Historia nowoczesnych technik wypału dachówek ceramicznych

Przed wiekami

Takie były początki: ceglarz przy pracy.

W dawnych czasach do wyrobu dachówki potrzebna była jedynie płaska drewniana forma, do której ręcznie wrzucano glinę, ugniatano ją i wygładzano kawałkiem drewna. Czteroosobowy zespół potrafił w ten sposób, posługując się najprostszymi środkami pomocniczymi, wytworzyć około 1000 dachówek dziennie. Wypalanie cegieł i dachówek odbywało przy pomocy węgla i piachu w piecach polowych, w cyklach trwających od marca do października. Budowano też specjalne pomieszczenia do wypału dachówek zwane piecami mielarzowymi. Trzeba było długo czekać aż wypalone produkty ceramiczne wystygną, aby wyjąć je z pieca. Ażeby wyprodukować następną partię dachówek należało na nowo rozgrzać piec.

Piec Hoffmanna

Rysunki: Pierścieniowy piec Hoffmanna

Przełomem dla rozwoju nowoczesnych technologii wypału był rok 1858, w którym Fryderyk Hoffmann wynalazł piec pierścieniowy. Ten dokonujący prawie ciągłego wypału piec pozwolił na stworzenie pierwszych struktur przemysłowych. Wynalezienie wytłaczarki ślimakowej w roku 1863 uzupełniło ceramiczny łańcuch produkcyjny. „Nowoczesną” fabrykę dachówek z epoki maszyny parowej wzbogaciło jeszcze wiele dalszych wynalazków.

Piec tunelowy

Precyzyjny szybki wypał został po raz pierwszy na świecie wprowadzony w 1990 r. w Eisenbergu. Dachówki leżą pojedynczo i płasko w kasetach szamotowych i nie dotykają się. Jest to idealna technologia korzystna szczególnie w produkcji dachówek glazurowanych i angobowanych.	Nowość w skali światowej 1997 roku: W piecu Keramono dachówka została potraktowana ekskluzywnie. Każda z nich jest wypalana osobno. Kasety z dachówkami leżą na specjalnych ramach, które na rolkach przejeżdżają przez ogień. Czas wypału został zredukowany do ok. 2 godz.

Początki pieca tunelowego, który zastąpił piec pierścieniowy, sięgają nawet roku 1840. Jednak w owym czasie brakowało jeszcze wielu rozwiązań technicznych tej technologii piecowej. Dopiero w 1873 r. udało się rozwinąć technologię uszczelnienia między wózkiem a piecem. Trzeba było prawie całego stulecia, aby skomplikowana technika pieca tunelowego dojrzała we wszystkich szczegółach. Udoskonalenie i optymalizacja tej technologii spowodowały, że około roku 1970 piec tunelowy stał się standardem światowym. Sterowanie komputerowe, przejście z ciężkiego na lekki olej opałowy, a w końcu na gaz płynny albo miejski, wyzwoliły ostatnie rezerwy pieca tunelowego. Jednak dokładniejsze techniki pomiarowe, rosnąca świadomość ekologiczna i wymagania zwiększonej elastyczności produkcji uwidaczniały coraz bardziej granice możliwości tej technologii. Ciężkie, murowane piece tunelowe są powolne i stosunkowo mało elastyczne. W dzisiejszych czasach piece te - jeśli tylko one pozostają do dyspozycji - są zbyt wolne dla nowoczesnych fabryk, które muszą szybko reagować na życzenia klientów. Przy cyklu wypału wynoszącym od 48 do 76 godzin przestawienie produkcji trwa w ich przypadku, łącznie ze wszystkimi koniecznymi etapami poprzedzającymi i następującymi po wypale, prawie cały tydzień roboczy. Planowanie produkcji przy korzystaniu z wielkich pieców tunelowych z ich wydajnościami, czasami wypału i przestawiania, stratami produkcyjnymi itd. nie było zadowalające. Rzadziej używane modele dachówek albo kształtki wypalano kiedyś w dużych ilościach co dwa lata i odkładano do magazynu. Jednak magazynowanie jest kosztowne i wiąże kapitał. Dlatego opracowanie nowych technologii o krótszych czasach wypału i elastycznych przebiegach produkcyjnych ma dla cegielni duże znaczenie. Przy nowej technice produkcji zmiana wypalanego wyrobu nie wymaga już pięciu dni, a tylko jeden dzień roboczy.

