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Sistemas energéticamente eficientes de los coches de los hornos de túnel en la industria de arcilla pesada
El Dr. Volker Hesse, D-Melle/Buer
En la industria de los ladrillos de arcilla, el desarrollo de sistemas de coches de hornos de túnel siempre ha sido un tema importante para los fabricantes de ladrillos de arcilla y tejas.Este artículo presenta algunas opiniones sobre este tema de Burton-Werke, proveedor de sistemas de coches de hornos de túnel para la mayoría de las plantas de ladrillos y tejas de techos en Alemania.
Desde el punto de vista del desarrollo general de la tecnología del horno, la tendencia es la de los equipos de cocción automatizados para satisfacer las crecientes demandas de productos de arcilla,con una preparación más precisa de la materia prima y cuerpos verdes más uniformesEsta discusión incluye hornos de rodillos, hornos Monker, tecnología de alta frecuencia, etc.
Sin embargo, junto con estos desarrollos, el horno de túnel tradicional seguramente conservará su lugar, y ha evolucionado en muchos aspectos, no sólo en términos de componentes de cocción.
Antes de decidir sobre una tecnología de encendido específica, se realiza generalmente un análisis de costes y beneficios, teniendo en cuenta los productos y materias primas necesarios para su uso.
En lo que se refiere al desarrollo de los vagones de los hornos de túnel, los siguientes aspectos merecen una atención especial.
Vista general de los vagones del horno de túnel
En el caso de los sistemas, la tarea del proveedor no consiste en seleccionar una solución estándar u otra,sino para crear una solución para el usuario que satisfaga sus requisitos, se alinea con sus propias consideraciones, y satisface sus necesidades finales.
No obstante, independientemente de lo anterior, se utilizan comúnmente los siguientes criterios generales para la selección de un sistema de hornos de túnel, principalmente por razones de coste.
Factores de coste en el funcionamiento de los coches de los hornos de túnel
En el caso de las entidades de crédito, el importe de las pérdidas de crédito se calcula de acuerdo con el método de cálculo de las pérdidas.
Consumo de energía
Esfuerzo de mantenimiento y limpieza
Reparación
Al analizar los factores de consumo, es fácil ver que el consumo de energía de un coche de horno de túnel es un factor importante,Pero lejos de ser el único principio para decidir sobre un sistema de coche horno de túnel específicoEl coche del horno es un componente estructural de todo el sistema del horno y está sujeto a cargas significativas.las funciones respectivas deben examinarse primero.
Funciones objetivo de un sistema de coche de horno de túnel
Buena calidad del producto
Consumo mínimo de energía debido al peso reducido y al aislamiento térmico (almacenamiento y transferencia de calor)
Resistencia química a la atmósfera del horno de túnel y a los medios energéticos en condiciones de cocción
Estabilidad térmica (en caso de choque térmico y caídas rápidas de temperatura)
Resistencia mecánica (influenciada por factores humanos)
Estabilidad dimensional (intercambiabilidad de los componentes refractarios, afectados por la expansión reversible)
Facilidad de mantenimiento y reparación (reemplazo de piezas de desgaste)
Bajos costes de inversión y mantenimiento (tiempo de mantenimiento corto)
Larga vida útil
En la tabla se ve claramente que no se puede alcanzar la perfección, pero es fácil maximizar el cumplimiento de las funciones objetivo del coche del horno, sin tener en cuenta las funciones secundarias.Si el peso del coche se reduce drásticamente, la estabilidad mecánica del sistema disminuye inevitablemente, lo que, por supuesto, puede mejorarse mediante el uso de materiales de mayor calidad, pero esto aumenta los costes de depreciación y los riesgos de mantenimiento.
Aunque lo anterior no es fundamentalmente nuevo, debe tenerse muy en cuenta al tomar las decisiones pertinentes, ya que cuando se establece el factor de prioridad "ahorro de energía" para el vagón de horno de túnel, el factor de prioridad "ahorro de energía" es el valor de la energía.No se deben pasar por alto otras funciones igualmente importantes.
