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भारी मिट्टी उद्योग में ऊर्जा कुशल सुरंग भट्ठा कार सिस्टम
डॉ. वोल्कर हेस्से, डी-मेले/ब्यूअर
मिट्टी की ईंट उद्योग में, सुरंग भट्ठा कार सिस्टम का विकास हमेशा मिट्टी की ईंटों और छत टाइलों के निर्माताओं के लिए एक प्रमुख विषय रहा है। यह लेख जर्मनी में अधिकांश ईंट और छत टाइल संयंत्रों के लिए सुरंग भट्ठा कार सिस्टम के आपूर्तिकर्ता बर्टन-वेर्के के इस विषय पर कुछ विचार प्रस्तुत करता है।
समग्र भट्ठा प्रौद्योगिकी विकास के परिप्रेक्ष्य से, अधिक सटीक कच्चे माल की तैयारी और अधिक समान हरित निकायों के साथ, मिट्टी के उत्पादों की बढ़ती मांगों को पूरा करने के लिए रुझान स्वचालित फायरिंग उपकरण की ओर है। इस चर्चा में रोलर भट्ठे, मॉन्कर भट्ठे, उच्च-आवृत्ति तकनीक आदि शामिल हैं।
हालाँकि, इन विकासों के साथ-साथ, पारंपरिक सुरंग भट्टी निश्चित रूप से अपना स्थान बनाए रखेगी, और यह केवल फायरिंग घटकों के मामले में ही नहीं, बल्कि कई मामलों में विकसित हुई है।
किसी विशिष्ट फायरिंग तकनीक पर निर्णय लेने से पहले, उपयोग किए जाने वाले आवश्यक उत्पादों और कच्चे माल को ध्यान में रखते हुए, आमतौर पर लागत-लाभ विश्लेषण किया जाता है।
सुरंग भट्टी कारों के विकास के संबंध में, निम्नलिखित पहलुओं पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है।
सुरंग भट्टी कारों का सामान्य दृश्य
इसमें न केवल तकनीकी और आर्थिक गणनाएँ शामिल हैं बल्कि उपयोगकर्ता की अपेक्षाएँ भी शामिल हैं। एक सिस्टम आपूर्तिकर्ता के लिए, कार्य एक मानक समाधान या दूसरे का चयन करना नहीं है, बल्कि उपयोगकर्ता के लिए एक ऐसा समाधान बनाना है जो उनकी आवश्यकताओं को पूरा करता हो, उनके अपने विचारों के साथ संरेखित हो, और उनकी अंतिम आवश्यकताओं को पूरा करता हो।
फिर भी, उपरोक्त के बावजूद, सुरंग भट्ठा प्रणाली का चयन करने के लिए निम्नलिखित सामान्य मानदंड आमतौर पर मुख्य रूप से लागत कारणों से उपयोग किए जाते हैं।
सुरंग भट्टी कार संचालन में लागत कारक
घिसाव (मूल्यह्रास)
ऊर्जा की खपत
रखरखाव एवं सफाई का प्रयास
मरम्मत
खपत कारकों का विश्लेषण करते समय, यह देखना आसान है कि सुरंग भट्ठा कार की ऊर्जा खपत एक महत्वपूर्ण कारक है, लेकिन एक विशिष्ट सुरंग भट्ठा कार प्रणाली पर निर्णय लेने के लिए एकमात्र सिद्धांत होने से बहुत दूर है। भट्ठा कार संपूर्ण भट्ठा प्रणाली का एक संरचनात्मक घटक है और महत्वपूर्ण भार के अधीन है। यदि इस संरचनात्मक घटक को एक स्वतंत्र प्रणाली के रूप में माना जाता है, तो पहले संबंधित कार्यों की जांच की जानी चाहिए।
सुरंग भट्ठा कार प्रणाली के लक्ष्य कार्य
अच्छी उत्पाद गुणवत्ता
कम वजन और थर्मल इन्सुलेशन (गर्मी भंडारण और गर्मी हस्तांतरण) के कारण न्यूनतम ऊर्जा खपत
फायरिंग स्थितियों के तहत सुरंग भट्ठा वातावरण और ऊर्जा मीडिया के लिए रासायनिक प्रतिरोध
थर्मल स्थिरता (थर्मल झटके और तेज़ तापमान में गिरावट के तहत)
यांत्रिक शक्ति (मानवीय कारकों से प्रभावित)