Do ok. 1980 roku ciężki, murowany piec tunelowy był po prostu piecem standardowym. Jeszcze dzisiaj technologia ta jest w wielu częściach Europy uważana za standard. Ciężki, wymurowany z cegieł piec tunelowy wymaga około 4-6 tygodni zarówno na rozgrzanie jak i na wystygnięcie. Wynikające z tego koszty są ogromne! W związku z tym piece te pracują ze względów ekonomicznych tak długo, aż rozpadną się ze starości. Na Ukrainie na przykład, działają do dzisiaj piece, które zostały zapalone na krótko przed wybuchem drugiej wojny światowej i od tego czasu bez przerwy pracują. Dużym mankamentem tej techniki jest brak elastyczności. Nie można zatrzymać produkcji w czasach niekorzystnych pod względem ekonomicznym. Dlatego w takich instalacjach wypala się bez przerwy, a towar, jeśli go rynek nie potrzebuje, jest czasami tanio „rozdarowywany”.

Piec typu Hydrocasing

Nowość w skali światowej 1998 r.: specjalny piec rolkowy. Każdy produkt ceramiczny posiada inną krzywą palenia. Ten niezwykle elastyczny i energooszczędny piec jest w stanie bardzo szybko uzyskać potrzebną temperaturę wypału.	W piecu rolkowym przejeżdżają płyty fasadowe. Temperatura wypału może osiągnąć 1400 °C.

Dalszym krokiem w rozwoju technik piecowych jest system Hydrocasing. Metalowy piec, uszczelniony od dołu, „zanurzony” w wodzie działa pod ciśnieniem. Piece te są bardzo drogie i nie znalazły zastosowania w Polsce.

Opracowanie nowych technologii piecowych

Precyzyjny szybki wypał – rok 1991

Nowy stalowy piec typu tunelowego o długości  85 m jest wyłożony specjalnym lekkim materiałem izolacyjnym i ogrzewany gazem. Piec ten nie ma drzwi na początku ani na końcu. Jest on otwarty po obu stronach. Dachówki leżą pojedynczo i płasko w kasetach szamotowych. Każdy ze stojących obok siebie stosów kaset ma wysokość siedmiu kaset w wypadku dachówek zakładkowych i ośmiu w wypadku karpiówek. Stosy kaset przejeżdżają przez ogień na wózkach piecowych.
Wypał w pozycji leżącej nie tylko pozwala na precyzyjne zachowywanie wymiarów dachówek. Ten sposób wypału bezdotykowego nadaje się szczególnie do dachówek angobowanych i glazurowanych, ponieważ umożliwia on wypał bez wzajemnego dotykania się dachówek, a tym samym bez pozostawiania miejsc nie pokrytych angobą lub glazurą. Czas wypału w tej technice wynosi około 10 godzin. Pierwszy piec tego typu wprowadziła firma von Müller Dachówki, która jest również współtwórcą rej nowoczesnej technologii. W Polsce pracują dwa takie piece.

Stacja kontroli jakości. Tutaj pakuje się dachówki w tzw. ósemki.	W tej hali glina dojrzewa do produkcji. Potrzeba na to ok. miesiąca.

Piec typu „Keramono” - rok 1997.

Dzięki wyjątkowo krótkim czasom wypału „Keramono” jest energooszczędny i przyjazny dla środowiska. W piecu tym każda dachówka jest wypalana jakby osobno. Trzynaście dachówek leży tu w jednym rzędzie w kasetach szamotowych. Nie ma klasycznych podpórek szamotowych. Kasety z dachówkami leżą na specjalnych ramach, które na rolkach  (bez wózka piecowego) przejeżdżają przez ogień. Minimalizacja pomocniczych środków wypału i dokładne sterowanie procesem pozwala zredukować czas wypału do ok. 130 minut (od stanu zimnego do zimnego).

Przykładem technicznej specyfiki tego pieca jest maksymalne zredukowanie pomocniczych środków wypału. Środki te, to wózki wypałowe, kasety i wszelkiego rodzaju wyposażenie podpierające, które jest potrzebne, by właściwy materiał wypalany, czyli dachówki, przetransportować przez piec. Te środki pomocnicze muszą zostać tak samo jak dachówki nagrzane i ochłodzone przy dużym wydatku energii. Im więcej środków pomocniczych, tym więcej masy znajduje się w piecu i tym wolniej cały pakiet może pobierać energię. To oznacza stratę czasu i energii.