Figura 1 Bloques U de dos capas en las esquinas, pilares huecos y diversos métodos de aislamiento con columnas y paneles de protección (para encendido lateral, por ejemplo, encendido de tejas de techo de una sola capa), paneles de protección delgados
En la actualidad, se utilizan hasta 15 materiales diferentes en los sistemas de vehículos de hornos de túnel, que van desde diversos materiales especiales con resistencia a los golpes térmicos hasta hormigón refractario y morteros,diferentes materiales de fibra, y cerámicas de alto rendimiento basadas en mullita y carburo de silicio.el usuario suele recibir una solución completa de una sola fuenteEn la fase de diseño, la combinación de los diferentes materiales juega un papel muy importante.
En el diseño de un coche de horno de túnel, los objetivos básicos son triples: el perímetro del coche, el revestimiento del coche, y la estructura de soporte o muebles de horno para el establecimiento de los ladrillos.
Por ejemplo, para un coche de horno de tamaño 7 * 6 m, el área del perímetro representa el 10%, el área de la estructura de soporte del 5% y el área de revestimiento del 85%.
En los últimos años, con el continuo desarrollo de la tecnología de cocción, especialmente en la selección de materiales, las proporciones de cada una de las partes anteriores han ido cambiando.Los materiales que ya han demostrado su éxito en el sector de la cerámica fina también se están aplicando cada vez más en la industria de ladrillos de arcilla (como se muestra en la figura 1)..
Desarrollo de la estructura del perímetro del vehículo del horno del túnel
El perímetro de un vagón de horno de túnel tiene principalmente las siguientes funciones:
Sellado de laberinto (dependiendo de la estabilidad dimensional!)
Protección mecánica del revestimiento del vehículo
Protección del chasis del vehículo contra los efectos de la temperatura
Para ello, se requieren las siguientes propiedades:
Estabilidad dimensional
Resistencia en condiciones de frío y calor
Resistencia a choques térmicos o cambios de temperatura
Desde un punto de vista técnico, se requieren bloques de hormigón refractario ligeros para lograr estas funciones.Bloques de gran formato extrudidos a base de cordierita y bloques de gran formato prensados en seco también a base de cordierita ‡ cada solución posible tiene sus ventajas y desventajasLos grandes bloques prensados en seco para el perímetro del coche del horno se discuten con más detalle a continuación.
Este tipo de bloque tiene varias ventajas importantes, como la alta estabilidad dimensional, eliminando la necesidad de procesamiento secundario de los bloques.Bajo la materia prima y la tecnología de producción actuales, su composición mineral definida puede obtenerse más fácilmente.
En los hornos modernos, el ciclo de empuje de los coches de horno se está acortando cada vez más, lo que hace que la resistencia al choque térmico de los materiales sea cada vez más importante.un material desarrollado recientemente, cumple plenamente estos requisitos.
Los resultados de los ensayos para este material son los siguientes:
Propiedad
Valor
Densidad de volumen (g/cm3)
1.20
Porosidad abierta (%)
40
Resistencia al aplastamiento en frío (N/mm2)
10
Expansión térmica reversible (WAK·K−1)
4.5*10−6
Es evidente que este material tiene una mayor densidad de volumen que los bloques refractarios ligeros tradicionales,pero en comparación se puede utilizar para producir productos más grandes y bloques de entrelazamiento más delgados con resistencia al choque térmicoAunque el peso del perímetro del vehículo del horno hecho de material Burcclight difiere significativamente del de los materiales refractarios ligeros,su resistencia al choque térmico y facilidad de montaje se mejoran mucho.
