중공 벽돌의 대류 급속 건조

중공 벽돌의 대류 급속 건조

(FH) Ralf König, D-Krumbach 디플로마 엔지니어

추상적인

Ralf König: 일반 벽돌의 대류 급속 건조
우리 산업사회의 급속한 발전은 기업에게 최대한의 유연성과 혁신에 대한 준비성을 요구합니다. 이는 중점토 산업의 건조 기술에도 적용됩니다. 이 분야의 혁명적인 단계는 급속 건조 기술의 도입입니다. 이 기사에서는 체커 벽돌의 급속 건조 원리를 그래픽으로 설명합니다.

오늘날의 급속한 산업 발전으로 인해 모든 기업은 각자의 상황에 따라 최대한의 유연성과 속도로 기술 혁신을 수행해야 합니다. 이 원칙은 벽돌 제조 산업의 건조 기술 분야에도 적용됩니다. 약 100년 전에도 녹색 벽돌은 여전히 ​​"해크"(즉, 자연 건조)라고 불리는 건조대에서 건조되었습니다. 오늘날 이러한 자연 건조 과정은 완전히 구식입니다. 계절에 따른 생산만 허용되었으며 건조 주기는 2~3주였습니다. 건조대 또는 야외 건조장에서는 1년에 10~12회만 돌릴 수 있었습니다. 충분한 수의 건조 랙이 없으면 이러한 건조 공정은 연속 가마 생산에 적응할 수 없습니다.

건조 기술의 첫 번째 개발은 소위 "대용량 건조 창고"로, 가마 표면에서 상승하는 뜨거운 공기를 건조에 사용하는 링 가마 또는 지그재그 가마 위에 건설되었습니다. 이로 인해 건조 주기가 10일로 단축되었습니다.

오늘날의 챔버 또는 터널 건조기는 인공 건조를 위해 터널 가마의 폐열을 사용합니다. 건조주기는 제품 종류와 원료 특성에 따라 1~3일 정도 소요됩니다. 이 분야의 또 다른 혁명적인 단계는 급속 건조 기술, 즉 건조 시간이 1~2시간에 불과한 도입이었습니다. 이 기사에서는 공극률이 높은 중공 벽돌의 급속 건조 원리를 그래픽으로 보여주고 투자 전망에 대해 논의합니다.

급속건조의 유래

1980년대 중반, 산업용 촉매를 제조하는 독일 연방 공화국의 공장이 발전하기 시작했습니다. 이러한 촉매체는 단면적이 150mm * 150mm이고 길이가 약 1.0~1.2m이며 공극률이 매우 높습니다. 당시 새로 개발된 공장의 건조기 대부분은 Novokaram에서 생산되었습니다. 건조 품질 및 건조 시간과 관련하여, 성형체가 통과 및 직교류 공기에 노출되었을 때만 최상의 결과를 얻었습니다. 필요한 강제 건조가 특정 수준을 초과하는 경우 구멍을 통과하는 공기 속도, 성형체 표면 위의 공기 속도, 몸체가 앞으로 이동할 때 가스의 열 전달 상태 등 다른 생산 매개변수도 역할을 합니다. 어떤 경우에는 가스의 포화 수증기압이 생지체의 포화 수증기압을 크게 초과했기 때문에 건조된 몸체의 1/3이 결국 흡착된 응축수에 의해 손상되는 것으로 나타났습니다.

전자레인지나 고주파 가열은 공기 흐름을 가열하는 이상적인 방법입니다. 그러나 현실적으로 극복할 수 없는 문제에 직면했다. 여기에는 두 가지 대표적인 문제가 언급됩니다.

에이. 일부 지역에서는 고주파 가열이 센서 및 센서 슬리브와 같은 금속 장비 부품에만 사용됩니다. 당연히 녹색 몸체가 포함된 건조판은 재사용할 수 없습니다.
비. 고주파 가열은 가열 구역에서 상당한 정전기를 발생시킵니다. 그린바디 위 또는 그린바디와 플라스틱 건조판 사이의 매우 얇은 수막이라도 배출율로 인해 보드가 그을리거나 심지어 손상될 수 있습니다.

따라서 가열 가능한 건조판을 사용한 중간 예열 방법(생지의 응결 방지)이 실제로 성공적인 것으로 입증되었습니다. 실제로 Novokaram의 촉매 건조에서 얻은 경험은 천공 벽돌용 급속 건조 챔버를 개발하려는 아이디어에 영감을 주었습니다. 최근 몇 년 동안 Novokaram은 대형 슬래브(50 * 30 * 300cm)부터 전통적인 길이의 일반 천공 벽돌에 이르기까지 다양한 제품을 대상으로 광범위한 건조 테스트를 수행했습니다. 대류 건조를 통해 필요한 결과를 완전히 얻을 수 있다는 것이 지속적으로 밝혀졌습니다.

