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Sistemi di autovetture a forno in galleria ad alta efficienza energetica nell'industria dell'argilla pesante
Dr. Volker Hesse, D-Melle/Buer
Nel settore dei mattoni in argilla, lo sviluppo di sistemi di forno a tunnel è sempre stato un argomento importante per i produttori di mattoni in argilla e piastrelle per tetti.Questo articolo presenta alcuni punti di vista su questo argomento da Burton-Werke, fornitore di impianti di tunnel furnace per la maggior parte degli impianti di fabbricazione di mattoni e piastrelle in Germania.
Dal punto di vista dello sviluppo complessivo della tecnologia dei forni, la tendenza è verso attrezzature di cottura automatizzate per soddisfare le crescenti richieste di prodotti in argilla,con una preparazione della materia prima più precisa e corpi verdi più uniformiQuesta discussione comprende i forni a rulli, i forni Monker, la tecnologia ad alta frequenza, ecc.
Tuttavia, insieme a questi sviluppi, il forno a galleria tradizionale manterrà sicuramente il suo posto e si è evoluto sotto molti aspetti, non solo in termini di componenti di cottura.
Prima di decidere su una specifica tecnologia di accensione, di solito viene eseguita un'analisi costi-benefici, tenendo conto dei prodotti e delle materie prime necessari da utilizzare.
Per quanto riguarda lo sviluppo dei vagoni dei forni in galleria, meritano particolare attenzione i seguenti aspetti.
Vista generale dei vagoni dei forni in galleria
Per il fornitore di sistemi, il compito non è quello di selezionare una soluzione standard o un'altra, ma di definire le soluzioni di base per il sistema.ma per creare una soluzione per l'utente che soddisfi le loro esigenze, si allinea con le proprie considerazioni e soddisfa i loro bisogni fondamentali.
Tuttavia, a prescindere da quanto precede, i seguenti criteri generali per la selezione di un sistema di forno in galleria sono comunemente utilizzati, principalmente per ragioni di costo.
Fattori di costo nell'esercizio delle auto dei forni a galleria
Altre attività
Consumo di energia
Funzionalità di manutenzione e pulizia
Riparazione
Nell'analisi dei fattori di consumo, è facile vedere che il consumo energetico di un'auto a forno è un fattore importante,ma lungi dall'essere l'unico principio per decidere su un particolare sistema di tunnel furnace autoIl carro del forno è un componente strutturale dell'intero sistema del forno ed è soggetto a carichi significativi.le rispettive funzioni devono essere esaminate in primo luogo.
Funzioni mirate di un sistema di carrello per forno in galleria
Buona qualità del prodotto
Consumo energetico minimo dovuto alla riduzione del peso e all'isolamento termico (immagazzinamento e trasferimento di calore)
Resistenza chimica all'atmosfera del forno in galleria e ai supporti energetici in condizioni di cottura
Stabilità termica (sotto shock termico e rapidi cali di temperatura)
Resistenza meccanica (influenzata da fattori umani)
Stabilità dimensionale (sostituzionabilità dei componenti refrattari, influenzata da espansione reversibile)
Facilità di manutenzione e riparazione (sostituzione delle parti usate)
Bassi costi di investimento e manutenzione (corto tempo di manutenzione)
Lunga durata di vita
Dalla tabella risulta chiaramente che la perfezione non può essere raggiunta, ma è facile massimizzare l'adempimento delle funzioni mirate del furgone trascurando le funzioni secondarie.Se il peso dell' auto è drasticamente ridotto, diminuisce inevitabilmente la stabilità meccanica del sistema, che può naturalmente essere migliorata con l'impiego di materiali di qualità superiore, ma ciò aumenta i costi di ammortamento e i rischi di manutenzione.
Anche se ciò che precede non è fondamentalmente nuovo, è necessario tenerlo fermamente presente quando si prendono le decisioni pertinenti, perché quando il fattore di priorità "risparmio energetico" è fissato per il vagone del forno in galleria, il fattore di priorità "risparmio energetico" è fissato per il vagone del forno in galleria.non si devono trascurare altre funzioni altrettanto importanti.