Incluso en una fábrica de ladrillos moderna y totalmente automatizada, el perímetro del vagón del horno de túnel está sujeto a altas tensiones térmicas y mecánicas.Es aún más importante que cuando una parte del perímetro está dañadaPor esta razón, los bloques de perímetro no están pegados ni morteros, sino colocados en seco,con conexiones sólo a través de enclavamiento mecánico dentado que es obviamente un método muy bueno.
Naturalmente, esto requiere una cierta precisión dimensional de los bloques.La precisión dimensional sólo puede lograrse mediante el procesamiento secundario.
Progreso en los materiales de revestimiento de los vehículos de los hornos de túnel
La función del revestimiento de un automóvil de horno de túnel moderno es el aislamiento térmico, mientras que la carga generalmente es soportada por el chasis metálico del automóvil.casi exclusivamente ligeroLa primera es la fibra cerámica, disponible ahora en grados listos para el uso.Estas fibras pueden ser sustituidas por hormigón ligero o diversos agregados., como la sílice, el grog ligero, la piedra pómez, etc. Hay que tener en cuenta que estos materiales aislantes no pueden exponerse directamente a la llama; deben estar protegidos por una cubierta de superficie adecuada,por ejemplo, un panel delgado resistente a los golpes térmicosAunque esto aumenta ligeramente el peso del coche del horno, este método evita la corrosión del material aislante, especialmente en hornos de cocción lateral.una capa de superficie dura es necesaria para la limpieza efectiva de la cubierta del coche, que puede ser un factor importante que causa un desgaste grave, polvo, arena y accidentes.En la actualidad ya es posible fabricar paneles de protección de este tipo con un grosor de 10 cm y dimensiones de 500*600 mm..
A medida que aumenta el nivel de automatización en las modernas fábricas de ladrillos y disminuye el número de operarios, los problemas relacionados con los paneles de protección de los hornos de túnel disminuyen.En la práctica, a menudo vemos que las capas de cubierta utilizadas en muchos casos se refuerzan más tarde y se colocan en las columnas del coche del horno para facilitar la carga y descargaEste es también un ejemplo típico de la grave divergencia entre el ahorro energético y el mantenimiento de acuerdo con las necesidades de producción.
Comparación de las propiedades de los diferentes materiales de revestimiento de aislamiento de los coches de los hornos:
El material
Densidad de volumen (kg/m3)
Fibras cerámicas refractarias
130
Fibra cerámica compuesta (material a base de fibra)
160
Concreto aislante (a base de sílice)
230
Carátulas de silicato de calcio
250
Concreto refractario ligero
500
Arcillas aislantes expandidas (basadas en grog ligero)
600
Otro ejemplo es la colocación de protecciones delanteras y traseras en el chasis del coche del horno.el coche del horno debe permanecer en el horno del túnel (eEl uso de este método es, en última instancia, una decisión del usuario.
Progreso en las estructuras de apoyo de los coches de horno
La función de la estructura de columna es soportar todas las cargas de los productos y los muebles del horno durante la cocción y transferir las fuerzas al chasis metálico del vagón del horno.Esto requiere valores de resistencia a frío y calor relativamente altos, así como resistencia a la compresión y a la flexión, y cierto comportamiento de deformación a temperatura de servicio.La mayoría de los componentes del coche del horno están sujetos a las mayores tensiones.Naturalmente, la estructura de la columna debe ser diseñada estrictamente de acuerdo con la carga de cocción y la temperatura de cocción.El análisis de los recientes proyectos de sistemas de coches de horno muestra una creciente desviación de los sistemas refractarios tradicionales, es decir, sistemas compuestos por conductos especiales, altos soportes transversales, columnas especiales con paneles perforados (denominados "Bensen"),y muebles de horno colocados sobre losas de forma especial apoyadas por columnas centralesDe hecho, en la producción de ladrillos de pavimento cocidos, ya se han adoptado sistemas más delgados y refinados,con columnas extrudidas sobre las que se pueden colocar ladrillos o losas de gran formato o estructuras de vigasLa figura 2 muestra un ejemplo de este sistema.
Figura 2
Estos sistemas refinados ya no utilizan materiales de arcilla refractarios tradicionales.con un contenido de aluminio superior a 10%, pero no superior a 50%En este ámbito, la tecnología de producción de componentes refractarios de alta calidad con requisitos especiales es también muy importante.Los materiales de alto rendimiento se están introduciendo continuamente: materiales a base de carburo de silicio ligado con nitruro de mullita, carburo de silicio recristalizado y carburo de silicio infiltrado con silicio. Estos materiales tienen valores de resistencia muy altos,que permite una reducción significativa del grosor de los componentes cerámicos y, por tanto, una reducción notable del peso de los componentes refractariosCon la ayuda de hornos avanzados de cocción lateral que utilizan quemadores de alta velocidad, la altura de ajuste puede reducirse continuamente a cocción de una sola capa,y las estructuras de apoyo correspondientes (muebles de horno) se desarrollarán aún másDebido a la reducción del peso de los componentes refractarios, se puede lograr una estabilidad mecánica adecuada contra el desplazamiento y las vibraciones mediante juntas de cola, bloqueo,o conexiones con tornillos inteligentes como tiras de bloqueo, tapas, barras y restricciones de tolerancia de los componentes.
Esto también ha estimulado en gran medida la demanda de los fabricantes de productos refractarios de niveles de tecnología de producción más altos.que representa el estado actual de la técnicaLos requisitos previos para cumplir con los requisitos anteriores son la producción de productos dimensionalmente precisos utilizando materias primas de alta calidad; el desarrollo de herramientas de prensado avanzadas;Las demás máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas- y un control preciso de las cámaras de secado y hornos.
En algunos casos, cuando se diseñan coches de horno con combinaciones de los diversos materiales mencionados anteriormente, debe prestarse atención a la gran variación en las propiedades físicas,que es decisivo para el funcionamiento continuo y el funcionamiento sin problemas del sistema del coche del horno de túnelPor lo tanto, mientras que los diseños anteriores de los coches de horno se basaban principalmente en valores numéricos, hoy en día los cálculos de energía, mecánica,El rendimiento térmico durante la producción de cada componente juega un papel cada vez más importanteLa figura 3 muestra un diseño de carga óptimo obtenido mediante cálculos estructurales y térmicos.
Figura 3
Comparación de la expansión térmica reversible de materiales estructurales seleccionados
El material
Coeficiente de expansión térmica (WAK·K−1, 20 ‰ 1000 °C)
Carburo de silicio (a base de silicio)
4.5*10−6
Carburo de silicio (a base de mullita)
5.8*10−6
Material cerámico de cordierita
3.1*10−6
Arcillas (grog)
6.6*10−6
Cerámica de corindón (a base de mullita)
5.1*10−6
Esto demuestra la importancia de las propiedades físicas de los materiales en el diseño de los coches de horno.un análisis del coeficiente de expansión térmica muestra que los valores varían mucho en algunos casosSi se pasa por alto esto, inevitablemente se producen consecuencias perjudiciales para el sistema del coche del horno.
Conclusión
Un sistema de coche de horno de túnel está siempre vinculado al usuario y al producto.y teniendo en cuenta las diversas condiciones de producción en la fase de diseñoEl uso de la tecnología de la información es esencial para hacer la elección correcta para prolongar la vida útil del sistema, y sólo así se pueden evitar factores adversos y consumos innecesarios y se puede optimizar el sistema.
El Dr. Volker Hesse es director técnico adjunto en el Burton-Werke, Melle/Buer
Fuente del artículoEste artículo fue escrito por el autor Dr. Volker Hesse y publicado originalmente en la International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996~1998, edición combinada china, Bauverlag GmbH.Se publica aquí sólo para fines de aprendizaje y referenciaLos derechos de autor pertenecen al autor original y al editor original.
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