El forn Hoffman (conegut com a forn de roda a la Xina) és un tipus de forn inventat per l'enginyer alemany Gustav Hoffman el 1856 per a la cocció contínua de maons i teules. L'estructura principal consisteix en un túnel circular tancat, normalment construït amb maons cuits. Per facilitar la producció, s'instal·len múltiples portes de forn espaiades uniformement a les parets del forn. Un sol cicle de cocció (un capçal de foc) requereix 18 portes. Per millorar les condicions de treball i permetre que els maons acabats tinguin més temps per refredar-se, es van construir forns amb 22 o 24 portes, i també es van construir forns de dos focs amb 36 portes. Controlant els amortidors d'aire, es pot guiar el capçal de foc per moure's, permetent una producció contínua. Com a tipus de forn d'enginyeria tèrmica, el forn Hoffman també es divideix en zones de preescalfament, cocció i refredament. Tanmateix, a diferència dels forns de túnel, on els espais en blanc de maó es col·loquen en vagons de forn que es mouen, el forn Hoffman funciona segons el principi de "l'espai en blanc es mou, el foc es queda quiet". Les tres zones de treball (preescalfament, cocció i refredament) romanen estacionàries, mentre que els espais en blanc de maó es mouen per les tres zones per completar el procés de cocció. El forn Hoffman funciona de manera diferent: els maons en brut s'apilen dins del forn i romanen estacionaris, mentre que el capçal de foc és guiat per amortidors d'aire per moure's, seguint el principi de "el foc es mou, els maons en brut es queden quiets". Per tant, les zones de preescalfament, cocció i refredament del forn Hoffman canvien contínuament de posició a mesura que el capçal de foc es mou. La zona davant de la flama és per al preescalfament, la flama en si és per a la cocció i la zona darrere de la flama és per al refredament. El principi de funcionament consisteix a ajustar l'amortidor d'aire per guiar la flama per coure seqüencialment els maons apilats dins del forn.
I. Procediments operatius:
Preparació prèvia a la ignició: materials d'ignició com ara llenya i carbó. Si s'utilitzen maons de combustió interna, es necessiten aproximadament 1.100-1.600 kcal/kg de calor per cremar un quilogram de matèria primera a 800-950 °C. Els maons d'ignició poden ser lleugerament més alts, amb un contingut d'humitat ≤6%. Els maons qualificats s'han d'apilar en tres o quatre portes de forn. L'apilament de maons segueix el principi de "més ajustat a la part superior i més fluix a la part inferior, més ajustat als costats i més fluix al mig". Deixeu un canal de foc de 15-20 cm entre les piles de maons. Les operacions d'ignició es realitzen millor en seccions rectes, per la qual cosa l'estufa d'ignició s'ha de construir després del revolt, a la segona o tercera porta del forn. L'estufa d'ignició té una cambra de forn i un port d'extracció de cendres. Els forats d'alimentació del carbó i les parets a prova de vent dels canals de foc s'han de segellar per evitar que entri aire fred.
Ignició i escalfament: Abans de l'encesa, inspeccioneu el cos del forn i els amortidors d'aire per detectar fuites. Engegueu el ventilador i ajusteu-lo per crear una lleugera pressió negativa a l'estufa d'encesa. Encengueu la llenya i el carbó a la caixa de foc per controlar la velocitat d'escalfament. Utilitzeu un foc petit per coure durant 24-48 hores, assecant els maons en brut mentre elimineu la humitat del forn. A continuació, augmenteu lleugerament el flux d'aire per accelerar la velocitat d'escalfament. Els diferents tipus de carbó tenen diferents punts d'ignició: lignit a 300-400 °C, carbó bituminós a 400-550 °C i antracita a 550-700 °C. Quan la temperatura supera els 400 °C, el carbó de l'interior dels maons comença a cremar-se i cada maó es converteix en una font de calor com una bola de carbó. Un cop els maons comencen a cremar-se, el flux d'aire es pot augmentar encara més per assolir la temperatura de cocció normal. Quan la temperatura del forn arriba als 600 °C, es pot ajustar el amortidor d'aire per redirigir la flama a la cambra següent, completant el procés d'ignició.
Funcionament del forn: El forn Hoffman s'utilitza per coure maons d'argila, amb una velocitat de cocció de 4-6 cambres de forn per dia. Com que el capçal de foc està en moviment constant, la funció de cada cambra del forn també canvia contínuament. Quan es troba davant del capçal de foc, la funció és la zona de preescalfament, amb temperatures inferiors a 600 °C, el regulador d'aire normalment obert al 60-70% i una pressió negativa que oscil·la entre -20 i 50 Pa. Mentre s'elimina la humitat, s'han de prendre precaucions estrictes per evitar que els espais en blanc de maó s'esquerdin. La zona de temperatura entre 600 °C i 1050 °C és la zona de cocció, on els espais en blanc de maó experimenten una transformació. A altes temperatures, l'argila experimenta canvis físics i químics, transformant-se en maons acabats amb propietats ceràmiques. Si no s'assoleix la temperatura de cocció a causa d'una insuficiència de combustible, s'ha d'afegir combustible per lots (carbó en pols ≤2 kg per forat cada vegada), garantint un subministrament d'oxigen adequat (≥5%) per a la combustió, amb la pressió del forn mantinguda a una lleugera pressió negativa (-5 a -10 Pa). Mantingueu una temperatura alta constant durant 4-6 hores per coure completament els espais en blanc de maó. Després de passar per la zona de cocció, els espais en blanc de maó es transformen en maons acabats. A continuació, es tanquen els forats d'alimentació del carbó i els maons entren a la zona d'aïllament i refredament. La velocitat de refredament no ha de superar els 50 °C/h per evitar esquerdes a causa del refredament ràpid. Quan la temperatura baixa per sota dels 200 °C, es pot obrir la porta del forn a prop i, després de la ventilació i el refredament, els maons acabats es treuen del forn, completant el procés de cocció.
