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常见问题

1. 什么是Orton测温锥?
测温锥是由Edward Orton于1896年研制成功的(至今已经有110年),用于测量窑炉内的烧制温度和时间对陶瓷烧制的影响。在陶瓷行业,陶瓷烧制时间和温度对陶瓷的组合影响称之为“加热功率”,它是获得成功陶瓷制品的关键因素。正确地使用Orton测温锥这一敏感的元件,可以非常准确地了解加热过程的差异。
测温锥是由超过100种成分精心调制而成的,成分类似于陶瓷成分。测温锥在25℃或小于25℃的温度范围内将以可重复的形式发生弯曲变形;当达到预期的温度以及持续的时间后,测温锥将会像玻璃一样变软和弯曲。
Orton生产大号、小号的测温锥,以及带底座的测温锥。大号测温锥用于行业厂家以及制陶艺人,按照Orton于1896年制定的原始标准,大号测温锥为2.5“高(即6.35cm) 、小号测温锥为1.125"高(即2.86cm),成分类似于大号测温锥;小号测温锥应用于空间比较小的窑炉中。
小号测温锥、大号测温锥都需要底座以达到正确的底座角度和高度。
带底座的测温锥也是2.5"(即6.35cm)高,而且高度和底座的角度都不需要再调试了,对用户来说带底座的测温锥既简单而且准确,保证烧制过程的一致性。

2. 为什么要使用Orton测温锥?
Orton测温锥可以可靠、准确地测量时间和温度的共同作用,并可用于下列目的:
判断产品是否达到预期的加热程度;
测温锥得到的数据输入统计程序以产生SPC控制图;
测试窑炉的温度均匀性;
在烧制过程中,监测窑炉的气氛条件;
通过同一批次的积聚提供烧制产品的视觉证据。

3. Orton测温锥是如何工作的?
f6f1测温锥将随着顶端的角度成向下的弧形或变形,就像时钟的指针一样,当顶端锥顶弯曲成90°时,需要的温度达到了。锥顶在开始时弯曲很慢,但当加热效果超过一定时间,弯曲将加快。
图1说明了温度和时间的共同作用对08、07、06、05大号的测温锥的作用(Orton建议烧制过程的监测采用3锥系统,即一个导锥、一个烧制锥、一个后备锥,也可以同时使用4个锥)。
在一个150℃/小时升温速度的炉子中,08f8f7号测温锥甚至变形到顶部弯曲至底部(955℃)。在984℃时,07号测温锥达到相同的形变;经过1小时的恒温处理后,06号测温锥发生形变;经过3小时的恒温处理后,05号测温锥发生形变。
由于温度和时间是测温锥的两个重要的因素,加热速率会影响测温锥的变形温度。

图2是3种测温锥同时在不同的加热速率下的变形温度。显然,当升温速率加快时,达到变形的终点温度也随之升高。这种相关关系存在于大多数的陶瓷产品和釉料中,这也是一个很好的例证为什么只有温度并不足f9以保证适当的熟化条件或烧制条件。
基于“时钟位置”描述的测温锥变形的系统在对于测温锥顶部位置与设想的时钟面的关系的观察下逐渐形成。

图3显示了类似时钟的测温锥变形,使用者可以用相应的垂直角度来描述测温锥的实际弯曲程度。

图4是一个常用的模板,以2°的角度增量来测量测温锥的变形,在这个图例中,72°角应该为报告经过或终点温度。
图5则描述了在烧制过程中用来记录变形或弯曲的时钟系统,显然弯曲不是线性关系,因此使用者在烧制过程中必须牢记这一点。

            

4. 如果使用热电偶,为什么还要使用测温锥?
热电偶因其结构简单、操作方便、安装容易,是使用较为常用的温度指示器。热电偶记录在顶端获得的温度,只是空间和时间的一点,一个热电偶无法决定加热过程;一只热电偶是无法提供窑炉在不同方位加热是否均匀的信息。
使用测温锥所带来的成本节约远远大于测温锥的成本,并且保证了陶瓷的质量。


