کنترل اتمسفر کوره یکی از مهمترین پارامترها در فرآیند پخت سرامیک است. میزان اکسیژن موجود در کورههای پخت سرامیک بهطور مستقیم بر رنگ، ریزساختار، خواص مکانیکی و کیفیت نهایی محصول تأثیر میگذارد. به همین دلیل، اندازهگیری و کنترل دقیق میزان اکسیژن در کوره سرامیک بهعنوان یک الزام مهندسی در صنایع پیشرفته سرامیک و لعاب مطرح است.
چرا باید میزان اکسیژن در کوره پخت سرامیک اندازهگیری شود؟
اندازهگیری اکسیژن در کوره تنها یک پارامتر کنترلی ساده نیست، بلکه نقش کلیدی در تضمین کیفیت محصول دارد. مهمترین دلایل اندازهگیری میزان اکسیژن عبارتاند از:
- کنترل اتمسفر اکسیداسیونی یا احیایی
بسیاری از واکنشهای شیمیایی در بدنه و لعاب سرامیک به نسبت اکسیژن وابسته هستند. - کنترل رنگ و ظاهر محصول نهایی
تغییر میزان اکسیژن میتواند باعث تغییر رنگ یونهای فلزی مانند آهن، مس و کبالت شود. - جلوگیری از عیوب پخت
عیوبی مانند سیاهمغزی، حباب، ترکهای داخلی و ناپایداری لعاب اغلب ناشی از عدم کنترل اکسیژن هستند. - افزایش بهرهوری انرژی و کاهش مصرف سوخت
تنظیم دقیق نسبت سوخت به هوا بر اساس مقدار اکسیژن، باعث بهینهسازی احتراق میشود. - تکرارپذیری و ثبات فرآیند تولید
اندازهگیری مداوم اکسیژن امکان کنترل حلقه بسته (Closed Loop Control) را فراهم میکند.
در پخت چه محصولاتی نیاز به اندازهگیری میزان اکسیژن در کوره وجود دارد؟
اندازهگیری اکسیژن در همه فرآیندهای پخت ضروری نیست، اما در بسیاری از محصولات سرامیکی اهمیت حیاتی دارد، از جمله:
- کاشی و سرامیکهای لعابدار (کنترل رنگ و شفافیت لعاب)
- چینی بهداشتی و چینی مظروف (جلوگیری از سیاهمغزی)
- سرامیکهای تکنیکال و مهندسی (کنترل دقیق فازهای کریستالی)
- سرامیکهای حاوی اکسیدهای فلزی حساس به اکسایش/احیا
- محصولات نسوز و دیرگداز خاص
- سرامیکهای هنری و سنتی با اتمسفر احیایی
در این کاربردها، حتی تغییرات جزئی درصد اکسیژن میتواند منجر به تغییرات قابل توجه در خواص محصول شود.
سنسور مناسب برای اندازهگیری اکسیژن در دماهای بالای کوره
سنسور اکسیژن زیرکونیایی (Zirconia Oxygen Sensor)
برای اندازهگیری اکسیژن در دماهای بالای کورههای پخت سرامیک، سنسورهای زیرکونیایی بهترین و رایجترین گزینه صنعتی محسوب میشوند.
اصول عملکرد
این سنسورها بر پایه الکترولیت جامد از جنس اکسید زیرکونیوم پایدار شده با ایتریا (YSZ) کار میکنند. اختلاف غلظت اکسیژن بین داخل سنسور (مرجع) و اتمسفر کوره باعث ایجاد ولتاژ الکتروشیمیایی مطابق با معادله نرنست میشود.
مشخصات فنی متداول:
- محدوده دمای کاری: 600 تا ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد
- محدوده اندازهگیری اکسیژن: از ppm تا ۲۱٪
- دقت اندازهگیری: ±۰.۱٪ O₂ یا بهتر
- زمان پاسخدهی: کمتر از ۵ ثانیه
- خروجی: میلیولت، ۴–۲۰ mA یا ارتباط دیجیتال
- طول عمر: بالا در صورت نصب و نگهداری صحیح
این سنسورها قابلیت کارکرد پیوسته در شرایط سخت کورههای تونلی و واگنی را دارند.
مکان مناسب نصب سنسور اکسیژن در کوره پخت
انتخاب محل نصب سنسور تأثیر مستقیمی بر دقت اندازهگیری دارد. نکات کلیدی عبارتاند از:
- نصب در ناحیهای با جریان یکنواخت گاز
معمولاً در کانال دودکش یا ناحیه پس از منطقه پخت اصلی. - دوری از شعله مستقیم
تماس مستقیم با شعله باعث خطای اندازهگیری و کاهش عمر سنسور میشود. - دمای پایدار و قابل کنترل
تغییرات شدید دما باعث نوسان سیگنال خروجی خواهد شد. - امکان دسترسی برای سرویس و کالیبراسیون
طراحی محل نصب باید نگهداری آسان را فراهم کند.
در کورههای تونلی، معمولاً سنسور در چند ناحیه (پیشگرمایش، پخت و سرمایش) نصب میشود.
چالشهای اندازهگیری اکسیژن در کورههای سرامیک
با وجود مزایای فراوان، اندازهگیری اکسیژن در کوره با چالشهایی همراه است:
- دمای بسیار بالا و شوک حرارتی
- وجود گرد و غبار، بخارات لعاب و ترکیبات خورنده
- آلودگی سطح سنسور و کاهش دقت
- نیاز به کالیبراسیون دورهای
- اختلال ناشی از گازهای قابل احتراق (CO، H₂)
- هزینه اولیه تجهیزات و نصب
برای غلبه بر این چالشها، استفاده از غلافهای محافظ، سیستمهای دمش هوا، فیلترهای گازی و انتخاب سنسور مناسب توصیه میشود.
جمعبندی
اندازهگیری میزان اکسیژن در کورههای پخت سرامیک یک ابزار حیاتی برای کنترل کیفیت، کاهش ضایعات و بهینهسازی انرژی است. با انتخاب صحیح سنسور، محل نصب مناسب و در نظر گرفتن چالشهای عملیاتی، میتوان کنترل دقیقی بر اتمسفر کوره داشت و به نتایج پایدار و قابل تکرار در تولید محصولات سرامیکی دست یافت.
در صنایع مدرن سرامیک، کنترل اکسیژن دیگر یک انتخاب نیست، بلکه یک الزام مهندسی است.
