BE1025459B1 - Temperatuursturing voor een bakproces van keramische materialen - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een temperatuursturingssysteem voor een bakproces van keramische materialen doorheen een tunneloven. Daarbij bevat het bakproces een opwarm-, vuur- en koelzone, bevat de vuurzone een stookzone en een sinterzone en bevat de stookzone branderzones voorzien van gasbranders. Iedere branderzone is gekenmerkt door een voor die zone ingestelde temperatuursaanvangs- en eindwaarde, waarbij de keramische materialen stapsgewijs doorheen de voornoemde zones gevoerd worden. Kenmerk van de uitvinding is dat gedurende het verblijf van de keramische materialen in een branderzone van de stookzone, het systeem de temperatuur in de branderzone stuurt van de aanvangswaarde tot de eindwaarde volgens een curve gelijk aan of gelegen onder de lineaire curve van de aanvangswaarde tot de eindwaarde voor de branderzone.

Description

Titel : Temperatuursturing voor een bakproces van keramische materialen ·

BESCHRIJVING

GEBIED VAN DE UITVINDING :

De hùidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een systeem voor de temperatuursturing voor een bakproces van keramische materialen.

Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een werkwijze en een systeem waarbij het bakproces in de branderzones van een tunneloven op een intelligente manier gestuurd wordt. Dit leidt enerzijds tot een wezenlijke gasbesparing, anderzijds tot een kwalitatiever product door vermindering van de verliezen aan af te keuren gebakken materiaal.

¹⁵

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Inleiding:

Een steenfabriek of steenbakkerij, vroeger ook steenplaats, steenoven of tichelwerk genoemd, is een fabriek waar grof keramiek wordt geproduceerd, in het bijzonder bakstenen en vaak ook aanverwante producten, zoals dakpannen en stenen buizen, snelbouwstenen, steenstrippen,...

Belangrijk voor steenfabrieken was de beschikbaarheid van kléi zodat veel steenfabrieken zich vestigden in kleigebieden of aan de rand daarvan. Zo werden de steenfabrieken en pannenfabrieken op de grens van het klei- met het veengebied gebouwd. Langs de grote rivieren is rivierklei aanwezig, en de gebakken stenen werden vroeger per schip naar de afnemers vervoerd. Door de veelal grote aanwezigheid van klei is er in Vlaanderen, België, een traditie van

BE2017/0112 metselbouwwerk en daarbij een grote hoeveelheid fabrieken aanwezig in deze streken. ' .

Keramische producten worden globaal op dezelfde manier gemaakt Daarbij worden eerst de grondstoffen goed gemengd waarmee ze gevormd worden. De vormgegeven producten worden hierna gedroogd en daarna gebakken. Pas na het bakken zal de vormeling zijn karakteristieke eigenschappen hebben gekregen, pas dan spreekt men over keramiek.

Ongeacht welke type fabriek, spreekt men over handvormmethodes, vormbakmethodes, strengpers of welk type dan ook, het product moet gebakken

I worden. Het grootste deel van deze producten worden in een geheel oxiderend milieu gebakken. Dat wil zeggen dat er altijd zuurstof aanwezig is om de minerale brandstoffen te verbranden. Deze brandstoffen kunnen olie, kolen of gas zijn. Meestal kiezen de producenten voor gas omdat gas makkelijk te controleren, aan te brengen en goedkoper is. Nog altijd blijft de kostprijs van het gas één van de drie grootste kosten voor het fabricageproces en blijft het verbrandingsproces . voor een grote luchtvervuiling zorgen.

Periodieke en continue ovens:

Omdat het branden een energetisch en economisch duur proces is, is het van groot 20 belang de brandtechnologie te optimaliseren.

In de keramische sector zijn twee types oven of verbranding bekend: een periodieke of een continue uitvoering van het brandproces.

De ontwikkeling van periodieke naar continu ovens vloeide vooral uit het terugdringen van de voor het bakproces benodigde energie. Bij periodieke ovens 25 gaat veel energie verloren doordat de hele oven na iedere cyclus afgekoeld wordt en de warmte verloren gaat. De rookgas temperatuur komt hier overeen met de actuele temperatuur van de producten, bij continu ovens wordt deze warmte grotendeels benut voor het opwarmen en drogen van producten. Desondanks zijn aan dit type ovens nog steeds zeer hoge stookkosten verbonden.

BE2017/0112

De huidige uitvinding heeft betrekking op het type continu oven; dit type is ook het meest voorkomende.

In Figuur 1 is een schematische weergave van een continu type bakoven getoond. De plateauwagens, waarop de te bakken keramische materialen geladen worden, worden links in de ovengalerij ingebracht, en bewegen naar rechts doorheen de oven tot ze helemaal rechts uit de oven uitgereden worden.

Dit type continue bakoven wordt tunneloven genoemd, vermits de te bakken producten er doorheen verplaatst worden als in een tunnel.

