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Fours sont des chambres ou des fours isolés thermiquement, dans lesquels un régime de température contrôlé est produit. Ils sont utilisés pour durcir, brûler ou sécher des matériaux. La cuisson des fours nécessite un combustible, de l'air ou de l'oxygène spécifique pour «alimenter» le feu, et un temps précis pour la cuisson.

Les fours primitifs remontent aux premiers jours de la civilisation et se trouvent dans le monde entier. De nouvelles technologies de fours ont commencé à émerger en Chine et dans l'Empire romain dans les premières années de l'ère commune, permettant des températures plus élevées et de nouvelles innovations dans la poterie comme le grès, la céramique et la fabrication plus efficace de briques. Les fours modernes utilisent diverses technologies allant de l'électricité aux aspirateurs et aux micro-ondes.

Aujourd'hui, les fours sont utilisés pour la cuisson de matériaux céramiques et de briques, le traitement du verre, la création de chaux pour le mortier, le séchage de l'orge maltée ou du houblon pour le brassage, le traitement du ciment, la production de charbon de bois et le séchage du bois et du tabac. Les types de combustibles pour les fours comprennent le bois, le pétrole, le gaz naturel, le charbon, le propane et l'électricité.

Fours à charbon en Californie

Histoire du four

Un four à chaux au début près de l'ancienne ville des croisés, Arsuf, au nord de Tel Aviv, Israël

La technologie des fours primitifs est très ancienne. Les objets en argile cuite remontent au néolithique, il y a environ 10 000 ans. Les archéologues ont trouvé des fours primitifs à fosse dans presque tous les anciens sites d'habitation humaine constante. Les blettes de poterie cuites sont souvent utilisées pour déterminer l'âge du site et le niveau de sophistication des cultures primitives.

Les premiers fours n'étaient rien de plus qu'une fosse peu profonde creusée dans le sol. Les pièces de poterie étaient empilées sans serrer les unes sur les autres avec des matériaux combustibles empilés autour et au-dessus. Le feu a été autorisé à brûler, chantant la poterie noire de carbone. De nombreux pots ont été cassés au cours du déplacement des matériaux. Après chaque tir de fosse, un certain nombre de pots ont probablement été jetés en raison de bris ou de tirs irréguliers. 1

Four Anagama en cours de construction sur le flanc d'une colline pour permettre le flux naturel de chaleur vers le hautFour Anagama
1 porte d'environ 75 cm de large
2 Firebox
3 Plancher empilable en sable de silice
4 amortisseurs
5 Conduit
6 Cheminée
7 Arc réfractaire

Le développement du four d'une simple fosse ou tranchée en terre à des fours modernes sophistiqués s'est déroulé en plusieurs étapes. Une amélioration a été de construire une chambre de cuisson autour des pots avec des chicanes pour contrôler le flux d'air et un trou de chauffage dans lequel les pots pourraient être placés et retirés tout en permettant à la chaleur d'être conservée. Un tel type de four est le four "ruche". Une chambre brûlante avec des trous pour que la chaleur monte soit placée sous la chambre fermée en brique où reposait la poterie. Ce type de four n'a vu le jour qu'après la création de l'arche.

Un autre développement a été l'utilisation d'une cheminée qui a amélioré le flux d'air, ou dessiner, du four, brûlant ainsi le combustible plus complètement et à des températures plus élevées. Cela a permis de contrôler les températures en utilisant un amortisseur qui a rétréci l'ouverture et restreint le flux d'air.

Les premiers exemples de fours trouvés au Royaume-Uni incluent ceux pour la fabrication de tuiles pendant l'occupation romaine (45 à 410 de notre ère). Ces fours "grimpants" étaient construits sur le côté d'une pente, de sorte qu'un feu pouvait être allumé au fond et que la chaleur montait naturellement dans le four pour un contrôle de la chaleur plus cohérent. Le four grimpant permettait de faire cuire plus de poterie en même temps qu'un four à ruche à chambre unique.

