Schema van de fabricage van huishoudelijk aardewerk

."~ '" ,.' 'll:1."It : i;ffl

iO

," :; , t i

..

_I

i

", '.

Schema van de fabricage van huishoudeliJ"k aardewerk

~door W.P. Ringens L.W.M. van Hout

tfW

l

l

_{l\ .}

..

:

. . .

~

.

",

I~

-

1

-~ ~ I NH 0 U D

pag.

Materiaalbalans _{• • • • • • •} 2

Inleiding _{• • • • • • • • • • • • • • • 3}

Deel I De fabricage van huishoudeli.jk aardewerk

Grondstoffen _{• • • • • • • • • 3} A. Plastische grondstoffen. _{• • • • • • 3} B. Niet-plastische grondstoffen _• 4 Voorbewerking. _{• • • 5} Vormgeving _•

..

_{• • • • • • • •} 6 a. Gieten _{• • • • • • • • •} 6 b. Vormen _{• • • • • • • • 7} (:ii---t: Drogen • • 7 Bakken _{• • • •} 8 Glazuren _{• • • •} 10

Deel II: De ontworEen fabriek

Opzet. _{• • •} 11 Grondstoffen _{• • • • • • •} 11 Opslag grondstoffen. _{• • • • • • •} 12 MaaI- en droogsysteem. _• 13 Homogeniseren. _{• •} 14 Bereiding gietstof _{• • •} 15 Droger _{• • • • •} 16

0

Biscuitoven. _{• • •} 17 Transport _{• •} 17 Bouwmaterialen. 17 Verwarming. _{• • • • • •} 18 TemperatuurscontroIe. _{• • • •} 19 Glazure.n _{• • • • • • • • • • • • • • • • • •} 20 Decoratie. _{• • • • • • • • •} 20 Sorteren en inpakken _{• • • • • • • •} 21

Lijst van symbolen. _{• • • • • •}

_•

_{• • • •}

_•

• • • 22

Lijst van indices _{• • • • • • • •} 23

o

Deel 111: Bijlagen

Bijlage I Berekening van het maal- en droogcircuit Warmtestromen • • • _{• • • • • • • • • • • •} Dimensionering. • • • • • • • • • • • • • •

Bijlage 11 Berekening droger

Bijlage 111 Berekening van de verwarmingszone van de biscuitoven Bijlage IV Gegevens • • • • • • • • • • • • • ' • • • • • Warmtebalans.

.

. .

_{• • • • • • • • • • • •} Gas- en rookgashoeveelheid. • • • • • •

.

.

. .

Verbrandingstemperatuur Opwarmcurve

. . .

.

. . .

.

.

.

Wanddikten. • •

·

.

.

.

.

.

_{• • • • • •} Tabellen. _{• • • • • • • • • • • • • •}

· .

..

Grafieken

Berekening van de lengte van de afkoelzone van de biscuitoven I - l I - I 1 - 2 11 - l 111 - l 111 - l III

_{- 3}

111

- 6

111 - 6 111

_{- 7}

111

_{- 7}

111 -

9

IV - 1

~

--o

Materiaalbalans Afdeling maal- en droog-systeem invoer percentage H 20 stofverliezen afvoer menger invoer afvoer gieten invoer afvoer vat stofverliezen afvoer gieterij vormen invoer stofverlies afvoer droger invoer afvoer oven invoer afvoer 2

-Grondstoffen (in

kg/~&v)

kaolien . klei zand

900

750

945

10%

10

1

5%

5

5

770

646

890

droog materiaal

2590

veldspaat

280

1

5

260

water

260

breuk

25

5

24

totaal

2700

2590

menggoed

2850

droog mat. water soda suspensie gietsel

%

EZO

650

625

droog materiaal

1940

gegoten

775

620

materiaal

2470

2230

25

water

480

gevormd

2320

1850

1275

5%

vormstreng

5%

2320

775

25

% H 0

₂

25

% chem. gebonden

_H20

10

0

25

'0

0·,

Inleiding:

Tot de aardewerkindustrie rekent men fabrieken ter bereiding van allerlei producten, zoals bouwstenen, dakpannen, greswaren, plateel en porselein.

Wij beperken ons tot een fabriek ter bereiding van huishoude-lijk aardewerk. Dit onderscheidt zich van porselein en "china ware" doordat het niet verglaasd is en derhalve poreus en doorlaatbaar. De bedekking met een glazuur maakt het aardewerk ondoordringbaar voor vloeistoffen.

Huishoudelijk aardewerk omvat majolica, faience en queens ware. Bij de "te ontwerpen fabriek dient men rekening te houden met de mo-gelijkheid variaties aan te brengen in het product, daar de vorm bepaald wordt door de vaak wisselende smaak van de kopers. We

ver-onderstellen dat de fabriek in Nederland gevestigd wordt. Kenmerkend voor een aardewerkmassa is:

de vervormbaarheid in natte toestand het verharden bij hoge temperatuur

het daarna niet meer week worden in water.

Grondstoffen:

A. E~~~~!~~~~_~~~~~~~~~~~~:

1) Kaolien: voornamelijk bestaat dit uit mineraal kaoliet

jl/j

CA1203 • 2 Si02 • 2 H20). Deze stof wordt geImporteerd uit

Duits-\

N'~

land, Frankrijk, Engeland en Tsjecho-Slowakijè. De beste-Europese

V'

kaolien is "Zettlitz Kaolin". De zuivering geschiedt bij de vind-plaatsen door de volgende bewerkingen: opslibben, wassen, centri-fugeren, filtreren, drogen, malen, zeven.

2) Kleien: Deze treft men in tegenstelling tot kaolien op secundaire vindplaatsen en in inhomogene lagen aan. Terwijl de kaolienen door uitloging met water gezuiverd zijn, blijken de kleien meestal ver-ontreinigd met organische stoffen, pyriet, kalk, zand etc. Belang-rijk voor het huishoudelijk aardewerk is de z.g. balI clay,

4

-2) (vervolg)

kaolien de plasticiteit en de sterkte, maar een nadeel is dat de kleur van het gebakken product door de aanwezigheid van ijzer slechter wordt. Men moet derhalve de hoeveelheid "ball clay" zo kieze.n, dat voor- en nadelen tegen elkaar opwegen (7 - 15% ball

clay) •

B. ~~~!:E!~~!~~~~~_~~~~~~!~ff~~:

1) Veldspaten: dit zijn alkali-aluminiumsilicaten (ortho~laas, mi-kroklien en albiet). Men voegt ze aan de klei toe om de vorming van glasachtige bestanddelen bij het verhitten te bevorderen. Het verwekingspunt van een veldspaat han~t af van het alkaligehalte. Bij smelting lost de veldspaat eerst klei en vervolgens zanddeel-tjes op. Om dit vervloeien te vergemakkelijken moet men de veld-spaat fijn maken (

<

100 mesh). Voorts dient de veldspaat in de groene klei als vermageringsmiddel, geeft een verminderde plasti-citeit en een kleinere droogkrimp. Het gebakken materiaal wordt harder en sterker.

Kaolien ontstaat door verwering van veldspaat; het is dus niet verwonderlijk dat veldspaat ook in de nabijheid van vindplaatsen van kaolien wordt aangetroffen (Tsjecho-Slowakije). De meeste

veldspaat komt echter uit Scandinavië·. Grote zuiveringsinstallaties bevinden zich bij Bremen (Mineral Mahlwerke Mandt u. Co.).

2) Kwarts: een klei, die een grote plasticiteit bezit, vertoont ook een grote krimp bij drogen, hetgeen aanleiding geeft tot scheuren. Door het toevoegen van een vermageringsmiddel, waarvoor vooral kwarts dient, kan men de eigenschappen van een kleimassa verbete-ren. Het gebrande materiaal krijgt hierdoor ook een grotere sterk-te en hardheid.

Kwarts komt voor als kwartszand, zandsteen en kwartsiet. Men treft in Nederland zeer bruikbaar kwartszand aan bij Brunssum.

3)

Diverse andere grondstoffen worden toegevoegd:

talk (magnesium silicaat): vloeimiddel)ea vervangt gedeeltelijk veldspaat;

calciumcarbonaat: vloeimiddel bij de bereiding van kalkaardewerk; beryl: vloeimiddel, verbetert mechanische sterkte, doch is duur; pyrophylliet: vervangt veldspaat en geeft het materiaal een

klei-nere .uitzettingscoëfficiënt.

