중조리 산업에서 에너지 효율적인 터널 오븐 자동차 시스템

점토 벽돌 산업에서 터널 가마 차량 시스템의 개발은 항상 점토 벽돌 및 지붕 타일 제조업체의 주요 주제였습니다. 이 기사는 독일의 대부분의 벽돌 및 지붕 타일 공장에 터널 가마 차량 시스템을 공급하는 Burton-Werke의 이 주제에 대한 몇 가지 견해를 제시합니다.

전반적인 가마 기술 개발의 관점에서 보면, 점토 제품에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 자동화된 소성 장비를 지향하는 경향이 있으며, 보다 정확한 원료 준비와 보다 균일한 성형체를 갖추고 있습니다. 이 논의에는 롤러 가마, 몽커 가마, 고주파 기술 등이 포함됩니다.

그러나 이러한 발전과 함께 전통적인 터널 가마는 확실히 그 자리를 유지할 것이며 소성 부품 측면뿐만 아니라 여러 측면에서 발전했습니다.

특정 소성 기술을 결정하기 전에 일반적으로 필요한 제품과 사용되는 원자재를 고려하여 비용 편익 분석이 수행됩니다.

터널 가마차의 개발과 관련하여 다음과 같은 측면에 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다.

여기에는 기술적, 경제적 계산뿐만 아니라 사용자의 기대도 포함됩니다. 시스템 공급업체의 임무는 하나의 표준 솔루션을 선택하는 것이 아니라 사용자의 요구 사항을 충족하고 고려 사항에 부합하며 궁극적인 요구 사항을 충족하는 사용자를 위한 솔루션을 만드는 것입니다.

그럼에도 불구하고, 위의 내용과 상관없이 주로 비용상의 이유로 터널 가마 시스템을 선택하는 데 다음과 같은 일반적인 기준이 일반적으로 사용됩니다.

• 마모(감가상각)

• 에너지 소비

• 유지 관리 및 청소 노력

• 수리하다

소비 요인을 분석하면 터널 가마차의 에너지 소비가 중요한 요소임을 쉽게 알 수 있지만 특정 터널 가마차 시스템을 결정하는 유일한 원칙은 아닙니다. 가마 차량은 전체 가마 시스템의 구조적 구성 요소이며 상당한 하중을 받습니다. 이 구조적 구성 요소가 독립적인 시스템으로 간주되는 경우 먼저 해당 기능을 검사해야 합니다.

• 좋은 제품 품질

• 무게 감소 및 단열(축열 및 열 전달)로 에너지 소비 최소화

• 소성 조건에서 터널 가마 대기 및 에너지 매체에 대한 내화학성

• 열 안정성(열충격 및 급격한 온도 강하 시)

• 기계적 강도(인적 요인의 영향을 받음)

• 치수 안정성(내화물 부품의 상호 교환성, 가역적 팽창의 영향을 받음)

• 유지보수 및 수리 용이성(마모 부품 교체)

• 낮은 투자비 및 유지관리 비용 (짧은 유지관리 시간)

• 긴 서비스 수명

표를 보면 완벽함은 달성할 수 없음이 분명하지만 보조 기능을 무시한 채 가마차의 목표 기능을 극대화하기 쉽습니다. 차량 중량이 급격하게 줄어들면 시스템의 기계적 안정성은 필연적으로 떨어지게 되는데, 이는 물론 고급 소재를 사용하여 개선할 수 있지만 이로 인해 감가상각비와 유지보수 위험이 증가하게 됩니다.

위 내용이 근본적으로 새로운 것은 아니지만 관련 결정을 내릴 때 이를 명심해야 합니다. 터널 가마차에 '에너지 절약'을 최우선 요소로 설정할 때 마찬가지로 중요한 다른 기능도 간과해서는 안 됩니다.