आयामी स्थिरता (दुर्दम्य घटकों की विनिमेयता, प्रतिवर्ती विस्तार से प्रभावित)
रखरखाव और मरम्मत में आसानी (घिसे हुए हिस्सों का प्रतिस्थापन)
कम निवेश और रखरखाव लागत (कम रखरखाव समय)
लंबी सेवा जीवन
तालिका से यह स्पष्ट है कि पूर्णता प्राप्त नहीं की जा सकती है, लेकिन द्वितीयक कार्यों की उपेक्षा करते हुए भट्ठा कार के लक्ष्य कार्यों की पूर्ति को अधिकतम करना आसान है। यदि कार का वजन काफी कम हो जाता है, तो सिस्टम की यांत्रिक स्थिरता अनिवार्य रूप से कम हो जाती है, जिसे निश्चित रूप से उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री का उपयोग करके सुधार किया जा सकता है, लेकिन इससे मूल्यह्रास लागत और रखरखाव जोखिम बढ़ जाते हैं।
हालाँकि उपरोक्त मौलिक रूप से नया नहीं है, प्रासंगिक निर्णय लेते समय इसे दृढ़ता से ध्यान में रखा जाना चाहिए। क्योंकि जब सुरंग भट्टी कार के लिए प्राथमिकता कारक "ऊर्जा बचत" निर्धारित की जाती है, तो अन्य समान रूप से महत्वपूर्ण कार्यों को नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए।
चित्र 1 दो-परत कोने वाले यू-ब्लॉक, खोखले खंभे और स्तंभों और सुरक्षात्मक पैनलों के साथ विभिन्न इन्सुलेशन विधियां (साइड फायरिंग के लिए, उदाहरण के लिए, सिंगल-लेयर छत टाइल फायरिंग), पतले सुरक्षात्मक पैनल
आज, सुरंग भट्ठा कार प्रणालियों में 15 विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जिनमें थर्मल शॉक प्रतिरोध के साथ विभिन्न विशेष सामग्रियों से लेकर दुर्दम्य कंक्रीट और मोर्टार, विभिन्न फाइबर सामग्री और मुलाइट और सिलिकॉन कार्बाइड पर आधारित उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक शामिल हैं। चूँकि कोई भी निर्माता इन सभी सामग्रियों का उत्पादन स्वयं नहीं करता है, उपयोगकर्ता को आमतौर पर एक ही स्रोत से संपूर्ण समाधान प्राप्त होता है, जो समान गारंटी और सेवा प्रदान कर सकता है। डिज़ाइन चरण में, विभिन्न सामग्रियों का संयोजन बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
सुरंग भट्ठा कार को डिजाइन करने में, मूल उद्देश्य तीन गुना हैं: कार परिधि, कार अस्तर, और ईंटों को स्थापित करने के लिए सहायक संरचना या भट्ठा फर्नीचर।
उदाहरण के लिए, 7*6 मीटर आकार की भट्टी कार के लिए, परिधि क्षेत्र 10%, सहायक संरचना क्षेत्र 5% और अस्तर क्षेत्र 85% होता है। आधुनिक भट्ठी कार डिज़ाइनों के लिए यह आम बात है।
हाल के वर्षों में, फायरिंग तकनीक के निरंतर विकास के साथ, विशेष रूप से सामग्री चयन में, उपरोक्त प्रत्येक भाग का अनुपात बदल रहा है। एक प्रवृत्ति देखी जा सकती है: जो सामग्रियां पहले से ही बढ़िया सिरेमिक क्षेत्र में सफल साबित हुई हैं, उन्हें मिट्टी ईंट उद्योग में भी तेजी से लागू किया जा रहा है (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)।
सुरंग भट्ठा कार परिधि संरचना का विकास
सुरंग भट्टी कार की परिधि मुख्य रूप से निम्नलिखित कार्य करती है:
भूलभुलैया सीलिंग (आयामी स्थिरता पर निर्भर!)
