Massimo Milani, Luca Montorsi (University of Modena and Reggio Emilia, Italy)Irina Celades López (Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, Spain)

Pierfrancesco Vaccari (Sacmi Forni, Italy)

technology

CWR 127/2018 116

Kiln operating parameters are crucial for determining the fi-nal quality of ceramic products and the quan-tity of energy required to produce them. It is therefore important for ceramic companies and machinery suppliers to know the correct machine operating conditions for each spe-cific product. Control and understanding of the fluid thermodynamic phenomena that in-fluence kiln performance are crucial for improving the quali-ty of the production process and reducing fuel consumption. Numerical modelling of kiln behaviour in real operating con-ditions may make a big contribution to the study of new tech-nologies and processes compared to traditional methods based on trial and error.

On the following pages we briefly describe a research pro-ject aimed at constructing a numerical model of a roller kiln and using the results to determine for example a new tile temperature profile in the cooling section so as to mini-mise residual stresses in products leaving the kiln.The work was carried out within the framework of the Europe-an DREAM project coordinated by Sacmi as part of the Ho-rizon2020 research programme aimed at developing a rad-ically improved industrial kiln architecture with optimal en-ergy consumption, reduced emissions and lower operating costs than current technological solutions. The 36-month pro-ject involved 11 partners from four EU countries operating in the field of industry and research: Sacmi Forni SpA, Kera-ben Grupo Ceramico, Mirage Granito Ceramico, University of Modena and Reggio Emilia, Istituto de Tecnologia Ceramica, Crit, Econotherm, Synesis, FGF, Rath Gmbh and Brunel Uni-versity of London.

The numerical simulation tools played an important role in kiln design techniques and proved highly reliable in the eval-uation of the complex physical phenomena that occur in this kind of machine. To accurately predict the behaviour of a ce-ramic kiln in real operating conditions it is vital not to neglect the time dependence of the physical quantities involved in the process, and the influence of the numerous devices re-quired for kiln operation (fans, burners, valves, etc.) must be taken into consideration to simulate its behaviour.

❱ Methodology: The Numerical Model

The concentrated and distributed parameter model for a

I parametri operativi di conduzio-ne del forno so-no fattori cru-ciali nel deter-minare la quali-tà finale del pro-dotto ceramico e la quantità di

energia necessaria per ottener-lo. Le corrette condizioni opera-tive della macchina per ogni spe-cifico prodotto sono un impor-tante know-how per ogni azien-da ceramica e per i produttori di macchine. Il controllo e la com-prensione dei fenomeni di fluido termo-dinamica che influisco-no sulle prestazioni del forno so-no fondamentali per migliorare la qualità del processo di produzio-ne e ridurre il consumo di com-bustibile. La modellazione nu-merica del comportamento del forno in condizioni operative re-ali può essere un aiuto efficace nello studio di nuove tecnologie e processi rispetto alle tradizio-nali metodologie di trial&error.

In queste pagine descriviamo sinteticamente un lavoro di ricer-ca volto alla costruzione di un modello numerico del forno a rulli i cui risultati sono stati im-piegati, ad esempio, per defi-nire un nuovo profilo di tem-peratura delle piastrelle nella sezione di raffreddamento, in grado di minimizzare le tensio-ni residue del prodotto in usci-ta forno.Il lavoro è stato svolto all’inter-no del progetto europeo DREAM - coordinato da Sacmi - come parte del piano di ricerca Hori-zon2020 per lo sviluppo di un’ar-

chitettura radicalmente migliore per i forni ceramici industriali ca-ratterizzati da un consumo ener-getico ottimale, emissioni ridotte e costi operativi inferiori rispet-to alle soluzioni tecnologiche at-tuali. Il progetto, della durata di 36 mesi, coinvolge 11 partner di quattro paesi della Comunità Eu-ropea provenienti dal mondo in-dustriale e della ricerca: Sacmi Forni SpA, Keraben Grupo Cera-mico, Mirage Granito Ceramico, Università di Modena e Reggio Emilia, Istituto de Tecnologia Ce-ramica, Crit, Econotherm, Syne-sis, FGF, Rath Gmbh, Brunel Uni-versity of London.

