.gtr-container-k7p2x9 {
font-family: Verdana, Helvetica, "Times New Roman", Arial, sans-serif;
color: #333;
line-height: 1.6;
padding: 15px;
max-width: 100%;
box-sizing: border-box;
}
.gtr-container-k7p2x9 p {
margin: 0 0 1em 0;
text-align: left !important;
font-size: 14px;
word-break: normal;
overflow-wrap: normal;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-title {
font-size: 18px;
font-weight: bold;
margin-bottom: 0.5em;
color: #C90806;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-subtitle {
font-size: 16px;
font-weight: bold;
margin-bottom: 1.5em;
color: #555;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-section-heading {
font-size: 18px;
font-weight: bold;
margin-top: 2em;
margin-bottom: 1em;
color: #C90806;
border-bottom: 2px solid #eee;
padding-bottom: 5px;
}
.gtr-container-k7p2x9 ul,
.gtr-container-k7p2x9 ol {
list-style: none !important;
padding: 0;
margin: 1em 0 1em 20px;
}
.gtr-container-k7p2x9 ul li {
position: relative;
padding-left: 20px;
margin-bottom: 0.5em;
font-size: 14px;
list-style: none !important;
}
.gtr-container-k7p2x9 ul li::before {
content: "•" !important;
color: #C90806 !important;
position: absolute !important;
left: 0 !important;
font-size: 1.2em;
line-height: 1;
top: 0;
}
.gtr-container-k7p2x9 ol {
counter-reset: list-item;
}
.gtr-container-k7p2x9 ol li {
position: relative;
padding-left: 25px;
margin-bottom: 0.5em;
font-size: 14px;
counter-increment: none;
list-style: none !important;
}
.gtr-container-k7p2x9 ol li::before {
content: counter(list-item) "." !important;
color: #C90806 !important;
position: absolute !important;
left: 0 !important;
width: 20px;
text-align: right;
top: 0;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-table-wrapper {
overflow-x: auto;
margin: 1em 0;
}
.gtr-container-k7p2x9 table {
width: 100% !important;
border-collapse: collapse !important;
border-spacing: 0 !important;
margin: 0 !important;
min-width: 600px;
}
.gtr-container-k7p2x9 th,
.gtr-container-k7p2x9 td {
border: 1px solid #ccc !important;
padding: 8px !important;
text-align: left !important;
vertical-align: top !important;
font-size: 14px;
word-break: normal;
overflow-wrap: normal;
}
.gtr-container-k7p2x9 th {
font-weight: bold !important;
background-color: #f0f0f0;
}
.gtr-container-k7p2x9 tbody tr:nth-child(even) {
background-color: #f9f9f9;
}
.gtr-container-k7p2x9 hr {
border: none;
border-top: 1px solid #ccc;
margin: 2em 0;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-info-block {
font-size: 14px;
margin-top: 1.5em;
padding: 1em;
border-left: 4px solid #C90806;
background-color: #f5f5f5;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-info-block p {
margin-bottom: 0.5em;
}
.gtr-container-k7p2x9 .gtr-info-block p:last-child {
margin-bottom: 0;
}
@media (min-width: 768px) {
.gtr-container-k7p2x9 {
padding: 25px;
}
.gtr-container-k7p2x9 table {
min-width: auto;
}
}
Energie-efficiënte tunnelovenwagensystemen in de zware kleiindustrie
Dr. Volker Hesse, D-Melle/Buer
In de baksteenindustrie is de ontwikkeling van tunnelovenwagensystemen altijd een belangrijk onderwerp geweest voor fabrikanten van bakstenen en dakpannen. Dit artikel presenteert enkele standpunten over dit onderwerp van Burton-Werke, een leverancier van tunnelovenwagensystemen voor de meeste baksteen- en dakpanfabrieken in Duitsland.
Vanuit het perspectief van de algemene ontwikkeling van de oventechnologie is de trend richting geautomatiseerde bakapparatuur om aan de groeiende vraag naar kleiproducten te voldoen, met een nauwkeurigere voorbereiding van de grondstoffen en meer uniforme groene lichamen. Deze discussie omvat rollenovens, Monker-ovens, hoogfrequente technologie, enz.
Naast deze ontwikkelingen zal de traditionele tunneloven echter zeker zijn plaats behouden en is hij in veel opzichten geëvolueerd, niet alleen op het gebied van de bakcomponenten.
Voordat een beslissing wordt genomen over een specifieke stooktechnologie, wordt doorgaans een kosten-batenanalyse uitgevoerd, waarbij rekening wordt gehouden met de benodigde te gebruiken producten en grondstoffen.