I

In de oven dienen drie zones onderscheiden: bij het binnenkomen van de

I producten in de tunnel (links in de figuur) de opwarmzone, in het midden de vuurzone en bij het verlaten van de tunnel (rechts in de figuur) de koelzone.

Verloop van het bakproces in een continue oven:

De bakprocessen van de diverse keramische producten onderscheiden zich in de eerste plaats van elkaar door een sterk verschillend tempëratuurverloop in de tijd. De opwarm en koelsnelheden kunnen sterk variëren van enkele graden tot wel honderden graden per uur. Ook de toptemperaturen lopen sterk uit elkaar van 800 tot wel 2000 graden.

Figuur 2 toont een voorbeeld van de zogenaamde bakcurve: deze curve geeft de temperatuur weer doorheen de oven (in ordinaat, gaande van kamertemperatuur tot maximaal 1 200 °C; in abscis is de verblijftijd van de keramische materialen in de oven uitgezet in minuten.

In het voorbeeld in de figuur 2 getoond, verblijven de te bakken keramische materialen in totaal 3630 minuten in de oven, dus 60 uur en 30 minuten.

Ook hier kunnen we de verschillende zones en overeenstemmende verblijfsperiodes van de keramische materialen in deze zones in de oven onderscheiden:

BE2017/0112

- een opwarmzone, onderverdeeld in een voorverwarmperiode/zone en opwarmperiode/zone;

- een vuurzone, onderverdeeld in een stookperiode/zone en een sinterperiode/zone;

- een koelzone, onderverdeeld in een snelkoelperiode/zone en een koelperiode/zone.

Het verloop van de opwarming dient zodanig gekozen dat de veranderingen die het product ondergaat tijdens het opwarmproces, zoals krimp en uitzetting (met 10 name bij de kwartssprong) geen aanleiding géven tot schade. Daartoe laat men doorgaans de opwarmsnelheid dalen tot max 25°C graden per uur rond de kwartssprong temperatuur van 580°C graden in plaats van een gemiddelde van 50°C graden per uur in de voorverwarmzone. In de voorverwarmzone wordt niet gestookt. Hier wordt enkel gebruik gemaakt van de restwarmte van de stookzone.

De ontstekingstemperatuur van gas wordt bereikt in de stookzone. In deze zone wordt effectief gas verbruikt. Meestal wordt in deze zone in een aantal stappen opgestookt tot het product de nodige top temperatuur heeft bereikt. De top temperatuur wordt aangehouden tot het product volledig dicht gesinterd is, wat plaatsvindt in de sinterzone.

In de stookzone wordt het temperatuursturingssysteem volgens de uitvinding toegepast en zal er gas bespaard worden.

Van zodra het product de nodige top temperatuur heeft bereikt, Wordt er na het verlaten van de sinterzone, in de snelkoelzone gekoeld tot net boven het bereiken van de gevoelige kwartssprong. Daarna vindt de verdere afkoeling van het gebakken product plaats in de koelzone.

Koellucht wordt gerecupereerd voor het droogproces van de producten.

Huidige ontwikkelingen om gas te besparen:

BE2017/0112

De laatste decennia, gekenmerkt door een stijgend bewustzijn van de uitputtelijkheid van de energiebronnen en de effecten op de leefbaarheid op de aarde, zijn steeds geavanceerdere technieken ontwikkeld om effectiever en zuiniger met energie om te gaan.

De theoretische hoeveelheid energie nodig voor het bakken is slechts 400 KJ per kg materiaal. In werkelijkheid wordt veel meer energie aangewend in het huidige bakproces, met name voor tunnelovens 3500 tot 5500 KJ per kilogram product.

De energiecrisis in de jaren zeventig zorgde yoor processen die minder verliezen teweeg brachten met het stookproces. In deze periode gebruikten ze betere isolatie materialen zodat de verliezen hiervóór gedeeltelijk werden weggewerkt. Met de opkomst van de moderne industrie bleek al snel dat de menselijke zintuigen alleen niet in staat waren om processen onder controle te houden. Dit had als gevolg dat er nauwkeurige meetmethodes, veelal thermokoppels, werden ontwikkeld zodat de stokers het proces betëri onder controle kregen.

De huidige systemen maken gebruik van meet en regelinstrumenten in het proces gekoppeld aan een PLC, programmable Logic Controller en een centrale computer. Via het scherm worden gewenste waarden ingegeven en meetwaarden afgelezen. Via dit systeem kunnen ook de kleppen voor de toevoer van het gas in de stookzone gestuurd worden.

Echter, tot óp heden is het bakproces voor keramische materialen in een tunneloven verre van geoptimaliseerd, voornamelijk uit oogpunt gasverbruik.

Er bestaat daarom een behoefte aan methodes en systemen om het gasverbruik bij het bakken van keramische materialen in een tunneloven te verminderen, zonder daarbij de kwaliteit van de gebakken producten nadelig te beïnvloeden, en zonder, de capaciteit van de ovens te reduceren.

