Welk materiaal voor deze extreme situatie?

[Rifleman]

heb hier een samenstelling van Anderman Ceramics..

2.2 g/cm³ (dichtheid), 25% poreus, kan tot 1450° (goed) en kan zeer goed tegen warmte veranderingen. het kan ook nog eens goed klappen opvangen, dus da's het mooiste eraan.

het bevat 6.5% Al2O3, 90% SiC en 3.5% SiO2.. nu nog in de goede formaten zien te krijgen en het is perfect .

[Jan van de Velde]

@Rifleman, je blijft hardnekkig zwijgen over mijn opmerkingen m.b.t. de warmtecapaciteit van dit materiaal, dus ik blijf dan ook maar hardnekkig doorzeuren...... . Nogmaals, die is 1,5 x zo hoog als die van staal, dus je zult al minstens 1,5 x zo licht moeten in je constructie voordat je enige energiewinst gaat boeken in je gloei-oven.

[Rifleman]

sorry dat ik daar niet eerder op heb gereageerd maar :

die warmtecapaciteit heeft geen enkele invloed.. het zijn ondersteuningsbalken. deze liggen op speciaal zand, waarop weer de spullen liggen die gegloeid moeten worden (de ene keer weer met vuurvaste steentjes en de andere keer weer zonder.. ligt aan de grootte van het stuk metaal dat erop ligt).

het gaat hierbij om het stuk wat dus gegloeid moet worden en de balken waar we het nu over hebben zijn voor ondersteuning.. deze hoeven in theorie eigenlijk nogeens warm te worden, maar aangezien dit in de praktijk dus niet gebeurd moet het toch een bepaalde temperatuur aankunnen (hierbij >1050° maximaal en om dus zeker te zijn zo'n 1500°). Des te lager de dichtheid (de composiet heeft een dichtheid van 3,02 g/cm³ en ijzer 7,86 g/cm³), des te lager het gewicht, des te minder de stookkosten (vuistregeltje)...

Beetje hectisch hier ineens op het werk dus als ik het een beetje warrig vertel, excuse me

[Jan van de Velde]

Wat ik van je begrijp is dat de ondersteuningsconstructie vanzelf mee warm wordt, of je dat nou wil of niet, en of dat nou nodig is of niet. Die constructie staat in dezelfde oven en zal dus steeds op oventemperatuur gebracht moeten worden. Dat kost energie (olie in jouw geval als ik het goed lees)

En je denkt dat je, door een lichtere constructie te gebruiken, vanzelf minder warmte nodig zal hebben om je oven op te stoken. Dit gaat niet op. Dat vuistregeltje is mooi voor identieke materialen en in dát geval volledig waar.

neem materiaal x, 500 kg, en een warmtecapaciteit van 200 J/kg.K dat je 100 graden gaat opwarmen. Je verstookt 500 x 200 x 100 J = 10.000.000 J energie.

Neem nou een lichter materiaal y, je hebt maar 250 kg nodig, maar de warmtecapaciteit is 400 J/kg.K. Ook dat ga je 100 graden opwarmen. Je verstookt nu 250 x 400 x 100 is nog steeds 10.000.000 J energie.

maar stel nou dat je een materiaal vindt waarvan je 2 x zoveel kilo's nodig hebt voor je constructie, maar dat maar een geringe warmtecapaciteit heeft (m.a.w. weinig joules om een graad in temperatuur te stijgen)

materiaal z, 1000 kg, warmtecapaciteit 75 J/kg.K, 100 graden opwarmen, je verstookt 1000 x 75 x 100 is slechts 7.500.000 J.

Twee maal zo zware constructie, toch ¼ minder energie per gloeibeurt.

De dichtheid van je constructiemateriaal is dus lang niet de enige factor. Stel dat je met SiC (0,4 x de dichtheid van staal) 2 x zo dikke balken nodig hebt (vanwege de gewenste draagkracht). Er ligt dan nog 0,8 x zo veel materiaal in je oven dan in het geval van staal. Dat materiaal heeft verder een warmtecapaciteit die 1,5 x zo hoog is als die van staal. In dat geval heb je voor je SiC frame nog steeds 1,2 x zoveel energie nodig dan voor je stalen frame.

[Rifleman]

Om het even visueel te verduidelijken heb ik maar wat foto's genomen..

http://82.93.78.171/images/index.html

astu .

