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Sistemas de veículos de fornos de túnel eficiente em termos energéticos na indústria de argila pesada
Dr. Volker Hesse, D-Melle/Buer
Na indústria de tijolos de barro, o desenvolvimento de sistemas de carros de fornos de túnel sempre foi um tema importante para os fabricantes de tijolos de barro e telhados.Este artigo apresenta algumas opiniões sobre este assunto de Burton-Werke, fornecedora de sistemas de carros de fornos de túnel para a maioria das fábricas de tijolos e telhados na Alemanha.
A partir da perspectiva do desenvolvimento global da tecnologia dos fornos, a tendência é para equipamentos de cozimento automatizados para satisfazer as crescentes demandas de produtos de argila,com uma preparação de matérias-primas mais precisa e corpos verdes mais uniformesEsta discussão inclui fornos de rolos, fornos Monker, tecnologia de alta frequência, etc.
Contudo, ao lado destes desenvolvimentos, o forno de túnel tradicional certamente manterá o seu lugar, e evoluiu em muitos aspectos, não só em termos de componentes de cozimento.
Antes de se decidir sobre uma tecnologia de cozimento específica, é geralmente efectuada uma análise custo-benefício, tendo em conta os produtos e matérias-primas necessários a utilizar.
No que diz respeito ao desenvolvimento dos vagões de fornos de túnel, os seguintes aspectos merecem uma atenção especial.
Visão geral dos vagões de fornos de túnel
Para um fornecedor de sistemas, a tarefa não é escolher uma solução padrão ou outra, mas sim uma solução que se baseia em um conjunto de princípios.Mas para criar uma solução para o usuário que atenda às suas necessidades, alinha-se com as suas próprias considerações, e satisfaz as suas necessidades finais.
No entanto, independentemente do que precede, os seguintes critérios gerais para a selecção de um sistema de fornos de túnel são geralmente utilizados, principalmente por razões de custo.
Fatores de custo na exploração de veículos de fornos de túnel
Desgaste (amortização)
Consumo de energia
Esforço de manutenção e limpeza
Reparação
Ao analisar os fatores de consumo, é fácil ver que o consumo de energia de um carro de forno de túnel é um fator importante,Mas longe de ser o único princípio para decidir sobre um sistema de carro de forno de túnel específicoO carro do forno é um componente estrutural de todo o sistema do forno e está sujeito a cargas significativas.As respectivas funções devem ser primeiro examinadas..
Funções-alvo de um sistema de carro de forno de túnel
Boa qualidade do produto
Consumo mínimo de energia devido à redução do peso e ao isolamento térmico (armazenamento e transferência de calor)
Resistência química à atmosfera do forno de túnel e aos meios de energia em condições de cozimento
Estabilidade térmica (sob choque térmico e quedas rápidas de temperatura)
Resistência mecânica (influenciada por fatores humanos)
Estabilidade dimensional (intercâmbio de componentes refratários, afectados por expansão reversível)
Facilidade de manutenção e reparação (substituição de peças de desgaste)
Baixos custos de investimento e manutenção (curto tempo de manutenção)
Duração de vida
A partir da tabela, fica claro que a perfeição não pode ser alcançada, mas é fácil maximizar o cumprimento das funções visadas do vagão de fornos, negligenciando funções secundárias.Se o peso do carro for drasticamente reduzido, a estabilidade mecânica do sistema diminui inevitavelmente, o que pode naturalmente ser melhorado através da utilização de materiais de melhor qualidade, mas isso aumenta os custos de depreciação e os riscos de manutenção.
Apesar de o que precede não ser fundamentalmente novo, deve ser firmemente levado em conta quando se tomam as decisões pertinentes.outras funções igualmente importantes não devem ser ignoradas.
Figura 1 Blocos de U de canto de duas camadas, pilares ocos e vários métodos de isolamento com colunas e painéis de protecção (para cozimento lateral, por exemplo, cozimento de telhas de telhado de uma única camada), painéis de protecção finos
Hoje em dia, até 15 materiais diferentes são utilizados em sistemas de veículos de fornos de túnel, que vão desde vários materiais especiais com resistência a choques térmicos até betão refratário e argamassa,Vários materiais de fibras, e cerâmica de alto desempenho à base de mullite e carburo de silício.O utilizador recebe geralmente uma solução completa de uma única fonteNo estágio de concepção, a combinação dos diferentes materiais desempenha um papel muito importante.
Ao projetar um carro de forno de túnel, os objetivos básicos são três: o perímetro do carro, o revestimento do carro e a estrutura de suporte ou mobiliário do forno para colocar os tijolos.
Por exemplo, para um vagão de forno de tamanho 7*6 m, a área do perímetro representa 10%, a área da estrutura de suporte 5%, e a área do revestimento 85%.
Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de cozimento, especialmente na selecção de materiais, as proporções de cada uma das partes acima mencionadas têm vindo a mudar.Os materiais que já se provaram bem sucedidos no sector da cerâmica fina também estão a ser cada vez mais utilizados na indústria de tijolos de argila (como mostrado na figura 1)..
