دليل المبتدئين لمبادئ فرن النفق وبنيته وتشغيله

أكثر أنواع الأفران استخدامًا في صناعة الطوب اليوم هو فرن النفق. تم اقتراح مفهوم فرن النفق وتصميمه في البداية من قبل الفرنسيين، على الرغم من أنه لم يتم بناؤه أبدًا. تم إنشاء أول فرن نفق مصمم خصيصًا لإنتاج الطوب من قبل المهندس الألماني 2-book في عام 1877، والذي قدم أيضًا براءة اختراع له. مع الاعتماد الواسع النطاق لأفران النفق، ظهرت العديد من الابتكارات. بناءً على العرض الصافي الداخلي، يتم تصنيفها إلى مقطع صغير (≤ 2.8 متر) ومقطع متوسط ​​(3-4 أمتار) ومقطع كبير (≥ 4.6 متر). حسب نوع الفرن، فهي تشمل نوع القبة الدقيقة ونوع السقف المسطح والنوع المتحرك على شكل حلقة. حسب طريقة التشغيل، فهي تشمل أفران الأسطوانة وأفران المكوك. أفران لوحة الدفع. بناءً على نوع الوقود المستخدم: هناك من يستخدم الفحم كوقود (الأكثر شيوعًا)، ومن يستخدم الغاز أو الغاز الطبيعي (يستخدم لحرق الطوب غير الحراري وطوب الجدران العادي، في المقام الأول للطوب عالي الجودة)، ومن يستخدم النفط الثقيل أو مصادر الطاقة المختلطة، ومن يستخدم وقود الكتلة الحيوية، إلخ. باختصار: أي فرن من نوع النفق يعمل في تكوين التيار المعاكس، مقسمًا على طوله إلى أقسام التسخين المسبق والتلبيد والتبريد، مع تحرك المنتجات في الاتجاه المعاكس لتدفق الغاز، هو فرن نفق.

تُستخدم أفران الأنفاق على نطاق واسع كأفران هندسية حرارية لحرق طوب البناء، والطوب الحراري، والبلاط الخزفي، والسيراميك. وفي السنوات الأخيرة، استُخدمت أيضًا لحرق مواد تنقية المياه والمواد الخام لبطاريات الليثيوم. لأفران الأنفاق تطبيقات واسعة، وتأتي بأنواع متعددة، لكل منها خصائصه الخاصة. سنركز اليوم على فرن الأنفاق ذي المقطع العرضي المستخدم لحرق طوب البناء.

١. المبدأ: فرن النفق، كونه فرنًا ساخنًا، يتطلب بطبيعة الحال مصدر حرارة. يمكن استخدام أي مادة قابلة للاحتراق تُولّد حرارة كوقود لفرن النفق (قد تُؤدي أنواع الوقود المختلفة إلى اختلافات في البناء المحلي). يحترق الوقود في غرفة الاحتراق داخل الفرن، مُنتجًا غاز دخان عالي الحرارة. تحت تأثير المروحة، يتحرك تدفق الغاز عالي الحرارة في الاتجاه المعاكس للمنتجات التي يتم حرقها. تنتقل الحرارة إلى قطع الطوب الخام في عربة الفرن، والتي تتحرك ببطء على طول المسارات إلى الفرن. يستمر الطوب في عربة الفرن أيضًا في التسخين. الجزء الذي يسبق غرفة الاحتراق هو منطقة التسخين المسبق (قبل موضع العربة العاشرة تقريبًا). تُسخّن قطع الطوب الخام تدريجيًا في منطقة التسخين المسبق، مما يُزيل الرطوبة والمواد العضوية. عند دخول عربة الفرن إلى منطقة التلبيد، يصل الطوب إلى أقصى درجة حرارة حرق له (850 درجة مئوية للطوب الطيني و1050 درجة مئوية للطوب الصخري) باستخدام الحرارة المنبعثة من احتراق الوقود، ويخضع لتغيرات فيزيائية وكيميائية لتشكيل بنية كثيفة. هذا القسم هو منطقة الحرق (وأيضًا منطقة درجات الحرارة العالية) للفرن، ويمتد تقريبًا من الموضع 12 إلى 22. بعد اجتياز منطقة الحرق، يخضع الطوب لفترة عزل معينة قبل دخول منطقة التبريد. في منطقة التبريد، تتلامس المنتجات المحروقة مع كمية كبيرة من الهواء البارد الداخل عبر مخرج الفرن، فتبرد تدريجيًا قبل خروجها من الفرن، وبذلك تكتمل عملية الحرق بأكملها.