Met betrekking tot de ontwikkeling van tunnelovenwagens verdienen de volgende aspecten bijzondere aandacht.
Algemeen beeld van tunnelovenwagens
Daarbij gaat het niet alleen om technische en economische berekeningen, maar ook om de verwachtingen van de gebruiker. Voor een systeemleverancier is het niet de taak om de ene of de andere standaardoplossing te selecteren, maar om een oplossing voor de gebruiker te creëren die voldoet aan zijn eisen, aansluit bij zijn eigen overwegingen en voldoet aan zijn uiteindelijke behoeften.
Niettemin worden, ongeacht het bovenstaande, de volgende algemene criteria voor het selecteren van een tunnelovensysteem vaak gebruikt, voornamelijk om kostenredenen.
Kostenfactoren bij het gebruik van tunnelovenwagens
Slijtage (waardevermindering)
Energieverbruik
Onderhouds- en reinigingsinspanningen
Reparatie
Bij het analyseren van verbruiksfactoren is het gemakkelijk in te zien dat het energieverbruik van een tunnelovenwagen een belangrijke factor is, maar zeker niet het enige uitgangspunt bij het kiezen van een specifiek tunnelovenwagensysteem. De ovenwagen is een structureel onderdeel van het gehele ovensysteem en is onderhevig aan aanzienlijke belastingen. Als deze structurele component als een onafhankelijk systeem wordt beschouwd, moeten eerst de respectieve functies worden onderzocht.
Doelfuncties van een tunnelovenwagensysteem
Goede productkwaliteit
Minimaal energieverbruik door lager gewicht en thermische isolatie (warmteopslag en warmteoverdracht)
Chemische weerstand tegen de tunnelovenatmosfeer en energiemedia onder bakomstandigheden
Thermische stabiliteit (onder thermische schokken en snelle temperatuurdalingen)
Mechanische sterkte (beïnvloed door menselijke factoren)
Dimensionale stabiliteit (uitwisselbaarheid van vuurvaste componenten, beïnvloed door omkeerbare uitzetting)
Onderhouds- en reparatiegemak (vervanging van slijtageonderdelen)
Lage investerings- en onderhoudskosten (korte onderhoudstijd)
Lange levensduur
Uit de tabel blijkt duidelijk dat perfectie niet kan worden bereikt, maar dat het wel gemakkelijk is om de vervulling van de doelfuncties van de ovenwagen te maximaliseren, terwijl de secundaire functies worden verwaarloosd. Als het autogewicht drastisch wordt verlaagd, neemt de mechanische stabiliteit van het systeem onvermijdelijk af, wat uiteraard kan worden verbeterd door materialen van hogere kwaliteit te gebruiken, maar dit verhoogt de afschrijvingskosten en onderhoudsrisico's.
Hoewel het bovenstaande niet fundamenteel nieuw is, moet het goed in gedachten worden gehouden bij het nemen van relevante beslissingen. Want wanneer de prioriteitsfactor ‘energiebesparing’ wordt ingesteld voor de tunnelovenwagen, mogen andere, even belangrijke functies niet over het hoofd worden gezien.
Figuur 1 Tweelaagse hoek-U-blokken, holle pilaren en verschillende isolatiemethoden met kolommen en beschermpanelen (voor zijwaarts bakken, bijv. enkellaags dakpanbakken), dunne beschermpanelen
Tegenwoordig worden in tunnelovenwagensystemen tot 15 verschillende materialen gebruikt, variërend van verschillende speciale materialen met thermische schokbestendigheid tegen vuurvast beton en mortels, verschillende vezelmaterialen en hoogwaardige keramiek op basis van mulliet en siliciumcarbide. Omdat geen enkele fabrikant al deze materialen zelf produceert, krijgt de gebruiker doorgaans een totaaloplossing uit één hand, die dezelfde garantie en service kan bieden. In de ontwerpfase speelt de combinatie van verschillende materialen een zeer belangrijke rol.
Bij het ontwerpen van een tunnelovenwagen zijn de basisdoelstellingen drieledig: de omtrek van de kooi, de bekleding van de wagen en de ondersteunende structuur of het ovenmeubilair voor het plaatsen van de stenen.
Voor een ovenwagen met een afmeting van 7*6 m bedraagt het omtrekoppervlak bijvoorbeeld 10%, het ondersteunende structuuroppervlak 5% en het bekledingsoppervlak 85%. Dit is gebruikelijk bij moderne ovenwagenontwerpen.