Les Chinois ont développé un four d'escalade au IVe siècle de notre ère, parallèle au four d'escalade romain. Au fil du temps, l'art de la poterie en porcelaine s'est développé et la technologie a été jugée si précieuse que cette technologie a été gardée pendant près de 700 ans. Au moment où le reste du monde a appris la fabrication de porcelaine chinoise, ce type de style de four avait déjà été remplacé par une production commerciale plus importante. 2

Semblable au four d'escalade chinois est le Four Anagama. Le four Anagama est utilisé depuis l'époque médiévale et est le plus ancien style de four au Japon. Ce four à chambre unique a été introduit en provenance de Corée au Ve siècle de notre ère. Il est préféré des potiers qui préfèrent les glacis en frêne naturel. Ce four se compose généralement d'une longue chambre de cuisson, percée de petits orifices d'empilage d'un côté, avec une chambre de combustion à une extrémité et un conduit de fumée à l'autre extrémité. Les temps de cuisson peuvent varier d'un jour à plusieurs semaines. L'intérieur du four change au fur et à mesure que l'eau et les particules organiques brûlent, produisant des résultats variés, aucun n'est jamais une copie exacte d'un autre.

Tout

La technologie moderne a permis une utilisation efficace des fours électriques, au gaz naturel ou au propane dans toutes les régions du monde. Les fours électriques en particulier sont efficaces et ne brûlent pas car les éléments dans les parois du four rayonnent la chaleur qui remplit complètement la chambre. Les fours électriques n'ont donc pas de tirage.

De nombreux artisans aiment aujourd'hui utiliser l'ancienne technologie, comme le four Anagama et la cuisson au puits lorsque cela est possible. Il y a eu une relance des fours Anagama au Japon, dirigés par Furutani Michio et Yasuhisa Kouyama. En outre, un style de four appelé Kazegama, 3a été développé par Steve Davis des États-Unis en 1997 comme une alternative aux pratiques traditionnelles de cuisson au bois telles que celles réalisées dans un four Anagama. Il transporte son four sur une remorque et l'emmène dans des séminaires pour montrer sa méthode de cuisson unique qui produit des glaçures en cendres avec combustion de gaz et l'introduction de cendres pendant la cuisson.

Tir intermittent et continu

Extrémité chaude d'un four à ciment moderne de taille moyenne, un exemple de four "continu"

Les fours permettent aux matériaux d'entrer en contact avec les flammes, comme dans les fours à chaux et à ciment, pour brûler réellement une substance, ou ceux dans lesquels le feu ne touche pas la vaisselle, et la source de chaleur est en dessous ou entoure la chambre du four , pour les fours à briques, à verre et à poterie, et le séchage des matières organiques.

Actuellement, dans les termes les plus larges, il existe deux styles de fours, tous deux partageant les mêmes caractéristiques de base d'être une boîte statique et isolée avec une température et une atmosphère intérieures contrôlées.

Intermittent: Le vaisselle ou de la poterie est chargée dans le four, qui est ensuite scellé, et la température interne augmente selon un calendrier. Il y a une augmentation de la chaleur à une température spécifique, un temps de maintien, puis une diminution de la température. Il s'agit d'un système de cuisson stationnaire, rien n'entre ni ne sort du four. Une fois le processus de cuisson terminé, le four et la vaisselle sont refroidis, puis ouverts et vidés.4

Continu: Appelé quelques fois tunnel fours, ce sont de longues structures dans lesquelles seule la partie centrale est directement chauffée. De l'entrée froide, la vaisselle est lentement transportée à travers le four sur un convoyeur, et sa température augmente régulièrement à mesure qu'elle s'approche de la partie centrale la plus chaude du four pendant une période de temps spécifique. De là, son transport se poursuit et la température baisse jusqu'à ce qu'il sorte du four de l'autre côté à température ambiante proche. Un type de four spécialisé, courant dans la fabrication commerciale de vaisselle et de tuiles, est le Four à sole roulante, dans lequel les articles, placés sur des chauves-souris (plaques d'argile plates à feu élevé), sont transportés à travers le four sur des rouleaux. Tant qu'il reste des articles à traverser le four, ils peuvent être cuits en continu, contrairement au four intermittent qui doit être arrêté et commencé à remplir et à vider la poterie. La technologie de cuisson continue a été utilisée pour produire des briques dans certaines parties de l'Empire romain.