Gli strumenti di simulazione nu-merica hanno confermato di gio-care un ruolo importante nel-le tecniche di progettazione di un forno, dimostrando una buo-na affidabilità nella valutazio-ne dei complessi fenomeni fisi-ci che si verificano in questo tipo di macchine. Per prevedere con precisione il comportamento di un forno ceramico in condizioni operative reali, non può essere trascurata la dipendenza tempo-rale delle quantità fisiche coin-volte nel processo, e l’influenza dei numerosi dispositivi impiega-ti per il suo funzionamento (ven-tilatori, bruciatori, valvole etc.) devono essere presi in conside-razione per simularne il compor-tamento.

❱ Metodologia: Il Modello Numerico

Il modello a parametri concen-trati e distribuiti di un intero im-

Modellazione numerica del forno industriale e del ciclo ottimale di cottura

Numerical modelling of industrial kilns and of optimal firing cycle

Paolo Zanoni CEO INTER SER

INTER SER S.p.A.

Head OfficeVia Verdi, 27 - 13100 Vercelli (VC) - Italytel +39 0161 218860 - fax +39 0161 219662

LogisticVia Sardegna, 441049 Sassuolo (MO) - Italy

BOOST YOUR PRODUCTIVITYup to 3 times while reducing costs.

Many of our customers are doing it already by choosing THE ‘ROSSE’ ,the exclusive INTER SER Belts.

GET ALL THE STORIES ATwww.interser.it/discover

Since 1996 INTER SER provides original spare parts and effective solutions for the ceramic industry

READY FOR YOUR BUSINESS

LIKE NO OTHER

complete real production facility was constructed using LMS Im-agine.Lab AMESim® software developed by Siemens Industry Software NV. The numerical approach simulated the compressible flow of semi-perfect gases inside the kiln modules, taking account of the thermodynamic properties of the gas in question and the materials used in the kiln. Figure 1 a) shows the numerical mod-el for the kiln analysed, highlighting the main sections into which the system is divided. The modelling procedure used the same modular design as the industrial kiln, so the numerical model of each module in the real structure was created and interconnect-ed in the same way as in the real kiln assembly. The modules included four main sections that took account of the thermo-fluid dynamic behaviour of the upper and lower chambers, the tiles and the roller (Fig. 1 b). Each section of the numerical model of the module included the sub-models for a correct description of the physical phenomena that occur. Spe-cial attention was devoted to modelling the heat exchange be-tween the kiln walls, the hot air flow, the tiles and the rollers. The quantities of heat transferred by conduction, convection and ra-diation were evaluated for each surface (fig. 2 a) and an appro-priate calculation method was used to determine the value of each thermal exchange between the kiln elements. The direc-tion of heat flow, i.e. the direction of the arrow in fig. 2 a), is a ref-erence for the sign of the calculated quantities and depends on

pianto di produzione reale è co-struito per mezzo di LMS Ima-gine.LAB. Software AMESim®, Siemens Industry Software NV. L’approccio numerico simula il flusso comprimibile dei gas se-mi perfetti all’interno dei modu-li del forno, tenendo conto del-le proprietà termodinamiche del gas considerato e dei ma-teriali impiegati nel forno. La fi-gura 1 a) mostra il modello nu-merico del forno analizzato evi-denziando le sezioni principa-li in cui è suddiviso il sistema. Nella modellazione, viene utiliz-zato lo stesso design modulare adottato nel forno industriale, quindi, il modello numerico di ciascun modulo che compren-de la struttura reale viene crea-to e collegato insieme come nel vero assemblaggio del forno. I moduli includono quattro se-zioni principali che hanno te-

