SYSTÈME DE FAUSSE SOLE PONT ALLEGÉE

INFLUENCE SUR LE COMPORTEMENT DU WAGON

Dans les prestations d’un wagon pour la coction de matériel céramique, les caractéristiques et en conséquence le comportement des fausses soles jouent un rôle d’importance vitale. D’ailleurs, ceci est doublement important dans le cas particulier des
installations où le séchage de matériel se réalise sur le wagon.
Les fausses soles sont le seul élément, avec l’air, en contacte avec les pièces à produire pendant le processus de coction. Pour cette raison le comportement de ces pièces lors du processus de préparation et de refroidissement à travers du four a une influence énorme sur le chauffage, coction et refroidissement du matériel en contacte direct avec elles.
Une autre des fonctions des fausses soles, en plus de supporter la charge, c’est de prévoir un pas d’air en dessous de la charge. Pour une coction optimale, il faut un bon équilibre entre ce flux et celui qu’à son tour passe entre le matériel et la voûte a la partie supérieure, et entre le matériel et les murs du four par les latéraux.
Des fluxes correctement équilibrés permettent une coction plus uniforme du matériel et pour cette raison moins de cassures et plus de possibilités de réduire le cycle dans le four.
Dans les installations où le matériel empilé en vert se charge directement sur le wagon, le comportement des fausses soles influence aussi le processus de séchage. En particulier, lors de la charge du matériel sur le wagon il est convenable que les fausses soles ne soient pas trop chaudes. Si la température est excessive, fréquemment en été ou quand le wagon se charge peu de temps après sa sortie du four, il se produit un séchage prématuré des premières couches de matériel occasionnant cassures du matériel à sécher.

Dans cet article nous allons montrer le dernier développement de Forgestal-Refractarios Campo en fausses soles et ses avantages par rapport aux dessins classiques dans certaines applications.

NOUVEAU DESSIN DE FAUSSE SOLE
Forgestal-Campo a dessiné une fausse sole allégée (U 200102335(9)), basée sur son connu dessin de pont isorésistant inventé et fabriqué pour la première fois en 1994. 

Dans ce dessin concourent trois facteurs qui influencent décisivement les prestations de la fausse sole:

  • Plus de surface exposée à l’action de l’air qui améliore de façon substantielle l’échange de chaleur de la pièce a celui ci.

  • Moins de masse à chauffer et à refroidir.

  • Moins de grosseur des murs.

Ces trois caractéristiques jouent toutes dans le même sens d’offrir peu de résistance au changement de températures. À la pratique cela se traduit en :

  • La fausse sole suit plus fidèlement la température du four, avec moindres délais dû à sa inertie thermique.

  • La fausse sole sort du four à une température plus basse.

  • La chaleur retenue dans les fausses soles à la sortie du four est inférieure non seulement à cause de sa moindre température à la sortie du four mais aussi à sa masse inférieure.

  • Hors du four, le refroidissement de la fausse sole est aussi plus rapide.

  • La température de la pièce au moment de la charge du matériel est inférieure. Cet aspect est très important en installations d’empilage en vert.

Ce comportement fait que ces pièces soient spécialement convenables dans les applications suivantes :

  • Installations de charge directe sur wagon. Comme déjà souligné, dans ces cas c’est convenable que les fausses soles ne soient pas trop chaudes au moment de charger le matériel, afin d’éviter les cassures du matériel dues au séchage plus rapide des premières couches.

  • Fabrication de matériel avec peu de densité de charge (matériel creux) où il faut que les fausses soles « suivent » la courbe du four aussi vite que le matériel empilé et d’éviter ainsi des cassures dans les premières couches. Ceci est spécialement important en empilages avec le matériel creux “de bout” ou la première couche représente un pourcentage considérable de la production.

  • En général en cycles rapides où les fausses soles traditionnelles supposent un frein à l’échauffement / refroidissement des
    premières couches du matériel placé en contacte avec les fausses soles ou près d’elles.