Types de fours

Il existe une variété de types de fours utilisés au fil du temps à mesure que la technologie se développe. Leur style était spécifique au type d'articles fabriqués.

Four à bouteilles: Type de four intermittent, généralement alimenté au charbon, anciennement utilisé pour la cuisson de la poterie; un tel four était entouré d'une haute masure ou d'un cône en brique, généralement en forme de bouteille avec une grande cheminée.

Four à chapeau haut de forme: Un four intermittent d'un type parfois utilisé dans la cuisson de la poterie. La vaisselle est posée sur un foyer ou dalle réfractaire, sur lequel un couvercle en forme de boîte est ensuite abaissé.

Un four à voiture, un type de four tunnel, le vase est assis à droite sur le fond de déploiement du four

Four électrique: Les fours fonctionnant à l'électricité ont été développés au XXe siècle, principalement pour une utilisation à plus petite échelle dans les écoles, les universités et les centres de loisirs. La chaleur est transmise à travers les bobines du four et il n'y a ni courant ascendant ni courant descendant car l'oxygène n'est pas brûlé dans ces fours relativement propres. À mesure que la fiabilité de ces appareils électriques augmentait, ils devenaient également un outil précieux pour les artistes. L'atmosphère dans la plupart des modèles de fours électriques est riche en oxygène, car il n'y a pas de flamme nue pour consommer les molécules d'oxygène; cependant, une réduction (où l'oxygène est réduit pour produire des résultats de glaçage spécifiques) peut être créée avec un apport de gaz supplémentaire.

Four de voiture: Un four de cuisson intermittent où le fond du four n'est pas fixé sur les côtés et est fixé sur un chariot monté sur rail. Cela permet au four d'être chargé et déchargé à l'extérieur du four et tiré vers l'intérieur pour tirer la vaisselle.

Four moderne: Avec l'avènement de l'ère industrielle, les fours ont été conçus pour utiliser l'électricité et des combustibles plus raffinés, dont le gaz naturel et le propane. La majorité des grands fours de poterie industriels utilisent maintenant le gaz naturel, car il est généralement propre, efficace et facile à contrôler. Les fours modernes peuvent être équipés de commandes informatisées, permettant des ajustements raffinés pendant le cycle de cuisson. Un utilisateur peut choisir de contrôler le taux de montée en température ou rampe, tenir ou tremper la température à un point donné, et contrôler la vitesse de refroidissement. Les fours électriques et à gaz sont courants pour la production à plus petite échelle dans l'industrie et l'artisanat, le travail artisanal et sculptural.

Cuisson assistée par micro-ondes: Cette technique combine l'énergie micro-ondes avec des sources d'énergie plus conventionnelles telles que le gaz rayonnant ou le chauffage électrique afin de traiter les matériaux céramiques aux températures élevées requises. La cuisson assistée par micro-ondes offre des avantages économiques importants. (Voir: technologie du four de séchage du bois.)

Fours à céramique ou à poterie

Un four empilé prêt pour la cuisson de poterie émaillée

Les fours sont une partie essentielle de la fabrication de la céramique, qui nécessite une cuisson à haute température. Au cours de ce processus, des réactions chimiques et physiques se produisent qui provoquent une altération permanente du matériau argileux. Pour la poterie, les matériaux en argile sont façonnés, séchés, puis cuits dans un four. L'aspect final et l'état sont déterminés par la composition chimique du corps d'argile, le processus de préparation, la température et la durée du temps de "maintien" auquel il est cuit, et les glaçures qui peuvent être utilisées.

L'argile est constituée de particules à grains fins qui sont relativement faibles et poreuses. Une partie du processus de cuisson comprend le frittage où l'argile devient une masse cohérente. Le processus de cuisson chauffe l'argile jusqu'à ce que les particules fondent partiellement et s'écoulent ensemble, créant une masse solide et unique composée de pores et de matière cristalline.5 Grâce à la cuisson, les pores sont réduits en taille à mesure que l'eau et les matières organiques brûlent, ce qui fait que l'argile rétrécit et devient plus dense, ce qui donne un morceau dur, solide et fragile. Plus la température du four est élevée, plus la pièce est dense.