कार अस्तर की यांत्रिक सुरक्षा
तापमान प्रभाव से कार चेसिस की सुरक्षा
इस प्रयोजन के लिए, निम्नलिखित गुणों की आवश्यकता है:
आयामी स्थिरता
ठंड और गर्मी की स्थिति में ताकत
थर्मल शॉक या तापमान परिवर्तन का प्रतिरोध
तकनीकी दृष्टिकोण से, इन कार्यों को प्राप्त करने के लिए हल्के दुर्दम्य कंक्रीट ब्लॉकों की आवश्यकता होती है। कॉर्डिएराइट पर आधारित एक्सट्रूडेड बड़े प्रारूप वाले ब्लॉक और ड्राई-प्रेस्ड बड़े प्रारूप वाले ब्लॉक भी कॉर्डिएराइट पर आधारित हैं - प्रत्येक संभावित समाधान के अपने फायदे और नुकसान हैं। भट्ठी कार परिधि के लिए सूखे-दबाए गए बड़े ब्लॉकों पर नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की गई है।
इस प्रकार के ब्लॉक के कई महत्वपूर्ण फायदे हैं, जैसे उच्च आयामी स्थिरता, ब्लॉक की द्वितीयक प्रसंस्करण की आवश्यकता को समाप्त करना। वर्तमान कच्चे माल और उत्पादन तकनीक के तहत, इसकी परिभाषित खनिज संरचना अधिक आसानी से प्राप्त की जा सकती है।
आधुनिक भट्ठों में, भट्ठी कारों का धक्का चक्र तेजी से छोटा होता जा रहा है, जिससे सामग्रियों का थर्मल शॉक प्रतिरोध तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है। बर्कलाइट 12/25H, हाल ही में विकसित सामग्री, इन आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करती है।
इस सामग्री के परीक्षण के परिणाम इस प्रकार हैं:
संपत्ति
कीमत
थोक घनत्व (जी/सेमी³)
1.20
खुला सरंध्रता (%)
40
शीत क्रशिंग शक्ति (एन/मिमी²)
10
प्रतिवर्ती थर्मल विस्तार (WAK·K⁻¹)
4.5*10⁻⁶
यह स्पष्ट है कि इस सामग्री में पारंपरिक हल्के दुर्दम्य ब्लॉकों की तुलना में अधिक थोक घनत्व है, लेकिन इसकी तुलना में इसका उपयोग थर्मल शॉक प्रतिरोध के साथ बड़े उत्पादों और पतले इंटरलॉकिंग ब्लॉकों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। यद्यपि बर्कलाइट सामग्री से बनी भट्ठी कार परिधि का वजन हल्के अपवर्तक का उपयोग करने से काफी भिन्न होता है, इसके थर्मल शॉक प्रतिरोध और असेंबली में आसानी में काफी सुधार होता है।
यहां तक कि एक आधुनिक, पूरी तरह से स्वचालित ईंट संयंत्र में भी, सुरंग भट्टी कार की परिधि उच्च तापीय और यांत्रिक तनाव के अधीन होती है। सामग्री के उच्च स्थायित्व की आवश्यकता के अलावा, यह और भी महत्वपूर्ण है कि जब परिधि वाला हिस्सा क्षतिग्रस्त हो, तो इसे जल्दी से बदला जा सके। इस कारण से, परिधि ब्लॉकों को बंधुआ या मोर्टार से नहीं जोड़ा जाता है, बल्कि सूखा-बिछाया जाता है, केवल दांतेदार यांत्रिक इंटरलॉकिंग के माध्यम से कनेक्शन के साथ - जो स्पष्ट रूप से एक बहुत अच्छी विधि है।
स्वाभाविक रूप से, इसके लिए ब्लॉकों की एक निश्चित आयामी सटीकता की आवश्यकता होती है। आम तौर पर, केवल सूखा दबाव ही आयामी रूप से स्थिर ब्लॉक उत्पन्न कर सकता है; अन्यथा, आयामी सटीकता केवल द्वितीयक प्रसंस्करण के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है।
