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Energieeffiziente Tunnelöfen-Systeme in der Schwerkerzeugindustrie
Dr. Volker Hesse, D-Melle/Buer
In der Lehmziegelindustrie war die Entwicklung von Tunnelöfenwagenanlagen immer ein wichtiges Thema für Hersteller von Lehmziegeln und Dachfliesen.In diesem Artikel werden einige Ansichten von Burton-Werke zu diesem Thema vorgestellt., ein Anbieter von Tunnelöfenwagenanlagen für die meisten Ziegel- und Dachfliesenwerke in Deutschland.
Aus der Sicht der allgemeinen Entwicklung der Ofentechnologie ist der Trend zu automatisierten Feuergeräten, um den wachsenden Bedarf an Tonprodukten zu decken.mit einer präziseren Rohstoffzubereitung und einheitlicheren grünen KörpernDiese Diskussion umfaßt Rolleröfen, Monkeröfen, Hochfrequenztechnologie usw.
Neben diesen Entwicklungen wird der traditionelle Tunnelöfen jedoch sicherlich seinen Platz behalten, und er hat sich in vielerlei Hinsicht weiterentwickelt, nicht nur in Bezug auf die Brennkomponenten.
Vor der Entscheidung über eine bestimmte Brenntechnologie wird in der Regel eine Kosten-Nutzen-Analyse unter Berücksichtigung der notwendigen Produkte und Rohstoffe durchgeführt.
Bei der Entwicklung von Tunnelöfenwagen sind folgende Aspekte besonders zu beachten.
Allgemeine Ansicht der Tunnelöfenwagen
Dies betrifft nicht nur technische und wirtschaftliche Berechnungen, sondern auch die Erwartungen der Benutzer.sondern eine Lösung für den Benutzer zu schaffen, die seinen Anforderungen entspricht, entspricht ihren eigenen Überlegungen und befriedigt ihre ultimativen Bedürfnisse.
Unabhängig von dem oben genannten werden jedoch häufig folgende allgemeine Kriterien für die Auswahl eines Tunnelöfensystems vor allem aus Kostengründen verwendet.
Kostenfaktoren beim Betrieb von Tunnelöfen
Verschleiß (Abschreibung)
Energieverbrauch
Wartungs- und Reinigungsaufwand
Reparatur
Bei der Analyse der Verbrauchsfaktoren ist leicht zu erkennen, dass der Energieverbrauch eines Tunnelöfenwagens ein wichtiger Faktor ist.aber weit davon entfernt, das einzige Prinzip für die Entscheidung über ein spezifisches Tunnelöfen-Auto-System zu seinDer Ofenwagen ist ein struktureller Bestandteil des gesamten Ofensystems und unterliegt erheblichen Belastungen.Die jeweiligen Funktionen müssen zunächst geprüft werden..
Zielfunktionen eines Tunnelöfenwagensystems
Gute Produktqualität
Minimaler Energieverbrauch durch geringeres Gewicht und Wärmedämmung (Wärmespeicherung und Wärmeübertragung)
Chemische Beständigkeit gegenüber der Tunnelofenatmosphäre und den Energiemedien unter Brennbedingungen
Thermische Stabilität (unter thermischem Schock und raschem Temperaturabfall)
Mechanische Festigkeit (von menschlichen Faktoren beeinflusst)
Dimensionsstabilität (Austauschbarkeit feuerfester Bauteile, die durch reversible Ausdehnung beeinflusst werden)
Leichtigkeit der Wartung und Reparatur (Austausch von Verschleißteilen)
Niedrige Investitions- und Wartungskosten (kurze Wartungszeit)
Lange Lebensdauer
Aus der Tabelle geht hervor, daß die Perfektion nicht erreicht werden kann, aber es ist leicht, die Zielfunktionen des Ofenwagens maximal zu erfüllen und dabei Nebenfunktionen zu vernachlässigen.Wenn das Gewicht des Autos drastisch reduziert wird, sinkt die mechanische Stabilität des Systems unweigerlich, was natürlich durch die Verwendung von hochwertigeren Materialien verbessert werden kann, was jedoch die Abschreibungskosten und die Wartungsrisiken erhöht.
Obwohl dies nicht grundsätzlich neu ist, sollte es bei der Entscheidungsfindung fest im Auge behalten werden, denn wenn der Prioritätsfaktor "Energieeinsparung" für den Tunnelöfenwagen festgelegt wird, wird die Energieeffizienz der Tunnelöfen in der Regel durch dieandere ebenso wichtige Funktionen sollten nicht übersehen werden.