De voorbewerking:

Men onderscheidt twee methoden van voorbewerking:

a Het natte procédé: in de indust~ie voor huishoudelijk aardewerk wordt dit-procédé vrijwel uitsluitend toegepast. De veldspaat en het zand worden tezamen in kogelmolens gemalen. De klei wordt

op-geslibd in water. Vervolgens brengt men alle grondstoffen in één mengkuip. Na menging wordt het slib via een zeef en een electro-magneet ter ontijzering naar een verzamelput gebracht, waar een roerder de massa in suspensie houdt.

Voor de bereiding. van vormstof wordt de massa dan door filterper-sen geperst en de filterkoeken vervolgens in een vacuumstrengpers gebracht, waarbij ingesloten luchtbellen verwijderd"worden. Voor de bereiding van gietstof pompt men de suspensie naar de gietbak,

<=)

waar water en electrolyten toegevoegd worden.

o·

b Het droge procédé: in Amerika past men dit procédé, dat aanvanke-lijk alleen gebruikt werd voor artikelen waarvan de vormgeving . . _~,geSChiedt d09r persen, ook reeds toe in de industrie voor

huis-~-I~.houdelijk aardewerk. Het goed, dat gemengd moet worden, moet droog'

~

~~

zijn (1% H

20), fijn gemalen (200 mesh) en zuiver. Tijdens het men-gen van de grondstoffen~wordt water toegevoegd. Het mengsel wordt

. - _{~ ....}

_----dan door een vacuumstrengpers getrokken en is _----dan geschikt als vormstof of wordt in een beslaanbak gebracht en tot gietmassa ver-werkt.

o

o

6

-b (vervolg)

Een nadeel van het droge proces is de hoge kostprijs van de grondstoffen, die zuiverder, droger en fijner zijn. Een goed stofafzuigsysteem is vereist. Dit brengt hoge kosten met zich mee. Hiertegenover staan als voordelen:

le de klei die aangevoerd wordt is droog (geringere transportkosten;

2e de stofverliezen die bij het natte proces 20 - 30% bedragen zijn hier zelden groter dan 8%;

3e het vochtgehalte is beter te regelen;

4

e veranderingen in samenstelling van vorm- en giet-massa zijn gemakkelijker en sneller aan te brengen; 5e de energie- en arbeidskosten zijn veel lager;

6

e er is veel minder fabrieksruimte nodig;

7

e _{de investeringskosten zijn lager.}

De kostenbesparing t.o.v. het natte proces bedraagt 25 - 50%. Newcomb (lit. l) verwacht dat over 20 jaar dit proces overal in'de aardewerkindustrie zal worden toegepast.

De vormgeving:

In de klassieke aardewerkindustrie vervaardigt men voorwerpen door vormen en gieten. In de laatste jaren maakt men in de U.S.A. ook reeds serviezen door persen; dit is economisch slechts mogelijk als een matrijs voor grote series gebruikt kan worden (groter dan 100.000 stuks). In de U.S.A. is dit door zijn groot afzetgebied en

een relatief klein aantal fabrieken mogelijk, doch in Europa is dit veel moeilijker.

a ~!~~~~: Een dunne slibmassa wordt in een gipsen vorm gegoten. De vorm adsorbeert water. Men giet na een zekere tijd (ca. 5 min.) de slib uit, waarbij een laag tamelijk harde klei aan de binnen-kant van de vorm achterblijft, die l5 - 18% water bevat. Voorname-lijk moeiVoorname-lijk vormbare artikelen als koffiekannen, theepotten,

o

o

a (vervolg)

een goede gietmassa te verkrijgen, daar deze afhankelijk is van samenstelling, korrelgrootte, aanwezigheid van oplosbare zouten, zuurgraad, soortelijk gewicht, viscositeit, temperatuur en de ouderdom van het gietsap. Waar vormen mogelijk is, verdient dit de voorkeur boven gieten, daar gieten veel meer tijd in beslag neemt. Gieten heeft als voordeel dat minder vakkennis hiervoor vereist is.

b ~~~~~~: In de vacuumstrengpers wordt de massa homogeen gemaakt, terwijl luchtinsluitsels verwijderd worden. Men verkrijgt een compacte massa, terwijl ook de plasticiteit belangrijk toeneemt. Strengstukken van een 1/2 m worden in vier delen gesneden met be-hulp van een stalen draad. Een deel slaat de z.g. koekvormer op de gipsen kop van een draaiende tour

(340

o.p.m.) en vormt deze eerst met de hand, daarna met een vlakke schabloon tot een ronde koek. Hij trekt deze koek van de kop en slaat hem goed centrisch

op de gipsvorm van een schotel. De z.g. draaier plaatst nu de gips-vorm met koek op een draaiende tour en drukt de koek gelijkmatig uit. Onder toevoeging van enkele druppels water vormt hij dan met een drukkaliber het bord. Voor het vormen van een kop wordt eerst met de hand een voorlopige vorm gemaakt. Deze werpt de draaier

met kracht in de gipsvorm van de kop en draait hem met een schabloon op.

In de Verenigde staten worden ook automatisch voorwerpen gevormd. Dit heeft als voordeel een grote besparing aan arbeiders

(90%),

een betere uniformitéit van de waar, minder breuk en veel minder beschadigde vormen.

Evenals bij de persmethode is deze methode alleen bruikbaar voor de massaproductie van één model.

Het drogen:

Dit biedt geen grote moeilijkheden, daar we te doen hebben met fijne en dunne scherven. Meestal droogt men de waar door ze in de hal,

~.

~<

o

.-.P.

8

-~aar de gieters en vormers werken, neer te zetten in open kasten. Sóms legt men een ribbenbuis, waardoor stoom, warm water of hete lucht geleid wordt, onder in de kast. Continue drogers, zoals tunnel-drogers, . past men weinig toe, omdat de droging hierin niet uniform

gesc~iedt en daardoor het gevaar voor scheuren groot is. Het drogen met behulp van infrarood-straling brengt onevenredig hoge kosten met zich mee bij een zo goedkoop product. In de toekomst is dit procédé voor duurdere porseleinen serviezen welliclit toepasbaar •

. Ruime toepassing vinden reeds de z.g. "ma~gle" en "jet dryers". Deze worden in kleine eenheden geleverd. Men plaatst bij elke gieter of vormer een toestel. De borden

ot

koppen worden langzaam meegenomen

~--~ ,

./-

'~~

J

l

- I .,. I"

J:

~

J!

[

J:

:C

J:

:c

J:

:[

J:

~

J:

₁

_.I[

i[

J.

~:

1

l

'\;

.,f'

~?"'" L..!.. J ....!..., J I '-t-' J ..J.... 1 ....L 1

+

₁

..,..

~

VtM-J.J

~

-rh , I o-t-l r-I--. I

'\nd.l1.~~

I clrtc:: ,.,

j

c::!

ol't"I~'1'"

borden op de gipsvorm, waardoor ze

door een ronddraaiende ketting, terwijl een luchtstroom blaast evenwijdig aan of loodrecht op de te drogen voorwerpen.

Het drogen in open kasten heeft als voordeel dat het zeer langzaam gebeurt en er dus geen scheuren of barsten optreden. Er zijn echter zeer veel droogkasten nodig. Een tweede bezwaar is dat het product bij aanwezigheid van ribbenbuizen niet uniform droogt. De grootste moeilijkheid ,is echter gelegen in de krimp van de natte eerst aan de buitenkant loslaten. Wanneer het bord slechts. een een kant loslaat, trekt het scheef door-dat aan die kant het materiaal sterk krimpt, terwijl het aan de andere kant vast blijft zitten.

Het bakken:

Het biscuitbranden is h'et meest kwetsbare onderdeel van de fa-bricage van aardewerk. Hier: .krijgt het door vormèn of gieten bereide

o

o

materiaal zijn uiteinde~ijke gedaante. In dit stadium van het proces werpt de grondige controle van de grondstoffen zijn vruchten af,

want vaak hebben kleine variaties in samenstellingen van het materiaal hier rurneuze gevolgen.

Het gebakken product heeft geheel nieuwe eigenschappen. Het mate-riaal heeft klank gekregen, het is hard en stevig geworden, de kleur is veranderd en de plasticiteit verdwenen. In het begin van het bak-' proces verdampt het restant van het poriënwater, dan volgt het che-misch gebonden water (ongeveer 10% van het totaal gewicht), tot bij 8000

c

alle water verwijderd is. Het vermogen weer plastisch te worden is verdwenen. Van 300 - 10000C nemen verschillende bestanddelen zuur-stof op. Organische bijmengsels, zwavel, zwavelverbindingen en kool-stof verbranden. Het ontwikkelde S02 en S03 kunnen met aanwezig water aanleiding geven tot de vorming van zwavelig - en zwavelzuur. Conden-satie van' de genoemde reactie zuren dient voorkomen te worden, zowel op het product' (witte uitslag) als in de rookkanalen. Kalk en gips ont-leden tot calciumoxyde.