सुरंग भट्टी कार अस्तर सामग्री में प्रगति
आधुनिक सुरंग भट्ठा कार अस्तर का कार्य थर्मल इन्सुलेशन है, जबकि भार आमतौर पर कार के धातु चेसिस द्वारा वहन किया जाता है। यह फ़ंक्शन सामग्रियों की पसंद को निर्धारित करता है: लगभग विशेष रूप से हल्के, अत्यधिक इन्सुलेशन सामग्री। यहां सबसे पहले सिरेमिक फाइबर का उल्लेख किया गया है, जो अब उपयोग के लिए तैयार ग्रेड में उपलब्ध हैं। आर्थिक कारणों से, सेवा तापमान के आधार पर, इन तंतुओं को हल्के कंक्रीट या विभिन्न समुच्चय, जैसे सिलिका, हल्के ग्रोग, प्यूमिस, आदि द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इन इन्सुलेशन सामग्री को सीधे लौ के संपर्क में नहीं लाया जा सकता है; उन्हें एक उपयुक्त सतह आवरण द्वारा संरक्षित किया जाना चाहिए, उदाहरण के लिए एक थर्मल शॉक-प्रतिरोधी पतला पैनल। भले ही इससे भट्टी गाड़ी का वजन थोड़ा बढ़ जाता है, लेकिन यह विधि इन्सुलेशन सामग्री के क्षरण को रोकती है, खासकर साइड-फायर भट्टों में। इसके अलावा, कार डेक की प्रभावी सफाई के लिए एक कठोर सतह परत आवश्यक है, जो गंभीर टूट-फूट, धूल, रेत और दुर्घटनाओं का एक महत्वपूर्ण कारक हो सकती है। आज 10 सेमी की मोटाई और 500*600 मिमी के आयाम वाले ऐसे सुरक्षात्मक पैनल का उत्पादन करना पहले से ही संभव है।
जैसे-जैसे आधुनिक ईंट-भट्ठों में स्वचालन का स्तर बढ़ता है और ऑपरेटरों की संख्या घटती है, सुरंग भट्ठा सुरक्षात्मक पैनलों से जुड़ी समस्याएं कम हो रही हैं। फिर भी, व्यवहार में हम अक्सर देखते हैं कि कई मामलों में उपयोग की जाने वाली कवर परतों को बाद में मजबूत किया जाता है और लोडिंग और अनलोडिंग की सुविधा के लिए भट्ठी कार कॉलम पर रखा जाता है। यह उत्पादन आवश्यकताओं के अनुसार ऊर्जा बचत और रखरखाव के बीच गंभीर अंतर का एक विशिष्ट उदाहरण भी है।
विभिन्न भट्ठा कार इन्सुलेशन अस्तर सामग्री के गुणों की तुलना:
सामग्री
थोक घनत्व (किग्रा/वर्ग मीटर)
सिरेमिक दुर्दम्य फाइबर
130
सिरेमिक मिश्रित फाइबर (फाइबर आधारित सामग्री)
160
इंसुलेटिंग कंक्रीट (सिलिका-आधारित)
230
कैल्शियम सिलिकेट बोर्ड
250
हल्के दुर्दम्य कंक्रीट
500
विस्तारित मिट्टी को इन्सुलेट करना (हल्के ग्रोग-आधारित)
600
एक अन्य उदाहरण भट्ठी कार चेसिस पर सामने और पीछे के अंत सुरक्षा की नियुक्ति है। जब धक्का देने का चक्र 10 घंटे या उससे कम हो तो ऐसी सुरक्षा अनावश्यक होती है। यदि, प्रक्रिया कारणों से, भट्ठा कार को सुरंग भट्ठा में रहना पड़ता है (उदाहरण के लिए, ढहने या धक्का देने की गति कम होने के बाद), इस सुरक्षा का लाभ कार के निचले हिस्से को ठंडा रखना है। इस पद्धति का उपयोग अंततः उपयोगकर्ता का निर्णय है।
भट्ठा कार सहायक संरचनाओं में प्रगति