Abbildung 1 Zwei-Schicht-Eck-U-Blöcke, hohle Säulen und verschiedene Isolierungsmethoden mit Säulen und Schutzplatten (für Seitenbrennen, z. B. Ein-Schicht-Dachfliesenbrennen), dünne Schutzplatten
Heute werden bis zu 15 verschiedene Materialien in Tunnelöfenfahrzeugsystemen eingesetzt, von verschiedenen speziellen Materialien mit thermischer Stoßbeständigkeit bis hin zu feuerfestem Beton und Mörteln,verschiedene FasermaterialienDa kein Hersteller alle diese Materialien selbst produziert, ist es nicht möglich, diese Materialien selbst herzustellen.Der Benutzer erhält in der Regel eine vollständige Lösung aus einer HandIn der Konstruktionsphase spielt die Kombination verschiedener Materialien eine sehr wichtige Rolle.
Bei der Konstruktion eines Tunnelöfenwagens sind die grundlegenden Ziele dreifach: der Fahrzeugumfang, die Fahrzeugverkleidung und die Trägerstruktur oder die Öfenmöbel zum Anlegen der Ziegel.
Bei einem Ofenwagen mit einer Größe von 7*6 m beträgt die Umfangfläche 10%, die Tragfläche 5% und die Auskleidungsfläche 85%.
In den letzten Jahren hat sich mit der ständigen Entwicklung der Brenntechnik, insbesondere bei der Materialwahl, das Verhältnis jedes der oben genannten Teile verändert.Materialien, die sich bereits im Bereich der feinen Keramik bewährt haben, werden zunehmend auch in der Tonziegelindustrie eingesetzt (siehe Abbildung 1)..
Ausbau der Tunnelöfenwagenumgebungsstruktur
Der Umfang eines Tunnelöfenwagens dient hauptsächlich folgenden Funktionen:
Labyrinthversiegelung (abhängig von der Dimensionsstabilität!)
Mechanischer Schutz der Fahrzeugverkleidung
Schutz des Fahrzeugchassis vor Temperaturwirkungen
Zu diesem Zweck sind folgende Eigenschaften erforderlich:
Dimensionalstabilität
Festigkeit bei Kälte und Hitze
Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schläge oder Temperaturänderungen
Aus technischer Sicht sind leichte feuerfeste Betonblöcke erforderlich, um diese Funktionen zu erfüllen.Extrudierte Großformatblöcke auf Basis von Cordierit und trocken gepresste Großformatblöcke ebenfalls auf Basis von CordieritDie trocken gepressten großen Blöcke für den Ofenwagenumfang werden nachstehend näher erörtert.
Diese Art von Block weist eine Reihe wichtiger Vorteile auf, wie beispielsweise eine hohe Dimensionsstabilität, die die Notwendigkeit einer Sekundärverarbeitung der Blöcke beseitigt.Unter der derzeitigen Rohstoff- und Produktionstechnik, kann seine definierte Mineralzusammensetzung leichter ermittelt werden.
In modernen Öfen wird der Schubzyklus der Öffnungswagen immer kürzer, was die Wärmeschlagfestigkeit der Materialien immer wichtiger macht.neu entwickeltes Material, erfüllt diese Anforderungen vollständig.
Die Prüfergebnisse für dieses Material sind wie folgt:
Eigentum
Wert
Massendichte (g/cm3)
1.20
Offene Porosität (%)
40
Kaltbrennfestigkeit (N/mm2)
10
Umkehrbare thermische Ausdehnung (WAK·K−1)
4.5*10−6
Es ist offensichtlich, daß dieses Material eine höhere Massendichte hat als herkömmliche leichte feuerfeste Blöcke.aber im Vergleich dazu kann es verwendet werden, um größere Produkte und dünnere Verriegelungsblöcke mit thermischer Stoßbeständigkeit herzustellenObwohl sich das Gewicht des von Burcclight gefertigten Öfenwagenumfangs erheblich von dem bei leichten Feuerfeststoffen unterscheidet,Die Wärmeschlagfestigkeit und die einfache Montage werden erheblich verbessert..