Door genoemde reacties treedt tot 9000C een gewichtsafname van het

materi~al

op, terwijl de porositeit toeneemt. Vanaf 9000C .vindt sintering en smélting plaats. Tijdens het sinteren worden de poriën opgevuld door gesmo~ten materiaal, waardoor het product aan sterkte wint. Om volkomen sintering te bereiken voegt men veldspaat toe.

Bij witbakkende scherven, zoals ,bij aardewerk, dient het ijzer-gehalte minder dan 1,5% te bedragen. Voorts is de kleur afhankelijk van de hoeveelheid gevormde glasachtige producten. Belangrijk voor de kleur is verder de atmosfeer waarin de klei gebakken wordt,.

De krimp van het materiaal is omgekeerd evenredig met de hoeveel-heid niet-plastische grondstoffen. Hoe hoger, de baktemperatuur is, des te meer glasachtige bestanddelen ontstaan en des te gr.oter zal de bakkrimp zijn.

Men onderscheidt periodieke - en continue ovens. Periodieke ovens worden langzaam op temperatuur gebracht, dan koelen ze langzaam af en na het verwijderen van de waren worden ze opnieuw gebruikt. Het brand-stofrendement van dergelijke ovens is uitermate laag. Ze worden nog gebruikt door kleine fabrieken (o.a. in de Goud~se huisindustrie).

o

o

10

-Als continue ovens wordt in de a~dewerkindustrie de tunnel-oven gebruikt. De temperatuur in ieder punt van de tunnel-oven is constant, terwijl de waar, geplaatst op karretjes van vuurvaste steen, door de tunnel geschoven wordt. Tunnelovens hebben een hoog energetisch rendement en vereisen weinig arbeidskrachten.

Men onderscheidt in de oven 3 zones; de voorverwarmings-, de vuur- en de afkoelzone. Het voorverwarmen en het afkoelen dienen ge-leidelijk en gelijkmatig plaats te vinden, opdat het goed niet scheurt. Hiertoe is een juiste stapeling van de voorwerpen nodig en mag de door-snede van de tunnel niet te groot zijn (max.

1,5

x

1,5

m2). De ver-warming geschiedt door verbranding van olie of gas, of met behulp van electrische weerstanden.

Tegen de invloed van de rookgassen kan men de waren beschermen door ze te plaatsen in cassettes. Ook kan men een moffel toepassen, waarin de warmte naar het materiaal gevoerd wordt door middel van

_,

straling via een wand. In dit geval heeft men geen cassettes nodig, hetgeen als voordeel heeft:

1e minder handarbeid bij het plaatsen van de waar; 2e groter nuttig stapelgewicht (kg waar per strekkende

meter) ;

3

e geen kosten van cassettes (aanschaf, breuk);

4

e _{grotere inspectiemogelijkheid van de waar.}

Glazuren:

.

Dit wordt toegepast om het goed te versieren, zijn helderheid te geven, ondoorlaatbaar te maken. Glazuur bestaat uit glasachtige stof-fen (onderkoelde vloeistofstof-fen). De voornaamste bestanddelen zijn:

PbO

ZnO

toegevoegd als zand; dit geeft de glazuur hardheid en bestendigheid;

toegevoegd als veldspaat, potas of soda; ze dienen als vloeimiddel;

toegevoegd als veldspaat; het verhoogt sterkte, hard-heid en glans;

toegevoegd als menie of loodwit; dit wordt in bijna elke glazuur gebruikt als vloeimiddel;

toegevoegd als zinkwit; het is een vloeimiddel en gaat tevens scheuren tegen.

o

o

Door toevoeging van metaaloxyden (cobaltoxyde, chro~oxyde,

koperoxyde) kunnen glazuren gekleurd worden.

Het samenstellen van delen van de glazuur noemt men fritten. Dit doet men:

Ie omdat alkaliën oplosbaar zijn, tenzij ze als veldspaat toege-voegd worden. Dit laatste kan slechts tot een zeker percentage toegevoegd worden. Daarom frit men, zodat de oplosbare alkaliën omgezet worden.in onoplosbare silicaten;

2e omdat tijdens het fritten reeds gasreacties plaats vinden tussen verschillende bestanddelen van de glazuur, die tijdens de gla-zuurbrand de glazuur zouden beschadigen.

De fabricage der fritten geschiedt niet in de aardewerkfabrieken, doch ze worden besteld bij speciale firma's.

De ontworpen fabriek:

1) Opzet:

Onze fabriek is opgezet voor een productie van 2,3 ton gebakken materiaal per etmaal. Verondersteld wordt dat een marktanalyse heeft uitgewezen, dat een dergelijke productie verkoopbaar is, zodat be-reiding van deze hoeveelheid continu mogelijk is.

Het aan te sc.haffen machinepark dient mogelijkheid te bieden tot een grote mate van flexibiliteit, opdat een ruime sortering in maten, modellen en kleuren op de markt gebracht kan worden.

2) Grondstoffen:

Het materiaal verliest in de oven ca. 10% van zijn gewicht door verdamping van chemisch gebonden water; De vorm- en gietstofobevatten vóór het drogen ca. 20% poriënwater. Aan de oven worden dus toegevoerd 2,5 ton/24 u., aan de droger 3,1 ton/24 u. Daar er 20% poriënwater toegevoegd is in de menger, moeten dus

2,5

ton grondstoffen, berekend op droge basis, in het proces gebracht worden.

12

-We kiezen een veldspaat aardewerk dat veel op porselein lijkt door zijn hoog gehalte aan glasachtige bestanddelen.

Als samenstelling van de scherf nemen we:

kaolien

30%

klei 25%

zand

34%

veldspaat 10%

biscuitbreuk 1%

Als glazuurmassa nemen we:

frit 65% 6% Samenstelling frit: klei kalksteen gebrande klei zand

4%

3%

20% zinkwit 2% menie veldspaat kalksteen zand

60%

10% 6%

24%

Per

24

uren moeten derhalve in het proces gebracht worden:

kàolien 900 kg (10% vocht) klei 750 11 (10% " ) zand 945" (1% " ) veldspaat 278" (1% " ) breuk 25 "

3)

Opslag grondstoffen:

De grondstoffen arriveren in gezuiverde toestand, in vracht-auto's of spoorwagons, op het fabrieksterrein. De wagons zijn voor-zien van stortopeningen in de bodem of de zijkanten, de vrachtauto's van een kantelbak.

Het losse materiaal wordt in een silo gestort, van waaruit het met behulp van een stofdichte Jacobsladder naar een overdekte beton-nen opslagbunker gebracht wordt. Het materiaal valt op een transport-band, die zich bevindt boven

4

bunkers voor de opslag van resp.

kaolien, klei, zand en veldspaat. Een verstelbare afwerpinrichting brengt het materiaal in een sproeier, die een goede verdeling in de bunkers waarborgt. Kleinere hoevee~heden van andere grondstoffen wor-den in zakken aangevoerd en in een daartoe bestemde ruimte ,in de bun-ker opgeslagen.

o

o

4)

Maal- en droogsysteem:

Gezien de vele voordelen passen we het droge procédé toe, het-geen betekent dat de grondstoffen om ze te kunnen mengen zeer fijn gemalen (

<

200 mesh) en gedroogd moeten worden (0,2% poriënwater). Dit malen en drogen laten we gelijktijdig plaats vinden in een warme-luchtsysteem, waarin een conische kogelmolen opgenomen is. Een

"payloader" brengt de grondstoffen naar de hoppervoeder van de molen. De warme luchtstroom voert het gemalen materiaal via een stof-afscheider, waarin deeltjes groter dan 200 mesh afgescheiden worden, naar een opvangcycloon, waarin vrijwel alle stofdeeltjes achterblij-ven. De te zware deeltjes vallen via een omloopleiding van d~ stof-afscheider in de hopper terug.

Het systeem berekenen we op een productie van 625 kg per uur, zodat max. 62,5 kg water verdampt moet worden.