대류 급속 건조의 기본 원리

대류 건조의 가장 친숙한 예는 헤어드라이어를 사용한 모발 건조입니다. 기본 원리는 건조 매체(보통 뜨거운 공기)가 건조 대상 위로 지나가면서 수분이 증발하고 제거된다는 것입니다. 증발에는 열이 필요하기 때문에 건조 매체는 공정 중에 점차 냉각되어 더 많은 물을 흡수합니다(그림 1 참조). 공기가 수분을 흡수하는 능력은 온도에 따른 값, 즉 "포화 수증기압"에 의해 제한됩니다. 이 값을 초과하면 과도한 자연 수분이 안개나 응축수의 형태로 응축되어 특히 건조 시 문제가 됩니다. 건조실의 공기 상태는 일반적으로 온도(°C)와 상대습도(%)로 표현됩니다. 덧붙여서, h-x 다이어그램을 사용할 때 이 두 매개변수는 기본 값입니다.

흐름 상태에서 균형 달성

급속 건조를 고려하는 출발점은 기존 건조기에서 녹색 벽돌의 건조 시간이 항상 가장 느리게 건조되는 벽돌에 의해 결정된다는 것입니다. 이는 건조기 내 녹색 벽돌의 위치와 직접적인 관련이 있습니다(그림 2 참조). 예를 들어, 외부의 벽돌은 내부 팬에 가까운 벽돌보다 훨씬 느리게 건조됩니다. 따라서 중간 통로의 건조공기가 더 많이 흐를수록 유속은 점차 감소하고 온도는 낮아지며 포화도가 높아지며 흡습 능력도 저하됩니다. 건조기 내부의 벽돌을 제거할 수 있는 경우에도 위치가 잘못된 벽돌도 건조될 때까지 건조 시스템을 계속 작동해야 합니다. 건조기에 있는 대부분의 벽돌은 연장된 건조 과정이 필요하지 않더라도 마찬가지입니다.

따라서 급속 건조의 첫 번째 단계는 직접 공기 순환의 전체 단면에 걸쳐 공기 흐름 조건의 균형을 맞추는 것입니다. 이러한 방식으로 각 녹색 벽돌의 건조 과정은 건조기 내 위치와 무관합니다. 즉, 건조 중 언제든지 동일해야 합니다.

공기 속도 증가

적절한 기후 조건이 존재하는 한, 풍속은 건조 속도에 매우 특정한 영향을 미칩니다. 공기 속도가 증가하면 그에 따라 건조 속도도 빨라집니다. 낮은 속도는 균일한 층류를 생성합니다. 자연에서 상대적으로 균일한 흐름의 예는 조용히 흐르는 큰 강입니다. 속도를 높이면 흐름이 더욱 난류로 변합니다. 자연의 비유는 눈이 녹는 동안 협곡을 통해 흐르는 계곡입니다.

건조 시 난기류가 의미하는 바는 소위 경계층이라고 불리는 생지 표면에 고정된 공기층이 있다는 것입니다. 이 층은 건조를 방해하고 건조 과정에서 얇아집니다(그림 3 참조). 빠르게 움직이는 공기 입자는 느리게 움직이는 공기 입자보다 훨씬 더 쉽게 물 입자를 흡수합니다.

풍속을 증가시키면 건조 속도가 급격히 빨라지고 가스의 수분 함량이 5% 이상 증가합니다. 물론, 더 높은 공기 속도에서 관찰해야 할 주요 조건은 만족스러운 결과를 얻으려면 가스의 연속 흐름 상태가 균일해야 한다는 것입니다. 즉, 전체 단면에 걸쳐 그린 바디가 공기 흐름에 노출되어야 하며 공기 속도가 동일해야 합니다. 이것은 말처럼 쉽지 않으며, 당시 상황에서는 이 실험 연구에 1년 이상이 걸렸습니다.

교차 흐름 대 통과 흐름의 비율

최근 단열에 대한 새로운 규제로 인해 공극량이 더 커졌습니다. 이는 구멍의 내벽이 점점 더 얇아지고 있음을 의미합니다. 이러한 얇은 구멍 벽은 장점이 있으며, 벽 두께가 다른 것 외에 생성된 수분의 양이 다르기 때문에 건조 시 문제가 거의 발생하지 않습니다(그림 4 참조). 수분 함량의 차이가 매우 작으면 수축률의 차이도 작아 건조 균열의 위험이 매우 낮게 나타납니다.