Selbst in einer modernen, vollautomatisierten Ziegelfabrik ist der Umfang des Tunnelöfenwagens hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt.Es ist noch wichtiger, dass, wenn ein Umfang Teil beschädigt istAus diesem Grund werden die Umfangblöcke nicht gebunden oder vermörtet, sondern trocken verlegt.mit Verbindungen nur durch mechanische Verriegelung mit Zähnen, was offensichtlich eine sehr gute Methode ist.
Dies erfordert natürlich eine gewisse Maßgenauigkeit der Blöcke.Die Größengenauigkeit kann nur durch Sekundärverarbeitung erreicht werden..
Fortschritte bei den Fahrzeugverkleidungsmaterialien für Tunnelöfen
Die Funktion einer modernen Tunnelöfen-Autoauskleidung ist die Wärmedämmung, während die Last in der Regel vom Metallchassis des Autos getragen wird.fast ausschließlich leichtDie ersten hier zu erwähnen sind Keramikfasern, die heute in gebrauchsfertigen Sorten erhältlich sind.Diese Fasern können durch leichten Beton oder verschiedene Aggregate ersetzt werden., wie Kieselsäure, leichter Grog, Bimsstein usw. Es ist zu beachten, daß diese Isolierstoffe nicht direkt der Flamme ausgesetzt werden können; sie müssen durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung geschützt werden,zum Beispiel eine thermisch stoßfeste dünne PlatteAuch wenn dies das Gewicht des Ofenwagens geringfügig erhöht, verhindert diese Methode insbesondere in seitwärtigen Öfen eine Korrosion des Isoliermaterials.Eine harte Oberflächenschicht ist für eine effektive Reinigung des Autodecks erforderlich, die ein wesentlicher Faktor für starken Verschleiß, Staub, Sand und Unfälle sein kann.Heute ist es bereits möglich, solche Schutzplatten mit einer Dicke von 10 cm und Abmessungen von 500*600 mm herzustellen..
Mit zunehmender Automatisierung in modernen Ziegelwerken und einer Verringerung der Zahl der Betreiber nehmen die Probleme mit den Schutzplatten der Tunnelöfen ab.In der Praxis sehen wir häufig, dass die in vielen Fällen verwendeten Abdeckungsschichten später verstärkt und auf die Ofenwagensäulen gelegt werden, um das Be- und Entladen zu erleichternDies ist auch ein typisches Beispiel für die ernste Divergenz zwischen Energieeinsparung und Wartung entsprechend den Produktionsanforderungen.
Vergleich der Eigenschaften verschiedener Öfen-Auto-Dämmstoffverkleidungen:
Material
Massendichte (kg/m3)
Keramische Feuerfestfasern
130
Keramische Verbundfasern (auf Faserbasis)
160
Isolierbeton (auf Silikobasis)
230
Kalziumsilikatplatten
250
Leichtes Feuerfestbeton
500
Isolierende Expansionsleere (auf Grog-Basis)
600
Ein weiteres Beispiel ist die Anbringung von Vorder- und Hinterschutzvorrichtungen auf dem Fahrwerk des Öfenwagens.der Ofenwagen muss im Tunnelofen bleiben (eDie Verwendung dieser Methode ist letztlich eine Entscheidung des Benutzers.
Fortschritte bei den Stützkonstruktionen für den Ofenwagen
Die Funktion der Säulenstruktur besteht darin, alle Belastungen der Produkte und der Ofenmöbel während des Brennens zu tragen und die Kräfte auf das Metallchassis des Ofenwagens zu übertragen.Dies erfordert relativ hohe Werte der Kalt- und Heißfestigkeit, sowie Kompressions- und Biegfestigkeit sowie ein gewisses Verformungsverhalten bei Betriebstemperatur.Die meisten Komponenten des Ofenwagens sind den größten Belastungen ausgesetzt.Natürlich muß die Säulenstruktur streng nach der Brennlast und der Brenntemperatur ausgelegt werden.Die Analyse der jüngsten Projekte für die Anlage von Keramiköfen zeigt eine wachsende Abweichung von traditionellen feuerfesten Systemen, d. h. Systeme, die aus speziellen Schläuchen, hohen Querstützen, speziellen Säulen mit perforierten Platten bestehen (benannt "Bensen"),mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm,In der Tat wurden bei der Herstellung von gebrannten Pflastersteinen bereits dünnere und raffiniertere Systeme angewandt.mit extrudierten Säulen, auf denen großformatige belastbare Ziegel oder Platten oder Balkenstrukturen platziert werden könnenAbbildung 2 zeigt ein Beispiel für ein solches System.