그림 1 2층 코너 U-블록, 속이 빈 기둥 및 기둥과 보호 패널(측면 소성용, 예: 단층 지붕 타일 소성용), 얇은 보호 패널을 사용한 다양한 단열 방법

오늘날 터널 가마차 시스템에는 열충격 저항성을 갖춘 다양한 특수 재료부터 내화 콘크리트 및 모르타르, 다양한 섬유 재료, 멀라이트 및 탄화규소를 기반으로 한 고성능 세라믹에 이르기까지 최대 15가지 재료가 사용됩니다. 이러한 모든 재료를 자체적으로 생산하는 제조업체는 없기 때문에 사용자는 일반적으로 동일한 보증과 서비스를 제공할 수 있는 단일 소스로부터 완전한 솔루션을 받습니다. 디자인 단계에서는 다양한 소재의 조합이 매우 중요한 역할을 합니다.

터널 가마 자동차를 설계할 때 기본 목표는 자동차 둘레, 자동차 라이닝, 벽돌을 놓기 위한 지지 구조 또는 가마 가구라는 세 가지입니다.

예를 들어, 7*6m 크기의 가마차의 경우 둘레 면적은 10%, 지지 구조 면적은 5%, 라이닝 면적은 85%입니다. 이는 현대식 가마 자동차 설계에 일반적입니다.

최근에는 소성 기술, 특히 재료 선택의 지속적인 발전으로 위의 각 부품의 비율이 변화하고 있습니다. 추세를 관찰할 수 있습니다. 파인 세라믹 부문에서 이미 성공적으로 입증된 재료가 점토 벽돌 산업에도 점점 더 많이 적용되고 있습니다(그림 1 참조).

터널 가마차의 주변은 주로 다음과 같은 기능을 수행합니다.

• 미로 밀봉(치수 안정성에 따라 다름!)

• 자동차 라이닝의 기계적 보호

• 온도 영향으로부터 자동차 섀시 보호

이를 위해서는 다음과 같은 속성이 필요합니다.

• 치수 안정성

• 춥고 더운 조건에서의 강도

• 열 충격이나 온도 변화에 대한 내성

기술적 관점에서 이러한 기능을 달성하려면 경량 내화 콘크리트 블록이 필요합니다. 코디어라이트를 기반으로 한 압출 대형 블록과 역시 코디어라이트를 기반으로 한 건식 압축 대형 블록 – 가능한 각 솔루션에는 장점과 단점이 있습니다. 가마 차량 주변을 위한 건식 압축 대형 블록에 대해서는 아래에서 자세히 설명합니다.

이러한 유형의 블록은 높은 치수 안정성과 같은 여러 가지 중요한 이점을 가지며 블록의 2차 가공이 필요하지 않습니다. 현재의 원료 및 생산 기술 하에서는 정의된 광물 구성을 보다 쉽게 ​​얻을 수 있습니다.

현대 가마에서는 가마차의 추진 주기가 점점 짧아지고 있어 재료의 열 충격 저항이 점점 더 중요해지고 있습니다. 최근 개발된 소재인 Burcclight 12/25H는 이러한 요구 사항을 완벽하게 충족합니다.

이 물질에 대한 테스트 결과는 다음과 같습니다.

이 재료는 기존의 경량 내화 블록보다 부피 밀도가 높다는 것이 분명하지만 이에 비해 열충격 저항성을 갖춘 더 큰 제품과 더 얇은 인터로킹 블록을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. Burcclight 소재로 만든 가마차 둘레의 무게는 경량 내화물을 사용한 것과 크게 다르지만 열충격 저항성과 조립 용이성은 크게 향상됩니다.

현대식 완전 자동화 벽돌 공장에서도 터널 가마차 주변은 높은 열적, 기계적 응력을 받습니다. 소재의 높은 내구성이 요구되는 것과 더불어, 주변 부품이 손상될 경우 신속하게 교체할 수 있는 것이 더욱 중요합니다. 이러한 이유로 주변 블록은 접착되거나 모르타르 처리되지 않고 건식으로 배치되며 톱니 모양의 기계적 맞물림을 통해서만 연결됩니다. 이는 분명히 매우 좋은 방법입니다.