Figura 1 U-blocchi a due strati per angoli, pilastri cavi e vari metodi di isolamento con colonne e pannelli protettivi (per il fuoco laterale, ad esempio, per il fuoco a piastrelle mono strato), pannelli protettivi sottili
Oggi, fino a 15 materiali diversi sono utilizzati nei sistemi di forno tunnel, che vanno da vari materiali speciali con resistenza agli urti termici a calcestruzzo e malta refrattari,diversi materiali in fibra, e ceramiche ad alte prestazioni a base di mullite e carburo di silicio.l'utente riceve solitamente una soluzione completa da una sola fonteLa combinazione di materiali diversi svolge un ruolo molto importante nella fase di progettazione.
La progettazione di un furgone in galleria ha tre obiettivi fondamentali: il perimetro del furgone, il rivestimento del furgone e la struttura di supporto o i mobili del forno per la posa dei mattoni.
Ad esempio, per un furgone di dimensioni 7*6 m, l'area del perimetro rappresenta il 10%, l'area della struttura di supporto il 5% e l'area di rivestimento l'85%.
Negli ultimi anni, con il continuo sviluppo della tecnologia di cottura, in particolare nella selezione dei materiali, le proporzioni di ciascuna delle parti di cui sopra sono cambiate.i materiali che hanno già dimostrato di avere successo nel settore della ceramica fine sono sempre più utilizzati anche nell'industria dei mattoni d'argilla (come mostrato nella figura 1).
Sviluppo della struttura del perimetro del carrello del tunnel
Il perimetro di un vagone di forno in galleria ha principalmente le seguenti funzioni:
Sigillamento labirintico (dipendente dalla stabilità dimensionale!)
Protezione meccanica del rivestimento dell'auto
Protezione del telaio dell'auto dagli effetti della temperatura
A tal fine sono necessarie le seguenti proprietà:
Stabilità dimensionale
Resistenza a freddo e caldo
Resistenza allo shock termico o alle variazioni di temperatura
Da un punto di vista tecnico, per realizzare queste funzioni sono necessari blocchi di calcestruzzo leggeri e refrattari.Blocchi di grande formato estrusi a base di cordierite e blocchi di grande formato pressati a secco anche a base di cordieriteI grandi blocchi pressati a secco per il perimetro del furgone sono discussi più in dettaglio di seguito.
Questo tipo di blocco presenta una serie di importanti vantaggi, come l'elevata stabilità dimensionale, eliminando la necessità di un trattamento secondario dei blocchi.In base alle attuali materie prime e tecnologie di produzione, la sua composizione minerale definita può essere ottenuta più facilmente.
Nei forni moderni, il ciclo di spinta delle macchine del forno è sempre più breve, rendendo sempre più importante la resistenza agli urti termici dei materiali.un materiale sviluppato di recente, soddisfa pienamente tali requisiti.
I risultati dei test per questo materiale sono i seguenti:
Immobili
Valore
Densità di massa (g/cm3)
1.20
Porosità aperta (%)
40
Resistenza alla frantumazione a freddo (N/mm2)
10
Espansione termica reversibile (WAK·K−1)
4.5*10−6
È evidente che questo materiale ha una densità di massa più elevata rispetto ai tradizionali blocchi refrattari leggeri,ma in confronto può essere utilizzato per produrre prodotti più grandi e blocchi di blocco più sottili con resistenza agli urti termiciAnche se il peso del perimetro del carrello del forno realizzato in materiale Burcclight differisce significativamente da quello utilizzando materiali refrattari leggeri,la sua resistenza agli urti termici e la facilità di montaggio sono notevolmente migliorate.