De molen:

We nemen een "Hardinge Conical mill".

diameter 60 cm totale lengte 135 cm gewicht molen 4000 kg gewicht bekleding: 2400 kg gewicht kogels 2000 kg vermogen 25 pk De warme lucht:

We nemen lucht van 1200_{C, die we verkrijgen door lucht van 60}0

_c

van de afkoelzone van de oven op te warmen. Deze lucht moet: le de te verdampen hoeveelheid water kunnen opnemen; 2e de deeltjes met een diameter kleiner dan 200 mesh

mee-nemen.

Uit de berekening (zie bijlage I) volgt:

a dat de warmteverliezen naar de omgeving verwaarloosbaar zijn; b dat 2000m3 lucht per uur van 1200C toegevoerd moet worden;

,~,

o

o

. v:: -'

~.

/,~~o3:::w=men v~l~e:e

lucht van 600C tot 1200_{C 10 liter '}

stookolie per uur nodig is;

d dat de mee.sleuringssnelheid 2 m/sec moet zijn;

e dat de lengte van het droogsysteem ongeveer 10 m bedraagt bij een pijpdiameter van 25 cm, als we aannemen dat de deeltjes een

5 -

10 maal langere weg afleggen dan de lineaire afstand (slib-effect, wervelingen in de cyclonen, recirculatie te grote deel-tjes);

f dat de diameter van de stofafscheider 1,60 m bedraagt bij een

intreesnelheid van \ 1.. _{, \} m/sec·,

K

dat de diameter van de opvangcycloon /'01,) m bedraagt bij een

intree-snelheid van LJ,LI m/sec.

Afmetingen opvangcycloon:

diameter 1,05 m

lengte

cylin-:-der 1,50 m lengte conus 1,35 m

Aan de buitenzijde van deze cycloon is een zijstuk aangebracht teneinde w~rvelingen, ten gevolge van stuwing ontstaan, te voorkomen.

5)

Homogeniseren:

De droge gemalen grondstoffen worden opgeslagen in

4

bunkers, die onder de opvangcycloon geplaatst zijn. Vulling geschiedt met be-hulp van een pijp, die beweeglijk aan de afvoer van de cycloon beves-tigd is.

diameter bunkers 1 m

lengte cylinder 1 m

lengte conus

0,6

m

max. capaciteit ca 2,5 ton

In een weegvat, dat onder de bunkers bevestigd en over een rail verplaatsbaar is, brengt men van elk der grondstoffen de gewenste hoe-veelheid. Dit vat dient tevens als vulvat voor de menger. Hiervoor gebruiken wij een planeetmenger, waarin zich 2 stel walsen bevinden,

0

o

die tegen elkaar indraaien. Om een goede menging te verkrijgen ro-teert de bodem eveneens. Het materiaal wordt gedurende 3 - 5 min. droog gemengd, daarna voegt men 10% water toe met behulp van een· sproeier, en maalt dan weer

5

min. Verwijdering van het menggoed ge-scheidt door een opening in de zijkant van de menger.

Menger: diameter 1,00 m hoogte 0,65 m hoogte menggoed 0,30 m diameter walsen 0,40 m vermogen 7,5 pk capaciteit 400 kg toegevoegd water: 40 1

Een deel van de productie van de menger gaat naar de gietkuip, een ander deel naar de vacuumstrengpers. Deze bestaat uit twee hori-zontale cylinders, waarin zich schroef transporteurs bevinden, en die gescheiden zijn door een ruimte waarin een vacuum van 30 mm Hg heerst.

De uit de eerste cylinder tredende massa wordt door een zeefplaat geperst, en valt in stukjes door de vacuumkamer. De massa wordt dan opgenomen door de tweede schroef transporteur en door een rechthoekig mondstuk geperst.

diameter cylinders 0,30 m

mondstuk 0,15 m

vermogen ₅ pk

capaciteit 400 kg/u.

6)

Bereiding van de gietstof:

De suspensie, die men gebruikt voor het gieten, bevat 50% water, terwijl 2% soda toegevoegd wordt als vloeimiddel. We veronderstellen dat 25% van de totale productie gegoten wordt. De gietmassa moet voortdurend in beweging gehouden worden, opdat ze niet uitzakt.

Voorts werkt veroudering nadelig op de kwaliteit van de gietmassa, zodat slechts zoveel gietstof bereid wordt als men dezelfde dag ver-werkt. We bereiden daarom twee maal dagelijks gietsap.

o

o

16 -Gietvat: diameter 0,80 m lengte 1,00 m inhoud 480 1 s.g. gietstof 1,71 g/cm

3

hoeveelheid gietstof (droog) 625 kg/dag

"

water 625 kg/dag

"

soda 25 kg/dag

Het gietvat is· opgesteld in een bovenverdieping van de gieterij, zodat het gietsap via een leidingsysteem met behulp van de zwaarte-kracht naar d~ gieters gebracht wordt.

De vormers en gieters plaatsen de voorwerpen op een transport-band, die de waar naar de droger voert.

7)

De droger:

De ontworpen droger is een combinatie van een "jet dryer" en een continue droger. Warme lucht uit de afkoelzone van de biscuitoven blaast door kleine pijpjes loodrecht op de borden, die langzaam door de droger schuiven.

De borden bevinden zich op geperforeerde houten platen, die ge-plaatst zijn op wagenonderstellen. De aandrijving van deze onderstel-len geschiedt door middel van een sleepketting.

Uit de berekening van deze droger (zie bijlage 11) volgt:

a hoeveelheid lucht van 600

_c

_{2000 m3/u.}

b hoeveelheid lucht gerecirculeerd 7150

m

3/u.

c .vermogen "blower" 1 - 2 pk (Buffalo Forge Co.

d lengte van de tunnel ~

e

breedte van de t~nnel h~ogte van de tunnel

snelheid van de lucht in pijpjes diameter van de pijpjes

lengte van de pijpjes aantal pijpjes

31

m 2,5 m 0,60 m

3

m/sec

3,5

cm 15 cm 1000. Nr. 5)

o

o

Daar de droger continu werkt, moet er overdag een voorraad niet gedroogde voorwerpen gevormd worden. Deze hoeveelheid dient op Zaterdagmiddag ongeveer 5 ton te bedragen oftewel ca. 15.000 voorwerpen. Deze worden gestapeld op de geperforeerde platen, die op elkaar geplaatst worden. Op iedere plaat bevinden zich 25 borden. Met behulp van een steekwagen plaatst men de platen op de onderstel-len. Het gedroogde materiaal wordt op dezelfde wijze gelost.

8)

De biscuitoven:

Voor het biscuit- en glazuurbranden gebruikten we tunnelmoffel-ovens. Het door ons bereide aardewerk moet gebakken worden bij 1150oC.

Het transport van d~ voorwerpen door de oven geschiedt met behulp van wagentjes, bestaande uit een ijzeren onderstel en een vuurvaste dekplaat. Deze plaat vormt de benedenwand van de oven en dient dus goed geïsoleerd te zijn. Op de plaat zijn een aantal rekken van vuur-vast materiaal geplaatst, waarop de te bakken voorwerpen gep1a~tst

zijn. De dekplaat is zo uitgevoerd dat de zijkanten passen in een

gleuf in de moffelwand, die gevuld is met zand om warmtetransport langs de bewegende delen te beperken.

De tunnel is gevuld met 32 aaneensluitende wagens. Met behulp van

e~n aandrijfmechanisme, dat zich in het verlengde van de tunnel be-vindt, verplaatst men de wagens iedere 1 u. 50' over een afstand van 2 m, zodat bij elke beweging één wagen de oven verlaat en aan de ande-re zijde é.én wagen in de oven gebracht wordt.

Bij ontsporing kan de betreffende wagen via een zich onder de oven bevindende kelder verwijderd worden.

Bouwmaterialen:

In de verbrandingszone gebruikten we chamotte steen, zowel voor de oven- als de moffelwanden. Bij lagere temperatuur passen we isolatie-steen en bakisolatie-steen toe. De moffelwand in de voorverwarmingszone is

op-~.

o

o

18

getrokken uit de beter geleidend~ sillimaniet, in de afkoelzone is h~t zeer goed geleidende siliciumcarbide toegepast. Stalen bal-ken aan de buitenzijde dienen ter versteviging.

vuurzone voorverwarmingszone afvoerzone ~ chamotte-steen ~ isolatie-steen :11I11IIIlIII:: baksteen ::zzz sillima-nietsteen ~ silicium-carbide ===,staal

In de verbrandingszone zijn in beide wanden 2 gasbranders aange-bracht loodrecht op de moffelwand. De branders zijn van het type ring-brander .•.

Warmte-economie :

In de afkoelzone wordt aan het gebakken materiaal warmte onttrok-ken om lucht tot

60

0

c

op te warmen. Deze lucht wordt gebruikt in de droger en in het maal- en droogcircuit.

