متر از دیواره کوره و 5 سانتی‌متر از نوک ترموکوپل قرار دهید و مخروط را به سمت مرکز محفظه کوره نشانه‌گیری کنید. اطمینان حاصل کنید که فضای بین ترموکوپل و مخروط مسدود نشده باشد.
جدول زیر مقادیر تقریبی دمای هر مخروط را نشان می‌دهد، اما توجه داشته باشید که این دماها ممکن است بسته به سرعت پخت، نوع کوره، و موقعیت مخروط درون کوره کمی متفاوت باشند.
| شماره مخروط | دما (°C) تقریبی | نوع پخت / کاربرد معمول |
|---|---|---|
| 022 | 590°C | بیسک اولیه، دکال، لاستر پایین‌دما |
| 021 | 630°C | دکال و لاستر |
| 020 | 660°C | لعاب‌های کم‌دما |
| 019 | 700°C | تست اولیه لعاب کم‌دما |
| 018 | 730°C | بیسک کم‌دما |
| 017 | 780°C | بیسک نازک یا دکال |
| 016 | 800°C | لاستر یا اورگلِیز |
| 015 | 840°C | بیسک ضعیف برای گِل‌های نرم |
| 014 | 870°C | شروع محدوده فاینس |
| 012 | 900°C | بیسک استاندارد ارتن‌ور فاینس |
| 010 | 940°C | لعاب‌های فاینس کم‌دما |
| 06 | 999°C | محدوده فاینس و تراکوتا |
| 04 | 1060°C | بیسک متداول ارتن‌ور |
| 02 | 1112°C | بیسک سفت‌تر |
| 1 | 1120°C | شروع محدوده استون‌ور کم‌دما |
| 3 | 1155°C | ارتن‌ور سخت‌شده |
| 5 | 1180°C | محدوده میانی استون‌ور |
| 6 | 1220°C | استون‌ور عمومی و لعاب‌های استودیو |
| 8 | 1260°C | استون‌ور سخت‌تر، نیمه‌پرسلانی |
| 9 | 1280°C | لعاب‌های دمای بالا، بدنه نیمه‌پرسلانی |
| 10 | 1300°C | پرسلان و لعاب‌های دمای بالا |
| 11 | 1315°C | پرسلان سخت |
| 12 | 1330°C | پرسلان صنعتی |
| 13 | 1345°C | بدنه‌های فنی خاص |
تفاوت در سرعت افزایش دما می‌تواند بر نتیجه نهایی تأثیر بگذارد؛ بنابراین، استفاده از مخروط‌ها در نقاط مختلف کوره برای بررسی یکنواختی دما توصیه می‌شود.
مخروط‌های اندازه‌گیری حرارت که درون کوره استفاده می‌شوند، نشان‌دهنده‌ی پخت واقعی و عملی هستند و ممکن است نتایج آن‌ها با اعداد تئوریک جدول متفاوت باشد.
جدول فقط تخمین تئوریک می‌دهد، اما مخروط دقیق‌ترین شاخص پایان پخت است، چون اثر زمان، موقعیت در کوره و شرایط واقعی حرارت‌دهی را هم در نظر می‌گیرد.
جدول مخروط حرارتی (استاندارد اورتون)
جدول مخروط‌های اورتون (Orton Cone Chart) توسط ادوارد اورتون جونیور در اواخر قرن ۱۹ توسعه یافت. این نمودار بر اساس استفاده از مخروط‌های پیرومتریک (Pyrometric Cones) برای اندازه‌گیری حرارت کارکردی (heatwork) در فرآیند پخت کوره طراحی شده است. قبل از توسعه این ابزار، هیچ روش علمی برای مشخص کردن زمان دقیق پایان پخت برای رسیدن به بلوغ مطلوب خاک رس یا لعاب وجود نداشت. سفالگران هنگام کار با کوره مجبور بودند گرما را از طریق رنگ نور خارج‌شده از سوراخ‌های کوره (peep holes) تشخیص دهند. همان‌طور که در نمودار نشان داده شده است، با افزایش دما در کوره، رنگ نور از قرمز به زرد و سپس سفید تغییر می‌کند. با استفاده از این ابزار می‌توان به درک صحیحی از دمای واقعی پخت کوره با در نظر گرفتن زمان، سرعت افزایش حرارت و شرایط عملکردی کوره رسید.
در فرآیند پخت سرامیک، تنها عدد دما معیار کافی محسوب نمی‌شود، زیرا ذوب و واکنش‌های مواد وابسته به ترکیبی از دمـا، مدت‌زمان حرارت‌دهی و سرعت افزایش دما هستند. به همین منظور از مخروط‌های حرارتی (Orton Cones) استفاده می‌شود. این مخروط‌ها از ترکیبات سرامیکی ساخته شده‌اند و زمانی که به نقطه مشخصی از نرمی برسند و خم شوند، نشان‌دهنده آن است که انرژی حرارتی مورد نیاز (heatwork) برای بدنه یا لعاب تأمین شده است.