nuto conto del comportamen-to termo fluidodinamico del-le camere superiore e inferiore, delle piastrelle e del rullo (Fig. 1 b). Ogni sezione del model-lo numerico del modulo inclu-de i sotto-modelli per la descri-zione corretta dei fenomeni fi-sici che si verificano. Partico-lare attenzione è dedicata al-la modellazione dello scambio termico tra le pareti del forno, il flusso di aria calda, le piastrel-le e i rulli. Conduzione, con-vezione e trasferimenti termi-ci per irraggiamento vengo-no valutati per ogni diversa su-perficie (fig. 2 a) e viene adot-tato un metodo di calcolo ap-propriato per calcolare il valore di ogni scambio termico tra gli elementi del forno. La direzione del flusso di calore, cioè la dire-zione della freccia in fig. 2 a), è un riferimento per il segno del-

technology

FIG. 1

a) Structure of the numerical model for the reference ceramic kiln ~ Struttura del modello numerico del forno cera-mico di riferimento;

b) Main sections of the numerical mod-el of the module: upper and lower cham-bers, tiles and rollers ~ Principali sezio-ni del modello numerico del modulo: camere superiori e inferiori, piastrelle e rulli.

A B

FIG. 2

a) Diagram of heat flows characterising the numerical models of each kiln module; ~ Schema dei flussi di calore che caratterizzano i modelli numerici di ciascun modulo del forno

b) Diagram of the three-layer model adopted for tiles ~ Schema del mo-dello a tre strati adottato per le piastrelle

A

B

CWR 127/2018 118

the temperature difference between the heat-exchanging bod-ies. Depending on the type of modules, different materials and insulating layers were considered, as well as the connection with external devices. For example, if burners are used in a module, the interactions taken into consideration are those between the flame of the burners, the kiln chamber and the surface of the ma-terial with which the heat exchange occurs.The main contributions that influence the tile heating process are the convective exchanges between the flue gases inside the kiln and the burner flames, conduction in the contact ar-ea between tiles and rollers, and high-temperature irradiation with the walls of the kiln and the rollers. The thermal energy ex-changed during these processes was analysed using the equa-tions of the CFD simulation model to determine potential incon-sistencies and possible solutions.To calculate the temperature gradient inside the ceramic mate-rial, in the numerical model the tile was considered to be subdi-vided into three layers of similar thickness, upper, intermediate and lower (fig. 2 b). The first layer represents the surface of the tile in contact with the rollers and exchanges heat with them by means of conduction and irradiation; the second is the central layer of the tile which exchanges heat only with the adjacent lay-ers by means of conduction; and finally the upper layer simulates the heat exchanges that take place between the tile surface and the flow of hot air through the module, the burner flames and the high-temperature kiln walls. In the analysis of the conductive heat exchange between the tiles and rollers, the overall contact area was defined as a func-tion of the external diameter of the rollers and the total num-ber of rollers in each module. The effects of the tile movement on heat transfer were also considered in the model. As it is not possible to define a continuous flow for a solid material, an ad hoc model was created in which the tiles were considered as a fluid flowing along the kiln with the same real speed and the same thermal properties as the real tiles. This allowed the ef-fects of the temperature gradient of the tiles in each module to be predicted correctly. The standard natural gas-fired burn-ers were simulated as a thermal power input to the upper and lower chambers of the modules based on the instantaneous fu-el consumption determined by the kiln control system as a func-tion of the temperature set point for each module. The same PID control used in the industrial kiln for temperature control in the chambers (and consequently the flowrate of natural gas to the burners) was also used in the numerical model of the kiln. Total natural gas consumption was therefore one of the most impor-tant results of the numerical approach and was determined ac-cording to the heat balance of the kiln chamber to maintain the desired temperature in the selected modules as in the industri-al kiln. Various types of burners were taken into consideration and ad hoc models created, such as Sacmi’s EKO recuperative burner. To predict the mass flow rates in the different kiln sec-tions, the fans used for operation of the system were modelled according to the operating diagrams supplied by the manufac-turers. As in the industrial kiln, the fan was controlled by varying its speed of rotation while the mass flow rate was determined as a function of the resultant pressure drop. Finally, the many valves used to control the flows in the industrial system were modelled as orifices. Their effective areas were determined according to the valve opening position and could be varied so as to simulate different operating conditions.