ثانياً: البناء: أفران الأنفاق هي أفران هندسية حرارية. تتميز بنطاق واسع من درجات الحرارة ومتطلبات هيكلية عالية لهيكل الفرن. (1) تحضير الأساس: إزالة الأنقاض من منطقة البناء، والتأكد من وجود ثلاث مرافق وسطح مستوٍ. تأكد من توفير إمدادات المياه والكهرباء وسطح أرض مستوٍ. يجب أن يتوافق ميل الأساس مع متطلبات الصرف. يجب أن تكون قدرة تحمل الأساس 150 كيلو نيوتن/متر مربع. في حال وجود طبقات تربة طرية، استخدم طريقة الاستبدال (قاعدة من الحجر أو خليط من الجير والتربة المضغوط). بعد معالجة خندق الأساس، استخدم الخرسانة المسلحة كأساس للفرن. يضمن الأساس المتين قدرة تحمل واستقرار الفرن. (2) هيكل الفرن: يجب بناء الجدران الداخلية للفرن في المناطق ذات درجات الحرارة العالية باستخدام الطوب الحراري. يمكن استخدام الطوب العادي في الجدران الخارجية، مع عزل بين الطوب (باستخدام الصوف الصخري، أو بطانيات ألياف سيليكات الألومنيوم، إلخ) لتقليل فقدان الحرارة. يبلغ سمك الجدار الداخلي 500 مم، وسمك الجدار الخارجي 370 مم. يجب ترك فواصل التمدد وفقًا لمتطلبات التصميم. يجب أن يكون للبناء فواصل ملاط ​​كاملة، مع وضع الطوب الحراري في فواصل متداخلة (فواصل الملاط ≤ 3 مم) والطوب العادي مع فواصل ملاط ​​8-10 مم. يجب توزيع مواد العزل بالتساوي وتعبئتها بالكامل وإغلاقها لمنع دخول الماء. (3) قاع الفرن يجب أن يكون قاع الفرن سطحًا مستويًا لتحرك عربة الفرن. يجب أن تتمتع الطبقة المقاومة للرطوبة بسعة تحمل كافية وخصائص عزل حراري، حيث تتحرك عربة الفرن على طول المسارات. في فرن نفق بعرض مقطع عرضي يبلغ 3.6 متر، يمكن لكل عربة تحميل ما يقرب من 6000 طوبة رطبة. بما في ذلك الوزن الذاتي لعربة الفرن، يبلغ الحمل الإجمالي حوالي 20 طنًا، ويجب أن يتحمل مسار الفرن بالكامل وزن عربة واحدة يزيد عن 600 طن. لذلك، يجب عدم وضع المسار بلا مبالاة. (4) عادةً ما يكون لسقف الفرن نوعان: مقوس قليلاً ومسطح. السقف المقوس هو طريقة بناء تقليدية، بينما يستخدم السقف المسطح مواد صب حرارية أو طوب حراري خفيف الوزن للسقف. في الوقت الحاضر، يستخدم الكثيرون كتل سقف من ألياف الألومنيوم والسيليكون. بغض النظر عن المادة المستخدمة، يجب أن تضمن درجة حرارة حرارية ومانع تسرب، ويجب تركيب فتحات مراقبة في مواقع مناسبة وفقًا لمتطلبات التصميم. فتحات تغذية الفحم، وفتحات مجاري الهواء، إلخ. (5) نظام الاحتراق: أ. لا تحتوي أفران النفق التي تحرق الخشب والفحم على غرف احتراق في منطقة درجة الحرارة العالية للفرن، والتي يتم بناؤها باستخدام الطوب الحراري، وتحتوي على منافذ تغذية الوقود ومنافذ تصريف الرماد. ب. مع تطور تقنية طوب الاحتراق الداخلي، لم تعد هناك حاجة إلى غرف احتراق منفصلة، ​​حيث يحتفظ الطوب بالحرارة. في حالة عدم توفر حرارة كافية، يمكن إضافة