BE2017/0112

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De huidige uitvinding heeft betrekking op een tunneloven ‘voor een bakproces van keramische materialen,

- bevattende een opwarm-, vuur- en koelzone,

- de vuurzone bevattende een stookzone en een sinterzone,

- de stookzone bevattende branderzones voorzien van gasbranders,

- iedere branderzone gekenmerkt door een voor die zone ingestelde temperatuursaanvangs- en eindwaarde.

De tunneloven is daarbij geschikt voor het stapsgewijs doorvoeren van de keramische materialen doorheen de voornoemde zones,

De tunneloven heeft als kenmerk dat hij voorzien is van een temperatuursturingssysteem, geschikt om gedurende het verblijf van de keramische materialen in een branderzone van de stookzone, de temperatuur in de ' branderzone van de aanvangswaarde tot de eindwaarde te sturen volgens een curve gelijk aan of gelegen onder de lineaire curve van de aanvangswaarde tot de eindwaarde voor de branderzone.

Tenslotte heeft de uitvinding eveneens betrekking op een werkwijze voor het bakken van keramische materialen, waarbij de temperatuur doorheen het bakproces gestuurd wordt door het hoger vermelde sturingssysteem.

Meer in het bijzonder omvat de uitvinding de werkwijzen en systemen zoals beschreven in de bijgevoegde conclusies.

BE2017/0112 .

korte Beschrijving van de tekeningen

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als

Λ voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een systeem en een werkwijze volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen.

In deze tekeningen wordt het volgende weergegeven :

Figuur 1 toont een schematische weergave van een continu type bakoven of tunneloven waarin het systeem volgens de uitvinding kan toegepast worden; Figuur 2 toont het temperatuursverloop doorheen de verschillende zones van een tunneloven;

Figuur 3 toont het temperatuursverloop volgens de stand van de techniek en volgens de uitvinding van een vracht keramische materialen doorheen de stookzone en sinterzone van een tunneloven;

Figuur 4 toont schematisch de stookzone van een tunneloven met negen branderzones;

Figuur 5 toont schematisch de sturing volgens de uitvinding;

Figuur 6 toont schematisch een gasbrander voor gebruik in een tunneloven;

Figuur 7 toont schematisch het verloop van de temperatuur doorheen één branderzone in functie van het doorvoeren van verschillende ladingen keramische materialen door die branderzone;

Figuur 8 toont het detail van het temperatuursverloop doorheen één branderzone voor één enkele doorvoer van een lading keramische materialen.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Zoals hoger aangegeven, betreft de uitvinding drie aspecten:

1) een sturingssysteem voor de temperatuur doorheen een tunneloven;

BE2017/0112

2) een tunneloven waarin zulk systeem tóegepast of geïmplementeerd wordt;

3) een werkwijze voor het bakken van keramische materialen in een tunneloven waarbij de temperatuur gestuurd wordt volgens het vermelde sturingssysteem.

In de hiernavolgende gedetailleerde beschrijving zal in het bijzonder het eerste aspect toegelicht worden, met name de sturing op zich.

Het sturingssysteem volgens de uitvinding en/of de werkwijze op basis van dit sturingssysteem kan door de vakman zonder noemenswaardige problemen in een bestaande tunneloven, of eventueel in een nieuw te bouwen tunneloven

I geïmplementeerd worden.

Ter illustratie hiervan is achteraan de beschrijving vermeld hoe de sturing b.v. vanuit een Siemens ® PLC kan plaatsvinden.

In een voorkeur uitvoeringsvorm van de uitvinding verloopt de temperatuurscurve parabolisch van de aanvangstemperatuur tot de eindtemperatuur van een gegeven branderzone.

Volgens een verdere voorkeuruitvoeringsvorm van het systeem volgens de uitvinding stuurt het systeem de temperatuur van alle branderzones van de stookzone vanaf de branderzone waarvoor de ingestelde temperatuursaanvangswaarde gelijk is aan of hoger is dan de gasontstekingstemperatuur.

Volgens een verdere voorkeuruitvoeringsvorm van het systeem volgens de uitvinding wordt de temperatuur gestuurd door regeling van de gastoevoer en/of luchttoevoer in de branderzones in functie van de volgende inputparameters:

- de in de branderzone conform de curve gewenste temperatuur,

- de in de branderzone gemeten temperatuur.

BE2017/0112

Volgens een nog verdere voorkeur uitvoeringsvorm van het systeem volgens de uitvinding wordt de gastoevoer in ieder van de in de stookzone voorziene branders in functie van de inputparameters gestuurd door optimalisatie van de pulstijd van de gasbranders en/of luchttoevoer.

Bij voorkeur wordt de temperatuur in de branderzone gemeten bij middel van een thermokoppel.