le grandezze calcolate e dipen-de dalla differenza di tempera-tura che viene determinata tra i corpi considerati che scambia-no calore. In base al tipo di mo-duli, vengono considerati diver-si materiali e strati di isolamen-to, oltre alla connessione a di-spositivi esterni. Ad esempio, se in un modulo vengono im-piegati bruciatori, viene consi-derata l’interazione tra la fiam-ma dei bruciatori, la camera del forno e le superfici del materia-le con cui avviene lo scambio termico.I principali contributi che in-fluenzano il processo di riscal-damento delle piastrelle so-no dati dagli scambi convetti-vi tra i fumi all’interno del for-no e la fiamma dei bruciato-ri, dalla conduzione che si ve-rifica nell’area di contatto tra le piastrelle e i rulli e, infine, dall’irraggiamento ad alta tem-peratura con le pareti del for-no e dei rulli. L’energia termi-ca scambiata durante questi processi viene analizzata utiliz-zando le equazioni del model-lo di simulazione CFD per ve-rificare eventuali incongruenze e/o avere indicazioni su possi-bili soluzioni.Per calcolare il gradiente di temperatura all’interno del ma-teriale ceramico, nel model-lo numerico la piastrella viene ipotizzata suddivisa in tre stra-ti - superiore, intermedio e infe-riore – di analogo spessore (fig. 2 b): il primo strato rappresen-ta la superficie della piastrella a contatto con i rulli e scambia calore con i rulli per fenomeni conduttivi e per irraggiamen-to; il secondo è il nucleo della piastrella e scambia calore solo con i livelli adiacenti per condu-zione; infine, il livello superiore simula gli scambi termici che si verificano tra la superficie della piastrella e il flusso di aria calda attraverso il modulo e la fiam-ma dei bruciatori e le pareti del forno ad alta temperatura. Nell’analisi dello scambio ter-mico conduttivo tra piastrelle e rulli, l’area di contatto globa-

le è definita come una funzio-ne del diametro esterno dei rulli e il numero totale di rulli in cia-scun modulo. Anche gli effetti del movimento delle piastrelle sul trasferimento di calore sono stati considerati nella modella-zione. Poiché non è possibile definire un flusso continuo per un materiale solido, viene crea-to un modello ad hoc che mo-della le piastrelle come un flui-do con le stesse proprietà ter-miche delle piastrelle reali e che scorre lungo il forno con la ve-locità reale delle piastrelle. Per-tanto, possono essere previ-sti correttamente gli effetti del gradiente di temperatura del-le piastrelle in ciascun modu-lo. I bruciatori standard alimen-tati a gas naturale sono simula-ti come un ingresso di potenza termica alle camere superiore e inferiore dei moduli in base al consumo istantaneo di carbu-rante, determinato dal sistema di controllo del forno, in funzio-ne del set point di temperatu-ra per ciascun modulo. Lo stes-so controllo PID impiegato nel forno industriale per regolare la temperatura nelle camere (e quindi la portata del gas natu-rale per i bruciatori), viene adot-tato anche nel modello numeri-co del forno. Pertanto, il consu-mo totale di gas naturale è uno dei principali risultati dell’ap-proccio numerico ed è deter-minato in funzione del bilancio termico della camera del forno per mantenere la temperatura desiderata nei moduli selezio-nati come nel forno industriale. Sono stati presi in considera-zione i diversi tipi di bruciatore per i quali sono stati creati mo-delli ad hoc, come ad esempio il bruciatore recuperativo EKO di Sacmi. Per prevedere le por-tate massiche nelle diverse se-zioni del forno, i ventilatori uti-lizzati per il funzionamento del sistema sono modellati in ba-se ai diagrammi operativi forniti dai produttori degli stessi. Co-me nel forno industriale, la ven-tola è regolata variando la sua velocità di rotazione, e la porta-