반면 표면적이 대류 건조에서 결정적인 역할을 하기 때문에 이러한 공극률이 높은 중공 제품은 내부 표면적이 외부 표면적의 약 3배에 달합니다. 따라서 주어진 수분 함량에 대해 표면적이 클수록 건조가 더 쉬워집니다.

천공 벽돌의 통과 흐름에 대한 교차 흐름 비율은 특정 비율을 충족해야 합니다. 이 비율은 하부 그린바디의 상부 표면과 상부 건조판의 하부 표면 사이의 간격의 높이 A와 인접한 두 벽돌 사이의 간격의 폭 B에 따라 달라집니다(그림 6 참조). 그러나 대류 건조기 및 터널 건조기의 팬 배열 제한으로 인해 적절한 유량 비율이 항상 달성되거나 완전히 달성될 수는 없습니다. 성공적인 급속 건조에는 세 가지 조건이 필요합니다. 전체 단면의 흐름 조건이 동일해야 합니다(횡류 및 통과 흐름의 공기 속도가 동일해야 함). 풍속은 특정 값 아래로 떨어지지 않아야 합니다. 각 벽돌의 교차 흐름 및 통과 흐름 비율은 일관되어야 합니다.

급속건조 분야 경험

지난 2년 동안 Novokaram은 공장에서 지속적인 연구를 수행하여 공기 역학 모델링 분야에서 중요한 정보를 얻었습니다. 또한, 이론적 기반의 결론이 확인되었습니다. 이러한 기본 원리를 바탕으로 점토 중공 제품의 급속 건조를 위한 대규모 실증 공장이 건설되었으며, 이후 3개의 다른 벽돌 공장에 급속 건조 방법이 장착되었습니다. 관련 건조 특성 매개변수는 아래 예와 같습니다.

급속 건조 및 건조 균열

건조 균열이 수축의 직접적인 결과라고 잘못 주장되는 경우가 많습니다. 이 기사에서 간략하게 설명했듯이 건조 균열은 수축의 직접적인 결과가 아닙니다. 건조 균열은 성형체 내부의 수축 차이로 인해 발생하며 이는 수분 분포에 따라 달라집니다. 급속 건조에서는 생성된 수분 차이가 매우 작도록 미소지체가 공기에 균일하게 노출되어야 합니다. 이러한 배경을 염두에 두면 급속 건조가 건조 균열을 반드시 높은 건조 민감도에 기인하지 않는 이유를 쉽게 알 수 있습니다.

전통적인 방법으로 건조된 벽돌과 건조된 벽돌을 비교하면 위의 결론이 확증되었습니다. 동일한 품질 수준에서 빠르게 건조된 벽돌의 품질이 더 높습니다.

잔류 수분 및 건조 시간

초기 목표는 건조 시간 2시간 이하였습니다. 건조 후 잔류 수분은 건조 주기, 제품 사양, 원료에 따라 달라지며 일반적으로 0.5%~2.5% 범위입니다. 급속 건조에서 단 몇 분만 건조 공정을 연장하면 잔류 수분을 크게 줄일 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 동일한 공장에서 전통적인 건조 시간은 약 32~48시간이었고 잔류 수분 함량은 1.0%~2.5%였습니다. 급속 건조 제품과 전통적인 방법으로 건조된 제품 사이에 소성 품질에는 차이가 없었습니다.

최적 건조 곡선

기존의 대류 건조와 마찬가지로 신속한 건조를 위해서는 원료에 적합한 건조 곡선을 찾아야 합니다. 급속 건조 곡선은 기존 건조 곡선의 압축 버전으로 생각할 수 있습니다. 이 관점에서 급속 건조는 단순히 "빠른 동작" 기존 건조에 불과합니다.

급속 건조 공정

성형체가 증기 처리된 경우 일반 건조와 마찬가지로 가능한 한 짧은 시간 내에 압출기에서 건조실로 이송하는 것이 중요합니다. 성형체 온도가 높을수록 초기 건조가 더 강해집니다. 즉, 건조실에서 점진적인 가열 단계 없이 성형체가 이미 더 높은 온도에서 건조를 시작하므로 귀중한 시간 낭비를 방지할 수 있습니다.

