DE102014002216B4

DE102014002216B4 - Process for drying a ceramic raw insulator

Info

Publication number: DE102014002216B4
Application number: DE102014002216.1A
Authority: DE
Inventors: Werner Burger; Michael Judge; Simon Hofmann
Original assignee: Lapp Insulators GmbH
Current assignee: LIW Composite GmbH
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2034-02-22
Also published as: DE102014002216A1

Abstract

Verfahren zur Trocknung eines keramischen Rohisolators, wobei der Rohisolator mit einer Anzahl von Schirmen aus einem noch eine Restfeuchte größer oder gleich 15 Gew.-% enthaltenden Hubel nass abgedreht wird, wobei der nass abgedrehte Rohisolator in einen Stromkreis geschaltet und ein Wechselstrom durch den Rohisolator geleitet wird, wodurch die Restfeuchte größer oder gleich 15 Gew.-% auf eine Restfeuchte kleiner oder gleich 13 Gew.-% getrocknet wird.A process for drying a ceramic raw insulator, wherein the raw insulator with a number of umbrellas from a still a residual moisture greater than or equal to 15 wt .-% containing hub is turned off wet, wherein the wet-turned raw insulator connected in a circuit and passed an alternating current through the raw insulator is, whereby the residual moisture is greater than or equal to 15 wt .-% to a residual moisture less than or equal to 13 wt .-% dried.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung eines noch feuchten Rohisolators, der aus einem noch Restfeuchte enthaltenden Hubel nass abgedreht ist. Der Hubel ist aus einer wässrigen Massesuspension der Ausgangsmaterialien, auch Schlicker genannt, durch Filter-, Zieh- oder Pressvorgänge hergestellt. Mittels geeigneter Trocknungsverfahren wird der noch feuchten Rohmasse des Hubels weitere Feuchtigkeit entzogen, um für die nachfolgende Formgebung durch Abdrehen die notwendigen Eigenschaften hinsichtlich Plastizität und Stabilität zu erreichen. Der zum Nassabdrehen vorbereitete Hubel weist üblicherweise noch eine Restfeuchte von mehr als 15 Gew.-%, typischerweise etwa 17 Gew.-% auf. Eine derartige „Abdrehfeuchte“ hat sich als günstig für das Nassabdrehen gezeigt.The invention relates to a method for drying a still wet raw insulator, which is turned off wet from a still residual moisture containing Hubel. The Hubel is made of an aqueous mass suspension of the starting materials, also called slip, by filtering, drawing or pressing operations. By means of suitable drying methods of the still wet raw material of the Hub further moisture is removed to achieve the necessary characteristics in terms of plasticity and stability for the subsequent shaping by twisting off. The prepared for wet scrubbing Hubel usually has a residual moisture content of more than 15 wt .-%, typically about 17 wt .-% on. Such "Abdrehfeuchte" has been shown to be favorable for the wet turning off.

Aus der DE 10 2012 006 423 A1 ist zu entnehmen, dass ein Hubel zunächst einer Vortrocknung unterzogen wird, um diesen auf die Abdrehfeuchte vorzutrocknen. Zur Vortrocknung wird der Hubel dabei als elektrischer Widerstand in einen Wechselstromkreis geschaltet.From the DE 10 2012 006 423 A1 It can be seen that a Hubel is first subjected to a pre-drying in order to pre-dry it to the calibration moisture. For predrying the Hubel is connected as an electrical resistance in an AC circuit.

Aus der US 2009/0294440 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Trocknung eines Körpers aus einer feuchten keramische Masse (Grünkörper) zu entnehmen, bei dem der Körper mittels Mikrowellen und Radiowellen bestrahlt wird.From the US 2009/0294440 A1 discloses another method for drying a body of a wet ceramic mass (green body), in which the body is irradiated by means of microwaves and radio waves.