당연히 이를 위해서는 블록의 특정 치수 정확도가 필요합니다. 일반적으로 건식 프레싱만이 치수적으로 안정적인 블록을 생산할 수 있습니다. 그렇지 않으면 치수 정확도는 2차 처리를 통해서만 달성될 수 있습니다.

현대식 터널 가마 자동차 라이닝의 기능은 단열이며, 하중은 일반적으로 자동차의 금속 섀시에 의해 전달됩니다. 이 기능은 재료 선택을 결정합니다. 거의 독점적으로 가볍고 단열성이 높은 재료입니다. 여기서 가장 먼저 언급할 것은 바로 사용할 수 있는 등급으로 제공되는 세라믹 섬유입니다. 경제적인 이유로 사용 온도에 따라 이러한 섬유는 경량 콘크리트 또는 실리카, 경량 그로그, 경석 등과 같은 다양한 골재로 대체될 수 있습니다. 이러한 단열재는 화염에 직접 노출될 수 없다는 점에 유의해야 합니다. 열 충격에 강한 얇은 패널과 같은 적절한 표면 덮개로 보호해야 합니다. 이로 인해 가마 대차의 무게가 약간 증가하더라도 특히 측면 연소 가마에서 단열재의 부식을 방지할 수 있습니다. 더욱이, 카 데크의 효과적인 청소를 위해서는 단단한 표면층이 필요하며, 이는 심각한 마모, 먼지, 모래 및 사고를 유발하는 중요한 요인이 될 수 있습니다. 오늘날 두께 10cm, 크기 500*600mm의 보호 패널을 생산하는 것이 이미 가능합니다.

현대 벽돌 작업의 자동화 수준이 향상되고 작업자 수가 감소함에 따라 터널 가마 보호 패널과 관련된 문제가 줄어들고 있습니다. 그럼에도 불구하고 실제로는 많은 경우에 사용되는 커버층이 나중에 강화되어 가마 카 기둥에 배치되어 적재 및 하역을 용이하게 하는 경우가 많습니다. 이는 또한 생산 요구 사항에 따른 에너지 절약과 유지 관리 간의 심각한 차이를 보여주는 전형적인 예이기도 합니다.

다양한 가마 자동차 단열 라이닝 재료의 특성 비교:

또 다른 예는 가마 차량 섀시에 전면 및 후면 보호 장치를 배치하는 것입니다. 푸싱 주기가 10시간 이하인 경우에는 이러한 보호가 필요하지 않습니다. 공정상의 이유로 가마 카가 터널 가마에 남아 있어야 하는 경우(예: 붕괴 또는 추진 속도 감소 후) 이러한 보호의 장점은 카 바닥을 더 시원하게 유지한다는 것입니다. 이 방법의 사용은 궁극적으로 사용자가 결정합니다.

기둥 구조의 기능은 소성 중에 제품과 가마 가구의 모든 하중을 견디고 그 힘을 가마 차량의 금속 섀시로 전달하는 것입니다. 이를 위해서는 상대적으로 높은 냉간 및 열간 강도 값은 물론 압축 및 굽힘 강도, 사용 온도에서의 일부 변형 거동이 필요합니다. 또한 내화성 구성 요소의 무게도 최소화되어야 합니다. 이러한 이유로 가마차의 대부분의 부품은 가장 큰 응력을 받습니다. 당연히 기둥 구조는 소성 하중과 소성 온도에 따라 엄격하게 설계되어야 합니다. 그러나 최근의 가마차 시스템 프로젝트 분석에 따르면 전용 연도, 높은 가로 지지대, 천공 패널이 있는 특수 기둥("Bensen"이라고 함), 코어 기둥이 지지하는 특수 모양의 슬래브에 배치된 가마 가구 등으로 구성된 시스템과 같은 전통적인 내화 시스템에서 점점 더 벗어나고 있는 것으로 나타났습니다. 실제로, 소성 포장 벽돌 생산에는 대형 하중 지지 벽돌이나 슬래브 또는 빔 구조를 배치할 수 있는 압출 기둥을 사용하는 더 얇고 세련된 시스템이 이미 채택되었습니다. 그림 2는 이러한 시스템의 예를 보여줍니다.