Zoals hoger aangegeven, figuur 4 toont de stookzone van een tunneloven waarin, enkel ter illustratie en zonder beperkend karakter, negen branderzones worden aangegeven.

In elk van deze branderzones dient bij aankomst van een plateauwagen gevuld met keramische materialen, de temperatuur te stijgen van een vooraf ingestelde aanvangswaarde naar een eveneens vooraf voor die branderzone ingestelde eind15 of te bereiken temperatuurs-waarde.

De waarden van déze temperaturen nemen gradueel toe naarmate de plateauwagen verder in de tunnelover voortschrijdt. In de laatste branderzone zal de top temperatuur bereikt en aangehouden worden.

In de volgende figuur, figuur 5, wordt getoond hoe het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding de gasbranders via hun respectieve gaskleppen zal aansturen om deze gewenste eindtemperatuur in een gegeven branderzone te bereiken volgens een welgedefiniëerde curve.

Dit systeem wordt bij voorkeur toegepast op alle branderzones van de stookzone van de tunneloven. Daartoe wordt gebruik gemaakt van een thermokoppel, geplaatst in ieder van deze branderzones, zoals op de figuren 4 en 5 weergegeven. Het thermokoppel zal op ieder ogenblik van de werking van de tunneloven de op dat ogenblik in die branderzone heersende temperatuur opmeten en doorgeven als zogenaamde '1ST' waarde, of reëel gemeten waarde, doorgeven aan het sturingssysteem volgens de; uitvinding.

BE2017/0112

Het sturingssysteem zal deze actuele of'1ST' waarde dan vergelijken met de op dat ogenblik voor die branderzone gewenste of'SOLL' waarde en in functie van het verschil tussen beide waarden, de gaskleppen sturen zoals hierna beschreven.

Figuur 5 toont hoe het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding de gasbranders aanstuurt. Ter illustratie zijn in de betreffende branderzone twaalf gasbranders opgesteld. In een typische opstelling worden deze aan beide zijden van een centrale gastoevoerleiding in de branderzone opgesteld.

In het midden van de branderzone wordt het thermokoppel geplaatst dat de effectieve temperatuur in de branderzone meet en doorstuurt naar het sturingssysteem volgens de uitvinding.

Het sturingssysteem volgens de uitvinding wordt aangeduid door de blok met opschrift Esa-technics, dit is de (voorlopige) benaming van het sturingssysteem volgens de uitvinding. I

De output van deze sturing is de door het aardgasventiel en luchtklep voor deze branderzone aan te houden stand te stureri : als inputparameters verwerkt het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding de in de branderzone gewenste begin en eindtemperaturen, alsmede de schuiftijd, dit is de voor de betreffende tùnneloven en voor de betreffende lading aan keramische materialen 20 bepaalde verblijftijd in de branderzone.

Doorgaans worden er op een plateauwagen verschillende stapels te bakken keramische materialen naast elkaar geplaatst, waarbij openingen tussen de verschillende stapels gelaten worden opdat de hete lucht en de bakwarmte voor 25 iedere stapel min of meer gelijk toegankelijk is.

Doorgaans worden er twee stapels of rijen achter elkaar in de rijrichting van de plateauwagen geladen, met de nodige afstand tussen beide stapels stenen.

De plateauwàgens rijden doorgaans onder de hoger geplaatste branders door. Desgevallend worden ook branders aan de zijkant van de branderzone geplaatst

BE2017/0112

Bij doorschuiven van de plateauwagen in een branderzone, worden de plateauwagen doorgaans zo gepositioneerd dat de vlammen van zowel de bovenaan als aan de zijkanten gepositioneerde branders in het midden tussen deze stapels in gericht worden.

Voor de bovenaan de branderzone geplaatste branders worden de vlammen neerwaarts gericht; voor de aan de zijkanten van de branderzone geplaatste branders worden de vlammen zijwaarts gericht.

Dit levert de meest gelijkaardige bak voor alle op de plateauwagen geplaatste keramische materialen.

Tijdens de verplaatsing van een plateauwagen van één naar de volgende branderzone, zijn de.branders gedoofd. Zoniet zou de bovenste, resp. de buitenste rij stenen van iedere stapel te fel gebakken worden.

Ervan uitgaande dat bijvoorbeeld bij aankomst in de eerste branderzone de temperatuur van de plateauwagen en de omgevende rookgassen ongeveer 800°C 15 bedraagt, en er tot een finale baktemperatuur van 1 000°C dient opgewarmd, dient bijgevolg, indien er zeven branderzones in de tunneloven voorzien zijn, in iedere branderzone gemiddeld een temperatuurstijging van ongeveer 30°C bereikt te· worden (1000 - 800 = 200, /7 = ong 30°C).

Echter, het is niet noodzakelijk dat eenzelfde temperatuurssprong in iedere branderzone dient gerealiseerd; mogelijk wordt in de eerste zones een grotere temperatuurstijging nagestreefd, waardoor in de latere branderzones de temperatuur stijging iets gematigder kan verlopen.