Desenvolvimento da estrutura do perímetro do carro do forno de túnel
O perímetro de um vagão de forno de túnel tem principalmente as seguintes funções:
Segmentação do labirinto (dependente da estabilidade dimensional!)
Proteção mecânica do revestimento do carro
Protecção do chassi do automóvel contra os efeitos da temperatura
Para o efeito, são necessárias as seguintes propriedades:
Estabilidade dimensional
Força em condições de frio e calor
Resistência a choques térmicos ou alterações de temperatura
Do ponto de vista técnico, são necessários blocos de concreto refratário leves para atingir estas funções.Blocos de grande formato extrudidos à base de cordierite e blocos de grande formato prensados a seco também à base de cordierite ¢ cada solução possível tem as suas vantagens e desvantagensOs grandes blocos prensados a seco para o perímetro do carro do forno são discutidos em mais detalhes abaixo.
Este tipo de bloco tem uma série de vantagens importantes, tais como alta estabilidade dimensional, eliminando a necessidade de processamento secundário dos blocos.Sob a matéria-prima e a tecnologia de produção actuais, a sua composição mineral definida pode ser obtida mais facilmente.
Nos fornos modernos, o ciclo de empurrão dos carros do forno está a tornar-se cada vez mais curto, tornando cada vez mais importante a resistência ao choque térmico dos materiais.um material desenvolvido recentemente, cumpre plenamente estes requisitos.
Os resultados dos ensaios para este material são os seguintes:
Imóveis
Valor
Densidade de massa (g/cm3)
1.20
Porosidade aberta (%)
40
Resistência ao esmagamento a frio (N/mm2)
10
Expansão térmica reversível (WAK·K−1)
4.5*10−6
É evidente que este material tem uma densidade de massa superior aos blocos refratários leves tradicionais,Mas em comparação, pode ser usado para produzir produtos maiores e blocos de interligação mais finos com resistência ao choque térmicoApesar de o peso do perímetro do carro do forno feito de material Burcclight diferir significativamente daquele utilizado com materiais refratários leves,A sua resistência ao choque térmico e facilidade de montagem são muito melhoradas.
Mesmo numa fábrica de tijolos moderna e totalmente automatizada, o perímetro do vagão do forno de túnel é submetido a altas tensões térmicas e mecânicas.É ainda mais importante que quando uma parte do perímetro é danificadaPor esta razão, os blocos de perímetro não são ligados nem molados, mas colocados a seco,com ligações apenas através de entrelaçamento mecânico dentado, que é obviamente um método muito bom..
Naturalmente, isto requer uma certa precisão dimensional dos blocos.A precisão dimensional só pode ser alcançada através de processamento secundário.
Progresso dos materiais de revestimento de veículos de fornos de túnel
A função de um revestimento de carro de forno de túnel moderno é o isolamento térmico, enquanto a carga é geralmente suportada pelo chassi metálico do carro.Quase exclusivamente leveOs primeiros a serem mencionados são as fibras cerâmicas, disponíveis agora em graus prontos para uso.Estas fibras podem ser substituídas por betão leve ou diversos agregados, tais como sílica, grog leve, pedra-pomes, etc. Deve notar-se que estes materiais isolantes não podem ser directamente expostos à chama; devem ser protegidos por uma cobertura de superfície adequada,por exemplo, um painel fino resistente a choques térmicosApesar de aumentar ligeiramente o peso do carro do forno, este método evita a corrosão do material isolante, especialmente em fornos de fogão lateral.uma camada de superfície dura é necessária para uma limpeza eficaz do convés do carro, que pode ser um fator significativo que causa desgaste grave, poeira, areia e acidentes.Hoje já é possível produzir tais painéis de protecção com espessura de 10 cm e dimensões de 500*600 mm..
Com o aumento do nível de automação nas obras de construção de tijolos modernas e a diminuição do número de operários, os problemas relacionados com os painéis de protecção dos fornos de túnel estão a diminuir.Na prática, muitas vezes vemos que as camadas de cobertura usadas em muitos casos são posteriormente reforçadas e colocadas nas colunas do carro do forno para facilitar o carregamento e descarregamentoEste é também um exemplo típico da grave divergência entre a poupança de energia e a manutenção de acordo com as necessidades de produção.
Comparação das propriedades de diferentes materiais de revestimento de isolamento de automóveis de fornos:
Materiais
Densidade de massa (kg/m3)
Fibras cerâmicas refratárias
130
Fibras cerâmicas compostas (material à base de fibras)
160
Concreto isolante (a base de sílica)
230
Placas de silicato de cálcio
250
Concreto refratário leve
500
Argile isoladora expandida (baseada em grog leve)
600
Outro exemplo é a colocação de proteções dianteiras e traseiras no chassi do carro do forno.o carro do forno deve permanecer no forno de túnel (eA utilização deste método é, em última análise, uma decisão do utilizador.