Weinig een constructie zoals je kunt zien.. Het gaat dus specifiek om de zooi die OP de ondersteuningsbalken ligt. Deze wordt met een procedure naar een bepaalde temperatuur gestookt. Er wordt hiermee helemaal niet gekeken naar de balken die er onder liggen (qua procedure). Het enige waar ze rekening mee moeten houden is de olie die ze verstoken, want zoals je zegt Jan, er gaat ook energie in die balken.. Dus des te minder energie die balken opnemen, des te beter. Hier staat dat de geleiding 7W/m-K is, welke vergeleken met andere compounds (160W/m-K) weinig is.. (dit is de 70% SiC basis btw).

Kortom : des te lager de geleiding (dus een betere isolator), des te beter..

Me wrong or me right?

[Jan van de Velde]

you right if time in oven is few seconds only.

you very wrong if time in oven is more than few seconds. In that case specific heat many times more influence on energy use than specific thermal conductivity.

Ik kan me niet voorstellen dat die constructie niet nagenoeg op oventemperatuur komt, het is geen massief blok per slot van rekening. Dat betekent dat je hem dus helemaal opwarmt.

des te minder energie die balken opnemen, des te beter

dus een afweging:

- benodigd volume voor een benodigde sterkte

- volume met dichtheid van materiaal geeft massa

- massa met een soortelijke warmte geeft energieverbruik.

tenslotte nog dat soort overwegingen als verwachte levensduur en prijs (afschrijvingskosten). In dit verband, je frame zal vaak stoten bij laden en lossen en zo, hoe zit het met de fracture toughness (Kic) t.o.v. staal of titanium?

mij heb je nog niet overtuigd met je sommetje. En je kunt beter mij op je nek hebben dan je baas.

[Rifleman]

het kan goed tegen stoten.. het beste zou uiteraard zijn als het 'gemengd' zou zijn met titanium, maar schijnbaar is aluminiumoxide ook goed (ben tijdje op internet bezig geweest, ben de site inmiddels kwijt maarja ).

en nogmaals, het is geen constructie, het zijn een paar 'lompe' balken ijzer die in het zand liggen .

http://82.93.78.171/images/balken.JPG

**foto doet het ondertussen

[Jan van de Velde]

Ik ga inmiddels met je mee op het gebied van fracture toughness.

Nou de rest van het sommetje nog......

[Rifleman]

Oke, nog een poging :

http://82.93.78.171/images/waaier.JPG

Dit is een gloeing als de kap er net af is. De waaier (de gloeiing dus ) heeft een bepaalde procedure gekregen, bv zachtgloeien op 725°C in 8 uur. Er wordt dan eerst gekeken hoeveel olie er nodig is om de waaier goed op procedure te krijgen en te houden en daarbij wordt dan nog een hoeveelheid olie gerekend om de warmte die ook in de (ijzeren) balken trekt te compenseren, zodat er dus toch genoeg energie in de waaier gaat..

som :

Energie waaier = Totaal verstookte energie - energie balken

Het is dus absoluut van geen enkel belang om de ijzeren balken op temperatuur te brengen, aangezien deze niet gegloeid hoeven te worden. In principe is het zo : 'het is dat ze er in moeten liggen voor een goede ondersteuning, anders hadden we het wel weggelaten'. Meestal worden hier ook grote gloeiingen van zo'n 250ton op gelegd. Probeer dan maar eens iets in te denken wat er gebeurd zonder de ondesteuning .

Bij de kleinere dingen is het echter anders :

http://82.93.78.171/images/zand.JPG

Hier is het licht genoeg om 'gewoon' te steunen op het zand, welke bijna geen warmte opneemt (warmte blijft er zowaar 'inzitten').

Maar om terug te komen op de energie : het is dus gewoon van belang dat er genoeg energie in de waaier komt, maar aangezien er toch warmte in de ondersteuningsbalken kruipt, moet er extra bijgestookt worden. De balken zijn enkel voor ondersteuning en dus eigenlijk een grote overlast voor de energie.

Daarom kijk ik nu dus voor een nieuw materiaal en is er de keuze uit verschillende dingen :

- Titanium

- RVS

- Vuurvast beton(aluminiumcement)

- Silicon Carbide

* Titanium valt al af aangezien het voor die afgemetingen gewoon onbetaalbaar is.

* RVS valt ook af aangezien er nu al ijzer in ligt.. Maakt uiteindelijk op zich niets uit.

* Vuurvast beton is een optie, maar het probleem hiervan is dat er toch flink op gestoten kan worden en er dus op den duur hele gaten in kunnen komen te zitten. Het is goed, maar duurbaar..?

