WO2013175028A1

WO2013175028A1 - Testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio

Info

Publication number: WO2013175028A1
Application number: PCT/ES2012/070371
Authority: WO
Inventors: Juan José FLORES SIMÓN
Original assignee: Azulejo Decorado Y Exportación, S.L.
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-11-28
Also published as: US20150184944A1

Abstract

El testigo consiste en una pieza cerámica, previamente esmaltada, sobre la que se depositan unas tintas reactivas que reaccionan con la temperatura, reflejándose una serie de variaciones en la superficie de la misma. Los testigos tienen dos tipos de tintas reactivas que actúan de la siguiente forma: • Por cambio de superficie. Los testigos presentan impresa una superficie determinada y conocida antes de la cocción. Después de la misma y dependiendo de la temperatura/tiempo a la que ha sido sometida, el tamaño de esta superficie varía. • Por cambio de color. Los testigos tienen impresa determinada superficie con una tinta que desarrolla un color específico en función de la temperatura a la que ha sido sometida. Ventajosamente se utilizan tintas reactivas a base de compuestos de plomo coloreado con un pigmento cerámico de cobalto, o bien compuestos de cobre, níquel, hierro, entre otros.

Description

Testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio

Descripción

Testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio.

Objeto de la invención

La presente invención se encuadra en el campo del control de los tratamientos térmicos por encima de 800 °C, para todo tipo de horno de cocción cerámico y de vidrio y especialmente para hornos de cocción de rodillos.

En las industrias cerámica y de vidrio, los productos son sometidos un proceso de cocción a distintas temperaturas que partiendo desde la temperatura ambiente, se va incrementando hasta un punto máximo a partir del cual son enfriadas hasta nuevamente la temperatura ambiente, todo en un determinado intervalo de tiempo. Para saber las temperaturas que han alcanzado, los hornos disponen de reguladores- controladores de temperatura que reciben señales eléctricas de los pirómetros. Existen dos tipos de hornos para la cocción de cerámicas, en los primeros, las piezas a cocer están inmóviles y permanecen dentro del mismo sobre una solera fija, mientras que en el segundo tipo, las piezas se desplazan sobre un plano de rodillos atravesando distintas secciones del horno donde las temperaturas son diferentes.

Los hornos suben de temperatura mediante la combustión de gas en quemadores o mediante energía eléctrica por medio de resistencias, microondas, láser, etc. El sistema habitual para el control de la temperatura es el uso de pirómetros que mandan una señal eléctrica a los reguladores que suministran más o menos energía hasta alcanzar las temperaturas predeterminadas. Este sistema de lecturas ofrece limitaciones ya que la temperatura registrada depende de los propios pirómetros, reguladores, diseño de la cámara, inercias térmicas de los materiales que componen el horno, la propia pieza a cocer o la cantidad de kilos a cocer en un determinado tiempo, y en ningún caso registran la temperatura real que la pieza ha soportado, si no la de la atmosfera que la rodea.

El testigo de control de cocción objeto de invención, es un objeto plano apto para su utilización dentro de hornos, intermitentes e incluso de rodillos donde se tiene una altura útil limitada y en la que en movimiento de la pieza no limita su efectividad, cuya superficie reactiva a base de tintas, tiene una masa despreciable y por tanto, no está sometida a inercias térmicas que puedan producir alteraciones en los resultados y que permiten obtener datos sobre la cocción.

El testigo valora la cocción empleando para ellos dos sistemas distintos e independientes para una mayor exactitud:

1^a Por cambio en tamaño de unos registros impresos sobre el testigo, es decir por un cambio de superficie cuantificable.

2^o Por un cambio de color en una determinada zona del testigo y que se puede valorar mediante instrumental adecuado, tales como espectrofotómetro, escáner, cámara fotográfica, etc.

De esta forma, obteniendo un valor de superficie y valor colorimétrico, el testigo de control de temperatura de cocción permite conocer, mediante la comparación con una tabla de valores estándar calibrados, la dinámica de la cocción a la que ha sido sometida la pieza, teniendo una imagen exacta y una referencia para posteriores cocciones, siendo el testigo, un instrumento que registra unas condiciones de cocción concretas en un momento determinado. Antecedentes de la invención

En el estado actual de la técnica, son conocidos los conos pirométricos, consistentes en piezas triangulares cerámicas, que se utilizan como testigos durante el proceso de cocción. Introduciéndolos en el horno de forma vertical, sufren una deformación determinada en función de las temperaturas/tiempo al que se ven sometidos.