technology

CWR 127/2018 120

❱ Validation of the numerical results

The capacity for predictive analysis of the numerical model of the kiln was validated by comparing the calculated results with the experimental measurements made on the industrial ceram-ic kiln while firing around 5,000 kg/h of 120x120 cm size tiles with a thickness of 9 mm. The gas temperature in each firing sec-tion module was measured using a PT100 thermocouple, while the gas temperature in the cooling section was not measured. The DATAPAQ® instrument was also used to introduce a de-gree of redundancy into the measurement of the air in the up-per chamber of the kiln modules and to obtain an estimate of the tile surface temperature. The instrument, a thermally insulat-ed box equipped with a data logger connected to 8 thermocou-ples, was passed through the kiln resting directly on the tiles and measured their temperature upstream of the airflow (with an ac-curacy of ± 0.3°C). Figure 3 a) shows the temperature profile of the gases inside the upper and lower kiln chambers and compares the measured and calculated temperature values; it also plots the temperature of the reference point controlled by the process. The data were divided by a reference temperature value to obtain nondimen-sional quantities. The agreement between the numerical results and the experimental measures was satisfactory and the tem-perature distribution of the hot airflow along the length of the kiln was predicted correctly. The proposed numerical approach also demonstrated that it can accurately predict the tile temper-ature along the kiln axis (fig 3 b). This is particularly significant as data were not available for most of the cooling section.

ta massica viene determinata in funzione della caduta di pres-sione risultante. Infine, le molte valvole utilizzate per controlla-re i flussi nel sistema industria-le sono modellate come orifizi. Le loro aree effettive sono de-terminate in base alla posizione di apertura della valvola e pos-sono essere variate per simula-re diverse condizioni operative.

❱ Validazione dei risultati numerici

Le capacità di analisi predittiva del modello numerico del for-no sono validate confrontando i risultati calcolati con le misure sperimentali effettuate sul forno ceramico industriale durante la cottura di circa 5.000 kg/h di piastrelle formato 120x120 cm con spessore 9 mm. La tempe-ratura del gas in ciascun modu-lo della sezione di cottura è sta-ta misurata con una termocop-pia PT100, mentre nella sezio-ne di raffreddamento la tempe-ratura del gas non viene solita-mente misurata. Inoltre è stato

utilizzato lo stru-mento DATA-PAQ® per avere ridondanza nel-la misura dell’a-ria nella came-ra superiore dei moduli del for-no e una stima della tempera-tura della super-ficie delle pia-strelle. Lo stru-mento, una sca-tola isolata ter-micamente do-

tata di un data logger collega-to a 8 termocoppie, attraversa il forno appoggiato direttamen-te sulle piastrelle misurandone la temperatura a monte rispet-to al flusso d’aria (con una pre-cisione di +/- 0,3 ° C). La figura 3 a) mostra il profilo di temperatura dei gas all’inter-no delle camere superiore e in-feriore del forno e il confronto tra i valori misurati e calcola-ti della temperatura; viene inol-tre tracciata la temperatura del punto di riferimento controllata dal processo. I dati sono divi-si per un valore di temperatu-ra di riferimento al fine di ave-re quantità non dimensionali. L’accordo tra i risultati numeri-ci e le misurazioni sperimenta-li è soddisfacente e l’andamen-to della distribuzione della tem-peratura del flusso di aria cal-da lungo la lunghezza del forno è correttamente previsto. L’ap-proccio numerico proposto ha dimostrato anche di prevede-re con precisione la tempera-tura delle piastrelle lungo l’as-se del forno (fig 3 b). Questo ri-sultato è stato particolarmente importante, dal momento che non erano disponibili dati per la maggior parte della sezione di raffreddamento. È stato anche trovato un buon accordo tra le misure speri-mentali e i calcoli in termini di consumo di gas naturale. La quantità di gas prevista per alimentare il forno a regime è stata calcolata entro un errore del 5% rispetto al consumo di combustibile del forno simula-to; un’accuratezza simile è sta-ta trovata anche per la portata

technology

FIG. 3

Comparison between the nondimensional exper-imental and numerical values of the temperature profile along the kiln ~ Confronto fra i valori non dimensionali sperimentali e numerici del profilo di temperatura lungo il forno

a) for the upper kiln chamber per la camera superiore del forno

b) for the tile surface per la superficie delle piastrelle

A

CWR 127/2018 122

B

INtono Comunicazione offers the services of Villa Marchetti, an eighteenth-century villa in Baggiovara (Modena) that has rooms equipped for any kind of event.www.villamarchetti.it

→ National and international press of� ce.