In de afgelopen jaren, met de voortdurende ontwikkeling van de baktechnologie, vooral op het gebied van materiaalkeuze, zijn de verhoudingen van elk van de bovengenoemde onderdelen veranderd. Er is een trend waarneembaar: materialen die al succesvol zijn gebleken in de fijnkeramische sector, worden ook steeds vaker toegepast in de baksteenindustrie (zoals weergegeven in Figuur 1).
Ontwikkeling van de omtrekstructuur van de tunnelovenwagen
De omtrek van een tunnelovenwagen heeft hoofdzakelijk de volgende functies:
Labyrintafdichting (afhankelijk van maatvastheid!)
Mechanische bescherming van de autobekleding
Bescherming van het autochassis tegen temperatuureffecten
Hiervoor zijn de volgende eigenschappen nodig:
Dimensionale stabiliteit
Sterkte onder koude en warme omstandigheden
Weerstand tegen thermische schokken of temperatuurveranderingen
Vanuit technisch oogpunt zijn lichtgewicht vuurvaste betonblokken nodig om deze functies te verwezenlijken. Geëxtrudeerde grootformaatblokken op basis van cordieriet en drooggeperste grootformaatblokken eveneens op basis van cordieriet – elke mogelijke oplossing heeft zijn voor- en nadelen. De drooggeperste grote blokken voor de omtrek van de ovenwagen worden hieronder in meer detail besproken.
Dit type blok heeft een aantal belangrijke voordelen, zoals een hoge maatvastheid, waardoor er geen secundaire bewerking van de blokken nodig is. Met de huidige grondstoffen- en productietechnologie kan de gedefinieerde minerale samenstelling gemakkelijker worden verkregen.
In moderne ovens wordt de duwcyclus van ovenwagens steeds korter, waardoor de thermische schokbestendigheid van de materialen steeds belangrijker wordt. Burcclight 12/25H, een recent ontwikkeld materiaal, voldoet volledig aan deze eisen.
De testresultaten voor dit materiaal zijn als volgt:
Eigendom
Waarde
Bulkdichtheid (g/cm³)
1.20
Open porositeit (%)
40
Koude breeksterkte (N/mm²)
10
Omkeerbare thermische uitzetting (WAK·K⁻¹)
4,5*10⁻⁶
Het is duidelijk dat dit materiaal een hogere bulkdichtheid heeft dan traditionele lichtgewicht vuurvaste blokken, maar in vergelijking kan het worden gebruikt om grotere producten en dunnere in elkaar grijpende blokken te produceren met thermische schokbestendigheid. Hoewel het gewicht van de ovenwagenomtrek van Burcclight-materiaal aanzienlijk verschilt van dat van lichtgewicht vuurvaste materialen, zijn de thermische schokbestendigheid en het montagegemak aanzienlijk verbeterd.
Zelfs in een moderne, volledig geautomatiseerde steenfabriek wordt de omtrek van de tunnelovenwagen blootgesteld aan hoge thermische en mechanische spanningen. Naast dat het materiaal een hoge duurzaamheid vereist, is het zelfs nog belangrijker dat wanneer een omtreksonderdeel beschadigd is, dit snel kan worden vervangen. Om deze reden zijn de perimeterblokken niet gelijmd of gemetseld, maar droog gelegd, met verbindingen alleen door middel van getande mechanische vergrendeling – wat uiteraard een zeer goede methode is.
Uiteraard vereist dit een zekere maatnauwkeurigheid van de blokken. Normaal gesproken kan alleen droogpersen maatvaste blokken produceren; anders kan maatnauwkeurigheid alleen worden bereikt door middel van secundaire verwerking.
Vooruitgang op het gebied van bekledingsmaterialen voor tunnelovens
De functie van een moderne tunnelovenwagenbekleding is thermische isolatie, terwijl de belasting meestal wordt gedragen door het metalen chassis van de auto. Deze functie bepaalt de materiaalkeuze: vrijwel uitsluitend lichtgewicht, sterk isolerende materialen. De eerste die hier wordt genoemd zijn keramische vezels, nu verkrijgbaar in kant-en-klare kwaliteiten. Om economische redenen kunnen deze vezels, afhankelijk van de gebruikstemperatuur, worden vervangen door lichtgewicht beton of verschillende toeslagstoffen, zoals silica, lichtgewicht grog, puimsteen, enz. Opgemerkt moet worden dat deze isolatiematerialen niet rechtstreeks aan de vlam kunnen worden blootgesteld; ze moeten worden beschermd door een geschikte oppervlaktebedekking, bijvoorbeeld een dun paneel dat bestand is tegen thermische schokken. Hoewel hierdoor het gewicht van de ovenwagen enigszins toeneemt, voorkomt deze methode corrosie van het isolatiemateriaal, vooral bij zijdelings gestookte ovens. Bovendien is een harde oppervlaktelaag noodzakelijk voor een effectieve reiniging van het autodek, wat een belangrijke factor kan zijn die ernstige slijtage, stof, zand en ongelukken kan veroorzaken. Tegenwoordig is het al mogelijk om dergelijke beschermpanelen te produceren met een dikte van 10 cm en afmetingen van 500*600 mm.