وقود إضافي من خلال فتحات تغذية الفحم في سقف الفرن. ج. تحتوي الأفران التي تحرق الغاز الطبيعي وغاز الفحم وغاز البترول المسال وما إلى ذلك على مواقد غاز على جوانب الفرن أو سقفه (حسب نوع الوقود)، مع توزيع الشعلات بشكل معقول وموحد لتسهيل التحكم في درجة الحرارة داخل الفرن. (6) نظام التهوية: أ. المراوح: بما في ذلك مراوح التزويد ومراوح العادم ومراوح إزالة الرطوبة ومراوح الموازنة. مراوح التبريد. توجد كل مروحة في وضع مختلف وتؤدي وظيفة مختلفة. تُدخل مروحة التزويد الهواء إلى غرفة الاحتراق لتوفير كمية كافية من الأكسجين للاحتراق، وتزيل مروحة العادم غازات المداخن من الفرن للحفاظ على ضغط سلبي معين داخل الفرن وضمان تدفق سلس لغازات المداخن، وتزيل مروحة إزالة الرطوبة الهواء الرطب من فراغات الطوب الرطبة خارج الفرن. ب. قنوات الهواء: تنقسم إلى قنوات دخان وقنوات هواء. تزيل قنوات الدخان في المقام الأول غازات الدخان والهواء الرطب من الفرن. تتوفر مجاري الهواء في أنواع البناء والأنابيب وهي مسؤولة عن توفير الأكسجين لمنطقة الاحتراق. ج. مخمدات الهواء: يتم تركيبها على مجاري الهواء، وتستخدم لتنظيم تدفق الهواء وضغط الفرن. من خلال ضبط حجم فتحات مخمدات الهواء، يمكن التحكم في توزيع درجة الحرارة وموضع اللهب داخل الفرن. (7) نظام التشغيل: أ. عربة الفرن: تحتوي عربة الفرن على قاع فرن متحرك بهيكل يشبه النفق. تتحرك قطع الطوب ببطء على عربة الفرن، مارة عبر منطقة التسخين المسبق ومنطقة التلبيد ومنطقة العزل ومنطقة التبريد. عربة الفرن مصنوعة من هيكل فولاذي، بأبعاد تحددها العرض الصافي داخل الفرن، وتضمن الإغلاق. ب. عربة النقل: عند فم الفرن، تنقل عربة النقل عربة الفرن. ثم تُرسل عربة الفرن إلى منطقة التخزين، ثم إلى منطقة التجفيف، وأخيرًا إلى منطقة التلبيد، مع نقل المنتجات النهائية إلى منطقة التفريغ. ج. تشمل معدات الجر آلات جر الجنزير، وآلات الرفع الهيدروليكية، وآلات الخطوات، وآلات جر فم الفرن. من خلال أجهزة مختلفة في مواقع مختلفة، تُسحب عربة الفرن على طول المسارات للتحرك، مما يحقق سلسلة من الإجراءات مثل تخزين الطوب، والتجفيف، والتلبيد، والتفريغ، والتعبئة والتغليف. (8) نظام التحكم في درجة الحرارة: يتضمن الكشف عن درجة الحرارة تركيب أجهزة استشعار درجة الحرارة الحرارية في مواضع مختلفة داخل الفرن لمراقبة درجة حرارة الفرن في الوقت الفعلي. تُنقل إشارات درجة الحرارة إلى غرفة التحكم، حيث يضبط المشغلون حجم سحب الهواء وقيمة الاحتراق بناءً على بيانات درجة الحرارة. تتضمن مراقبة الضغط تركيب أجهزة استشعار الضغط عند رأس الفرن وذيل الفرن والمواقع الحرجة داخل الفرن لمراقبة التغيرات في ضغط الفرن في الوقت الفعلي. من خلال ضبط مخمدات الهواء في نظام التهوية، يتم الحفاظ على ضغط الفرن عند مستوى ثابت.