स्तंभ संरचना का कार्य फायरिंग के दौरान उत्पादों और भट्ठी के फर्नीचर से सभी भार को सहन करना और बलों को भट्ठी कार के धातु चेसिस में स्थानांतरित करना है। इसके लिए अपेक्षाकृत उच्च ठंडे और गर्म शक्ति मूल्यों के साथ-साथ संपीड़ित और लचीली ताकत और सेवा तापमान पर कुछ विरूपण व्यवहार की आवश्यकता होती है। इसके अलावा दुर्दम्य घटकों का वजन कम किया जाना चाहिए। इस कारण से, भट्ठी कार के अधिकांश घटकों को सबसे अधिक तनाव का सामना करना पड़ता है। स्वाभाविक रूप से, स्तंभ संरचना को फायरिंग लोड और फायरिंग तापमान के अनुसार सख्ती से डिजाइन किया जाना चाहिए। हालाँकि, हाल की भट्ठी कार प्रणाली परियोजनाओं का विश्लेषण पारंपरिक दुर्दम्य प्रणालियों से बढ़ते विचलन को दर्शाता है, यानी, समर्पित फ़्लू, उच्च अनुप्रस्थ समर्थन, छिद्रित पैनलों के साथ विशेष कॉलम (जिन्हें "बेंसन" कहा जाता है), और कोर कॉलम द्वारा समर्थित विशेष आकार के स्लैब पर रखे गए भट्ठी फर्नीचर से युक्त प्रणालियाँ। वास्तव में, पकी हुई पक्की ईंटों के उत्पादन में, पहले से ही पतली और अधिक परिष्कृत प्रणालियों को अपनाया गया है, जिसमें एक्सट्रूडेड कॉलम का उपयोग किया जाता है, जिस पर बड़े प्रारूप वाली लोड-असर वाली ईंटें या स्लैब या बीम संरचनाएं रखी जा सकती हैं। चित्र 2 ऐसी प्रणाली का एक उदाहरण दिखाता है।
चित्र 2
ऐसी परिष्कृत प्रणालियाँ अब पारंपरिक दुर्दम्य मिट्टी सामग्री का उपयोग नहीं करती हैं। इस कारण से, मिट्टी को 0-0.2 मिमी के दाने के आकार में कुचल दिया जाता है, फिर स्लिप-कास्ट किया जाता है, दानों में दबाया जाता है या आकार में निकाला जाता है, और ऐसी सामग्री अभी भी उपयोग में है। यह विशेष आवश्यकताओं वाले उच्च-ग्रेड दुर्दम्य घटकों की उत्पादन तकनीक से भी संबंधित है। इस क्षेत्र में, उच्च-प्रदर्शन सामग्री लगातार पेश की जा रही है: मुलाइट-नाइट्राइड-बॉन्ड सिलिकॉन कार्बाइड, पुन: क्रिस्टलीकृत सिलिकॉन कार्बाइड और सिलिकॉन-घुसपैठ सिलिकॉन कार्बाइड पर आधारित सामग्री। इन सामग्रियों में बहुत अधिक शक्ति मान होते हैं, जिससे सिरेमिक घटकों की मोटाई में उल्लेखनीय कमी आती है और इस प्रकार दुर्दम्य घटकों के वजन में उल्लेखनीय कमी आती है। उच्च-वेग वाले बर्नर का उपयोग करके उन्नत साइड-फायर्ड भट्ठों की मदद से, सेटिंग ऊंचाई को सिंगल-लेयर फायरिंग तक लगातार कम किया जा सकता है, और संबंधित सहायक संरचनाओं (भट्ठा फर्नीचर) को और विकसित किया जाएगा। दुर्दम्य घटकों के कम वजन के कारण, विस्थापन और कंपन के खिलाफ उपयुक्त यांत्रिक स्थिरता डोवेटेल जोड़ों, इंटरलॉकिंग, या लॉकिंग स्ट्रिप्स, कैप, रॉड और मजबूत घटक सहिष्णुता प्रतिबंधों जैसे चतुर बोल्ट कनेक्शन के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है।