→ Media planning and advertising.

→ Media relations.

→ Direct e-mail Marketing.

→ Economic and technical articles, case histories, interviews and product data sheets.

→ Content for websites, blogs and social media.

→ Database creation.

→ Organisation of events, technical conferences, open houses, workshops and educational initiatives.

INtono Comunicazione S.r.l. - Via Martinella, 71 - 41043 Maranello (MO) - c/o Omniadvert S.p.A.

uf� ciostampa@intonocomunicazione.itwww.intonocomunicazione.it

Choose the TONE of your communication.

DirectPassionateRespectful

Humorous

Dip lomat ic

F o r c e f u l

d e t e r m i n e d

SERIOUSD

iscr

eet

Direct

INFORMAL

Resolute

S o l e m nSincere

RESTRAINED

Determined

Det

erm

ined

Acc

omm

odat

ing

L i v e l y

g e n t l e

g e n t l e

Pas

sion

ate

Forceful

inform

al

F i r m

Forceful

Tactfu

lEm

phaticCon

side

rate

Passio

nate

Sophistica

ted

Restr

ained

Emph

atic

Em

ph

atic

F a m i l i a r

Me

as

ure

d

Measured

ResoluteTac t f u l

Gen t l e

F i r m

Restrained

Earnest

Lo

ft

y

So lemnFormalSophisticated

Determined

Familiar

EMPHATIC

DETERM

INED

Acc

omod

atin

g

LOFTYEmphat ic

Sophisticated

R e s p e c t f u l

a c c o m o d a t i n g

Sol

emn

Humorous

RESTRAINED

Emphatic CONSIDERATE

FORCEFUL

f i r m

Discreet

Dignifie

d

Sinc

ere

Fo

rce

ful

R e s p e c t f u lDe t e rm i ned

DeterminedDetermined

HU

MO

RO

US

INFORMALLive

ly

r e l a x e d

Good agreement was also found between the experimental measurements and calculations in terms of natural gas con-sumption. The quantity of gas required to fire the kiln in steady-state con-ditions was calculated to within an error of 5% with respect to the kiln’s simulated fuel consumption. A similar accuracy was found for the mass flowrate through the main fans (fig. 4). The calculations were compared with the experimental values and the error was found to be less than 6%. Once the numerical model has been validated with experimen-tal measurements, the simulation can be used to extend the kiln analysis by investigating quantities that are difficult to measure and exploring new concepts for improving efficiency with new control strategies.

❱ Results and discussion

We can now analyse the modified cooling profile, i.e. the pro-file optimised for the cooling section with the aim of obtaining a more uniform temperature reduction gradient while maintain-ing the same ceramic material transit time in the cooling section and the same quantity of product (kg/h) as the original profile. Figure 5 a) shows the original and optimised profiles. Using the numerical model for the entire kiln it was possible to calculate the temperature gradient within the tile thickness along the kiln cooling section modules. The temperature profiles of the three simulated tile layers (de-pending on the position of the tile along the kiln and therefore depending on time) were used to model the formation of ther-momechanical stresses in the tiles in the different modules and the residual values at the kiln exit. Figure 5 b) shows the residual stresses in the tiles at the kiln exit observed with the original and optimised cooling profiles; in the latter case they were found to be almost zero. The numerical model of the kiln showed that it is possible to ob-tain this temperature profile by adjusting the kiln’s operating pa-rameters in the cooling section; very good agreement with the optimal curve was found. To obtain the modified cooling profile, new temperature set-points were determined for the burners used in the final firing modules. The speed of rotation of the indirect cooling fan was varied and the speed of the fan in the final cooling section was increased to cool the tiles more rapidly than with the original profile and to reach the same temperature at the end of the kiln. Consequently, the opening angle of the valves which control flow through the various cooling section modules was varied to

di massa attraverso i ventilato-ri principali (fig. 4). I calcoli so-no stati confrontati con i valori sperimentali e l’errore è risulta-to inferiore al 6%. Una volta che il modello nume-rico è stato validato con le mi-sure sperimentali, la simulazio-ne può essere impiegata per ampliare l’analisi del forno in-dagando su quantità difficili da misurare e per esplorare nuo-vi concetti per il miglioramento dell’efficienza con nuove stra-tegie di controllo.