Progresso nas estruturas de apoio dos carros de forno
A função da estrutura da coluna é suportar todas as cargas dos produtos e mobiliário do forno durante a cozedura e transferir as forças para o chassi metálico do carro do forno.Isto requer valores relativamente elevados de resistência ao frio e ao calor, bem como a resistência à compressão e à flexão, e um certo comportamento de deformação à temperatura de funcionamento.A maioria dos componentes do carro do forno são submetidos às maiores tensõesNaturalmente, a estrutura da coluna deve ser projetada estritamente de acordo com a carga de cozimento e a temperatura de cozimento.A análise dos recentes projectos de sistemas de veículos de forno mostra um afastamento crescente dos sistemas refratários tradicionais, ou seja, sistemas constituídos por tubos de água específicos, suportes transversais elevados, colunas especiais com painéis perfurados (denominados Bensen),e móveis de fornos colocados em lajes de forma especial apoiados por colunas centraisDe facto, na produção de tijolos de pavimentação a fogo, já foram adoptados sistemas mais finos e mais refinados.com colunas extrudidas sobre as quais podem ser colocados tijolos ou lajes portadores de grande formato ou estruturas de vigasA figura 2 mostra um exemplo de tal sistema.
Figura 2
Estes sistemas refinados já não utilizam materiais de argila refratários tradicionais.de peso superior a 200 g/m2, mas não superior a 200 g/m2,A tecnologia de produção de componentes refratários de alta qualidade com exigências especiais também é objecto de consideração.Os materiais de alto desempenho estão a ser continuamente introduzidosMateriais à base de carburo de silício ligado a nitruro de mullita, carburo de silício recristalizado e carburo de silício infiltrado em silício, com valores de resistência muito elevados.permitindo uma redução significativa da espessura dos componentes cerâmicos e, consequentemente, uma redução acentuada do peso dos componentes refratáriosCom a ajuda de fornos avançados de cozimento lateral que utilizam queimadores de alta velocidade, a altura de ajuste pode ser continuamente reduzida para cozimento de uma única camada,e as estruturas de apoio correspondentes (mobiliário de fornos) serão desenvolvidasDevido ao peso reduzido dos componentes refratários, a estabilidade mecânica adequada contra deslocamentos e vibrações pode ser alcançada através de juntas de cauda de corvo, de interligação, deou conexões de parafusos inteligentes, tais como tiras de bloqueio, tampas, hastes e fortes restrições de tolerância dos componentes.
O facto de a produção de produtos refractários ter sido limitada a uma tolerância de dimensão de 1 mm, o que contribui para a sua elevada demanda por tecnologias de produção.que representa o estado actual da técnicaOs pré-requisitos para satisfazer os requisitos acima referidos são a produção de produtos dimensionalmente precisos utilizando matérias-primas de alta qualidade; o desenvolvimento de ferramentas de prensagem avançadas;De potência não superior a 1000 W■ e controlo preciso das câmaras de secagem e dos fornos.
Em alguns casos, ao conceber vagões de fornos com combinações dos vários materiais acima mencionados, deve ser dada atenção à grande variação das propriedades físicas,que é decisivo para o funcionamento contínuo e o desempenho sem problemas do sistema de carro do forno de túnelPor conseguinte, enquanto os projetos anteriores dos carros de forno se baseavam principalmente em valores numéricos, hoje os cálculos de energia, mecânicos,O desempenho térmico durante a produção de cada componente desempenha um papel cada vez mais importanteA Figura 3 mostra uma concepção de carga óptima obtida através de cálculos estruturais e térmicos.
Figura 3
Comparação da expansão térmica reversível de materiais estruturais selecionados
Materiais
Coeficiente de expansão térmica (WAK·K−1, 20·1000°C)
Carburo de silício (a base de silício)
4.5*10−6
Carburo de silício (a base de mullite)
5.8*10−6
Material cerâmico de cordierita
3.1*10−6
Argila de fogo (grog)
6.6*10−6
Cerâmica de corindo (a base de mullite)
5.1*10−6
Isto demonstra a importância das propriedades físicas dos materiais no projecto dos carros de forno.Uma análise do coeficiente de expansão térmica mostra que os valores variam muito em alguns casosSe isto for negligenciado, isto levará inevitavelmente a consequências prejudiciais para o sistema do carro do forno.
Conclusão
Um sistema de carro de forno de túnel está sempre ligado ao utilizador e ao produto.e tendo em conta várias condições de produção na fase de concepçãoA utilização de um sistema de controlo de desempenho é essencial para a escolha correta para prolongar a vida útil do sistema, só assim poderão ser evitados fatores adversos e consumos desnecessários, e o sistema pode ser otimizado.
O Dr. Volker Hesse é director técnico adjunto da Burton-Werke, Melle/Buer
Fonte do artigoEste artigo foi escrito pelo autor Dr. Volker Hesse e originalmente publicado na International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996 1998, edição combinada chinesa, Bauverlag GmbH.É publicado aqui apenas para fins de aprendizagem e referência.Os direitos de autor pertencem ao autor original e ao editor original.
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