Este tipo de testigos son aplicables únicamente a hornos intermitentes estáticos, en los que las piezas permanecen inmóviles durante la cocción. El problema que presentan este tipo de testigos es que no funcionan correctamente si son sometidos a algún tipo de movimiento. También los ciclos de maduración necesarios para un correcto funcionamiento! son más largos, ya que tienen un determinado volumen-masa, y requieren de un tiempo para que el calor penetre dentro del cono y se genere la deformación piroplástica de una manera uniforme. Existe un cono para cada rango de temperatura a la que se quiera controlar, de diez en diez grados centígrados.

Son igualmente conocidos los aros de control (Bullers, Philips o PCRT), que son cilindros de un determinado diámetro y en algún caso con un agujero central dependiendo de cada fabricante. En este tipo de testigos, durante la cocción se produce una contracción, siendo el principio de funcionamiento en la medida de los diámetros antes y después de la cocción.

En este caso el movimiento de la pieza dentro del horno no afecta su funcionamiento pero al poseer un volumen y por tanto una masa determinada le ocurre lo mismo que a los conos pirométricos, teniendo que vencer inercias térmicas que desvirtúan las lecturas sobre todo en ciclos de cocción rápidos por debajo de 4 horas.

Dentro de los hornos cerámicos y especialmente dentro de los hornos de rodillos los ciclos de cocción oscilan desde varias horas hasta 29 minutos. Concretamente, en los hornos de rodillos la velocidad de las cocciones es muy rápida por los que los testigos de la presente invención, por su baja masa y que la reacción de sus productos es en la superficie, minimiza todas las inercias térmicas reflejando por tanto más fielmente la cocción a la que se ha sometido la pieza. Los testigos de la presente invención, dispone de dos formas de obtención de valores, son independientes y garantizan una mayor fiabilidad de los datos.

Descripción de la invención

El testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio resuelve los inconvenientes anteriormente citados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.

El testigo consiste una pieza cerámica, previamente esmaltada, sobre la que se depositan unas tintas reactivas que reaccionan con la temperatura, reflejándose una serie de variaciones en la superficie de la misma. Los testigos de la presente invención tienen dos tipos de tintas reactivas que actúan de la siguiente forma:

a) Por cambio de superficie. Los testigos de la presente invención tiene impresa una superficie determinada y conocida antes de la cocción. Después de la misma y dependiendo de la temperatura/tiempo a la que ha sido sometida el tamaño de esta superficie varia. Se puede medir. b) Por cambio de color. Los testigos de la presente invención tiene impresa determinada superficie con una tinta que desarrolla un color determinado en función de la temperatura a la que ha sido sometida. Este color es medible mediante el uso de instrumental como espectrofotómetro, escáner, cámaras digitales y software adecuado.

La impresión de la superficie de pieza con las tintas reactivas puede ser mediante una calcomanía, (si las tintas son transferidas previamente a un papel y posteriormente a la pieza cerámica), o pueden utilizarse otros medios, como impresoras digitales cerámicas por chorro de tinta (Inkjet). La ventaja de la utilización de calcomanías radica en la facilidad de transporte y menor deterioro de las superficies impresas y en las manipulaciones previas de los testigos objeto de esta invención antes de la cocción.

Las impresiones son transferidas a un soporte de características conocidas esmaltado previamente.

El diseño del testigo está compuesto de diferentes figuras geométricas y grafías. Para las tintas que reaccionan variando la superficie, se destaca unos círculos concéntricos. Mediante la observación de estos se puede determinar la deformación durante el pegado de la calcomanía y determinar si su aplicación ha sido correcta.

También se dispone una zona cuya superficie es conocida y que variará después de la cocción.

Así mismo se dispone de una zona de líneas paralelas de diferente grosor para tener una primera sensación de la deformación ocurrida durante de la cocción. Estas tintas son de color apropiado tal que delimite claramente la superficie y cuyos valores cromáticos no varíen con la temperatura.

Se dispone otra zona cuya forma es rectangular y cuyo laterales son semicírculos, de tamaño suficientemente grande para poder medir la variación de su color en el centro con instrumental adecuado. La forma que determina esta tinta, no es transcendente y debe ser tal que permita una lectura con los instrumentos de media.

Además de las tintas reactivas, se requiere otra tinta no reactiva, preferentemente de color negra y que se emplean para los textos del.

De este modo, el testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio de acuerdo con la presente invención, reproduce la cocción a la que han sido sometidas las piezas, pudiendo ser evaluadas y cuantificadas, lo que permite conocer, por comparación con datos preestablecidos, los parámetros de cocción real del horno. Otra aplicación es la comparación directa de testigos para saber si las cocciones sucesivas han sido semejantes.

Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de una imagen en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.

Breve descripción de los diseños

Figura 1.- Es el Testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio según la presente invención.

Descripción de una realización preferente

A la vista de la comentada figura, se puede observar en la misma una realización preferente aunque no limitativa de la invención, la cual consiste en una calcomanía dotada:

En la parte superior se dispone un rectángulo con los lados menores semicirculares, realizado con tinta reactiva que experimenta variaciones de color con respecto a la temperatura. La forma es la apropiada para su lectura posterior con el instrumental adecuado como puede ser un espectrofotómetro.

Seguidamente preferentemente, cuatro tiras reactivas colocadas horizontalmente de mayor a menor fusibilidad en orden descendente, estando compuesta cada tira de dos circunferencias concéntricas y un círculo interior, seguido de cinco líneas paralelas de distinto grosor tras las cuales se disponen tres cuadrados. El primero aislado completamente con un paso de tinta del 100 %, los dos siguientes, tienen pasos de tintas del 66% y 33% respectivamente mediante la utilización de tramas, y unidos por un lateral, seguidos de la palabra "control". Estos tendrán una superficie determinada en forma y tamaño que será la que se cuantifique después de la cocción.

Los círculos sirven como indicadores de la correcta colocación de la calca sobre el soporte, debiendo de tener una forma precisa y no presentar deformaciones que den la sensación de elipse u óvalo.

La simple observación visual de las cinco líneas paralelas de distinto grosor permite obtener una primera aproximación visual de la deformación producida por las tintas.

El texto impreso tras los cuadrados "control" permite apreciar la deformación sufrida mediante la nitidez del mismo ya que se aprecia mejor la deformación de un texto que el de una figura geométrica.

Por último, en tinta no reactiva negra, se dispone una leyenda donde figuran las palabras temperatura, ciclo, fecha, hora, centro, derecha, izquierda, horno. Esta tinta es negra, inalterable y no reacciona ni en color ni en superficie.

Las tintas reactivas y los colorantes empleados para la formación por estampación de los círculos y otras figuras de control son tintas reactivas y colorantes estándar, de los tipos aplicados en las fritas de la cerámica y que reaccionan con la temperatura tanto en forma como en el color.

Según su reactividad, las tintas empleadas serán de tres tipos y se clasifican en tintas que en función del gradiente de temperaturas presentan cambios de superficie, tintas que presentan cambios cromáticos y tintas no reactivas utilizadas en la leyenda del testigo de control.

Las tintas reactivas reaccionan sobre la superficie tienen en composición fritas cerámicas con elementos presentes como plomo, boro, cobalto, zinc, circonio, calcio, magnesio, sodio etc. Las variaciones de color con respecto a la temperatura se materializan mediante un testigo, preferentemente en forma rectangular con los lados menores semicirculares. La composición es a base de óxidos metálicos que producen una "inestabilidad" en las coloraciones producidas a base de compuestos de cobre, níquel, vanadio, praseodimio, plomo , estaño, hierro etc.

Como tinta no reactiva se emplean pigmentos cerámicos estabilizados negros de composición a base de manganeso, cobalto, hierro, calcio, magnesio etc.

Asimismo, el tipo de tinta empleada permite obtener testigos de control para tres rangos de temperatura:

1.- Baja temperatura: 800 °C ÷ 1050 °C

2.- Bicocción y monoporosa: 950 °C ÷ 1200 °C

3.- Gres y porcelánico: 1100 °C ÷ 1250 °C

Para la obtención de la calcomanía se utilizan pantallas serigráficas que van desde los 24 hasta 150 hilos por centímetro cuadrado. Impresas sobre papel engomado.

El procedimiento de impresión consiste en la preparación de las pastas tintas mezclando los componentes cerámicos, con un vehículo serigráfico. El vehículo utilizado es un aceite para la serigrafía indirecta (calcomanías) compuesto a base de resinas acrílicas aromáticas y éster de glicol en proporción aproximada de 10:4 en peso de sólido frente a vehículo.

Se aplican sucesivamente las seis tintas que componen el testigo, dejándola secar entre cada una en el orden según sigue:

1) Tinta color negro que compone el texto y con respecto a este se van centrando las sucesivas en el siguiente orden. Composición a base de compuestos inorgánicos cerámicos. ) Tinta reactiva de color y que en la Figura 1 figura en la parte superior, con forma rectangular y bordes laterales redondeados. Composición a base de compuestos inorgánicos cerámicos.