Anche in una moderna fabbrica di mattoni completamente automatizzata, il perimetro del carrello del forno di galleria è sottoposto a forti sollecitazioni termiche e meccaniche.È ancora più importante che quando una parte del perimetro è danneggiataPer questo motivo i blocchi perimetrali non sono incollati o mortaiati, ma essiccati,con connessioni solo attraverso il blocco meccanico con denti che è ovviamente un metodo molto buono.
Naturalmente, ciò richiede una certa precisione dimensionale dei blocchi.la precisione dimensionale può essere ottenuta solo tramite un trattamento secondario.
Progressi nei materiali di rivestimento delle auto dei forni a galleria
La funzione del rivestimento di una moderna fornace di galleria è l'isolamento termico, mentre il carico è solitamente sostenuto dal telaio metallico della macchina.quasi esclusivamente leggeroPer motivi economici, a seconda della temperatura di servizio, le fibre di ceramica possono essere utilizzate per la produzione di materiali di alta resistenza.le fibre possono essere sostituite da calcestruzzo leggero o da vari aggregati, come la silice, il grog leggero, la pomice, ecc. Va notato che questi materiali isolanti non possono essere esposti direttamente alla fiamma; devono essere protetti da un adeguato rivestimento superficiale,ad esempio un pannello sottile resistente agli urti termiciAnche se questo aumenta leggermente il peso del carro del forno, questo metodo previene la corrosione del materiale isolante, specialmente nei forni laterali.uno strato di superficie dura è necessario per una pulizia efficace del ponte auto, che può essere un fattore significativo che provoca un'usura grave, polvere, sabbia e incidenti.Oggi è già possibile produrre tali pannelli di protezione con uno spessore di 10 cm e dimensioni di 500*600 mm..
Con l'aumentare del livello di automazione nelle moderne fabbriche di mattoni e la diminuzione del numero degli operatori, i problemi relativi ai pannelli di protezione dei forni in galleria stanno diminuendo.In pratica si vede spesso che gli strati di copertura utilizzati in molti casi sono successivamente rinforzati e posizionati sulle colonne del furgone per facilitare il carico e lo scaricoQuesto è anche un esempio tipico della grave divergenza tra risparmio energetico e manutenzione in base alle esigenze di produzione.
Confronto delle proprietà dei diversi materiali di rivestimento di isolamento per auto:
Materiale
Densità di massa (kg/m3)
Fibre ceramiche refrattarie
130
Fibra composita ceramica (materiale a base di fibre)
160
Concreto isolante (a base di silice)
230
Cartoni di silicato di calcio
250
Concreto refrattaria leggero
500
Artigliera isolante espansa (a base di grog leggero)
600
Un altro esempio è l'installazione di protezioni anteriori e posteriori sul telaio della macchina del forno.il furgone deve rimanere nel forno in galleria (e(ad esempio, dopo un crollo o una velocità di spinta ridotta), il vantaggio di questa protezione è di mantenere il fondo della macchina più fresco.
Progressi nelle strutture di supporto dei furni
La funzione della struttura della colonna è quella di sopportare tutti i carichi dei prodotti e dei mobili del forno durante la cottura e trasferire le forze sul telaio metallico della macchina del forno.Ciò richiede valori di resistenza a freddo e caldo relativamente elevati, nonché resistenza alla compressione e alla flessione, e un certo comportamento di deformazione alla temperatura di esercizio.la maggior parte dei componenti della macchina del forno sono sottoposti alle maggiori sollecitazioniNaturalmente, la struttura della colonna deve essere progettata rigorosamente in base al carico di cottura e alla temperatura di cottura.L'analisi dei recenti progetti di impianti per furnace a motore mostra un crescente allontanamento dai sistemi tradizionali refrattari, vale a dire sistemi costituiti da condotte dedicate, alti supporti trasversali, colonne speciali con pannelli perforati (denominati "Bensen"),e mobili da forno posizionati su lastre di forma speciale sostenute da colonne centraliInfatti, nella produzione di mattoni da pavimentazione bruciati, sono già stati adottati sistemi più sottili e più raffinati.con colonne estruse su cui possono essere posizionati mattoni o lastre portanti di grande formato o strutture a traveLa figura 2 mostra un esempio di tale sistema.