La faïence est cuite entre 1800 ° F et 2100 ° F. Il est plus léger et plus facile à briser et poreux, nécessitant ainsi d'être vitré afin de le sceller contre l'humidité. Le glaçage est fusionné à la surface de l'argile, ce qui, lorsqu'il est touché, permet des bords ébréchés. Ce n'est pas à l'abri du gel. Cependant, il est relativement bon marché à produire et les couleurs de glaçure sont souvent plus brillantes et plus excitantes que les articles à cuisson plus élevée.

Le grès est beaucoup plus dense et plus lourd que la terre cuite, et l'émail se joint à l'argile au niveau cellulaire. Lorsqu'un morceau de grès est touché, le glacis ne se rompt pas, mais un morceau du pot auquel le glacis est connecté peut se rompre. Cuit de 2000 ° F à 2300 ° F, le grès est imperméable aux liquides et au gel. Il faut plus de temps et plus de carburant pour tirer, ce qui augmente le coût. Il est souvent appelé «roche artificielle».

Autres utilisations du four

Travail du verre

Perles cloisonnées

Les fours, de préférence électriques, sont également utilisés pour chauffer le verre au point qu'il peut être moulé en formes spécifiques, pour fusionner le verre sur un autre matériau ou le faire fondre à des fins artistiques - un processus appelé recuit.

Le cloisonné est un métal émaillé contenant des fils fins en or ou en argent créant des formes dans lesquelles le verre coloré en poudre appelé frit est versé. Espaces pour le frit sont fabriqués par le fil collé à la surface du métal, puis cuits dans un four où les frit remplit les zones en fondant. D'autres utilisations du verre décoratif, telles que les vitraux, les bijoux et la décoration de poterie, peuvent impliquer la fusion du verre dans un petit four.

Fours à briques, chaux et ciment

Briquetier africain à son four

Les fours à briques ont remplacé les briques de séchage au soleil dans de nombreuses régions d'Extrême-Orient, puis d'Europe. Le tir le plus probable était le style de four utilisé, empilant les briques vertes (non cuites) dans une configuration en treillis pour permettre l'écoulement de l'air chaud, et le couvrant lorsque le combustible brûlait. Les premières briques cuites ont été trouvées en Anatolie orientale, en Turquie, datant de 7500 avant notre ère. D'autres découvertes précoces datent de 7000 et 6395 à Jéricho et Catal Huyuk. D'après des preuves archéologiques, l'invention de la brique cuite (par opposition à la brique de boue séchée au soleil considérablement plus ancienne) aurait été apparue vers le troisième millénaire avant notre ère. au Moyen-Orient. Étant beaucoup plus résistante aux conditions météorologiques froides et humides, la brique a permis la construction de bâtiments permanents dans les régions où le climat rigoureux a empêché l'utilisation de briques de boue. D'autres découvertes datent de 3000-1600 avant notre ère. Les Romains utilisaient un four à briques mobile dans de nombreuses régions reculées d'Europe.

Coupe transversale d'un four à chaux typique en forme d'oeuf précoce

Un four à chaux est utilisé pour convertir le calcaire en chaux pour le mortier et d'autres utilisations, à des températures atteignant 1650 ° F-1830 ° F. Presque toutes les premières civilisations utilisaient la chaux comme stabilisateur dans le plâtre et les sols boueux. La connaissance de sa valeur dans l'agriculture est également ancienne, mais l'utilisation agricole n'est devenue largement possible qu'à la fin du XIIIe siècle après l'avènement du charbon comme combustible bon marché.

Le ciment remonte à la Grèce antique et à Rome. Il était fait de chaux et de cendres volcaniques qui réagissaient lentement avec lui en présence d'eau pour former une masse dure. Cela a formé le matériau des mortiers et bétons romains utilisés dans toute l'Europe occidentale. Des vestiges ont été trouvés dans les bâtiments de l'empire romain il y a 2000 ans, dans les aqueducs qui s'étendent sur de vastes zones, ainsi que dans les routes en briques qui transportaient le commerce et les soldats.