) Primera tinta de superficie. Compuesta de una tira horizontal que tiene de izquierda a derecha círculos concéntricos, cuadrado seguido de dos cuadrados y un texto donde figura la palabra control. El número de hilos por centímetro cuadrado de la pantalla serigráfica utilizada es de 77. Esta tinta es la más reactiva sufriendo en cocción una mayor deformación. En la figura 1 es la primera de las cuatros tiras horizontales. Composición a base de compuestos inorgánicos cerámicos.

) Segunda tinta de superficie. Igual en forma que la anterior pero con una reactividad menor que la anterior. En la figura 1 , en sentido vertical descendente es la siguiente a la descrita en el paso 3).

) Tercera tinta de superficie. Igual en forma que las descritas en 3) y 4) pero con una reactividad menor que la tira descrita en 4). En la figura 1 es la tercera contada de arriba a abajo de las cuatros tiras horizontales. Composición a base de compuestos inorgánicos cerámicos.

) Cuarta tinta de superficie. Igual en forma que la anterior pero con una reactividad nula en superficie o color. En la figura 1 es la cuarta contada de arriba a abajo de las cuatros tiras horizontales. Composición a base de compuestos inorgánicos cerámicos.

) Aplicación a toda la totalidad de la superficie un aglutinante denominado colodión y que se encarga de unir todas las tintas anteriores en un conjunto único es un barniz transparente compuesto de resinas orgánicas que no afectan durante la cocción del testigo. La calcomanía obtenida según el procedimiento descrito anteriormente, se aplica sobre una pieza soporte esmaltada de dimensiones adecuadas, realizada en pasta blanca porosa de bajo contenido en hierro con buena resistencia al choque térmico, baja inercia térmica, y buena estabilidad dimensional en todos los rangos de temperaturas objeto de esta patente.

El esmaltado de la pieza soporte consiste, preferentemente, en un blanco de zirconio cuyo aspecto final será blanco, brillante y opaco realizado mediante dos aplicaciones, la primera, un engobe que actúa de inferíase entre el soporte y el esmalte minimizando las imperfecciones e impurezas y haciendo que el color del soporte sea más estable y más uniforme en cuanto al color del esmalte a utilizar, sin interferir en la superficie y la segunda mediante la aplicación del propio esmalte opaco blanco de zirconio, ambos cocidos a la vez con las mismas curvas de cocción.

El análisis de los resultados obtenidos puede realizarse mediante la utilización de escáner, y/o cámara digital, y/o espectrofotómetro para medir variaciones en el parche de color del testigo de control obtenido y utilización de software adecuado para medir incrementos de superficie.

Los detalles y demás elementos accesorios podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims

Reivindicaciones

1. Testigo de control de cocción en procesos térmicos de cerámica y vidrio, por encima de 800 °C, en especial para hornos de rodillos, consistente en una lámina impresa del tipo calcomanía caracterizado porque sobre la lámina se disponen por estampación figuras geométricas de control tales como círculos, líneas, cuadrados, rectángulos y textos materializados con tintas reactivas que reaccionan con las variaciones de temperatura originadas durante el proceso de cocción sobre su forma y sobre el desarrollo de su color.

2. Testigo de control de cocción según la reivindicación 1 , caracterizado porque la base de la tinta reactiva que varía de forma y tamaño de la superficie impresa se materializa, preferentemente, en una base de compuestos de plomo coloreado con un pigmento cerámico de cobalto.

3. Testigo de control de temperatura de cocción de cerámica en hornos de rodillos según la reivindicación 1 , caracterizado porque la base de la tinta reactiva que varía su color se materializa, preferentemente, en una base de compuestos de cobre, níquel, hierro, vanadio-praseodimio entre otros.

4. Testigo de control de cocción según la reivindicación 1 , caracterizado porque la pantalla de serigrafía de la estampación para la obtención de la calcomanía oscila entre los 24 y 150 hilos por cm2.

5. Testigo de control de cocción según la reivindicación 1 , caracterizado porque la calcomanía o impresión de las tintas se aplica sobre una pieza soporte esmaltada de dimensiones adecuadas, elaborada preferentemente sobre pasta porosa blanca compuesta de alumino-silicatos.

6. Testigo de control de cocción según la reivindicación 5, caracterizado porque el esmaltado de la pieza soporte consiste, preferentemente, en un acabado final blanco de zirconio realizado mediante dos aplicaciones, la primera un engobe y encima un esmalte de zirconio, ambos esmaltes cocidos a la vez, con las mismas curvas de cocción.