5. 使用什么样的测温锥?
为了使用正确型号的测温锥,我们首先要确定如下问题:
所期望的较高烧制温度;
在较高温度下保持或恒温时间;
窑炉中的气氛类型;
200℃的升温速率。
利用上述信息,通过以下步骤确定测温锥的温度范围:
利用Orton的等温图找到和烧制条件较接近的测温锥型号和较高温度(这个会作为“烧制锥”);
如果在较高温度有一个持续恒温时间,一个小时必须提高测温锥一个热度、三个小时必须提高测温锥两个热度、九个小时必须提高测温锥三个热度;
如果窑炉中有一个安装在顶部的热电偶,请适当降低“烧制锥”的热度,因为窑炉的顶部通常比测温锥所在的地方要热得多;
对于测试烧制,用两个“导锥”(稍凉,温度低一点)和一个“后备锥”(稍热,温度高一点)放在烧制锥的周围。
(对于小窑炉,烧制升温速率很快,可以达到300℃/小时或更高的升温速度,必须使用Orton小测温锥,小测温锥可以耐更快的升温速率,而不会有副作用。)


6. 为什么要用带底座的测温锥?
f11f10在使用Orton的测温锥时,测温锥的角度和高度是非常重要的两个因素,操作者可能会花费大量的时间和劳动力。
高度的设置会严重影响测温锥的变形过程。图6显示了测温锥高度对测温锥变形的影响,高度越高测温锥的变形越大、高度越低测温锥的变形越小。
“角度设置“也影响测温锥的变形,如图8和图9,采用了与”高度设置“类似的程序,几个测温锥被放置成不同的角度,而其他条件相同。当测温锥放置角度小于设计的8°时,测温锥的变形程度要小于正常为8°时的变形程度。图10中,大号测温锥被正确地放置为8°的角度和5.08cm(2")的高度。
随着Orton带底座的测温锥的推出,这种依赖于人力来调整高度和角度的过程不需要了。Orton的改良品种--带底座的测温锥,不再需要调节测温锥的高度和角度了,确保用户烧制过程是一致的、烧制过程可重复的。

      

  

7. Orton带底座的测温锥如何工作?
图14显示了Orton拥有测温锥底座,这个底座在烧制过程中作为支撑。Orton工程人员研究了手工放置不正确带来的测量结果不一致的问题,f4开发了带底座的测温锥。测温锥弯曲时所用的底座在设计和制造时都是精心控制和设计的。
图15比较了Orton带底座的测温锥和不带底座的大测温锥的形变分布,带底座的测温锥的变形角度分布明显变小 ,说明带底座的测温锥的测试精度高、重复性好。

8. Orton的测温锥是品质最好的吗?
图16中显示了测温锥的变形的一致性是Orton测温锥品质和一贯承诺的较好解释。图16是48个带底座的测温锥同时烧制时表现出的变形一致性,测试重复性好。

9. 升温速率和停留时间意味什么?
“升温速率”是指在烧制时窑炉温度的上升速度,如果窑炉在3个小时内升至600℃,这意味着升温速率为200℃/小时,升温速率是很重要的,因为升温速率决定了测温锥在什么温度发生变形。Orton提供了不同升温速率下的不同测温锥的终点温度,供用户选择。
“停留时间”意味着窑炉在指定温度停留的时间,停留时间可以使得窑炉达到平衡,或者在烧制过程中因为工艺的要求必须在指定温度停留一定的时间。

10. 测温锥放置时间很长,仍能用吗?
当然能用,测温锥没有保质期。一般来说,测温锥应该保存在通风干燥的地方,只要没有破裂或明显裂缝,测温锥仍能使用。Orton的技术人员测试了50多年前的测温锥,测试结果与以前的结果相比,并没有发现什么变化。

11.  在Orton提供的温度转换表上,数字27、108、270代表什么?
数字27、108、270指的是升温速率,升温速率对测温锥变形弯曲温度有决定性影响。27、108、270分别对应于慢速、中速、快速升温。
注意,带底座的测温锥和不带底座的大号测温锥的温度表现是不一样的,在相同的升温速率下,变形弯曲的温度是有差异的。例如带底座的06号测温锥在快速升温速率下得到的变形弯曲温度为1013℃、而不带底座的06号测温锥在相同条件下的变形弯曲温度为1011℃,两者相差2℃。