Ter voorkoming van het binnenlekken van koude lucht zijn aan bei-de uiteinbei-den van bei-de oven luchtsluizen aangebracht, zodat aan- en af-voer van

wagens'zonder~armteverliezen

verloopt. pe rookgassen worden niet beneden

350

0_{C afgekoeld om condensatie van agressieve zuren te}

0

o

Gezien de betrekkelijk kleine hoeveelheid te winnen warmte (30.000 kcal/h bij afkoeling tot 1500_{0) en de hoge}

aanschaffings-kosten, vinden wij een katalytische rookgaszuiveringsinstallatie niet verantwoord.

Temperatuur~ontrole:

.---~---Temperatuursmeting van rookgassen geschiedt met behulp van pyrometers en thermokoppels in de voorverwarmings- enafkoelzone. In de oven wordt de temperatuur gemeten met Segerkegels, die op de wagens geplaatst zijn en met behulp van thermokoppels, die in de

oven bevestigd zijn.

Uit de berekening van deze oven (zie bijlage III en IV) volgt: Voor de voorverwarmings- + verbrandingszone:

~ verblijf tijd

28

u. b lengte 30 m

c nuttige warmte 96.000 kcal/u. warmteverliezen 104.000 kcal/u.

Bij een verbrandingsrendement van 0,77 moeten dan toegevoerd worden 63 Nm3 gas per uur van 4000 kcal.

d hoeveelheid rookgas 450 Nm3/u. e verbrandingstemperatu~ 145000

f wanddikten: oven. 35 cm

moffel in vuurzone 10 cm

voorverwarmingszone 5 cm

Voor de afkoelzone:

a op te warmen hoeveelheid lucht van 150 _{tot 60}0

c:

_{6000 m3/u.}

b lengte 34 m

c dikte moffelwand: 5 cm d luchtsnelheid 3 m/sec

o

ö

20

-9)

Het glazuren:

Het gebakken materiaal wordt van de wagens geladen en via een transportband naar de glazuurafdeling vervoerd. Meisjes, langs de band gezeten, dompelen de voorwerpen in een bak met een glazuur-suspensie en plaatsen ze vervolgens op een tafel.

Gestapeld op wagens wordt het goed dan naar de glazuur oven ver-voerde

De glazuursuspensie: de glazuurmassa wordt in de glazuurkuip opgeslibd tot een s.g. 1,30.

Glazuurkuip : diameter hoogte inhoud s.g. 0,70 m 1,00 m 350 1 1,30 g/cm3 hoeveelheid glazuurmassa (droog) 175 kg

hoeveelheid water 240 1

Na het glazuren worden de voorwerpen aan de onderkant afgeveegd om te voorkomen dat ze aan de rekken vastbakken.

De glazuur oven is op dezelfde wijze geconstrueerd als de biscuit-oven, zodat eventueel zowel het biscuit- als het glazuurbranden in één oven kan plaats vinden (b.v. bij sterk verminderde productie).

10) Decoratie:

Na de glazuurbrand worden de voorwerpen op een transportband naar de décorafdeling gebracht, waar meisjes het décor aanbrengen.

We passen drie methoden toe:

Ie het bloemdécor wordt aangebracht door decalcomania nadat het aardewerk behandeld is met een oplossing van hars en

terpentij~;

2e het randdécor wordt met een penseel aangebracht;

o

o

De verfstoffen betrekken we van buiten de fabriek. De décor-brand geschiedt in een kleine electrische oven, daar de kleuren hierin het meest fris worden. De waar wordt in korven gezet. Deze zijn opgehangen aan een wiel dat over een zich in het bovengedeelte van de oven bevindende rail loopt met een hellingshoek van 30

. ' Aan

het einde van de oven is een mechanisme aangebracht, dat na telkens

5

minuten de laatste korf loslaat. De oven:

lengte hoogte

temp. vuur zone

17

m 0,60 m 8000₀ totaal energieverbruik 30 kWh Korven lengte en breedte hoo,gte

11) Het sorteren en inpakken:

0,60 m

0,30 m

De voorwerpen worden op een transportband geplaatst en gesorteerd door daartoe opgeleide meisjes. Het inpakken geschiedt in dozen,

o

o

22

-Lijst van symbolen

A oppervlakte

Bc breedte cyclooningang

G stroomdichtheid

N aantal wervelingen

Nm3 aantal kubieke meters bij OOC en 1 atm

Q debiet T temperatuur U totale warmteoverdrachtscoëfficiënt W Re Nu a c

-

_c d e f g h ~ p r s sg v x enthalpie

getal van Reynolds getal van Nusselt

kengetal I/a = I + )./hs soortelijke warmte

gemiddelde soortelijke warmte diameter

hoeveelheid per eenheid van tijd en oppervlakte oppervlakte

versnelling van de zwaartekracht warmteoverdrachtscoëfficiënt lengte partiaaldruk straal verdampingswarmte laagdikte soortelijk. gewicht snelheid vochtigheid

~ toename van een grootheid

~ emissiecoëfficiënt

rendement temperatuur

warmtegeleidingscoëfficiënt viscositeit

Boltzman factor (stralingscoëffi·ciënt)

2 m m 2 kg/m sec / 2 0 Joules m sec e calorie kcal/oe kg kcal/Oe kg m 2 kg/m sec 2 m 2 m/sec / 2 0 Joules m sec C m atm m kcal/kg m kg/m3 m/sec kg/kg oe kcal/m. hr. oe kg/m sec kcal/hr m2

°c

4

.,..."..

Lijst van indices

b bodemgasgang c cyclooningang convectie g gas geleiding i binnenwand kr kritisch

t

lucht m massa materiaal 0 onderstel - - ' - p dekplaat deeltje rg rookgas s straling vaste stof t tijd v volume w warmte water buitenwand

0

z zuilen + rekken

o

~.

o

o

-~4

-Literatuur

1. R. Newcomb Jr.: Ceramic Whitewares, Pitman Publ. Corp. N.Y. 1947

2. W. Heiligenstädt: Wärmetechnische Rechnungen füx Industrie Ofen, 2. Auf1., Stahleisen, Düsseldorf 1941

3.

A.J. Rijken: Aardewerk en aardewerkindustrie, Servire, Den Haag 1952

4. J. Kortinw: Bau und Betrieb von Brennstof beheizten Industrie-Ofen,

Braun, Karlsruhe 1949

5. M.W. Thring: The Science of flames and furnaces, Chapman and Hall, Lond,on 1952

6.

E. Schmatolla: Die Brennofen, Jänecke, Leipzig 1928 7. W. Trinks: Industrial Furnaces,

Wiley and Sons, N. York

8. J.H. Perry: Chemical Engineers' Handbook, Mc.Graw-Hill, N.York 1950

9. C.G. Brown: Unit Operations,

Wiley and Sons, N.York 1951 10. V.D. I. Wärme-At1as,

o

. Bi.jlage I Berekening van het maal- en droogcircuit

Warmtestromen

Stel we voeren toe 2000 m3 droge lucht van 120°C. Een hogere temperaruur is voor de grondstoffen ongewenst. Deze lucht moet de benodigde warmte leveren om maximaal 62,5 kg/hr water te verdampen. lucht: water: warmtebalans : ofwel: c _p = 1040 Joules/kg 3 s. g.

=

1,2 kg/m Tl

=

120°C x

₌

0,009 kg/kg r _{w =} 24.105 Joules/kg bij T _gem 90°C • s. g. • c • AT

=

Q • r p m w w 2000 • 1,2 • 1040 (120 - T 2)

=

62,5 • 24.105 T 2

=

60°C

De warmteverliezen door vrije convectie, via de buitenwand zijn verwaarloosbaar t.o.v. de verdampingswarmte. Bij een geschat buiten-oppervlak van 15 m2 en een omgevingstemperatuur van 20°C

~

=

h • A • 6T Cl)

h

₌

0,3 ~TF 1/4 Clitt. 8)

of

_~

₌

5,7 15 • 70°

=

36.104 Joules/hr

De lucht zal zeker niet beneden 50°C afkoelen. De vochtigheid bij de intreetemperatuur volgt uit:

= 0,009 + 62,5

x 2 2000 • 1,2

=

0,035

2000 m3 lucht nemen op 62,5 kg

H

₂0 of:

d.i. een relatieve vochtigheid van 45% bij 60°C, dus alleszins redelijk.

o

o

I - 2

Dimensionering

Deze beschouwen in verband met de gestelde eisen aan deeltjes-grootte en hoogte.