Voor de situatie dat de schuiftijd of verblijftijd van een plateauwagen in een branderzone ongeveer één uur bedraagt, impliceert dit dat een delta van 30°C in dit uur dient bereikt, dus gemiddeld 1°C per 2 minuten. Daarna kan de plateauwagen naar de eropvolgende branderzone doorgeschoven worden, waarbij hetzelfde proces dient herhaald.

BE2017/0112

De tabel hierna weergegeven illustreert voor een tunnelöven met negen branderzones, wat de gewenste aanvangs- en eindtemperaturen kunnen zijn:

Zone Nr	Aanvangs -	Eind-	Delta Temp
	Temperatuur	Temperatuur
0	760	800	40
1	800	840	40
10 2	840	880	40
3	880	920	40
' 4	920	960	40
5	960	1000	40
6	1000	1025	25
15 7	1025	1050	25
8	1050	1050	0
9	1050	1050	0

Het temperatuursverloop in ieder van de branderzones van dit voorbeeld is geïllustreerd in figuur 3, bovenste curve.

De negen zones hierboven in de tabel aangeduid, vinden we ook op deze curve terug.

In de eerste zone, voor de ontstekingstemperatuur, wordt bij voorkeur het sturingssysteem volgens de uitvinding nog niet toegepast.

Ook wordt deze niet toegepast in de laatste twee zones, de zogenaamde sinterperiode.

In de zeven zones van de zogenaamde ‘bespaarzone’ wordt het systeem volgens de uitvinding wel degelijk toegepast.

De bovenste curve geeft het temperatuursverloop volgens de stand van de

BE2017/0112 techniek.

In iedere branderzone zal daarbij volgens de sturingssystemen tot op heden gekend in de stand van de techniek de temperatuur van de aanvangswaarde voor die branderzone tot de eindwaarde op die wijze gestuurd worden dat bij aanvang een zeer sterke stijging bewerkstelligt wordt. Van zodra de gewenste eindtemperatuur bereikt is, wordt de temperatuur constant gehouden, hetgeen getoond wordt door het horizontale gedeelte in de curve voor iedere branderzone. In het bovenstaand voorbeeld is de eerste zone genummerd 0. De aanvangstemperatuur daarvan ligt onder de gasontstekingstemperatuur, vandaar dat deze niet in de bespaarzone volgens het sturingssysteem van de huidige uitvinding is opgenomen.

s

Verder zijn de laatste twee zones genummerd 8 en 9, sinterzones, waarin de temperatuur van de keramische materialen constant gehouden wordt en geen verdere temperatuursstijging doorgevoerd wordt.

Volgens het sturingssysteem volgens de uitvinding zal de temperatuur in ieder van de branderzones van de 'bespaarzone’, dit is dus de zone vanaf de ontstekingstemperatuur tot het bereiken van de maximale temperatuur in de tunneloven, dit is de temperatuur waarop het sinterproces start, verlopen volgens een curve die duidelijk lager ligt dan de hoger aangegeven curve volgens de stand van de techniek. Ofwel wordt hierbij een lineaire curve gevolgd, zoals de curve aangeduid door ⁰⁰⁰⁰ in de figuur 2, ofwel wordt een curve gevolgd die globaal onder zulke lineaire curve gesitueerd is.

Onder een lineaire curve voor een branderzone dient verstaan de curve die voor de betreffende branderzone het verloop van de temperatauur in functie van de tijd weergeeft, en waarbij de temperatuur gelijkmatig, dus lineair, in de betreffende branderzone oploopt van de temperatuursaanvangswaarde voor de betreffende branderzone, tot de temperatuurseindwaarde voor de betreffende branderzone, in

BE2017/0112' functie van de verblijftijd van de te bakken keramische materialen in deze branderzone, hoger de zogenaamde 'doorschuiftijd’ genoemd.

Kenmerk van de uitvinding is dus dat de temperatuur in een branderzone zodanig door het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding gestuurd wordt dat de bekomen temperatuurscurve in de betreffende branderzone gesitueerd is onder deze lineaire of gelijkmatige curve voor de betreffende branderzone.

De zo volgens de uitvinding gestuurde temperatuurscurve kan bijvoorbeeld een parabolische curve zijn, waarvan de aanvangswaarde gelijk is aan de

I begintemperatuur in een gegeven branderzone, en waarvan de eindwaarde gelijk 10 is aan de voor die branderzone gewenste eindtemperatuur. Kenmerk van zulke curve is dat de temperatuurstijging in de branderzone bij aanvang van de verblijftijd van de keramische materialen in de branderzone beperkter is, en dat naar het einde toe van deze verblijftijd, de temperatuur sterker, met name volgens de parabolische curve, toeneemt tot finaal de voor de betreffende branderzone 15 gewenste eindtemperatuur bereikt is.