12. 如何使用测温锥?
Orton制造四种不同类型的测温锥(小号测温锥、棒状测温锥、大号测温锥以及带底座的测温锥)。
大号测温锥和带底座测温锥用于测量温度均匀性以及/或者判断是否有足够的热 功率来烧制陶瓷。测温锥显示了陶瓷是否受到了足够的热功率来烧制陶瓷或釉料,一个合适的测温锥会发生变形弯曲,测温锥的顶端会基本接触到底座上,对测温锥的简单一眼即可判断烧制是否成功。
小号测温锥或棒状测温锥主要用于窑炉切断设备,叫“窑炉监控器”,这是一个机械装置,当窑炉中的温度足够的时候,在“窑炉监控器”棒的重力下,测温锥发生变形弯曲,切断电路。
要真实测量陶瓷接受的热功率,必须将大号测温锥或带底座的测温锥放置在陶瓷的旁边。


13. 烧制结束后,如何知道测温锥受到的温度?
有两种方法可以测量测温锥受到的温度,方法一需要Orton的测量模板,Orton的测量模板是一个塑料卡,可以测量大号测温锥或带底座的测温锥的变形弯曲角度,这个塑料卡可以读出10至90°的范围,烧制的测温锥紧靠在Orton的测量模板,测温锥顶端的位置显示了弯曲角度,如果测温锥的弯曲角度达到90°,认为是烧制完全了。
第二个方法是“时钟”方法,这个方法需要知道测温锥顶端在时钟面的位置,对于测温锥来说,时钟1点钟位置表示测温锥还没有变形弯曲,时钟6点钟表示测温锥的顶端接触到了底座上,一般来说处于测温锥顶端处于5点或6点钟位置,被认为是烧制比较合适。


14. 如何知道测温锥的温度是多少?
要知道测温锥的温度是多少,必须知道窑炉的加热速率以及测温锥的变形弯曲角度,弯曲角度可以用Orton的测量模板测量。基于窑炉的加热速率和测温锥的弯曲角度,在Orton提供的测温锥图上即可查询得到测温锥的温度。你可以直接下载或者给我们电子邮件,我们可以直接送给你。该程序会自动将弯曲角度转化为温度、计算加热速率以及其他。


15. 以前我没有使用过测温锥,我应该使用哪种测温锥?
大部分的陶瓷或釉质制造经过长时间的实践,他们都已经知道该采用哪种类型的测温锥在陶瓷或釉质烧制成熟时会发生变形弯曲。例如,瓷器釉质应该采用6号测温锥,对于这个产品我们会向用户建议采用大号测温锥或者带底座的6号测温锥。

16. “Heatwork”(热功)代表什么?
“热功率”是一个用于描述在烧制时,时间和温度对陶瓷的一个综合作用,烧制陶瓷非常类似于烤制蛋糕,在许多的加工工艺中必须选择温度和时间。例如,一个薄蛋糕的工艺中规定:蛋糕必须在375℃下停留45分钟;如果是纸托蛋糕,则必须将时间减小为30分钟,因为纸托蛋糕吸收的热量更快,因此必须将时间缩短为30分钟。
在陶瓷工业中,必须保证陶瓷或釉质在一定的时间内吸收一定的热量,你不能将陶瓷直接放置在2232°F的窑炉中保持一个小时,这样会导致严重的焙烧不足,必须再焙烧19个小时才能保证陶瓷的烧制成熟。


17. 窑炉气氛的变化是否会影响测温锥?
是的。测温锥在还原气氛中与在氧化气氛中是是非常不一样的。因此,测温锥还是窑炉空气质量的监测工具。测温锥比大部分的陶瓷对气氛更加敏感,因此,测温锥作为可以作为窑炉中气氛变化的警告标志,例如,如果在烧制时发现测温锥是白色的,然后突然变成灰色的,是窑炉中气氛变化的明显标志。测温锥可以用于还原气氛中测量温度均匀性以及温度重复性。在氧化气氛中按照测温锥弯曲角度换算温度应该会发生一些变化。


18. “盐析”对测温锥的测温准确性有何影响?
事实上,盐溶液可以使得测温锥更加光亮和光滑,还是能够如预期那样发生弯曲,盐不会引起很奇怪的现象。
无论如何,有一件事必须特别注意:盐的加入方式的不同,会引起窑炉温度的突然下降,就像将水泼到热的炉子上,这个温度的突然下降会在测温锥上形成一个硬的壳,这个坚硬的外壳会冻结测温锥,并延迟测温锥的弯曲。如果先降温然后再升温,这个坚硬的外壳会变得更加严重突出;如果窑炉温度发生波动,会在测温锥上形成更厚的外壳。
因此,只要在测温锥上加盐,温度下降不是很严重,温度也会逐渐恢复,测温锥会正常工作。
另外,含铁的测温锥(010号测温锥到3号测温锥)由于铁氧化物的存在,对坚硬外壳更加敏感。