Przy wykorzystaniu nowoczesnych  pomocniczych środków wypału i wypalaniu jednowarstwowym proces wypału może przebiegać w prawie optymalnych warunkach. Krótkie czasy wypału dają się jednak realizować tylko wtedy, gdy uda się w tak krótkim czasie doprowadzić energię do właściwego materiału wypalanego. Aby to osiągnąć, w piecu instaluje się bardzo dużą liczbę palników o wysokiej wydajności. Dozowanie energii daje się tu dokładnie sterować przy pomocy mikroprocesorów i optymalizować pod kątem ceramiki. Ma to pozytywny wpływ na jakość produkcji.
Piec „Keramono” po raz pierwszy uruchomiła firma v.Müller Dachówki.

Pełnoautomatyczny transport na razie wysuszonych dachówek. Za chwilę będą przejeżdżać przez tunel z „prysznicem”, aby otrzymać angobę lub glazurę.

Wysokotemperaturowy wypał rolkowy – rok 1998

W 1998 kolejna nowość. Uruchomiono wysokotemperaturowy piec rolkowy ( długość 91 m, szerokość 2,4 m ). Wykorzystywany jest przede wszystkim do wypalania wszelkiego rodzaju akcesoriów kształtkowych dla dachówek zakładkowych i karpiówek. Oprócz tego nowy piec nadaje się świetnie do wypalania płyt fasadowych. Materiał wypalany toczy się przez ogień na rolkach, zależnie od potrzeby - w kasecie albo bez.
W odróżnieniu od podobnych pieców ceramicznych, piec rolkowy jest w stanie wypalać wyroby ceramiczne o różnym ciężarze w bliskich odstępach czasu. Przejście od jednego wyrobu do drugiego, a więc od jednej krzywej wypału do drugiej, jest możliwe praktycznie bez strat produkcyjnych lub utraty jakości. Piec ten jest gotowy do pracy już w 90 minut po zapaleniu. Inną jego cechą charakterystyczną jest to, że mogą w nim być przerabiane gliny wymagające znacznie wyższych temperatur wypału niż zwykle. Konieczność ta wynika m. in. przy produkcji różnobarwnych płyt fasadowych.
Ten typ pieca zapewnia najwyższą elastyczność przy wyjątkowo korzystnych warunkach ekonomicznych. Najnowsza technika instalacyjna – szczególnie wydajna suszarnia o dużych możliwościach adaptacyjnych, instalacje do transportu i pakowania, system transportowy bez kierowców FTS uzupełniają tę pozwalającą na łatwą zmianę produkcji maszynę do wypalania.
Współtwórcą pieca jest firma von Müller Dachówki. Po raz pierwszy został uruchomiony w fabryce w Görlitz. 

Porównanie pieców.

Ochrona środowiska

Przyśpieszenie procesów wypalania ma pozytywne skutki dla ceramicznych właściwości wyrobów i dla zużycia energii oraz przynosi radykalne zmniejszenie emisji CO2. Nowy i rewolucyjny jest fakt, że podczas wypalania gliny szybki wypał ograniczył emisję fluoru. Ma to ogromne znaczenie dla ochrony środowiska.

Porównanie technologii wypału

Nowe technologie wypału mają decydujący wpływ na ekonomikę produkcji, jej elastyczność i małą szkodliwość dla środowiska. Nowoczesne instalacje piecowe charakteryzują się małymi masami akumulacyjnymi, w związku z czym mogą one szybko pobierać ciepło i oddawać je. Nowe wyroby o nowych krzywych wypału mogą być w krótkim czasie wprowadzone do produkcji, ale piec może również być w krótkim czasie włączony i wyłączony. Stosunek materiału wypalanego (dachówki) do pomocniczych środków wypału (kasety, wózki wypałowe itd.) powinien być korzystny, aby zminimalizować ogrzewanie zbędnej masy. Daje to oszczędność energii. Rozkład temperatury w piecu powinien być możliwie równomierny w celu zapewnienia każdej dachówce idealnych, równych warunków. Im lepszy jest dostęp płomienia do materiału wypalanego, tym krótszy jest cykl wypału

Porównanie technik piecowych:

Piec tunelowy w ustawieniu A, ciężkie, duże wózki piecowe:

Piec tunelowy z kasetami typu U, ciężkie, duże wózki piecowe:

Precyzyjny szybki wypał (kasety typu H na wózkach piecowych):

Keramono (dwie kondygnacje, dwukondygnacyjne opalanie, ruszt nośny z kasetami typu H na rolkach transportowych):

Wypał rolkowy (materiał wypalany bezpośrednio na rolkach transportowych, możliwe także zastosowanie kaset, np. dla kształtek):

Gerard Halama, opr. Wiesława Hlebowicz
Foto: Rysunki i foto von Müller Dachówki

WARSTWY – DACHY i ŚCIANY numer specjalny: DACHÓWKI CERAMICZNE 1'2000