Deeltjesgrootte:

Als de wet van Stokes geldt, zal een deeltje worden meegesleurd bij:

«()

_, d - p) •

4/3

_• TI r

3 .

_IllJ..n g

. 6

TI}J. r min

4

2500 •

3" •

1,1 m/sec

6

2

-8

0, • 10 • 10

6

• 20 • 10

-6

(2)

Bij deze snelheid worden deeltjes, kleiner dan 200 mesh, meege-voerd door de luchtstroom. In verband met extra weerstand, wervelingen, etc. in de kogelmolen kiezen we een hogere snelheid, nl. 2 m/sec, te bereiken met een molendiameter van 60 cm bij een volumedebiet van 2000 m

3

/hr.

De pijpdiameter bedraagt 25 cm, zodat deeltjes die uit de molen geblazen zijn zeker meegeyoerd worden.

In de stofafscheider wordt de luchtstroom gereinigd van deeltjes 200 mesh. Dit volgt uit de formule van Rosin (litt.

8,

blz. 1026):

diameter 1,5 m

0,4

0,8

m

. V

9 J-l Bc . d_kr

=

-TI-.--==N-. -v--::''7( p-::---=p"")-C S inlaat aantal wervelingen : 2 volgt:

Voor de opvangcycloon geldt analoog

(3):

-6

9 •

20 10 • 0,25

TI • 10 • 4,5 • 2500

=

10}J..

Vrijwel alles wordt hier afgescheiden.

diameter inlaat

1,00 m

0,25 0,5 m aantal wervelingen : 10

~.

o

0

Lengte circuit:

De snelheid in de leidingen bedraagt 12 m/sec. Als de gemid-delde deeltjesgrootte 0,1 mm gesteld wordt, zal het gewicht van één deeltje 12,5.10-7 gram (4/3 TI r3

f )

zijn.

Bij een hoeveelheid van 625 kg/hr materiaal worden gevormd

5.1011 deeltjes, ofwel per seconde een transport van 1,4.10

8

deeltjes door het circuit.

Totaal opp. deeltjes

=

1,4.10 8 •

4 .

n • 0,05 = 4,25 m2

Voor de warmtehoeveelheid geldt (1): Q.m·r=h .• A.AT

Mc. Kibbins heeft op het Laboratorium voor Chemische Technologie gevonden"dat in een deeltjesbed (fluid bed) de warmteoverdrachts-coëfficiënt voldoet aan:

0,76 h = 1,31 ( dp • G )

J.L

(Angelsaksische eenheden) Hieruit berekenen wij, bij een snelheid van 12 m/sec:

h = 45 Jou1es/m2oe sec

-3

Verdampt moet worden 62,5 kg/hr ofwel 17,3.10 k'g/sec.

(4)

Het gemiddelde temperatuurverschil tussen lucht en materiaal vinden we uit:

ATgem = A Tbegin -t>T I:> T eind b . 1n egJ.n OoT . d _eJ.n (120 -

38) -

(50 - 37) 1n 120 - 38 50 - 37 Ingevuld in (1) h = A =

aT

= r =

=

T _lucht - T _deeltjes 45 Joules m e sec / 20. 4,25 m 2 34,5 oe 24.105 Jou1es/kgOe

o

o

Q _m = I -

4

45 • 4,25 • 34,5

24.105

8

-3

=

2,

.10

kg/sec

De te drogen hoeveelheid is

17,3

kg/sec, waaruit een verblijf-'tijd volgt van 6,2 sec.

Zou een deeltje' een rechte baan beschrijven van molen naar

op-vangcycloon, 'dan zou dus de lengte van deze ~aan bedragen: 12 • 6,2

=

=

74

m.

In werkelijkheid lègt het deeltje een veel langere weg af wegens botsingen tegen de wanden, wervelingen in cyclonen, slibeffecten, :~

recirculatie etc. Berekening van deze 'weg is niet mogelijk, doch moet experimenteel bepaald worden. Wij veronderstellen een

5 -

10

x langere weg en nemen daarom als totale hoogte:

13

m.

o

o

Bijlage 11 : Berekening dreger .

Naar de dreger Veer en we 3125 kg "nat materiaal met 20% vecht. We meeten dus per 24~u. "625 kg water verdampen. Als we verenderstel-len dat de natte beltemperatuur in de dreger gemiddeld 40eC is, dan moeten 625 • 2378

=

62.000 kJ/hr teegeveerd werden.

Uit preeven ep het Laberaterium Veer Chemische Technelegie ver-richt, weten we dat de eptimale dreegsnelheid e Veer een kleiseert

4

-4

/

2

bedraagt 1, • 10 kg m sec. Per uurmeeten ca. 25 kg water verdampt werden, dus het gezamenlijk eppervlak der veerwerpen meet 50 m zijn. 2

2

Een berd peeft een oppervlak van 0,05 m , dus in de dreger moeten 1000 berden aanwezig zijn.

Het gewicht van een berd is ca. 0,25 kg, dus per uur meeten 500 natte berden gedroogd worden. Hieruit velgt dat in de droger steeds 1000 borden aanwezig moeten zijn, terwijl ieder uur 500 borden toe-en afgevoerd werdtoe-en.

Een berd heeft een diameter van 0,25 m. De lengte van de tunnel zou dus minimaal 250 m worden. Dit is een enpractische lengte, daarom plaatsen we 8 veorwerpen naast elkaar, waardeor de totale rengte van de dreger 31 m werdt. De snelheid van de berden deor de tunnel zal dus 1/4 m/min bedragen.

De lucht

e • r = h • 6 T (.ö.T = natte boldepressie )

Daar e =1,4 • 10-4 kg/m2sec meet zijn en r niet veel variëren kan, moeten we aan h • t:. T een zekere waarde geven. h wordt bepaald

deor geleiding en convectie van warmte. Daar de borden op houten rek-ken liggen en de luchtsnelheid vrij greet is, kan men warmteove~dracht

deer geleiding verwaarlozen. h hangt dus alleen af van de snelheid van de lucht. Geven we deze een bepaalde waarde, dan kunnen we de maximale grootte die AT mag hebben, willen de voorwerpen niet scheuren, bepalen.

Bij preeven deer ens" ep het Laberaterium voer Chemische Technele-gie verricht, vonden we dat bij een snelheid van 3 m/sec

o

o

II - 2

Leiden we nu de lucht van de afkoelzone van de oven rechtstreeks over de borden, dan zal t::. T veel grot"er zijn.

Immers: in de afkoelzone brengen we lucht van 15 - 20°C. Deze lucht heeft een vochtigheid x ~ 0,009 kg water/kg lucht. Wanneer we 6000 m

3

/u lucht van 60°C door de droger leiden, zal deze 25 kg water per uur opnemen en dus zal het vochtgehalte van deze lucht na het passeren van de borden zijn:

~

xe

=

0,009 +

256ÓO~·2

=

0,014 kg water/kg

lu~ht

Deze lucht zal, daar ze 62000 kJ/uur moet afgeven, afkoelen tot

6000 (60 - T) • ~ 62000 • 103

De gemiddelde temperatuur van de lucht in de droger is dus 60

~

52 .= 560c. Bij lucht met een droge boltemperatuur van 56°C en een vochtgehalte 0,014 kg water/kg droge lucht behoort een natte bol-temperatuur van 29°C, zodat:

2000

°

óT

=

27 C en dus·veel te hoog is.

x.I

0,009 + 26

=

2000 • x₂

Hieruit volgt dus dat we lucht moe-ten recyclen.

Nemen we Ql groter dan 2000 m3/u dan leert de berekening, dat we zeer grote hoeveelheden moeten recyclen om, een goede AT te verkrijgen.

We ki'ezen daarom Ql

=

2000 m3/u. Een materiaalbalans over het gehele systeem geeft dat:

0'

o

c x ₆ - x

=

-P-... _• CT - T ) g r T g 6 6 Xl + 0,022 ₁₀₄₀ X ( 2 )

=

2400 • 10 6 Xl + 0,022

io-

4 X

-

( 2 )

=

40 • 6 (1) 18 + 0,022 Q2 xl

=

_{2000 + Q2} (2) 2000 60 _{+ Q2 • T2}

₌

(2000 + Q2) • Tl 2000 • 60 • cp • - 62000 • 103

=

2000 • T 2 • C _P 12 • 104 2000 62000 • 103 2000 • 60 + Q2 • - 2000 • 1040 • 1,2

=

De gemiddelde temperatuur in de droger i6

aannemen dat 6. T = 100

e

geldt:

T s T 6 Tl + 35,6 Tl = 2 - 10 = ~ +

7,8

4 7,56 • 10 + 25,6 Q2 = 2000 + Q2 Uit (1) en (2) volgt: Tl + 2 18 + 0,022 Q?