II. Notes importants
Apilament de maons: "Tres parts de cocció, set parts d'apilament". En el procés de cocció, l'apilament de maons és crucial. És important aconseguir una "densitat raonable", trobant l'equilibri òptim entre el nombre de maons i els espais entre ells. Segons els estàndards nacionals xinesos, la densitat d'apilament òptima per a maons és de 260 peces per metre cúbic. L'apilament de maons ha de seguir els principis de "densitat a la part superior, esparsa a la part inferior", "densitat als costats, esparsa al mig" i "deixar espai per al flux d'aire", evitant alhora un desequilibri on la part superior és pesada i la inferior és lleugera. El conducte d'aire horitzontal ha d'alinear-se amb la ventilació d'escapament, amb una amplada de 15-20 cm. La desviació vertical de la pila de maons no ha de superar el 2% i s'han de prendre mesures estrictes per evitar que la pila s'esfondri.
Control de la temperatura: La zona de preescalfament s'ha d'escalfar lentament; els augments ràpids de temperatura estan estrictament prohibits (els augments ràpids de temperatura poden fer que la humitat s'escapi i esquerdi els espais en blanc del maó). Durant la fase metamòrfica del quars, la temperatura s'ha de mantenir estable. Si la temperatura cau per sota de la temperatura requerida i cal afegir carbó externament, es prohibeix l'addició de carbó concentrat (per evitar la sobrecombustió localitzada). El carbó s'ha d'afegir en petites quantitats diverses vegades a través d'un sol forat, amb cada addició de 2 kg per lot, i cada lot espaiat almenys 15 minuts.
Seguretat: El forn Hoffman també és un espai relativament tancat. Quan la concentració de monòxid de carboni supera els 24 PPM, el personal ha d'evacuar i s'ha de millorar la ventilació. Després de la sinterització, els maons acabats s'han de retirar manualment. Després d'obrir la porta del forn, primer mesureu el contingut d'oxigen (contingut d'oxigen > 18%) abans d'entrar a treballar.
III. Errors comuns i resolució de problemes
Problemes comuns en la producció de forns Hoffman: acumulació d'humitat a la zona de preescalfament i col·lapse de les piles de maons humits, principalment a causa de l'alt contingut d'humitat dels maons humits i el mal drenatge de la humitat. Mètode de drenatge de la humitat: utilitzeu bruts de maó sec (amb un contingut d'humitat residual inferior al 6%) i ajusteu el regulador d'aire per augmentar el flux d'aire, augmentant la temperatura a aproximadament 120 °C. Velocitat de cocció lenta: comunament coneguda com "el foc no s'encén", això es deu principalment a una combustió amb deficiència d'oxigen. Solucions per a un flux d'aire insuficient: augmenteu l'obertura del regulador, augmenteu la velocitat del ventilador, repareu els buits del cos del forn i netegeu les restes acumulades del conducte de fums. En resum, assegureu-vos que es subministri prou oxigen a la cambra de combustió per aconseguir una combustió rica en oxigen i unes condicions d'augment ràpid de la temperatura. Decoloració del cos del maó (groguenc) a causa d'una temperatura de sinterització insuficient: Solució: augmenteu adequadament la quantitat de combustible i augmenteu la temperatura de cocció. Els maons de cor negre es poden formar per diverses raons: excés d'additius de combustió interna, deficiència d'oxigen al forn que crea una atmosfera reductora (O₂ < 3%) o maons que no es couen completament. Solucions: Reduir el contingut intern de combustible, augmentar la ventilació per a una combustió d'oxigen suficient i allargar adequadament la durada a temperatura constant d'alta temperatura per garantir que els maons estiguin completament cuits. La deformació dels maons (sobrecocció) és causada principalment per temperatures elevades localitzades. Les solucions inclouen obrir el regulador d'aire frontal per moure la flama cap endavant i obrir la coberta posterior del foc per introduir aire fred al forn per baixar la temperatura.
El forn Hoffman ha estat en ús durant 169 anys des de la seva invenció i ha experimentat nombroses millores i innovacions. Una d'aquestes innovacions és l'addició d'un conducte d'aire inferior del forn per introduir aire calent sec (100 °C–300 °C) a la cambra d'assecat durant el procés del forn de roda de cocció única. Una altra innovació és l'ús de maons cuits internament, que van ser inventats pels xinesos. Després de triturar el carbó, s'afegeix a les matèries primeres segons el valor calorífic requerit (es necessiten aproximadament 1240 kcal/kg de matèria primera per augmentar la temperatura en 1 °C, equivalent a 0,3 kcal). La màquina d'alimentació de la fàbrica de maons "Wanda" pot barrejar el carbó i les matèries primeres en les proporcions correctes. El mesclador barreja a fons la pols de carbó amb les matèries primeres, garantint que la desviació del valor calorífic es controli dins de ±200 kJ/kg. A més, s'han instal·lat sistemes de control de temperatura i PLC per ajustar automàticament el cabal del regulador d'aire i la velocitat d'alimentació del carbó. Això millora el nivell d'automatització, garantint millor els tres principis d'estabilitat del funcionament del forn Hoffman: "pressió d'aire estable, temperatura estable i moviment de flama estable". El funcionament normal requereix ajustaments flexibles basats en les condicions interiors del forn, i un funcionament acurat pot produir maons acabats qualificats.
Data de publicació: 21 de juny de 2025