Aus dem noch Restfeuchte enthaltenden Hubel wird der Rohisolator einschließlich einer Anzahl von Schirmen nass abgedreht. Bevor der Rohisolator zum fertigen Isolator gebrannt werden, muss in bisher aufwändiger Art und Weise die noch enthaltene Restfeuchte weiter verringert werden. Insbesondere dünne Schirme mit großer Ausladung und kleinem Radius am Strunk geben über die große Oberfläche rasch Feuchtigkeit ab und eilen im Trocknungsgrad dem Strunk voraus. Dies führt zu Materialspannungen und Rissen in den Problemzonen. Der Rohisolator wird hierdurch unbrauchbar. Durch eine allmähliche und sehr langsame Trocknung in einer Umgebung mit hoher relativer Feuchtigkeit muss erreicht werden, dass der Rohisolator von innen heraus trocknet, dass also die an der Oberfläche austretende Feuchtigkeit von innen ersetzt wird. Die Trocknung der Rohisolatoren erfolgt hierzu üblicherweise unter Luft in Trocken- oder Wärmekammern mit geregelter Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Dabei muss zusätzlich beachtet werden, dass mit dem Verlust an Wasser zudem ein beachtlicher Schwund der Größe des Rohisolators einhergeht. Üblicherweise benötigt die Trocknung der Rohisolatoren einen Zeitraum von mehreren Tagen. Am Ende der Trocknung sollte eine Endfeuchte unter 1 Gew.-% erreicht und eine Endtemperatur von wenigstens 130 C erzielt worden sein. Insbesondere durch die hohe Endtemperatur wird eine genügend hohe Rohbruchfestigkeit des getrockneten Rohisolators erzielt, bevor dieser zum fertigen Isolator gebrannt wird.From the still residual moisture containing Hubel the raw insulator including a number of umbrellas is turned off wet. Before the raw insulator is burned to the finished insulator, the still contained residual moisture must be further reduced in a previously elaborate manner. In particular, thin shrouds with a large radius and small radius on the shank quickly release moisture over the large surface and precede the stalk in terms of degree of drying. This leads to material tensions and cracks in the problem zones. The raw insulator is thereby unusable. Gradual and very slow drying in a high-humidity environment requires that the raw insulator be dried from the inside, so that the surface moisture is replaced from the inside. Drying of the raw insulators is usually done under air in dry or heat chambers with controlled temperature and humidity. In addition, it must be noted that the loss of water is accompanied by a considerable decrease in the size of the raw insulator. Usually, the drying of the raw insulators requires a period of several days. At the end of the drying, a final moisture content of less than 1% by weight should have been reached and a final temperature of at least 130 ° C. achieved. In particular, the high final temperature, a sufficiently high raw fracture strength of the dried raw insulator is achieved before it is fired to the finished insulator.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Trocknungsverfahren für noch Restfeuchte enthaltende nass abgedrehte keramische Rohisolatoren hinsichtlich der eingesetzten Ressourcen zu verbessern.The object of the present invention is to improve the drying method for wet-twisted ceramic raw insulators still containing residual moisture with regard to the resources used.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur elektrischen Vortrocknung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention for a method for electrical predrying of the type mentioned by a method having the features of claim 1.

Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der durch eigene Versuche überraschend gewonnenen Erkenntnis aus, dass sich bei der elektrischen Trocknung der nass abgedrehten Rohisolatoren mittels Wechselstrom die Trocknungszeit verkürzen lässt. Insbesondere kann mittels Wechselstrom die Trocknungszeit bis zum Erreichen einer Restfeuchte von weniger oder gleich 13 Gew.-%, ab der üblicherweise nur mehr ein vernachlässigbarer Schwund in der Größe der Rohisolatoren stattfindet, beträchtlich verkürzen, insbesondere bei ansonsten gleichen Trocknungsbedingungen halbieren lässt. Durch eine elektrische Trocknung des nass abgedrehten Rohisolators mittels Wechselstrom kann also aufgrund der verkürzten Trocknungszeiten eine beachtliche Energieersparnis erzielt werden. Überraschend kann der bereits Schirme aufweisende Rohisolator durch Wechselstrom verkürzt getrocknet werden, ohne dass das Problem von Rissen und Materialspannungen in den Problemzonen im Schirmbereich auftritt.In a first step, the invention proceeds from the knowledge surprisingly gained by own experiments that the drying time can be shortened by means of alternating current during the electrical drying of the wet-turned raw insulators. In particular, by means of alternating current, the drying time until reaching a residual moisture content of less than or equal to 13% by weight, from which usually only a negligible shrinkage in the size of the raw insulators takes place, can be considerably shortened, in particular halved, otherwise under otherwise identical drying conditions. By electrically drying the wet-turned raw insulator by means of alternating current, a considerable energy saving can thus be achieved due to the shortened drying times. Surprisingly, the already having umbrellas having raw insulator can be dried shortened by alternating current without the problem of cracks and material stresses in the problem areas in the screen area occurs.

Als Ursache für diesen überraschenden und nicht zu erwartenden Effekt wird der so genannte Skin-Effekt vermutet, der bei wechselstromdurchflossenen zylindrischen Leitern die Stromdichte im Inneren begrenzt und den Stromfluss auf den Rand bzw. auf eine Oberflächenschicht konzentriert. Der Skin-Effekt tritt in dicken Leitern auf, die gegenüber der Dicke der leitenden Oberflächenschicht einen großen Durchmesser aufweisen, wie dies der Fall bei noch feuchten zylindrischen Rohisolatoren der Fall ist.The cause of this surprising and unexpected effect is believed to be the so-called skin effect, which limits the current density in the interior of the cylindrical conductors through which AC flows and concentrates the current flow on the edge or on a surface layer. The skin effect occurs in thick conductors, which have a large diameter compared to the thickness of the conductive surface layer, as is the case with still-wet cylindrical raw insulators.

Der Skin-Effekt führt durch sich im Inneren des elektrischen Leiters addierende Wirbelströme zu einer Verdrängung des Stroms an den Rand, wobei die Stromdichte vom Rand des Leiters nach innen exponentiell abfällt. Aufgrund des Skin-Effekts tritt eine Verringerung des wirksamen Leiterquerschnitts auf. Die Impedanz des Leiters erhöht sich mit zunehmender Frequenz.The skin effect leads to a displacement of the current at the edge due to eddy currents that are added inside the electrical conductor, whereby the current density drops exponentially from the edge of the conductor to the inside. Due to the skin effect, a reduction of the effective conductor cross-section occurs. The impedance of the conductor increases with increasing frequency.

Durch den Skin-Effekt wird die beobachtete überraschende Verkürzung der Trocknungszeit erklärbar. In diesem Fall ist der Stromfluss eher auf den Rand des durchflossenen Rohisolators begrenzt. Die am Rand eingebrachte elektrische Leistung kann damit unmittelbar zur Wasseraustragung eingesetzt werden. Durch den Kapillareffekt wandert zugleich Wasser aus dem Inneren des Rohisolators nach außen, wo es erneut infolge der Temperaturerhöhung austritt. Insgesamt findet somit eine gleichmäßige Durchtrocknung des Rohisolators statt. Dabei sind die physikalischen Effekte am Strunk wie im Bereich der Schirme vergleichbar, so dass das Problem eines Voreilens der Trocknung an den Schirmen gegenüber dem Strunk nicht gegeben ist. Der Strunk und die Schirme trocknen gleichermaßen.Due to the skin effect, the observed surprising shortening of the drying time can be explained. In this case, the flow of current is more limited to the edge of the raw insulator. The introduced at the edge of electrical power can thus be used directly for water discharge. At the same time, due to the capillary effect, water migrates outwards from the interior of the raw insulator, where it exits again as a result of the temperature increase. Overall, therefore, a uniform through-drying of the raw insulator takes place. The physical effects on the shank and in the area of the shades are comparable, so that the problem of an advance of drying on the sheds with respect to the shank is not given. The stalk and the umbrellas dry equally.