-4

x6 - 2 (2000 + Q2) - 0,011

=

40 • 10 39 2000 X Q2

=

_{X - 0,026} 6 6

Vullen we Q2 in (3) _{in dan} i6:

7,56 • 104 + 25,6 (39 - 2000 x s ) x - 0,026 T

₌

6 6 _{39 - 2000 X} 2000 + 6 X₆ - 0,026 2000 + Q2 35,6 • A16 35,6 we

o

o

I I -

4

T _s

=

74,5 - 1877 x _s

Door steeds proberen met een bepaalde T en bijbehorende x

s s vinden we: Xs

=

0,0245 T_s

=

1/2 Tl + 7,8 en 39 - 2000 x~ s Q2

=

-x---'O:O=-,""":0:"::2:-:::6.--s

=

7150 m3/u

Boven elk bord bevindt zich een straalpijpje. Door de 1000 P~JP­

jes stroomt 9000 m3 lucht per uur, dus door elk pijpje 9 m3/u •. Om een

_.

_.

snelheid van 3 m/sec te bereiken moet R

=

1,7 cm zijn.

o

o

Bijlage I I I : Berekening van de verwarmingszone van de biscuitoven Uitgaande van een bekende basisproductie, tunnellengte en

ba~-temperatuur, bepalen we achtereenvolgens: de nuttige warmte;

de verliezen door straling, geleiding en convectie; de totale warmtebalans.

Bij gegeven calorische warmte van het stookgas is de theoretische verbrandingstemperatuur en de benodigde gashoeveelheid te berekenen. Hieruit vblgt weer de rookgashoeveelheid.

Bij een aanname van een lineair verloop van de rookgastempera-tuur, de temperatuur van de wagenonderstellen, en de buitenwandtempe-ratuur, berekenen we vervolgens de opwarmcurve.

Uit de gas- en materiaaltemperaturen in de secties en de mate-riaaleigenschappen van de moffelwand, de temperatuursgradiënt in deze laatste en dus de dikte.

Een analoge beschouwing geldt voor de ovenwanden.

Gegevens

Van het materiaal (aardewerk): productie stapelgewicht soortelijke warmte vuurvast materiaal (tafelplaat (droger + zuilen onderstel afmetingen onderstel soortelijke warmte enthalpie

2,5 ton per 24 uur

100 kg per strekkende meter grafiek I 200 kg/mI 100 kg) 100 kg) 180 kg/m' 2 • 0,75 • 0,40

m

grafiek I grafiek I I

o

o

Van de oven: ovenlengte ovenbreedte ovenhoogte moffelbreedte moffelhoogte ovenwanddikte warmtegeleidingscoëfficiënt calorische vlaarde luchtfactor III - 2 30 m 1,00 m 1,50 m 0,75 m 1,25 m ca. 0,30 m tabel I 4100 kca1/Nm

3

1,6

1/111/1117! 1717 I/I 1711l1/IIV////O/

//ove., ..

~",~o~

: : 5 b o · e .

.

-4

~ 1';'50

Oe

< ,\Ss sss\Ss ssss sssS:ssssss sssssssssss\.\Ssssssssssssssssss \\\SSS\S\sS\s"'-.,'\O S '\ ...

of /""

I

W'0. .... 0I. - . I

..

1&0

C

\ s

s\ s '\

SS S S S\S SSSSS\ \SSSSSS SSSSS\SSSSSSS SSSS'\SSSSSSSS' ...

oti

cr.

I

wo. ....

el

360

· c ·

4----1g.~ ,,\Lj'5c • C

o

o

Beschouwen we de gehele opwarmzone, dan luidt de warmtebalans:

.

Enthalpieafname van het gas is gelijk aan de som van de

enthalpie-

+-toename van materiaalwagens en de warmteverliezen.

Dit geldt uiteraard alleen voor het stationnaire geval, dat de temperatuur op een willekeurig punt niet verandert met de tijd.

Bezien we de diverse factoren nader:

het materiaal: ~~_~~~~~E~~~~: = Q • _m óWp

=

Qp •. cp • .0 Tp het onderstel: óW = Q • C 6 T 0 0 0 0 AW

=

Q 0 water "'11 Warmtever liezen: c ) 6T g

door straling van de buite.nwand:

hW

₌

A • E-

.

\To (T

4

_ T

4

w,s w w

l door convectie van de buitenwand:

él.W

=

A _• h DoT

w,e

w,c w w

l

~

I"

o

o

III -

4

door convectie van de tafelplaat:

AWp C

=

,

,

a .( T. - T )

Jo 0 A

s/)- p

door geleiding bodem van de gasgang: óTb Wb =

~

• Àb • -,g sb In één formule gebracht: c • ~T • Q • c • .:::,T + Q • c .6T + m m p p p z z z + ~.r + Qo

.

c • 6.T +ALt:.c;-.T - ( 4 - T . 4 ) 0 0 _{w wl 1} T - T é. Tb w 2 2

~.

• Ab + A

.

a •

s/'A

+ • p _Sb

Het gehele rechterlid is te berekenen: nuttige warmte: Hieruit: Qm = 2500/24 kg/hr Qp

=

2500/24 kg/hr Qz

=

2500/24 kg/hr ~

=

250/24 kg/hr r

=

500 kcal/kg .6 T = AT = 2 é. T = 1125 OK m z p

c • 6 T

=

360 kcal/kg (tabel II)

m m

c • D T

=

340 kcal/kg (tabel II)

z z

c • .ó T = 130 kcal/kg (tabel II)

p P Qo

=

1,8 • 2500/24 è:> T

=

2200K o c • Á T

=

30 o 0 (tabel II)

nuttige warmte = 96.000 kcal/hr

+ hw

(1)

0

o

Stralingsverliezen: A w 2

=

(1,6 + 1,8 + 1,8) • 30 m

=

4,96 • 10-8 kcal/m2hr°K L

=

0,80

-T _w

=

342.1oK l TE

=

292.loK (20°C) 1

Litt. (2), tabel (T/100)4 blz. 88, tafel 47. Hieruit: stralingsverlies = 39.400 kcal/hr Convectieverliezen: A

=

(1,6 + 1,8 + 1,8) _• 30 m 2 w A _p

=

0,75 • 30 m 2 T F)1/4 kcal/m2hr°C h

=

0,38 • 4,88 • ( w h

=

_{0,27 • 4,88 •} ( T F)1/4 kcal/m2hr°C w

-

_0,850 plaat a

₌

-700°C T.

₌

l. T

₌

125°C ° '[../s

₌

₂ Hieruit: convectieverliezen

=

61.400 kcal/hr Geleidingsverliezen:

~

=

0,25

·

30 m 2 À

=

0,30 kcal/m.hr°C s

=

0,25 m Tb

=

40°C T _w

=

700°C Hieruit: geleidingsverlies = 6000 kcal/hr bovenwand zijwand

o

o

111 -

6

Gashoeveelheid

Het gebruikte cokesovengas~moet deze warmtehoeveelheid per uur leveren door verbranding.

Uit litt. (2); blz. 29, Bild 1, vinden we voor het rendement (feuerungstechnischer Wirkungsgrad)

bij een afgastemperatuur 4000

c

en een luchtfactor

f::

1,6 rfj f = 0,78.

De warmtebalans luidt nu:

x • 0,78 • 4100

=

200.000

x

=

63,0 Nm3 gasjhr ,Rookgashoeveelheid

Cokesovengas van 4000 kcal heeft een theoretische luchthoeveel-heid ter volledige verbranding nodig van 4,09

Nm3jNm3 ,

hetgeen een rookgashoeveelheid oplevert van 4,81 Nm3jNm3 .

(Litt. (2), tafel

4,

blz. 19)

De werkelijke gashoeveelheid volgt uit:

= 4,81 + 0,6 • 4,09

=

7,26 Nm3jNm3 rookgas + luchtovermaat. De werkelijke rookgashoeveelheid bedraagt dan:

450 Nm3 jhr.

Verbrandingstemperatuur

Zonder luchtvoorverwarming bereikt men een theoretische verbran-dingstemperatuur: calorische waarde CL • _{V L}

+

CR • V OR 4100 = -= -=, 3::"':'6'--.