❱ Risultati e discussione

Analizziamo ora il profilo di raf-freddamento modificato, ossia il profilo ottimizzato per la se-zione di raffreddamento al fi-ne di ottenere un gradiente di diminuzione della temperatu-ra più uniforme, mantenendo lo stesso tempo di passaggio del materiale ceramico nella sezio-ne di raffreddamento e la stes-sa quantità di prodotto (kg/h) del profilo originale.

La figura 5 a) mostra il profi-lo originale e quello ottimizza-to. Attraverso il modello nume-rico dell’intero forno, è stato possibile calcolare il gradiente di temperatura all’interno del-lo spessore della piastrella lun-go i moduli della sezione di raf-freddamento del forno. I profili di temperatura dei tre strati della piastrella simula-ti (dipendenti dalla posizione della piastrella lungo il forno e quindi dipendenti dal tempo) sono stati utilizzati per model-lare la formazione delle tensio-ni termo-meccaniche delle pia-strelle nei diversi moduli e i va-lori residui all’uscita del forno. La figura 5 b) mostra le tensio-ni residue nelle piastrelle all’u-scita del forno ottenute con i profili di raffreddamento origi-nale e ottimale: per quest’ulti-mo sono risultate quasi nulle. Il modello numerico del forno ha dimostrato che è possibi-le ottenere tale profilo di tem-peratura regolando i parame-tri operativi del forno nella se-

FIG. 4

a) Relationship between fuel consumption of the entire experimental and numerical kilns ~ Rapporto fra il consumo di combustibile dell’inte-ro forno sperimentale e numerico

b) Percentage error between the experimental and numerical airflow through the main kiln fans ~ Errore percentuale fra la portata d’aria sperimentale e numerica attraverso i ventilatori principali del forno

CWR 127/2018 124

A

B

technology

A

B

FIG. 5

a) Original cooling profile, optimise and modified on the kiln ~ Profilo di raffreddamento originale, ottimizzato e modificato sul forno

b) Residual stresses in a tile determined by the original and experimen-tal temperature profiles ~ Stress residui in una piastrella determi-nati dai profili di temperatura originale e ottimizzato

zione di raffreddamento; l’accordo con la curva ot-timale si è dimostrato mol-to buono. Per ottenere il profilo di raffreddamento modificato sono stati determinati nuo-vi setpoint di temperatura per i bruciatori utilizzati ne-gli ultimi moduli di cottura; la velocità di rotazione del-la ventola di raffreddamen-to indiretto è stata varia-ta, così come la velocità del ventilatore della sezio-ne di raffreddamento finale è stata aumentata per raf-

achieve the most uniform possible tile temperature profile. Figure 6 a) shows the per-centage variations in the pressure drop determined for the various fans used in the cooling section com-pared to the operating val-ues used for the original cooling profile. Figure 6 b) shows the var-iation in the valve open-ing position with respect to the operating values used for the original cool-ing profile.

ADVERTISING

❱ Conclusions

The numerical modelling techniques described in this article showed good agreement with the experimental results obtained from industrial kilns. For example, a cooling curve capable of re-ducing or eliminating residual stresses in the tiles leaving the kiln was simulated and tested. Numerical modelling demon-strated that the boundary conditions necessary to achieve the proposed cooling profile are feasible with the devices installed on the industrial kiln and the new set points were defined (spe-cifically, the new cooling temperatures).The same analysis methodology can be adopted to analyse oth-er kiln operation strategies and the influence of various oper-ating parameters or innovative kiln configurations on fuel con-sumption.