19. 窑炉中测温锥的放置?
在窑炉中放置测温锥是很重要的,在窑炉中的不同区域放置测温锥可以确定整个窑炉中的热功的分布,当窑炉中不同位置放置了测温锥,窑炉中的不同位置的测温锥将窑炉中的热分布测定出来了,这个信息可以为调整烧制条件提供依据。
测温锥在窑炉中的位置也是很重要的考虑因素,测温锥以期望的形势弯曲;如果测温锥放置在风口位置,测温锥会形成一个“硬壳”,这个硬壳会影响测温锥的弯曲;如果测温锥放置在离热源比较近的位置,例如在电热丝附近,测温锥弯曲的时间或变形方式也会受到影响。


20. 影响陶瓷烧制品质的因素。
在烧制过程中,时间、温度以及窑炉气氛会影响陶瓷制品的烧制,由于Orton的测温锥的成份与陶瓷相似,时间、温度以及窑炉气氛同样也影响测温锥的弯曲。
升温速率:升温速率影响测温锥开始变形弯曲的温度、弯曲的速率以及烧制的终点温度(测温锥的等效温度)。一般来说,陶瓷产品或测温锥加热的速率越快,产品烧熟的温度或弯曲的温度也越高。测温锥的终点温度随升温速率的加快而升高。
停留时间:停留时间也会影响陶瓷制品或测温锥的烧熟,停留时间影响测温锥的弯曲,一般来说将温度升高至温度处,在温度处停留1~2小时;如果停留4~6小时,必需使用下一个热度的测温锥;如果停留16~20小时,必需使用再下一个热度的测温锥。
窑炉气氛: 陶器专家知道窑炉气氛对陶瓷制品的反应和性能有巨大的影响,由于测温锥的变形弯曲是由于热化学反应,热化学反应则受到气氛的影响。幸运的是,影响陶瓷制品性能的条件与测温锥的变形弯曲条件一致,因此测温锥可以作为评价窑炉烧制区域温度分布的有效工具,测温锥可以在以下几方面评价:
氧化或还原程度;
含硫气体的存在;
水蒸汽的存在;
火焰碰撞测温锥;
附近热源或冷源的辐射效应;
窑炉中气流(冷空气)。
还原气氛对测温锥的变形弯曲有相反的作用,含金属化合物的玻璃料的低温测温锥对还原气氛是非常敏感的,在还原气氛下有机粘合剂不能被完全氧化,测温锥发生膨胀以及变黑。测温锥的膨胀会改变测温锥变形的特性,“红色”测温锥(含铁氧化物,O10#至3#)受还原气氛的影响,烧制结束后,测温锥会有一个绿色至黑色的外表。
不含铅或铁氧化物(测温锥O19#至O11#,不含铁的O11#至3#,以及4#至42#)的测温锥均可以应用在还原气氛中,在进入还原气氛窑炉之前,将测温锥烧制完全,在空气中,在800~850°F(430~455°C)将有机粘合剂烧掉。
测温锥和大部分的陶瓷在还原气氛中,在更低的温度,会成熟快一些;如果在玻璃变形区域加热预烧会改变测温锥的变形弯曲特征,因此用户应该设置自己的加热程序,并控制整个测试过程。
对于交替更换窑炉(氧化气氛和还原气氛交替)不会对测温锥的变形弯曲发生影响。
含硫气氛或还原气氛的窑炉可能是的测温锥在表面形成一层”壳“,而内部则变成流动的,产生不确定的变形,外层的壳是由于测温锥表面的化学组成发生变化而造成的。
测温锥O10#~O3#在快速升温的燃烧炉子中也会在外层生成“硬壳”,这个“硬壳”是由于在水汽含量较高的环境中,测温锥中的硼氧化物的挥发造成的,“硬壳”会导致测温锥的变形弯曲温度升高,严重的情况下,“硬壳”测温锥会直接断裂而不弯曲,就像断裂的树枝一样,边缘尖锐。
窑炉中水汽的存在,尤其是水汽含量较高的情况,也会影响测温锥的弯曲性能。事实上,即使少量的水汽,也会使得测温锥的弯曲温度提前,因为在烧制过程中水汽扩散进入测温锥,引起玻璃化过程的变化造成的。


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