ثالثًا. التشغيل: بعد تركيب الهيكل الرئيسي لفرن النفق وفرن النفق الخاص به،配套بعد تركيب المعدات، حان وقت الاستعداد لتشغيل الفرن النفقي والاستخدام العادي. تشغيل فرن النفق ليس بالأمر السهل كتغيير مصباح كهربائي أو ضغط مفتاح؛ إذ يتطلب تشغيل فرن النفق بنجاح خبرة علمية. يُعدّ التحكم الدقيق، ونقل الخبرة، والتنسيق بين جوانب متعددة، أمرًا بالغ الأهمية. سيتم مناقشة الإجراءات التشغيلية التفصيلية وحلول المشكلات التي قد تنشأ لاحقًا. الآن، دعونا نقدم بإيجاز أساليب وعمليات تشغيل فرن النفق: "الفحص: أولاً، افحص هيكل الفرن بحثًا عن أي شقوق. تحقق مما إذا كانت أختام وصلات التمدد محكمة. ادفع بضع عربات فرن فارغة حولها عدة مرات للتحقق مما إذا كانت الجنزير وآلة العربة العلوية وعربة النقل ومعدات المناولة الأخرى تعمل بشكل طبيعي. بالنسبة للأفران التي تستخدم الغاز الطبيعي أو غاز الفحم كوقود، أشعل اللهب أولاً للتأكد من احتراقه بشكل طبيعي. تحقق مما إذا كانت جميع المراوح تعمل بشكل صحيح. تختلف طرق تجفيف الفرن حسب نوع الوقود المستخدم. ومع ذلك، فإن الهدف ثابت: إزالة الرطوبة المحتجزة في هيكل الفرن ببطء أثناء البناء من خلال التجفيف، ومنع التسخين المفاجئ وتشقق هيكل الفرن. أ. مرحلة درجة الحرارة المنخفضة (0-200 درجة مئوية): تجفيف على درجة حرارة منخفضة لمدة يوم أو يومين، بمعدل ارتفاع في درجة الحرارة ≤10 درجات مئوية في الساعة. ب. مرحلة درجة الحرارة المتوسطة (200-600 درجة مئوية): معدل ارتفاع في درجة الحرارة 10-15 درجة مئوية في الساعة، و اخبز لمدة يومين. ج. مرحلة درجة الحرارة العالية (600 درجة مئوية فأكثر): ارفع درجة الحرارة بمعدل طبيعي قدره 20 درجة مئوية في الساعة حتى تصل إلى درجة حرارة الحرق، واستمر على هذه الدرجة لمدة يوم واحد. أثناء عملية الحرق، راقب تمدد هيكل الفرن باستمرار وأزل الرطوبة بشكل دوري. (3) الاشتعال: استخدام أنواع الوقود مثل الغاز الطبيعي أو غاز الفحم أمر بسيط. سنستخدم اليوم الفحم والخشب وما إلى ذلك. (3) على سبيل المثال، قم أولاً ببناء عربة فرن لسهولة الاشتعال: ضع الحطب والفحم ومواد أخرى قابلة للاشتعال على عربة الفرن. أولاً، قم بتشغيل المروحة لخلق ضغط سلبي داخل الفرن، مع توجيه اللهب نحو قوالب الطوب. استخدم قضيب إشعال النار. أشعل الخشب والفحم، وارفع درجة الحرارة تدريجيًا عن طريق ضبط تدفق الهواء والضغط حتى تصل قوالب الطوب إلى درجة حرارة الحرق. بمجرد وصول قوالب الطوب إلى درجة حرارة الحرق، ابدأ في تغذية العربات الجديدة في الفرن من الأمام وحركها ببطء نحو منطقة التلبيد. ادفع عربة الفرن وعربة الفرن للأمام لإكمال الاشتعال. يجب مراقبة درجة حرارة فرن النفق المُشعَل حديثًا باستمرار لضمان اكتمال عملية الاحتراق وفقًا لمنحنى درجة الحرارة المُصمم. ④) عمليات الإنتاج: ترتيب الطوب: رتّب الطوب على عربة الفرن وفقًا لمتطلبات التصميم، مع التأكد من وجود فجوات وقنوات هواء مناسبة بين الطوب لتسهيل تدفق غازات الاحتراق بسلاسة. إعدادات المعلمات: حدد درجة الحرارة وضغط الهواء وتدفق الهواء وسرعة حركة عربة الفرن. أثناء عمليات الإنتاج، يتم ضبط هذه المعلمات وتحسينها لضمان الجودة العالية للمنتجات النهائية. الإجراءات التشغيلية: أثناء تشغيل فرن النفق، يجب مراقبة درجات الحرارة والضغوط ومعايير غازات الاحتراق في كل محطة عمل باستمرار. يجب تسخين منطقة التسخين المسبق ببطء (حوالي 50-80% لكل متر) لمنع تشقق الطوب. يجب أن تحافظ منطقة الاحتراق على درجة حرارة عالية وثابتة، مع فرق في درجة الحرارة لا يتجاوز ± 10 درجات مئوية لضمان احتراق الطوب بالكامل. يمكن لمنطقة التبريد الاستفادة من استعادة الحرارة المفقودة. تصميم (موفر للطاقة وخفض الانبعاثات) لنقل الطاقة الحرارية إلى منطقة التجفيف لتجفيف الطوب. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقدم عربة الفرن بشكل موحد وفقًا لمتطلبات التصميم. لضمان جودة المنتج، يجب تعديل ضغط الهواء وتدفق الهواء بناءً على منحنى درجة حرارة التصميم. الحفاظ على ضغط الفرن مستقرًا (ضغط موجب طفيف من 10 إلى 20 باسكال في منطقة الحرق وضغط سالب من -10 إلى -50 باسكال في منطقة التسخين المسبق) بناءً على بيانات المراقبة. مخرج الفرن: عندما تصل عربة الفرن إلى مخرج فرن النفق، تكون قطع الطوب قد أكملت عملية الحرق وتبريدها إلى درجة حرارة مناسبة. يمكن بعد ذلك نقل عربة الفرن التي تحمل الطوب النهائي إلى منطقة التفريغ عبر معدات المناولة وفحصها وتفريغها لإكمال عملية الحرق في فرن النفق. ثم تعود عربة الفرن الفارغة إلى موضع تكديس الطوب في الورشة. ثم تتكرر العملية لدورة التكديس والحرق التالية.

منذ اختراعه، شهد فرن حرق الطوب النفقي تحسينات هيكلية وابتكارات تكنولوجية متعددة، مما أدى تدريجيًا إلى تحسين معايير حماية البيئة ومستويات الأتمتة. في المستقبل، سيهيمن التحول الذكي، وزيادة مراعاة البيئة، وإعادة تدوير الموارد، على التوجهات التكنولوجية، مما يدفع صناعة الطوب والبلاط نحو التصنيع عالي الجودة.