Agencement général d'un four rotatif pour la fabrication de ciment

Clinker de ciment Portland 6 est fabriqué en brûlant et en broyant un mélange de calcaire et d'argile ou de calcaire et de schiste, et a été fabriqué pour la première fois en 1842 sous une forme modifiée du four à chaux statique traditionnel. 7 Au four à chaux en forme de coquetier a été ajoutée une cheminée conique ou ruche qui a augmenté le flux d'air en élevant la chaleur à la température nécessaire. Cependant, sa taille limitait la quantité de clinker produite par lot, seulement 30 tonnes par semaine. 8Vers 1885, un four de cuisson continu a été construit, permettant la production continue de clinker de ciment. Ce four à cuve, comme un haut fourneau, était construit sur une pente. Il a permis au mélange brut sous forme de grumeaux et de carburant d'être continuellement ajouté en haut, puis fritté et déposé d'un trou dans le fond. Il a été remplacé par le four rotatif qui a tourné en brûlant pour une production plus efficace. Aujourd'hui, les fours rotatifs représentent plus de 95% de la production mondiale de clinker de ciment.

En Chine, le four à cuve a été relancé après 1970 et est utilisé principalement dans les zones rurales éloignées des principales routes. Plusieurs milliers de ces fours ont été construits en Chine. Un four à cuve typique produit de 100 à 200 tonnes par jour.

Séchage du tabac et du houblon

Four à houblon moderne

Avant que la technologie moderne ne simplifie le séchage des matières organiques, elles étaient généralement séchées dans une grange ou une maison. Ces structures avaient de multiples planchers perforés qui permettaient à la chaleur, d'un petit four alimenté au bois ou au charbon de bois, de monter lentement à tous les niveaux sur une période de temps,

Oast House à Tudeley, Kent, maintenant en usage résidentiel

permettant à la chaleur de s'échapper à travers un capot dans le toit qui tournait avec le vent. Le tabac a été ramassé à la main après avoir séché, emballé et envoyé pour la production de cigares, cigarettes et tabac à chiquer.

Les houblons fraîchement cueillis des champs ont été ratissés dans les structures pour sécher, puis ratissés pour refroidir avant d'être emballés et envoyés à la brasserie. Angleterre utilisé oast maisons-habituellement une maison ronde à plusieurs étages pour sécher le houblon pour le brassage au XVIe au XXe siècle, lorsque les maisons carrées ont remplacé les rondes. Les maisons en grès restantes aujourd'hui ont été transformées en usage résidentiel car de grandes installations de séchage commerciales ont remplacé l'ancien style des bâtiments.

Cuisson au charbon

Tas de bois avant de le recouvrir de gazon ou de terre et de le cuire vers 1890Un four à charbon abandonné près de Walker, ArizonaFours à charbon de bois ou cornues modernes

La production de charbon de bois dans les districts où il y avait une abondance de bois, remonte aux premiers temps en Europe et consistait généralement à empiler des billettes de bois à leurs extrémités de manière à former un tas conique, des ouvertures étant laissées en bas pour laisser entrer l'air, avec un arbre central pour servir de conduit de fumée. Le tas entier était recouvert de gazon ou d'argile humide. Le tir a commencé au fond du conduit et s'est progressivement étendu vers l'extérieur et vers le haut. Le succès de l'opération dépendait du taux de combustion. L'opération était si délicate qu'elle était généralement laissée aux brûleurs à charbon professionnels.

Le charbon de bois est également cuit dans des fours en brique ou en pierre. Fours à charbon modernes, ou cornues, sont toujours de style simple mais utilisent une chambre fermée de fer, d'acier ou de brique pour faire du charbon de bois, en conservant des sous-produits précieux du processus.

Séchage du bois

Les séchoirs à bois raccourcissent le temps nécessaire pour que le bois soit utilisable comme bois de chauffage ou comme matériau de construction. Il existe aujourd'hui une variété de technologies de séchoirs à bois. Les types sont conventionnels, déshumidification, solaire, vide et radiofréquence.

Conventionnel Les fours de séchage du bois sont soit un four intermittent à chargement latéral rempli par un chariot élévateur, soit un système de tramway comme un four tunnel. La chaleur est généralement introduite via de la vapeur passant par des échangeurs de chaleur à ailettes / tubes contrôlés par des vannes pneumatiques marche / arrêt.