Dabei hat sich gezeigt, dass beim Übergang der Frequenz des zur elektrischen Trocknung eingesetzten Wechselstroms zu Frequenzen größer als 60 Hz die Trocknung des Rohisolators gleichmäßiger erfolgt, was sich mit der Dicke der Skin-Schicht erklären lässt, die mit wachsender Frequenz abnimmt. Um eine erhöhte Frequenz einsetzen zu können, ist bevorzugt ein geeigneter Umrichter eingesetzt, der eingangsseitig am allgemeinen Stromnetz angeschlossen ist, und der ausgangsseitig die gewünscht erhöhte Frequenz liefert.It has been found that the transition of the frequency of the alternating current used for electrical drying to frequencies greater than 60 Hz, the drying of the raw insulator is more uniform, which can be explained by the thickness of the skin layer, which decreases with increasing frequency. In order to use an increased frequency, a suitable converter is preferably used, the input side is connected to the general power supply, and the output side provides the desired increased frequency.

Bevorzugt wird der Wechselstrom mit einer Frequenz größer als 100 Hz durch den Rohisolator geleitet. Bevorzugt wird der Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 300 Hz und 1000 Hz durch den Rohisolator geleitet.Preferably, the alternating current is conducted at a frequency greater than 100 Hz through the raw insulator. Preferably, the alternating current is passed through the raw insulator at a frequency between 300 Hz and 1000 Hz.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiment variants emerge from the subclaims.

Zur Einschaltung des keramischen Rohisolators in den Stromkreis wird weiter bevorzugt an die Stirnseiten eine metallische Matte angelegt, sodass die Stromeintragung flächig erfolgt. Die metallische Matte kann beispielsweise ein Kupfernetz oder eine Aluminiumfolie sein.For switching on the ceramic raw insulator in the circuit, a metallic mat is more preferably applied to the end faces, so that the current entry is flat. The metallic mat may be, for example, a copper mesh or an aluminum foil.

In einer Variante werden mehrere keramische Rohisolatoren in Serie in den Stromkreis eingeschaltet. Im Falle eines Drehstromnetzes können auch mehrere keramische Rohisolatoren jeweils in Serie und jeweils zwischen zwei Phasen des Drehstromnetzes eingeschaltet sein.In one variant, several ceramic raw insulators are connected in series in the circuit. In the case of a three-phase network, several ceramic raw insulators can also be switched on in series and in each case between two phases of the three-phase system.

Zu einer gleichmäßigen und die Gefahr einer Austrocknung vermeidenden elektrischen Trocknung wird der Rohisolator mit einer Wechselspannung zwischen 300 V und 500 V beaufschlagt. Bei diesen Spannungswerten ergeben sich typischerweise Stromstärken von einigen A.For a uniform and the risk of dehydration avoiding electrical drying of the raw insulator with an AC voltage between 300 V and 500 V is applied. These voltages typically give currents of a few A.