Abbildung 2
Diese verfeinerten Systeme verwenden keine traditionellen feuerfesten Tonmaterialien mehr.mit einer Breite von mehr als 30 mm,Dies gilt auch für die Produktionstechnik hochwertiger feuerfestes Bauteile mit besonderen Anforderungen.die Produktion von Hochleistungsmaterialien wird kontinuierlich fortgesetzt: Materialien auf der Grundlage von mit Mullitnitrid verbundenem Siliziumcarbid, rekristallisiertem Siliziumcarbid und Silizium-infiltriertem Siliziumcarbid. Diese Materialien haben sehr hohe Festigkeitswerte,die eine deutliche Verringerung der Dicke der keramischen Bauteile und damit eine deutliche Verringerung des Gewichts der feuerfesten Bauteile ermöglichtMit Hilfe fortschrittlicher seitwärtiger Öfen mit Hochgeschwindigkeitsbrennern kann die Einstellhöhe kontinuierlich auf einlagerndes Brennen reduziert werden.und die entsprechenden Stützstrukturen (Kühlermöbel) weiterentwickelt werdenAufgrund des geringen Gewichts feuerfester Bauteile kann eine geeignete mechanische Stabilität gegen Verschiebungen und Vibrationen durch Schwanzverbindungen, Verriegelung,oder intelligente verschraubte Verbindungen wie Sperrstreifen, Kappen, Stäbe und starke Komponentenverträglichkeitsbeschränkungen.
Dies hat auch die Nachfrage der Hersteller von Feuerfestprodukten nach höheren Produktionstechnologien stark ankurbeln lassen.die den aktuellen Stand der Technik darstelltDie Voraussetzungen für die Erfüllung der vorstehenden Anforderungen sind die Herstellung von maßgenauen Produkten aus hochwertigen Rohstoffen, die Entwicklung fortschrittlicher Pressenwerkzeuge,mit einer Leistung von mehr als 100 W und einer Leistung von mehr als 100 W und eine präzise Steuerung der Trocknungskammern und Öfen.
Bei der Konstruktion von Ofenfahrzeugen mit Kombinationen der oben genannten Materialien ist in einigen Fällen auf die großen Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften zu achten.die für den kontinuierlichen Betrieb und die störungsfreie Leistung des Tunnelöfenwagensystems entscheidend istWährend sich die bisherigen Bauweisen vor allem auf numerische Werte stützten, basieren heutzutage die Berechnungen von Energie, mechanischenDie thermische Leistung bei der Herstellung der einzelnen Bauteile spielt eine immer wichtigere Rolle.Abbildung 3 zeigt eine optimale Belastungsanordnung, die durch strukturelle und thermische Berechnungen erreicht wird.
Abbildung 3
Vergleich der reversiblen thermischen Ausdehnung ausgewählter Baustoffe
Material
Koeffizient der thermischen Ausdehnung (WAK·K−1, 20·1000°C)
Silikonkarbid (auf Siliciumbasis)
4.5*10−6
Siliziumkarbid (auf Mullitbasis)
5.8*10−6
Cordierit-Keramikmaterial
3.1*10−6
Brennstoff (Grog)
6.6*10−6
Keramik aus Korund (auf Mullitbasis)
5.1*10−6
Dies zeigt, wie wichtig die physikalischen Eigenschaften von Materialien für die Konstruktion von Öfenwagen sind.Eine Analyse des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zeigt, dass die Werte in einigen Fällen stark variierenWenn dies übersehen wird, wird es zwangsläufig zu schädlichen Folgen für das Öfenfahrzeugsystem führen.
Schlussfolgerung
Ein Tunnelöfenwagensystem ist immer mit dem Anwender und dem Produkt verbunden.und unter Berücksichtigung verschiedener Produktionsbedingungen in der KonstruktionsphaseNur so können negative Faktoren und unnötiger Verbrauch vermieden und das System optimiert werden.
Dr. Volker Hesse ist stellvertretender technischer Leiter der Burton-Werke, Melle/Buer
Quelle des ArtikelsDieser Artikel wurde vom Autor Dr. Volker Hesse verfasst und ursprünglich in der International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996 1998, chinesische Kombinationsedition, Bauverlag GmbH veröffentlicht.Sie ist nur zu Lern- und Referenzzwecken hier veröffentlicht.Das Urheberrecht gehört dem Urheber und dem Verleger.
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