De l'air sec et frais est généralement introduit à une extrémité du four tandis que de l'air chaud et humide est expulsé à l'autre, et l'introduction d'humidité via des vaporisateurs à vapeur ou des systèmes de brumisation d'eau froide pour empêcher l'humidité relative à l'intérieur du four de tomber trop bas. Les directions des ventilateurs sont généralement inversées périodiquement pour assurer un séchage uniforme des charges de four plus grandes.

La plupart des fours à bois résineux fonctionnent à moins de 240 ° F. Les programmes de séchage au séchoir à bois dur maintiennent généralement la température du bulbe sec en dessous de 180 ° F. Les espèces faciles à sécher ne doivent pas dépasser 140 ° F.

Déshumidification Les fours de séchage du bois sont très similaires aux fours conventionnels dans la construction de base et les temps de séchage. La chaleur est principalement fournie par une unité de déshumidification intégrée qui élimine l'humidité qui dessèche le bois dans le four.

Solaire Les fours sont des fours de séchage du bois conventionnels, généralement construits par des amateurs pour maintenir les coûts d'investissement initiaux à un faible niveau. La chaleur est fournie par le rayonnement solaire, tandis que la circulation de l'air interne est généralement passive ou non électrique.

Vide Les fours de séchage du bois comprennent l'utilisation d'une pression atmosphérique réduite pour tenter d'accélérer le processus de séchage, comme un autocuiseur. Ces fours sont beaucoup plus populaires en Europe où le bois récolté localement est plus facile à sécher que les essences trouvées en Amérique du Nord.

RF / V (radiofréquence + vide) les fours de séchage du bois utilisent le rayonnement micro-ondes pour chauffer le four et ont généralement les coûts d'exploitation les plus élevés en raison de la chaleur fournie par l'électricité plutôt que par des combustibles fossiles locaux ou des déchets de bois.

Remarques

  1. ↑ Histoire du four. ART 186 - Intro To Ceramics Kilns - History and Basic Designs. seco.glendale.edu. Récupéré le 5 septembre 2007.
  2. ↑ Histoire des fours. seco.glendale.edu. Récupéré le 7 septembre 2007.
  3. ↑ "Four à vent". "www.kazegamas.com. Récupéré le 23 août 2007.
  4. ↑ L'exception à cette règle est la cuisson au Raku occidental qui utilise le four à boîte de type intermittent, mais la vaisselle est retirée alors qu'elle est encore chauffée au rouge et placée dans un récipient brûlant afin que le carbone puisse teindre la pièce.
  5. ↑ Principalement des oxydes de silicium et d'aluminium.
  6. ↑ Le clinker est le matériau solide produit par l'étage du four à ciment qui s'est fritté en morceaux ou nodules, généralement de diamètre 3-25 mm.
  7. ↑ Four à ciment. en.wikipedia.org. Récupéré le 5 septembre 2007.
  8. ↑ ibid.

Voir également

  • Raku
  • Poterie
  • Four à briques
  • Four à ciment
  • Four à chaux
  • Oast house
  • Séchage du bois
  • Four rotatif

Les références

  • Chavarria, Joaquim. Le grand livre de la céramique. Watson-Guptill, 1994. ISBN 978-0823005086
  • Hamer, Frank et Janet. Dictionnaire des matériaux et des techniques du potier. Univ. de Pennsylvania Press; 3e édition, 1993. ISBN 0-8122-3112-0.
  • King, Alan G. Technologie et traitement de la céramique. Noyes Publishing, 2002. ISBN 978-0815514435
  • Norton, F.H. Éléments de céramique. Addison-Wesley; 2e édition, 1974. ISBN 978-0201053067
  • Reed, James S. Introduction aux principes du traitement de la céramique. Wiley-Interscience, 1988. ISBN 978-0471845546
  • Richerson, David W. Génie céramique moderne: propriétés, traitement et utilisation dans la conception. CRC; 3e édition, 2005. ISBN 978-1574446937
  • Terpstra, R.A., Paul Pex et Andre de Vries. Traitement céramique. Springer; 1ère édition, 1995. ISBN 978-0412598302

Voir la vidéo: Koba LaD - Four (Mars 2021).

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