In einer Ausführungsvariante wird der nass abgedrehte und Schirme umfassende Rohisolator in einem Wärmeschrank bei einer Anfangstemperatur von 25°C unter Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 90 % unter gleichzeitigem Anlegen einer Wechselspannung von 400 V und einer Frequenz von 650 Hz elektrisch getrocknet. Nach Erreichen einer Restfeuchte von etwa 15 Gew.-% wird bei weiterer elektrischer Trocknung die Temperatur im Wärmeschrank kontinuierlich auf 45 °C erhöht und die relative Feuchtigkeit kontinuierlich auf 50 % gesenkt. Nach Erreichen einer Restfeuchte von etwa 13 Gew.-% wird die Wechselspannung abgeschaltet und die Temperatur im Wärmeschrank allmählich unter weiterer Verringerung der relativen Feuchtigkeit auf 130 °C erhöht. Die jeweilige Restfeuchte im Rohisolator wird gemessen und/oder anhand des Größenschwundes des Rohisolators abgeschätzt.In one embodiment, the wet-twisted and umbrellas comprehensive raw insulator is electrically dried in an oven at an initial temperature of 25 ° C under air with a relative humidity of 90% with simultaneous application of an AC voltage of 400 V and a frequency of 650 Hz. After reaching a residual moisture content of about 15 wt .-%, the temperature in the heating cabinet is continuously increased to 45 ° C and the relative humidity is lowered continuously to 50% with further electrical drying. After reaching a residual moisture content of about 13 wt .-%, the AC voltage is switched off and the temperature in the oven gradually increased with further reduction of the relative humidity to 130 ° C. The respective residual moisture in the raw insulator is measured and / or estimated on the basis of the size shrinkage of the raw insulator.

Claims

A process for drying a ceramic raw insulator, wherein the raw insulator with a number of umbrellas from a still a residual moisture greater than or equal to 15 wt .-% containing hub is turned off wet, wherein the wet-turned raw insulator connected in a circuit and passed an alternating current through the raw insulator is, whereby the residual moisture is greater than or equal to 15 wt .-% to a residual moisture less than or equal to 13 wt .-% dried.

Method according to Claim 1 , wherein the alternating current with a frequency greater than 100 Hz, in particular between 300 Hz and 1000 Hz is passed through the raw insulator.

Method according to one of the preceding claims, wherein the wet-turned raw insulator during the drying by alternating current is subjected to an additional heat treatment.

Method according to Claim 3 , wherein the additional heat treatment takes place in a heating cabinet.

Method according to Claim 3 or 4 wherein the amount of heat supplied to the raw insulator is increased in the course of the additional heat treatment.

Method according to Claim 5 wherein the amount of heat supplied to the raw insulator is increased depending on the residual moisture in the raw insulator.

Method according to one of the preceding claims, wherein the drying of the wet-turned raw insulator takes place in a gas environment, in particular in air, with a relative humidity of more than 50%.

Method according to Claim 7 wherein the relative humidity in the gas environment is lowered during the drying of the raw insulator.

Method according to Claim 8 , wherein the relative humidity in the gas environment is lowered depending on the residual moisture in the raw insulator.

Method according to one of the preceding claims, wherein determined during the drying, the residual moisture in the raw insulator, in particular on the basis of the course of shrinkage (shrinkage) is estimated.

Method according to one of the preceding claims, wherein the drying is temperature-controlled by the temperature of the raw insulator is detected during drying, and the current flow is interrupted upon reaching a maximum temperature and turned on reaching a minimum temperature.

Method according to Claim 11 , where the maximum temperature is chosen between 35 ° C and 45 ° C and the minimum temperature between 25 ° C and 35 ° C.

Method according to one of the preceding claims, wherein the current is introduced by means of a mounted on the end faces of the raw insulator metal mat.

Method according to one of the preceding claims, wherein the raw insulator is subjected to an alternating voltage between 300 V and 500 V.

Method according to one of the preceding claims, wherein a converter is used to generate the alternating current of suitable frequency.

Method according to one of the preceding claims, wherein upon reaching a predetermined residual moisture in the raw insulator, the alternating current is switched off and the raw insulator is finally dried by an external heat supply.

Method according to one of the preceding claims, wherein wet wrought large insulators, solid core insulators and post insulators are electrically dried as raw insulators.

Method according to one of the preceding claims, wherein wet insulators with a strand diameter greater than 250 mm and / or with a screen depth greater than 100 mm and / or with a screen inclination greater than 16 ° and / or with a length of more than 3 wet insulators as Rohisolatoren m be dried electrically.