مهم است بدانید که حرارت کارکرد (heatwork) میزان اثر زمان و دما است. درست مانند پختن یک خوراک گوشت، مدت زمان رسیدن به دما و مدت زمان نگه داشتن در آن دما، نتیجه نهایی را تعیین می‌کند. برای مثال، اگر یک خوراک گوشت را به دمای توصیه‌شده ۲۵۰˚F برسانید و فوراً فر را خاموش کنید، گوشت خام خواهد ماند. برعکس، اگر به همان دما برسید و دو روز آن را نگه دارید، گوشت خواهد سوخت. همین مفهوم در سرامیک نیز صدق می‌کند.
جدول مخروط حرارتی موارد زیر را نشان می‌دهد:
- شماره مخروط‌ها (مانند Cone 06 یا Cone 10) که هر یک معرف سطح مشخصی از انرژی حرارتی هستند.
- معادل تقریبی دمای هر مخروط در شرایط استاندارد افزایش دما (معمولاً حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد در ساعت در پایان پخت).
- محدوده‌های کاربرد هر مخروط، از جمله مخروط‌های پایین‌تر برای پخت بیسکویتی یا لعاب‌های دمای پایین و مخروط‌های بالاتر برای پرسلان و لعاب‌های دمای بالا.
نکته حائز اهمیت آن است که دماهای درج‌شده در جدول صرفاً تقریبی هستند. در صورتی که سرعت افزایش دما در کوره بیشتر یا کمتر از حالت استاندارد باشد، مخروط‌ها در دماهای متفاوتی خم می‌شوند. از این رو، مخروط‌های حرارتی به‌ویژه در مقایسه با دماسنج کوره (ترموکوپل یا پیرومتر)، ابزار دقیق‌تری محسوب می‌شوند، زیرا اثر زمان را نیز در نظر می‌گیرند.
کاربردهای اصلی جدول مخروط حرارتی عبارتند از:
- تعیین محدوده دمایی مورد نیاز برای پخت بیسکویتی یا لعاب‌کاری، به‌عنوان مثال مخروط 04 برای بیسکویتی، مخروط 6 برای لعاب‌های استودیویی و مخروط 10 برای پرسلان.
- انتخاب مخروط مناسب برای بارگذاری به‌عنوان شاخص در داخل کوره.
- مقایسه میان دمای ثبت‌شده توسط ترموکوپل و دمای واقعی تجربه‌شده توسط بدنه یا لعاب.
ما نمودار اورتون را به صورت PDF برای مشاهده، دانلود یا چاپ ارائه کرده‌ایم.
| دما (˚C) | مرحله / رخداد | توضیح / نکات مهم |
|---|---|---|
| زیر 100 | تبخیر آب فیزیکی | آب آزاد در خاک رس به بخار تبدیل می‌شود. تا تبخیر کامل آب، دمای کوره را زیر 100˚C نگه دارید تا از انفجار قطعه جلوگیری شود. |
| 100–300 | خشک شدن ادامه‌دار | آب باقی‌مانده و رطوبت جزئی تبخیر می‌شوند. |
| 300–800 | سوختن مواد کربنی | ناخالصی‌های کربنی و موادی مثل کاغذ و موم می‌سوزند. هوای کافی در این مرحله ضروری است تا بعداً در زینترینگ، مواد نسوخته باعث بادکردگی یا سیاهی هسته نشوند. |
| 480–700 | خروج آب شیمیایی | آب شیمیایی (دود آب) از خاک رس خارج می‌شود. |
| 573 | واژگونی کوارتز | بلورهای کوارتز از ساختار α به β تغییر می‌کنند. تغییرات دما باید آهسته باشد تا ترک نخورد. |
| 800–900 | آغاز زینترینگ (Sintering) | ذرات خاک رس شروع به به‌هم‌چسبیدن می‌کنند و ماده سخت بیسک (bisque) شکل می‌گیرد. |
| 1100–1200 | تشکیل مولایت و کریستوبالیت | ذرات شروع به ذوب و تشکیل بلور می‌کنند، مواد منقبض و متراکم می‌شوند. نگه‌داشتن دما (Soaking) باعث افزایش مواد به‌هم‌جوش‌خورده و واکنش شیمیایی بین گدازآورها و مواد دیرگداز می‌شود. |
| پس از پخت / خنک شدن | انقباض کریستوبالیت | کریستوبالیت در دمای ~220˚C ناگهان منقبض می‌شود. خنک کردن سریع در این مرحله باعث ترک می‌شود. |