Een voorbeeld van dergelijke parabolische curve is weergegeven in de figuren 7 en

8. In deze figuren staat voor een branderzone in ordinaat de temperatuur en in absis de tijd.

Figuur 7 toont hoe de temperatuur in een gegeven branderzone gestuurd wordt en 20 dus variëert in functie van de tijd, meer in concretu in functie van het doorvoeren van te bakken ladingen aan keramische materialen.

In totaal worden vier ‘cycli’ getoond in deze figuur 7, waarbij iedere cyclus gekenmerkt is door een opgaande curve, gevolgd door een (sterk) dalende curve. Het opgaande gedeelte van de curve toont de stijgende temperatuur in de betreffende branderzone, van zodra een lading keramische materialen in de betreffende branderzone is toegekomen.

In het voorbeeld getoond in deze figuur 7, loopt de temperatuur in deze branderzone op van ongeveer 780 °C to ongeveer 800°C, dit is de gewenste eindtemperatuur in deze branderzone.

BE2017/0112

Op de figuur is duidelijk te zien dat het opgaande temperatuursverloop globaal onder de lineaire curve ligt van de aanvangstemperatuur van 780°C tot de gewenste eindtemperatuur van 800°C. Van zodra de eindtemperatuur voor de betreffende branderzone bereikt is, in dit voorbeeld 800°C, wordt de lading ‘ keramische materialen doorgeschoven naar de volgende branderzone, en bereikt een nieuwe lading keramische materialen de betreffende branderzone.

Tijdens deze periode daalt de temperatuur in de betreffende branderzone van de eindtemperatuur van 800°C tot de initiële temperatuur van, in dit concrete geval, 780°C. De gasbranders werken gedurende deze periode niet. Van zodra de nieuwe 10 lading keramische materialen in de branderzqne is toegekomen, worden de gasbranders volgens het sturingssysteem volgens de uitvinding opnieuw geactiveerd en zal de temperatuur opnieuw oplopen tot de voor de betreffende branderzone gewenste eindtemperatuur.

Dit wordt geïllustreerd door de tweede oplopende temperatuurscurve van deze figuur 7. Eens de eindtemperatuur opnieuw bereikt, verschuiven de ladingen aan keramische materialen opnieuw doorheen de tunneloven, en daalt de temperatuur in de betreffende branderzone opnieuw, geïllustreerd door de tweede dalende lijn in de curve getoond in figuur 7.

Dit temperatuursverloop doorheen een branderzone blijft zich herhalen zolang de 20 doorvoer aan keramische materialen doorheen de tunneloven voortduurt.

Figuur 7 toont in totaal zo’n vier cycli.

Het temperatuursverloop in iedere cyclus volgt het parcours van een parabolische curve.

Figuur 8 toont een variante van zulke parabolisch temperatuursverloop en dit concreet voor één enkele cyclus.

De temperatuur loopt ook voor de in deze figuur getoonde branderzone op van ongeveer 780°C tot ongeveer 800°C. In vergelijking met het temperatuursverloop getoond in figuur 7, verloopt de temperatuurstijging en daling hier trager.

BE2017/0112

Het temperatuursverloop tijdens de opwarmfaze in de betreffende branderzone verloopt ook hier parabolisch.

Volgens de wijze van aansturing van de branders volgens de stand van de techniek, branden de gasbranders bij aankomst van de plateauwagen in de branderzone op volle kracht tot de voor die branderzone gewenste temperatuurstijging bekomen is. Van zodra het thermokoppel die gewenste temperatuurwaarde meet, worden de branders gedoofd. Enkel wanneer in de daaropvolgende tijd de temperatuur onder een bepaalde waarde daalt, b.v. 1°C, worden dé branders tijdelijk terug geaktiveerd tot opnieuw de ingestelde gewenste waarde bereikt is.

Gelet op de capaciteit van dé branders, wordt in de meeste tunnelovens en voor het overgrote deel van de belandingen die gewenste waarde van de temperatuur als vrij snel bereikt, b.v. na vijf minuten van de ingestelde schuiftijd van 60 min.

Dit irhpliceerdt dat gedurende 55 minuten de te bakken keramische materialen op de plateauwagen in de betreffende branderzone op die temperatuur gestabiliseerd worden.

Figuur 6 toont een gasbrander zoals die gebruikelijk in een tunneloven geïnstalleerd wordt.

Deze heeft een toevoer voor de gas, en een aparte toevoer voor de lucht.

Elke brander zoals in een tunneloven geplaatst heeft variabele kleppen voor gas en lucht. Deze worden bij installatie van het temperatuursturingssysteem volgens de uitvinding niet gewijzigd, maar behouden hun vaste, bij afregeling van de tunneloven ingestelde stand. Enkel de pulstijd van de branders wordt via het systeem van de uitvinding gestuurd.

'

In het sturingssysteem volgens de uitvinding branden de gasbranders niet continu tot de gewenste temperatuur bereikt is, maar met tussenpozen.