Figura 2
Per questo motivo, l'argilla viene schiacciata fino a una dimensione di granello di 0,2 mm, quindi gettata,di larghezza superiore a 30 mmIn questo settore, la tecnologia di produzione di componenti refrattari di alto grado con esigenze particolari è ancora in uso.materiali ad alte prestazioni vengono continuamente introdotti: materiali a base di carburo di silicio legato da nitruro di mullite, carburo di silicio ricristallizzato e carburo di silicio infiltrato di silicio.consentendo una riduzione significativa dello spessore dei componenti ceramici e quindi una notevole riduzione del peso dei componenti refrattari. con l'aiuto di forni avanzati a fuoco laterale che utilizzano bruciatori ad alta velocità, l'altezza di impostazione può essere continuamente ridotta a una cottura a uno strato,e le corrispondenti strutture di supporto (arredamento dei forni) saranno ulteriormente sviluppateA causa del peso ridotto dei componenti refrattari, una adeguata stabilità meccanica contro lo spostamento e le vibrazioni può essere raggiunta mediante giunti a coda di cavallo, bloccaggio,o connessioni a bullone intelligenti come le strisce di blocco, tappi, barre e forti restrizioni di tolleranza dei componenti.
Ciò ha anche stimolato notevolmente la domanda da parte dei produttori di prodotti refrattari di livelli di tecnologia di produzione più elevati.che rappresenta lo stato attuale dell'arte- le condizioni per soddisfare i requisiti di cui sopra sono la produzione di prodotti dimensionalmente precisi utilizzando materie prime di alta qualità; lo sviluppo di strumenti di pressatura avanzati;con una lunghezza massima di 20 mm o più■ un controllo preciso delle camere di asciugatura e dei forni.
In alcuni casi, quando si progettano carri da forno con combinazioni dei vari materiali sopra menzionati, si deve prestare attenzione alla grande variabilità delle proprietà fisiche,che è determinante per il funzionamento continuo e le prestazioni senza problemi del sistema del furgone in galleriaPertanto, mentre i precedenti modelli di furnace erano basati principalmente su valori numerici, oggi i calcoli di energia, meccanica,Le caratteristiche termiche durante la produzione di ciascun componente svolgono un ruolo sempre più importanteLa figura 3 mostra una progettazione ottimale del carico ottenuta mediante calcoli strutturali e termici.
Figura 3
Confronto dell'espansione termica reversibile di materiali strutturali selezionati
Materiale
Coefficiente di espansione termica (WAK·K−1, 20 ‰ 1000°C)
Carburo di silicio (a base di silicio)
4.5*10−6
Carburo di silicio (a base di mullite)
5.8*10−6
Materiale ceramico cordierite
3.1*10−6
Artiglieria (grog)
6.6*10−6
Altri prodotti di acciaio
5.1*10−6
Questo dimostra l'importanza delle proprietà fisiche dei materiali nella progettazione dei veicoli da forno.un'analisi del coefficiente di espansione termica mostra che i valori variano notevolmente in alcuni casiSe questo viene trascurato, porterà inevitabilmente a conseguenze dannose per il sistema del furnace.
Conclusioni
Un sistema di tunnel furnace è sempre collegato all'utente e al prodotto.e tenendo conto delle varie condizioni di produzione nella fase di progettazioneIn questo modo si possono evitare fattori negativi e consumi inutili e ottimizzare il sistema.
Il dottor Volker Hesse è vice direttore tecnico della Burton-Werke, Melle/Buer
Fonte dell'articoloQuesto articolo è stato scritto dall'autore Dr. Volker Hesse ed è stato originariamente pubblicato su International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), edizione combinata cinese, Bauverlag GmbH.E'pubblicato qui solo a scopo didattico e di riferimentoIl diritto d'autore appartiene all'autore originale e all'editore originale.
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