그림 2

이러한 세련된 시스템은 더 이상 전통적인 내화 점토 재료를 사용하지 않습니다. 이러한 이유로 점토를 0~0.2mm 크기로 분쇄한 후 슬립 캐스팅(slip-casting), 압착하여 알갱이로 만들거나 압출 성형하여 현재까지 이러한 재료가 사용되고 있습니다. 이는 특별한 요구 사항을 가진 고급 내화 부품의 생산 기술에도 적용됩니다. 이 분야에서는 멀라이트 질화물 결합 탄화 규소, 재결정 탄화 규소 및 규소 침투 탄화 규소를 기반으로 한 재료 등 고성능 소재가 지속적으로 도입되고 있습니다. 이러한 재료는 강도가 매우 높아 세라믹 부품의 두께를 크게 줄여 내화 부품의 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 고속 버너를 사용하는 고급 측면 연소 가마의 도움으로 설정 높이를 단층 소성으로 지속적으로 줄일 수 있으며 해당 지지 구조(가마 가구)가 더욱 개발될 것입니다. 내화 부품의 무게 감소로 인해 더브테일 조인트, 연동 또는 잠금 스트립, 캡, 로드 및 강력한 부품 공차 제한과 같은 영리한 볼트 연결을 통해 변위 및 진동에 대한 적절한 기계적 안정성을 얻을 수 있습니다.

이는 또한 내화물 제조업체로부터 더 높은 생산 기술 수준에 대한 요구를 크게 자극했습니다. 이러한 제품의 허용 치수 공차는 1mm로 현재 기술 수준을 나타냅니다. 위 요구 사항을 충족하기 위한 전제 조건은 고품질 원자재를 사용하여 치수가 정확한 제품을 생산하는 것입니다. 다단계 금형을 갖춘 프로그래밍 가능한 유압 프레스와 같은 고급 프레싱 도구 개발; 건조실과 가마의 정밀한 제어.

어떤 경우에는 위에서 언급한 다양한 재료를 조합하여 가마 대차를 설계할 때 물리적 특성의 큰 변화에 주의를 기울여야 합니다. 이는 터널 가마 대차 시스템의 지속적인 작동과 문제 없는 성능에 결정적인 영향을 미칩니다. 따라서 이전의 가마차 설계는 주로 수치를 기반으로 했지만 오늘날에는 각 구성 요소를 생산하는 동안 에너지, 기계적, 열적 성능을 계산하는 것이 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 그림 3은 구조 및 열 계산을 통해 달성된 최적의 하중 설계를 보여줍니다.

그림 3

이는 가마차 설계에 있어 재료의 물리적 특성이 얼마나 중요한지를 보여줍니다. 예를 들어, 재료의 가역적인 열팽창을 고려하면 열팽창계수를 분석하면 경우에 따라 값이 크게 달라지는 것을 알 수 있습니다. 이를 간과하면 필연적으로 가마 카 시스템에 해로운 결과를 초래할 수 있습니다.

터널 가마차 시스템은 항상 사용자 및 제품과 연결되어 있습니다. 소성 온도, 소성 주기, 가마 분위기 등 플랜트의 미래 공정 매개변수를 파악하고 설계 단계에서 다양한 생산 조건을 고려하는 것은 시스템의 서비스 수명을 연장하기 위한 올바른 선택을 내리는 데 필수적입니다. 그래야만 불리한 요인과 불필요한 소비를 방지하고 시스템을 최적화할 수 있습니다.

Volker Hesse 박사는 Burton-Werke, Melle/Buer의 기술 부국장입니다.