Naarmate het automatiseringsniveau in moderne steenfabrieken toeneemt en het aantal operators afneemt, nemen de problemen met de beschermingspanelen voor tunnelovens af. Toch zien we in de praktijk vaak dat de in veel gevallen gebruikte deklagen later worden versterkt en op de kolommen van de ovenwagen worden geplaatst om het laden en lossen te vergemakkelijken. Dit is ook een typisch voorbeeld van de ernstige divergentie tussen energiebesparing en onderhoud afhankelijk van de productievereisten.
Vergelijking van de eigenschappen van verschillende isolatiematerialen voor ovenwagens:
Materiaal
Bulkdichtheid (kg/m³)
Keramische vuurvaste vezel
130
Keramische composietvezel (materiaal op vezelbasis)
160
Isolatiebeton (op silicabasis)
230
Calciumsilicaatplaat
250
Lichtgewicht vuurvast beton
500
Isolerende geëxpandeerde klei (lichtgewicht op grogbasis)
600
Een ander voorbeeld is het plaatsen van voor- en achtereindbeschermingen op het chassis van de ovenwagen. Dergelijke beschermingen zijn niet nodig wanneer de duwcyclus 10 uur of minder bedraagt. Indien de ovenwagen om procesredenen in de tunneloven moet blijven staan (bijvoorbeeld na instorting of verminderde duwsnelheid), heeft deze bescherming als voordeel dat de bodem van de wagen koeler blijft. Het gebruik van deze methode is uiteindelijk een beslissing van de gebruiker.
Vooruitgang in de draagconstructies van ovenwagens
De functie van de kolomconstructie is om tijdens het bakken alle belastingen van de producten en het ovenmeubilair te dragen en de krachten over te brengen op het metalen chassis van de ovenwagen. Dit vereist relatief hoge sterktewaarden bij koude en warmte, evenals druk- en buigsterkte, en enig vervormingsgedrag bij de gebruikstemperatuur. Bovendien moet het gewicht van de vuurvaste componenten tot een minimum worden beperkt. Om deze reden worden de meeste onderdelen van de ovenwagen blootgesteld aan de grootste spanningen. Uiteraard moet de kolomconstructie strikt worden ontworpen op basis van de bakbelasting en de baktemperatuur. Uit analyse van recente projecten voor ovenwagensystemen blijkt echter dat er steeds meer wordt afgeweken van traditionele vuurvaste systemen, dat wil zeggen systemen bestaande uit speciale rookkanalen, hoge dwarssteunen, speciale kolommen met geperforeerde panelen ("Bensen" genoemd) en ovenmeubilair geplaatst op speciaal gevormde platen ondersteund door kernkolommen. Bij de productie van gebakken straatstenen worden namelijk al dunnere en verfijndere systemen toegepast, waarbij gebruik wordt gemaakt van geëxtrudeerde kolommen waarop grootformaat dragende stenen of platen of balkenconstructies kunnen worden geplaatst. Figuur 2 toont een voorbeeld van een dergelijk systeem.
Figuur 2
Dergelijke verfijnde systemen maken niet langer gebruik van traditionele vuurvaste kleimaterialen. Om deze reden wordt de klei vermalen tot een korrelgrootte van 0-0,2 mm, vervolgens gegoten, tot korrels geperst of in vormen geëxtrudeerd, en dergelijke materialen worden nog steeds gebruikt. Dit betreft ook de productietechnologie van hoogwaardige vuurvaste componenten met speciale eisen. Op dit gebied worden voortdurend hoogwaardige materialen geïntroduceerd: materialen op basis van mulliet-nitride-gebonden siliciumcarbide, herkristalliseerd siliciumcarbide en silicium-geïnfiltreerd siliciumcarbide. Deze materialen hebben zeer hoge sterktewaarden, waardoor een aanzienlijke vermindering van de dikte van keramische componenten mogelijk is en dus een duidelijke vermindering van het gewicht van vuurvaste componenten. Met behulp van geavanceerde zijgestookte ovens met hogesnelheidsbranders kan de instelhoogte traploos worden teruggebracht tot enkellaags stoken en zullen de bijbehorende draagconstructies (ovenmeubilair) verder worden ontwikkeld. Vanwege het verminderde gewicht van vuurvaste componenten kan een geschikte mechanische stabiliteit tegen verplaatsing en trillingen worden bereikt door middel van zwaluwstaartverbindingen, in elkaar grijpende of slimme boutverbindingen zoals sluitstrips, doppen, stangen en sterke tolerantiebeperkingen voor componenten.