In een sturingssysteem volgens de stand van de techniek branden de branders enkel op volle kracht indien het verschil tussen de gewenste temperatuur en de

BE2017/0112 door het thermokoppel gemeten temperatuur voldoende hoog is. Wanneer het te overbruggen temperatuurbereik kleiner is, zal een traditioneel sturingssystem de branders niet op volle kracht laten werken, maar op een lager regime. In zulk geval varieert echter de lengte van de vlam. Dit heeft echter een nadelige invloed op de kwaliteit van de gebakken keramische materialen, in het bijzonder levert het ongelijkmatig gebakken producten op.

Immers de materialen die zich bovenaan de stapel op de plateauwagen bevinden, zullen het sterkst gebakken worden omdat ze langduriger aan de vlam blootgesteld worden in vergelijking met materialen die zich eerder onderaan de 10 stapel bevinden.

Om dit euvel te vermijden wordt in een aantal gevallen met een hogere luchtovermaat gewerkt, om voldoende turbulentie en bijgevolg gelijkmatige opwarming in de branderzones te bereiken.

Volgens het temperatuursturingssysteem volgens de uitvinding wordt met een pulserende branderaansturing gewerkt.

Hierbij worden de branders regelmatig uit- en terug aan-gezet (pulserend stoken).

Dit heeft het grote voordeel dat permanent - telkens de branders aanstaan - met een constante vlamlengte gewerkt wordt, terwijl tegelijk voldoende turbulentie in de branderzone ontstaat. Dit komt ten goede van de kwaliteit van de gebakken 20 materialen. De branders worden pulsgewijs met een kleine luchtovermaat, mogelijk om beurten, aangestuurd zodat de ovenbelading veel gelijkmatiger wordt verdeeld. Door het verlagen van de beladingsgraad kan een betere productkwaliteit bereikt worden.

Om in de oven een voldoende hoge turbulentie op te wekken wordt aan de branders een extra luchtstroom toegevoerd. De luchtovermaat is daardoor te hoog, namelijk meer dan 2. Dat wil zeggen: meer dan tweemaal zoveel lucht dan gas. De lucht/gas verhouding wordt geregeld op basis van de oventemperatuur. De luchtovermaat kan daarbij laag blijven. Maar mits er veel variabele factoren zijn die het stooktempo beïnvloeden heeft dit geen ideaal effect op het gasverbruik

BE2017/0112 omdat men hier manueel de instellingen van brand en pauze tijd moet instellen. Men kan nooit handmatig snel genoeg de nodige correctie doorvoeren om de ideale stookcurve te bereiken mits er teveel externe factoren zijn die deze beïnvloeden oa: volume van belading, trek-en schuiflucht, lekverlies,etc....

Het temperatuursturingssysteem volgens de uitvinding maakt geen gebruik van een manueel instelbare puls en pauze tijd. Deze reageren immers te traag op veranderingen in de oven om effectief gas te besparen. Op vooraf ingestelde tijden, bijvoorbeeld om de 0.20 seconden berekent het systeem de noodzakelijke puls om 10 hetgewenste temperatuursverloop in een branderzone te verkrijgen. Op deze manier zal dit systeem snel en zelfstandig afwijkingen van de door het thermokoppel opgemeten temperatuur in een branderzone ten opzichte van de gewenste temperatuur detecteren en wegwerken door de puls en pauze tijd van de branders aan te passen. Deze wijze van sturing laat bijgevolg toe om de gevraagde 15 temperatuur pas te bereiken wanneer het einde van de vooraf ingestelde stooktijd voor een branderzone is bereikt. Hoe later deze temperatuur bereikt wordt hoe minder gas er verbruikt wordt.

De reële gasbesparing is afhankelijk van het type oven en het proces.

De kwaliteitsvoordelen die een conventioneel type pulsregeling teweegbrengt zijn 20 blijvend in ons systeem. De vlakkere temperatuurstijgingen kunnen zelfs tot een extra kwaliteitsverbetering leiden.

Andere externe factoren (weer, trek- schuiflucht, lekken, defecten,...), die een invloed kunnen hebben op het verbruik, worden tevens in rekening gebracht in het sturingsprogramma.

Het sturingssysteem volgens de uitvinding wordt enkel toegepast in de branderzone’s die de kwaliteit en kleur van de steen beïnvloeden. Namelijk niet in de zone’s die onder de gas ontstekingstemperatuur branden en niet in de

19'

BE201 7/0112 sinterzone’s die de top temperatuur aanhouden zodat het product aan de opgelegde normen blijft voldoen.

Praktische implementatie van het sturingssysteem volgens de uitvinding:

Om de gestelde doelstellingen te bereiken plaatsten de uitvinders een sturingskast bij de klant. Hierin zit het door de uitvinders geschreven programma Esa-technics, géschreven op het platform Siemens Simatic manager S7-1200. De uitvinders kregen van de klant de meetwaarde van hun oven op het systeem volgens de uitvinding waardoor remote de bakcurves konden gemonitord worden.