-2::"","'"l'4-=5:--+-0::"","'"l'4-:0--'4;-",'"?'8;':"1-Om twee redenen kan de werkelijke temperatuur afwijken van de berekende:

1. als het evenwicht 2 CO + O₂ ~ 2 CO

2 niet geheel rechts

ligt treedt geen volledige verbranding op en daalt de cal. waarde van het gas;

2. als tijdens de verbranding warmteafvoer plaats vindt wordt evenmin de verbrandingstemperatuur bereikt.

~

r-o

o

.Bedenken we dat 002 gas bij l500~0 slechts voor 0,05% gedis-socieerd is, en dat de hoeveelheid onverbrand gas na een seconde kleiner is dan e-5 , d.w.z. kleiner dan 0,7% (litt. (2) blz.

64),

'dan zal in dit geval de theoretische verbrandingstemperatuur bereikt wor-den.

We bereke.nen nu het temperatuursverloop van het materiaal. Daar-toe verdelen we de ovenopwarmzone in 14 gelijke secties. De verblijf-tijd van het mater~aal kennen we u~t product~e en de ovenlengte; deze bedraagt 28 uur. De wagens worden in de volgende sectie geplaatst, blijven twee uur staan en worden een sectie verder verplaatst.

Uit grafiek II en III bepalen we de enthalpieval van het gas over één sect~e, uit tabel II de warmteverliezen, uit grafiek I de soorte-lijke warmte en daarmede de enthalpietoename in de beschouwde sectie. De warmtebalans over de sectie geeft dan ö T • Dit voeren we uit voor

m de 14 secties, en aldus verkrijgen we tabel lIl.

We hebben aangenomen dat T ,T en T lineair met de lengte van

w 0 g

de oven stijgen, en wel tussen de grenzen 50 - 9000 (T ) resp. w

20 - 250°0 (T ) en 360 - 1450°0 (T ). De gevonden temperatuurcurve

o g

voor het materiaal is uitgezet in grafiek lIl.

Tenslotte geven we een korte beschouwing over de dikte van de moffelwand.

Bekendheid van gas- en materiaaltemperatuur, gecombineerd met de hoeveelheid warmte die per sectie naar het materiaal vloeit per t~jds­

eenheid, levert de totale warmtedoorgangscoëfficiënt. Bij hoge tempe-raturen is deze te beschouwen als bestaande uit de overdrachtscoëffi-ciënten door straling van gas naar wand en van wand naar wand en het quotient van geleidingscoëfficiënt en wanddikte van de moffel.

We kennen gastemperatuur, materiaaltemperatuur, emissiecoëfficiën-ten, par~iaaldrukken van H

20 en 002 (de bestanddelen die straling uit-zenden), de ."l~agdikte" van het gas, en de geleidingscoëfficiënt. Hier-uit volgen de wandtemperaturen van de moffel en tenslotte de wanddikte:

(De secties zijn ditmaal twee keer groter genomen)

Q "

=

é • Ij' (T

4 _

T

4 )

""W w w

I m

o

o

III -

8

1

=

~---~~~~~---1/ 1/ (1/ _ 1') €.g + t:.g w n

=

Litt. (10) tabel I(

At

Li tt. (10) tabel

k

C:!l

Daar Tg en T_WII slechts weinig verschillen kunnen we volstaan met één waarde voor fgw. De resultaten hebben we uitgezet in tabel IV.

Hieruit zien we dat het gedeelte van een moffel in de hoge-tempe-ratuurszone dikker en van meer isolerend materiaal uitgevoerd moet wor-den dan de rest (benewor-den 7000_C).

Ovenwand

Stellen we de temperatuur van ovenbinnen- en moffelbuitenwand (T ) gelijk, dan volgt de wanddikte direct uit de warmtestroom, de

w

gradient en de geleidingscoëfficiënt va~ de ovenwand.

Tb' - Tb ·t

~ = A •. ~. lonnen s Ulo en

We vinden hier een gemiddelde dikte van ca.:25 cm, b.v. voor eerste twee secties:

s

=

30 •

4,6

f"''''jÇ'''::;: Tabel I

Steensoort kg/m3 ₂₀₀ Temperatuur (oC)

450 600 800 1000 1200 _, Chamotte steen 1850 0,83 0,90 0,98 1,06 1,14 1,22 silica steen 1850 0,88 1,01 1,15 1,27 1,42 1,57 sillimaniet 2400 1,41 1,36 1,32 1,30 1,28 1,26 , siliciumcarbide (75%) 12 10,5 9 8 7 6 .isolatiesteen 350 0,08 0,11 0,14 0,16 baksteen 0,4 ~ . iM

\(eae/rtY1.~I'.

oe

Tabel II ~

r

Rookgas- . Ti 'd Bui~tenwand- T 4 _6T b óTbF 1/4 Onderste1temp.-temp. J temp. b 1450

°

90,0 171,5 68,6 333 242 1375 2 87,~ 166,0 .65,8 330 225 1300 4 84,3 160,0 62,9 326 209 1220 6 81,4 155,0 60,0 322 192 1145 8 78,6 150,5 57,2 319 176 1065 10 75,8 146,0 54,3 314 160 985 12 72,9 142,0 51,4 310 143

0

905 14 70,0 137,0 48,6 306 127 830 16 67,2 132,5 45,8 302 110 750 18 64,3 128,0 42,9 296 94 675 20 61,4 123,5 40,0 291 77 595 22 58,6 119,5 37,1 285 61 520 24 55,7 115,0 34,3 280 44 440 26 52,9 111,0 31,5 275 28 360 28 50,0 o ,/" oe

hl'

oe.

oe

Ij

oe

_F

oe

·9

o

Tabel III

Tijd

Wgas V 1

totaal

III - 10

W T T

m+p

e:,

m

m

c _m c p

o

0 1150 -.475 .,310

2

13300 3770 3370 4270 4270 2520 2520

725 2015 19 1131-470010

4

26600 3545 7215 4070 8340 2575 5095 1450 4400 45

1105-~65

010

6 8

10

12

39900 3380 10695 3850 12190 2465 7560 2175 7280 76 1074

~5~010

53200 3185 13880 3580 15770 2380 9940 2900 10710 115

1035-~30010

66500 3005 16885 3380 19150 2305 12225 3625 14615 162

988~00010

79800 2810 19695 3185 22335 2175 14425 4350 18995 212 938085008

14

93100 2630 22325 2980 25315 2045 16470 5075 23915 280 870060007

16 106400 2450 24775 2785 28100 1860 18330 5800 29395 355 795-333

~06

18 119700 2280 27055 2585 30685 1655 19985 6525 35450 442

708-322~05

20 133000 2100 29155 2385 33070 1485 21470 7250 42055 515 635037

~OO

22 146300 1920 21015 219035260 1320 22790 7975 49280 595

555050~298

2# 159600 1745 32820 201037270 1115 23905 8700 56905 688

462056~294

26 172900 1585 34405 1840 39110 845 24750 9425 65210 815

335-~38-.289

28 186200 143035835 1635 40745 440 25190 10150 74230 973

117-310~282

Berekening van de opwarmcurve m.b.v. de formule (1):

W

=

104, 2 c

0. T

+ 156, 2 c

e:.

T

m m m

p

m

1/4

63,0 (4,81 c .e:.T + 2,45 c e:.T ) -

i

16,5

ó

T .ë>T

F

AT

=

g g g c m

104,2 c + 156,2 c

_{m p}

.'-

- "2.

44,2 (T 4 - 74) -

_w

1.

3,21 a (T. - T ) -

i

726,0

~ 0

104,2 c +156,2 c

_{m p} 6 W gas -

2..

V 1 -

2.

V 2 -

2.

V 3 -

i

V 4

i

= - ... ' ' ' ' " '

-111 - 11

·0

Tabel IV

0

Tijd

T

T

e S PH

°

Peo tgH

°

tgwH

°

tg f:gwe02

~

T d g m w _{2 2 2 2} d0 2 w 0- 4 1375 1125 315 0,22 0,2 0,05 0,065 0,065 0,040 0,038 0,33 235 0,20 4- 8 1220 1075 440 0,22 0,2 0,05 0,072 0,071 0,045 0,044 0,33 120 0,09 8-12 1065 990 585 0,22 0,2 0,05 0,080 0,079 0,052 0,051 0,33 60 0,05 20-24 595 555 1000 0,22 0,2 0,05 0,115 0,114 0,055 0,053 4,0 10 0,04

0'

_{kcal kcal}

hr oe oe m atm atm

oe

f\oY\>

hr.m 2 mOehr

0

'0

o