Dit heeft ook de vraag naar hogere productietechnologieniveaus van fabrikanten van vuurvaste producten enorm gestimuleerd. Voor dergelijke producten bedraagt de toegestane maattolerantie 1 mm, wat de huidige stand van de techniek vertegenwoordigt. De voorwaarden om aan bovenstaande eisen te voldoen zijn de productie van maatvaste producten met behulp van hoogwaardige grondstoffen; de ontwikkeling van geavanceerde persgereedschappen, zoals programmeerbare hydraulische persen met meertrapsmatrijzen; en nauwkeurige controle van droogkamers en ovens.
In sommige gevallen moet bij het ontwerpen van ovenwagens met combinaties van de verschillende hierboven genoemde materialen aandacht worden besteed aan de grote variatie in fysieke eigenschappen, die bepalend is voor de continue werking en probleemloze prestaties van het tunnelovenwagensysteem. Terwijl eerdere ontwerpen van ovenwagens voornamelijk gebaseerd waren op numerieke waarden, spelen berekeningen van energie, mechanische en thermische prestaties tijdens de productie van elk onderdeel tegenwoordig een steeds belangrijkere rol. Figuur 3 toont een optimaal belastingsontwerp dat wordt bereikt door middel van structurele en thermische berekeningen.
Figuur 3
Vergelijking van omkeerbare thermische uitzetting van geselecteerde structurele materialen
Materiaal
Thermische uitzettingscoëfficiënt (WAK·K⁻¹, 20–1000℃)
Siliciumcarbide (op silicabasis)
4,5*10⁻⁶
Siliciumcarbide (op basis van mulliet)
5,8*10⁻⁶
Cordieriet keramisch materiaal
3,1*10⁻⁶
Vuurklei (grog)
6,6*10⁻⁶
Korundkeramiek (op basis van mulliet)
5,1*10⁻⁶
Dit toont het belang aan van de fysieke eigenschappen van materialen bij het ontwerp van ovenwagens. Als we bijvoorbeeld de omkeerbare thermische uitzetting van materialen in ogenschouw nemen, blijkt uit een analyse van de thermische uitzettingscoëfficiënt dat de waarden in sommige gevallen sterk variëren. Als dit over het hoofd wordt gezien, zal dit onvermijdelijk leiden tot gevolgen die schadelijk zijn voor het ovenwagensysteem.
Conclusie
Een tunnelovenwagensysteem is altijd gekoppeld aan de gebruiker en het product. Het kennen van de toekomstige procesparameters van de fabriek, zoals baktemperatuur, bakcyclus en ovenatmosfeer, en het rekening houden met verschillende productieomstandigheden in de ontwerpfase, is essentieel voor het maken van de juiste keuze om de levensduur van het systeem te verlengen. Alleen op deze manier kunnen ongunstige factoren en onnodig verbruik worden vermeden en kan het systeem worden geoptimaliseerd.
Dr. Volker Hesse is adjunct-technisch directeur bij de Burton-Werke, Melle/Buer
Bron van het artikelDit artikel is geschreven door de auteur Dr. Volker Hesse en oorspronkelijk gepubliceerd in de International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996–1998, Chinese gecombineerde editie, Bauverlag GmbH. Het is hier alleen voor leer- en referentiedoeleinden geplaatst. Het auteursrecht behoort toe aan de oorspronkelijke auteur en de oorspronkelijke uitgever.
Contactgegevens:Als een auteur of auteursrechthebbende de citatiemethode op deze website ongepast vindt, of de inhoud wil wijzigen/verwijderen, neem dan contact met ons op via:E-mail: [info@Brictec.com]Tel: [029-89183545]Adres: [ZTE Industrial Park, nr. 10 South Tangyan Road, Xi'an High-tech Zone, China]We beloven dat we binnen 24 uur na ontvangst van uw melding zullen reageren en de kwestie snel zullen afhandelen volgens uw verzoek.
Toewijding aan wetenschappelijke integriteit:Ons bedrijf houdt zich strikt aan de principes van academische integriteit en respecteert de intellectuele eigendomsrechten van alle wetenschappers. Als er sprake is van een ongepaste bronvermelding, bieden wij onze diepe excuses aan en zullen deze onmiddellijk corrigeren.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