* Silicon Carbide (samen met titanium of aluminium-oxide) is ook een optie, want het is sterk (kan tegen een stootje), niet indeukt onder de druk die er gemiddeld op komt te staan en het is redelijk duurzaam..

Dus onze keuze valt nu waarschijnlijk op OF vuurvast beton of silicon carbide legering..

Als je nog een andere optie weet die ook tegen een stootje kan, niet teveel energie opneemt en niet indeukt onder druk? Dan graag even een reply hier

[Jan van de Velde]

maar aangezien er toch warmte in de ondersteuningsbalken kruipt, moet er extra bijgestookt worden.

Ja, want die dingen worden dus ook warm of je het nou wil of niet.

Het is dus absoluut van geen enkel belang om de ijzeren balken op temperatuur te brengen

Dat is van het begin af wel duidelijk geweest.

De waaier (de gloeiing dus ) heeft een bepaalde procedure gekregen, bv zachtgloeien op 725°C in 8 uur.

dat betekent dus dat de warmtegeleidingscoefficient een materiaaleigenschap is die er niks toe doet. Dat is tijd zat om ook materiaal met extreem lage warmtegeleidingscoefficienten volledig op te warmen (of je dat nou wenst of niet) dus die energie ben je kwijt.

Daarom kijk ik nu dus voor een nieuw materiaal en is er de keuze uit verschillende dingen :  

- Titanium  

- RVS  

- Vuurvast beton(aluminiumcement)  

- Silicon Carbide

komen we nu dus weer terug op de hamvraag:

1) hoeveel kg heb ik van elk nodig om een voldoende sterkte ondersteuning in mijn oven te krijgen.

2) wat is van elk de warmtecapaciteit?

3) 1 vermenigvuldigd met 2 geeft een idee van de benodigde wrmte voor elke gloeiing

4) 3 vermenigvuldigd met de prijs van een joule geeft de kosten per gloeiing, en vermenigvuldigd met het aantal gloeiingen per jaar geeft de energiekosten per jaar

5) 1 vermenigvuldigd met de aanschafprijs en gedeeld door de verwachte levensduur geeft de jaarlijkse afschrijvingskosten, waar je dan ook nog wat rente bij optelt.

6) 4 EN 5 SAMEN GEVEN DE VERWACHTE JAARKOSTEN VOOR ELK MATERIAAL.

En dat is het sommetje waarvan je het resultaat moet hebben om een zinnige beslissing te kunnen nemen.

[Rifleman]

1) laten we zeggen 15 balken, volgens de calculator komt dat op 3 ton neer..

2) warmtecapaciteit is kennelijk 1J/g°C..

3) we rekenen gemiddeld 700°C aan warmte (1100°C max), dus 2.1x10^6 Joule gemiddeld (3.3 x 10^6 J max)

4) ruim 300.000 liter olie per jaar, dus zo'n 1,1x10^19 J per jaar (rode gasolie). literprijs gemiddeld zo'n 0,65 euro, dus ruim genomen 200.000 euro aan olie per jaar.

Aangezien er in liters olie per jaar wordt gerekend en iedere gloeiing verschillend is kan ik niet zeggen wat het gemiddelde aantal gloeiingen en gemiddelde aantal joule per gloeiing (per jaar)..

Als je zou rekenen dat je 100.000 liter max per jaar zou kunnen besparen, dan heb je dus 65.000 'winst' op het vorige jaar met de oude balken.. Dus ja.. wat kun je daarvoor hebben? Ik weet helemaal niet wat balken van welk materiaal dan ook zouden kosten dus.. (heb inmiddelds een prijsaanvraag gedaan naar enkele bedrijven en 1 bedrijf is er al mee bezig dus..)

[Jan van de Velde]

(ik ga even op de stoel van je baas zitten )

Stel je jezelf voor, zwetend op een harde stoel in zijn kantoortje)

Ik vind je eerste sommetje nogal erg slordig en oncontroleerbaar    Je moet niet van de diverse materialen de eigenschappen door elkaar gooien, en niet een leuke opsomming maken om tenslotte alles vergetend een totaalbedrag aan uitgaven voor olie te geven en daar met de natte vinger een besparing van 50 % op te gokken.    