5

freddare le piastrelle più rapi-damente rispetto al profilo ori-ginale e raggiungere la stessa temperatura alla fine del forno. Di conseguenza, l’angolo di apertura delle valvole che con-trollano il flusso attraverso i di-versi moduli della sezione di raffreddamento è stato varia-to al fine di raggiungere il profi-lo di temperatura più uniforme delle piastrelle. La figura 6 a) mostra le varia-zioni percentuali della caduta di pressione determinata per i diversi ventilatori utilizzati nel-la sezione di raffreddamento ri-spetto ai valori operativi utiliz-zati per il profilo di raffredda-mento originale. La figura 6 b) dettaglia la varia-zione della posizione di aper-tura delle valvole rispetto ai va-lori operativi utilizzati per il pro-filo di raffreddamento origina-le.

❱ Conclusioni

Le tecniche di modellazio-

FIG. 6

a) % variation of the pressure drop determined for the various fans used in the cooling section compared to the operating values used for the original cooling profile ~ Variazione % della caduta di pressione de-terminata per i diversi ventilatori utilizzati nella sezione di raffred-damento rispetto ai valori operativi utilizzati per il profilo di raffred-damento originale

b) % variation of the valve opening position with respect to the operat-ing values used for the original cooling profile ~ Variazione % della posizione di apertura delle valvole rispetto ai valori operativi utiliz-zati per il profilo di raffreddamento originale

A

B

technology

ne numerica descritte in que-sto articolo hanno mostrato un buon accordo con i risulta-ti sperimentali ricavati da forni industriali. Come esempio specifico è stata simulata e testata una curva di raffreddamento che potesse ridurre o eliminare gli stress residui nei pezzi in usci-ta forno. La modellazione numerica ha dimostrato che le condizioni al contorno necessarie per otte-nere il profilo di raffreddamen-to proposto sono attuabili con i dispositivi installati nel forno industriale e ne vengono defi-niti i nuovi punti di lavoro (nel-lo specifico, le nuove tempe-rature di raffreddamento).La stessa metodologia di ana-lisi può essere applicata an-che per analizzare altre strate-gie di funzionamento del for-no e l’influenza sul consumo di combustibile di diversi pa-rametri operativi o di configu-razioni innovative del forno.

5

BROWSE ALL OUR MAGAZINES, OR DOWNLOAD THE PDF, HERE:

• WWW.CERAMICWORLDWEB.IT/CWW-EN/MAGAZINES/

• WWW.TILEDIZIONI.IT • HTTP://ISSUU.COM/TILEDIZIONI

• from MOBILE: download the ISSUU APP and search “Tile Edizioni” click on “follow” to receive a notification for new magazines published!

READ ITon l i ne

FOLLOW US ON SOCIAL NETWORKS!

Tel: 0086 – 20 – 8327 6369 / 6389

Email: ceramicschina@unifair.com

Facebook: @Ceramics China Twitter: @ceramics_china

Web: www.ceramicschina.com.cn

Reliable Platform of

Over 30 Years' Great Influence!

June 18th~21st, 2019

Canton Fair Complex, Guangzhou

Sponsored by: China Ceramic Industrial Association Organized by: Unifair Exhibition Service Co., Ltd.

Co-Sponsors: China Building Materials Federation, China Building Ceramics & Sanitaryware Association,

CCPIT Building Materials Sub-Council

esec-PaginaHybrid-ADI.indd 1 27/06/18 11:02

ORGANIZED BY IN COLLABORATION WITH WITH THE SUPPORT OF

www.tecnargilla.it

24 / 28 SEPTEMBER 2018 . RIMINI . ITALYTHE FUTURE OF CERAMICS

CWR-ADV-TECNARGILLA-210x297-GB.indd 1 04/05/18 12.04

A NEW sortING coNcEpt HAs LANDED

FLEXIBILItY

The circular shape al-

lows it to be fed from

any direction and makes

it suitable for any instal-

lation area.

Easy access from every

single point simplifies

maintenance needs.

Elimination of belts and

other moving parts in-

creases the working life

of the machine.

EcoNoMY optIMIZAtIoN oF spAcE

DUrABILItY

Functions independently

of format and thickness,

thus minimising format

changeover times.

Up to 30% sHortErthanks to the circular structure

The circular structure of the EkoSort, up to 30% shorter than traditional systems, optimises use of available layouts

and thus ensures efficient, waste-free utilisation of space.www.nuovasima.com