इसने दुर्दम्य उत्पाद निर्माताओं से उच्च उत्पादन प्रौद्योगिकी स्तर की मांग को भी काफी हद तक प्रेरित किया है। ऐसे उत्पादों के लिए, अनुमेय आयामी सहिष्णुता 1 मिमी है, जो कला की वर्तमान स्थिति को दर्शाता है। उपरोक्त आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आवश्यक शर्तें उच्च गुणवत्ता वाले कच्चे माल का उपयोग करके आयामी सटीक उत्पादों का उत्पादन है; उन्नत दबाव उपकरणों का विकास, जैसे मल्टी-स्टेज मोल्ड्स के साथ प्रोग्रामयोग्य हाइड्रोलिक प्रेस; और सुखाने वाले कक्षों और भट्टियों का सटीक नियंत्रण।
कुछ मामलों में, ऊपर उल्लिखित विभिन्न सामग्रियों के संयोजन के साथ भट्ठा कारों को डिजाइन करते समय, भौतिक गुणों में महान भिन्नता पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जो सुरंग भट्ठा कार प्रणाली के निरंतर संचालन और परेशानी मुक्त प्रदर्शन के लिए निर्णायक है। इसलिए, जबकि पिछले भट्ठी कार डिजाइन मुख्य रूप से संख्यात्मक मूल्यों पर आधारित थे, आज प्रत्येक घटक के उत्पादन के दौरान ऊर्जा, यांत्रिक और थर्मल प्रदर्शन की गणना तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। चित्र 3 संरचनात्मक और थर्मल गणना के माध्यम से प्राप्त इष्टतम लोड डिज़ाइन दिखाता है।
चित्र तीन
चयनित संरचनात्मक सामग्रियों के प्रतिवर्ती थर्मल विस्तार की तुलना
सामग्री
थर्मल विस्तार का गुणांक (WAK·K⁻¹, 20–1000℃)
सिलिकॉन कार्बाइड (सिलिका-आधारित)
4.5*10⁻⁶
सिलिकॉन कार्बाइड (मुलाइट-आधारित)
5.8*10⁻⁶
कॉर्डिएराइट सिरेमिक सामग्री
3.1*10⁻⁶
फायरक्ले (ग्रोग)
6.6*10⁻⁶
कोरंडम सिरेमिक (मुलाइट-आधारित)
5.1*10⁻⁶
यह भट्ठा कार डिजाइन में सामग्रियों के भौतिक गुणों के महत्व को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, सामग्रियों के प्रतिवर्ती थर्मल विस्तार पर विचार करते हुए, थर्मल विस्तार के गुणांक के विश्लेषण से पता चलता है कि कुछ मामलों में मान बहुत भिन्न होते हैं। यदि इसे नजरअंदाज किया गया, तो यह अनिवार्य रूप से भट्ठा कार प्रणाली के लिए हानिकारक परिणाम देगा।
निष्कर्ष
एक सुरंग भट्ठा कार प्रणाली हमेशा उपयोगकर्ता और उत्पाद से जुड़ी होती है। संयंत्र के भविष्य के प्रक्रिया मापदंडों को जानना, जैसे फायरिंग तापमान, फायरिंग चक्र और भट्ठा वातावरण, और डिजाइन चरण में विभिन्न उत्पादन स्थितियों को ध्यान में रखना, सिस्टम के सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए सही विकल्प बनाने के लिए आवश्यक है। केवल इस तरह से प्रतिकूल कारकों और अनावश्यक खपत से बचा जा सकता है और सिस्टम को अनुकूलित किया जा सकता है।
डॉ. वोल्कर हेस्से बर्टन-वेर्के, मेले/ब्यूर में उप तकनीकी निदेशक हैं
लेख का स्रोतयह लेख लेखक डॉ. वोल्कर हेस्से द्वारा लिखा गया था और मूल रूप से इंटरनेशनल ब्रिक एंड टाइल इंडस्ट्री (जेडआई-चाइना अंक), 1996-1998, चीनी संयुक्त संस्करण, बाउवरलाग जीएमबीएच में प्रकाशित हुआ था। इसे यहां केवल सीखने और संदर्भ उद्देश्यों के लिए पोस्ट किया गया है। कॉपीराइट मूल लेखक और मूल प्रकाशक का है।
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