건조 중 교차 흐름과 통과 흐름의 비율은 이미 강조되었습니다. 이 비율은 작업장에서 벽돌을 설정하는 정확도에 따라 결정적으로 달라집니다. 그러나 설정 정확도가 높을수록 투자도 높아집니다. 따라서 합리적으로 정확한 설정 패턴이 여전히 허용될 수 있는지 확인하기 위해 특별한 실험 연구가 수행되었습니다. 테스트 결과에 따르면 기존 세팅 및 언로딩 장치의 허용 오차는 전체 프로세스에 대해 허용 가능하며 교차 흐름과 통과 흐름의 비율에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 이는 현재의 기술 조건 하에서 기존 설정 장치를 사용할 수 있음을 의미합니다.

급속 건조의 장점

새로운 디자인을 도입할 때 모든 기업가는 즉시 그 장점에 대해 묻습니다. 대류 급속 건조도 예외는 아닙니다.

기존 대류 건조에 비해 대류 급속 건조의 장점은 무엇입니까? 가장 기본적이고 중요한 측면은 품질입니다. 특히 소요 시간을 줄이는 것이 최우선입니다. 다양한 점토 벽돌 공장에서 복잡한 건조 곡선을 설정하지 않고 급속 건조 테스트를 수행했으며 소성 벽돌은 좋거나 매우 좋은 품질을 얻었습니다. 전통적인 방법으로 생산된 벽돌과 비교할 때, 급속 건조를 위해 선택된 벽돌은 건조 곡선이 사용 가능한 원자재에 맞게 조정되었는지 여부를 반드시 알지 못하더라도 최소한 전통적인 방법으로 건조된 벽돌만큼 우수했습니다.

또 다른 매우 중요한 이점은 급속 건조 플랜트 건설에 필요한 투자가 줄어든다는 것입니다. 그림 7에서 볼 수 있듯이 전체 급속 ​​건조실은 생산 건물에서 상당히 적은 공간을 차지합니다. 이는 동일한 생산량에 대해 생산 면적이 줄어들거나 생산량이 늘어나 절약 효과를 얻는다는 것을 의미합니다. 또한, 급속 건조 공정이 단순화되고, 운송 경로가 단축되며, 필요한 운반 장비가 단순화되어 자본 투자 절감에도 기여합니다.

마지막으로 몇 가지 기술 데이터를 언급해야 합니다. 기존 건조실의 열 소비량은 약 3200~3600kJ/kg H2O입니다. 전력 소비량은 원료 자체의 수분 제거 특성에 따라 달라집니다. 여러 벽돌 공장의 기록에 따르면 전기 소비량은 연소된 재료 1톤당 5~11kWh입니다.

급속 건조 생산 사례

그림 7은 전통적인 건조 공정이 급속 건조 시스템으로 대체된 벽돌 공장의 생산 공정의 개략적인 레이아웃입니다.

마찬가지로 다른 벽돌 공장에서는 녹색 벽돌을 자르고 건조판 위에 놓은 다음 건조 차량으로 옮깁니다. 건조판은 건조차 위에 올려진 후 급속 건조실을 통과합니다. 건조 차량은 각 구획에서 특정 시간 동안 유지됩니다. 즉, 각 단계마다 다른 조건이 적용됩니다. 풍속은 각 구획마다 다르지만 직교류 및 통과류의 건조 원리와 건조차의 이동 속도는 모든 구획에서 동일합니다. 건조 차량이 순환에 들어가면 이미 건조 공정의 절반이 완료되었습니다. 사전 건조 단계에서 한 구획에서 다음 구획으로 이동함에 따라 온도는 지속적으로 증가하고 상대 습도는 지속적으로 감소합니다. 여기에 설명된 급속 건조 챔버에는 각 방향으로 10개의 섹션이 있습니다. 표면적으로 전통적인 터널 건조기를 생각한다면 자연스럽게 20개의 건조 구역이 있는 것으로 간주할 것입니다.

건조 차량이 급속 건조실을 떠난 후 후속 단계는 평소대로 진행됩니다. 건조된 벽돌은 건조차에서 꺼내어 터널 가마차에 올려놓고 가마에 적재되기를 기다린 후 소성합니다. 터널 가마의 하역 및 포장은 급속 건조의 영향을 받지 않습니다.

기사의 출처

이 기사는 저자 Ralf König, Diploma Engineer(D-Krumbach)가 작성했으며 원래 International Brick and Tile Industry(ZI-China Issue), 1996-1998, 중국 통합판, Bauverlag GmbH에 게재되었습니다. 이는 학습 및 참조 목적으로만 여기에 게시됩니다. 저작권은 원저작자와 원출판사에 있습니다.

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