We praten hier over forse geldbedragen, gokken doe we in het casino. Hier meten we wat we meten kunnen, en schatten zo netjes mogelijk wat we niet meten kunnen. En dan zetten we onze uitgangspunten netjes en verifieerbaar op een rijtje"

die 3 ton, waar is die op gebaseerd? als ik het zo van de foto's mag schatten, zijn dat massieve stalen balken van 0,2*0,2*3= 0,12 m³ staal. Aan 7,9 ton per kuub (BINAS tabel 8 ) dus een klein tonnetje per stuk, 15 stuks 14 ton........(die 14 ton zijn misschien fout, maar je kunt mijn uitgangspunten makkelijk verifiëren en aanpassen)

Geen idee hoeveel kg je van je andere materialen nodig hebt voor vergelijkbare sterktes, maar dat kunnen leveranciers je vertellen, of minstens goede schattingen van geven. ... vermeld er je bron bij

warmtecapaciteit ijzer ca 450 (J/kg.K) titanium ca 500, SiC ca 750, beton ca 1000.

(ijzer en beton uit BINAS tabellen 8 resp 10, titanium de site die ik je eerder gaf, de site waar ik dat SiC gegeven afhaalde ben ik kwijt, maar valt terug te zoeken)

stookwaarde gasolie (BINAS 28A) 36.10>sup>6[/sup] J/L

En dan nou eens een sommetje zoals het hoort voor staal (die 14000 kg kan mis zijn, jij kunt dat volume netjes opmeten en in het echt zien of het om massieve of om holle balken gaat.)

14000 kg x 700 K x 450 J/kg.K / 36000000 J/L = 123 L gasolie per gloeibeurt alleen om je 14 ton stalen balken op te warmen

Laten we eens zeggen dat die oven gemiddeld 4 x per week in bedrijf gaat, 50 weken per jaar. Dat is 200 x 123 L = 24600 L gasolie per oven per jaar aan warmte die in je steunbalken kruipt. Maal 0,65 euro is dat dus 16000 euro. Dat is heel wat anders dan een wilde 200.000 euro-gok. Dat is mogelijk gebaseerd op verkeerde aannames, maar dat kun je nakijken en zonodig aanpassen. De rest van je oliewarmte kruipt in je gloeistukken, zand, ovenwanden, en wordt afgevoerd door je ovenwanden naar de omgeving.

jouw 300.000 L gasolie kan dus nooit alleen in die stalen balken kruipen, want dan zouden die balken 300.000 / 131 = 2290 x per jaar opgewarmd kunnen worden.

Aangezien er in liters olie per jaar wordt gerekend en iedere gloeiing verschillend is kan ik niet zeggen wat het gemiddelde aantal gloeiingen en gemiddelde aantal joule per gloeiing (per jaar)..

Iedere zichzelf respecterende voorman/operator moet daar een redelijke slag naar kunnen slaan. Niet naar die joules, maar wel naar het aantal malen dat 'ie per jaar een oven opstart en wat daarvan een aannemelijke gemiddelde temperatuur is. Stukken beter dan 200.000 L per jaar en daarvan de helft bespaard, want dat is pas een echte slag in de lucht.

En nou serieus aan het werk. Zet alles maar 'es netjes op een rijtje in een rekenblad.

(en tussen haakjes, als je van jouw 3 ton ijzer uitgaat, zie je dat je dan maar over minder dan 3000 euro per jaar per oven meer praat? Waarvan mogelijk de helft te besparen? Het verschil tussen jouw benadering en de mijne lijkt me de moeite van een goede berekening waard alvorens bazen te gaan adviseren).

[dysprosium]

heeft er al iemand aan beton gedacht??

[Jan van de Velde]

heeft er al iemand aan beton gedacht??  

warmtecapaciteit ijzer ca 450 (J/kg.K) titanium ca 500, SiC ca 750, beton ca 1000.

Daarom kijk ik nu dus voor een nieuw materiaal en is er de keuze uit verschillende dingen :  

- Titanium  

- RVS  

- Vuurvast beton(aluminiumcement)

- Silicon Carbide

ja dus....

[Rifleman]

aan vuurvast beton hebben we al gedacht.. het is toepasbaar, maar kan na verloop van tijd toch gaan scheuren en deuken (gaten er in), dus willen toch kijken voor een andere kandidaat .

jan, alle gegevens die ik heb en weet staan nu hier op het forum.. als jij het dus beter weet uit te rekenen dan graag.. het is niet iets waar ik zo'n ster in ben dus

vraag me desnoods om dingen die ik vergeet, ik geef je antwoord, maar doe het dan in hemelsnaam in 1x goed voor me oke?