SIMULATION NUMÉRIQUE

Afin de montrer le comportement de la pièce de façon graphique, on a fait une analyse pour la méthode des éléments finis de trois solutions alternatives pour coction de matériel creux:

  • Une avec une fausse sole allégée, une autre avec la même pièce massive et une troisième avec une fausse sole petite. Le matériel à cuire est carrobrick.

 

La section analysée correspondrait à une section théorique dans le centre de la table d’empilage, ou l’influence du latéral du wagon et de la face en contacte avec le puits de chauffe est négligeable.

On a simulé la zone de refroidissement rapide entre 950ºC et 650ºC. Le calcul démarre au moment ou il est supposé que le matériel et les pièces sont à 950ºC.
A continuation on simule le pas d’un courant d’air à travers du matériel et des fausses soles. À chaque conduit où peut passer l’air à travers, on calcule une vitesse de l’air. C'est à dire, supposant une perte de charge constante pour tous les conduits, on obtient les différentes vitesses ; pour les conduits de majeure section, comme par exemple au dessous des fausses soles, la vitesse sera plus grande que dans les petits trous de la fausse sole ou du carrobrick.
Finalement, à partir de la vitesse de l’air et des températures on calcule les coefficients de convection des surfaces de chaque conduit. Le coefficient de convection nous donne la mesure de la chaleur transmise entre un corps et, dans ce cas, l’air qui est en train de le refroidir.
Avec ces données, l’analyse avec éléments finis nous montre l’évolution des températures des différents points au long du temps. L’échèle de couleurs indique la température en ºC. Les couleurs chaudes représentent les températures hautes et les couleurs
froides les basses. Il faut tenir compte que dans les différentes figures, les mêmes couleurs ne correspondent pas avec les mêmes températures.

Pour analyser les résultats, l’aspect où il faut faire attention est dans les différences de température produites sur le carrobrick qui est en contacte avec la fausse sole. Les différences de température dans la même pièce, causent des dilatations thermiques différentes qui produisent des tensions internes. Si ces tensions sont supérieures à la résistance du matériel, celui-ci casse. C’est important d’observer que la température de la cloison du carrobrick en contacte avec la fausse sole est pratiquement a la même température que celle-ci.
Dans l’état 1 on peut voir le début du processus où tout le matériel est à la température initiale.
Quelque temps après, comme il est montré dans les états 2, 3 et 4, les parties avec cloisons plus minces se refroidissent avec beaucoup de vitesse pendant que les parties plus épaisses retiennent la chaleur pendant beaucoup plus longtemps.

Dans l’état 5 on observe comme à partir de la deuxième couche, tout le matériel est à la même température. Cependant, comme on peut apprécier dans l’ampliation par zones de l’état 5, les températures de la partie du carrobrick en contact avec la fausse sole sont très différentes en fonction de chaque solution.
Dans le premier cas, la fausse sole allégée a réussi à avoir toute la pièce de la première couche à la même température. Par contre dans la deuxième et surtout dans le troisième cas, il y a une différence notable de températures entre la partie inférieure et supérieure du carrobrick.
L’analyse nous montre donc que la première solution a un comportement clairement meilleur aux deux autres étudiées parce que le refroidissent à une vitesse plus proche au matériel en occasionnant moins de tensions dans la première couche.
Cependant il faut tenir compte qu’à cause des simplifications qu’on a dû considérer pour réaliser le calcul théorique, les résultats obtenus ne sont directement extrapolables à la réalité, mais par contre ils nous donnent une information très utile par comparaison entre solutions alternatives.

Détail de

état 5

État 1

État 2

État 3

État 4

État 5

CONCLUSION

Les fausses soles allégées offrent des avantages substantiels dans le cas de la fabrication de matériels creux ou avec des cycles rapides, et dans les systèmes d’empilage en vert. Ces avantages se concrètent en une réponse plus rapide aux changements de température du four en évitant les cassures dans les premières couches de matériel et l’épargne d’énergie par la moindre chaleur retenue dans les fausses soles à la sortie du four.
Dans le cas des installations d’empilage en vert, les avantages se centrent à disposer de fausses soles plus froides au moment de l’empilage du matériel.

Ces avantages ont été constatés en cas réels, quelquefois avec des résultats spectaculaires de diminution de cassures en séchage et coction.

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