Praktisch uitvoeringsvoorbeeld:

Het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding is toegepast in een reëel productie-bakproces in een tunneloven en vergeleken met de werking van een klassiek of traditioneel sturingssysteem.

Dit gaf volgende resultaten:

Systeem volgens de stand van de techniek:

In deze situatie bedroeg het energieverbruik van de oven 1797 MWh per maand met deze maand 450 ovenwagens.

Systeem volgens toepassing van het systeem volgens de uitvinding:

-het aardgasverbruik bedroeg 1509 MWh per maand met hetzelfde aantal cyclus.

Zoals bovenstaand voorbeeld illustreert, leverde de toepassing van het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding een wezenlijke besparing van 25 gas op.

Een gasbesparing lijkt evidenter wijze tot een overeenkomstige vermindering van de uitstoot van CO2. Ook aan de opgelegde vermindering van de CO2 uitstoot door de industrie levert het systeem volgens de uitvinding dus een wezenlijke bijdrage.

BE2017/0112

Onverwachter wijze kon ook de uitval aan afgekeurd product op grond van de sturing van de temperatuur volgens het systeem volgens de uitvinding wezenlijk gereduceerd worden. Dit is een onverwachts maar belangrijk effect bekomen door 5 toepassing van het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding.

Immers, naast de bekomen gasbesparing, levert dit een aanzienlijke meerwaarde op voor de exploitanten van tunnelovens voor het bakken van keramische materialen waarin het temperatuurssturingssysteem volgens de uitvinding wordt toegepast.

Claims (8)

1. CONCLUSIES

   1. Tunrieloven voor een bakproces van keramische materialen,

   - bevattende een opwarm-, vuur- en koelzone,

   - de vuurzone bevattende een stookzone eh een sinterzone,

   - de stookzone bevattende branderzones voorzien van gasbranders,

   - iedere branderzone gekenmerkt door een voor die zone ingestelde temperatuursaanvangs- en eindwaarde, waarbij de tunneloven geschikt is voor het stapsgewijs doorvoeren van de keramische materialen doorheen de voornoemde zones, met het kenmerk dat, de tunneloven voorzien is van een temperatuursturingssysteem, geschikt om gedurende het verblijf van de keramische materialen in een branderzone van de stookzone, de temperatuur in de branderzone van de aanvangswaarde tot de eindwaarde te sturen volgens een curve gelijk aan of gelegen onder de lineaire curve van de aanvangswaarde tot de eindwaarde voor de branderzone.
2. 2. Tunneloven volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het sturingssysteem ge-implementeerd wordt in een sturingskast bevattende een Programmable Logic Controller (PLC).
3. 3. Tunneloven volgens conclusie 1 of 2, mét het kenmerk dat het systeem geschikt is om de temperatuur van alle branderzones van de stookzone te sturen vanaf de branderzone waarvoor de ingestelde temperatuursaanvangswaarde gelijk is aan of hoger is dan de gasontstekingstemperatuur.
4. 4. Tunneloven volgens één van de voorgaande conclusies, bevattende een thermokoppel voor de meting van de temperatuur in de branderzone.

   BE2017/0112
5. 5. Werkwijze voor het bakken van keramische materialen doorheen een tunnelóven,

   - de tunneloven bevattende een opwarm-, vuur- en koelzone,

   - de vuurzone bevattende een stookzone en een sinterzone,

   - de stookzone bevattende branderzones voorzien van gasbranders,

   - iedere branderzone gekenmerkt door een voor die zone ingestelde temperatuursaanvangs- en eindwaarde, waarbij de keramische materialen stapsgewijs doorheen de voornoemde zones gevoerd worden,

   I waarbij de tunneloven voorzien is van een temperatuursturingssysteem, met het kenmerk dat, gedurende het verblijf van de keramische materialen in een branderzone van de stookzone, de temperatuur in de branderzone van de aanvangswaarde tot de eindwaarde gestuurd wordt door het temperatuursturingssysteem volgens een curve gelijk aan of gelegen onder de lineaire curve van de aanvangswaarde tot de eindwaarde voor de branderzone.
6. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de temperatuur gestuurd wordt door regeling van de gastoevoer in de branderzones in functie van de volgende inputparameters:

   - de in de branderzone conform de curve gewenste temperatuur,

   - de in de branderzone gemeten temperatuur.
7. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de gastoevoer in ieder van de in de stookzone voorziene branders in functie van de inputparameters gestuurd wordt door optimalisatie van de pulstijd van de gasbranders.
8. 8. Werkwijze volgens één van de conclusie 5 tot en met 7, met het kenmerk dat de temperatuurscurve parabolisch van de aanvangstemperatuur tot de eindtemperatuur verloopt.