Hoffmanova pec (v Číně známá jako kolová pec) je typ pece, který v roce 1856 vynalezl německý inženýr Gustav Hoffman pro kontinuální vypalování cihel a dlaždic. Hlavní konstrukci tvoří uzavřený kruhový tunel, obvykle vyrobený z pálených cihel. Pro usnadnění výroby je na stěnách pece instalováno několik rovnoměrně rozmístěných dvířek pece. Jeden vypalovací cyklus (jedna ohniště) vyžaduje 18 dvířek. Pro zlepšení pracovních podmínek a poskytnutí více času na chladnutí hotových cihel byly postaveny pece s 22 nebo 24 dvířky a také dvouohniště s 36 dvířky. Ovládáním vzduchových klapek lze ohniště vést k pohybu, což umožňuje kontinuální výrobu. Jako typ tepelně technické pece je Hoffmanova pec také rozdělena na předehřívací, vypalovací a chladicí zóny. Na rozdíl od tunelových pecí, kde se cihlové polotovary umisťují na pohyblivé pecní vozíky, však Hoffmanova pec funguje na principu „polotovar se pohybuje, oheň zůstává v klidu“. Tři pracovní zóny – předehřívací, vypalovací a chladicí – zůstávají nehybné, zatímco cihlové polotovary se pohybují těmito třemi zónami, aby dokončily proces vypalování. Hoffmanova pec funguje jinak: cihlové polotovary jsou naskládány uvnitř pece a zůstávají nehybné, zatímco ohniště je pohybováno vzduchovými klapkami podle principu „oheň se pohybuje, polotovary zůstávají v klidu“. Proto se předehřívací, vypalovací a chladicí zóny v Hoffmanově peci neustále mění s pohybem ohniště. Oblast před plamenem slouží k předehřívání, samotný plamen k vypalování a oblast za plamenem k chlazení. Princip fungování spočívá v nastavení vzduchové klapky, která vede plamen k postupnému vypalování cihel naskládaných uvnitř pece.
I. Provozní postupy:
Příprava před zapálením: zapalovací materiály, jako je palivové dříví a uhlí. Při použití cihel s vnitřním spalováním je k spálení jednoho kilogramu suroviny na 800–950 °C zapotřebí přibližně 1 100–1 600 kcal/kg tepla. Zapalovací cihly mohou být o něco vyšší a mít obsah vlhkosti ≤ 6 %. Kvalifikované cihly by měly být stohovány do tří nebo čtyř dvířek pece. Stohování cihel se řídí zásadou „nahoře těsnější a dole volnější, po stranách těsnější a uprostřed volnější“. Mezi stohy cihel ponechte 15–20 cm dlouhý ohniště. Zapalovací operace se nejlépe provádějí na rovných úsecích, proto by zapalovací kamna měla být postavena za ohybem, u druhých nebo třetích dvířek pece. Zapalovací kamna mají topeniště a otvor pro odvod popela. Otvory pro přívod uhlí a větruodolné stěny v ohništích musí být utěsněny, aby se zabránilo vnikání studeného vzduchu.
Zapálení a ohřev: Před zapálením zkontrolujte těleso pece a vzduchové klapky, zda nedochází k únikům. Zapněte ventilátor a seřiďte jej tak, aby v zapalovacích kamnech vytvořil mírný podtlak. Zapalte dřevo a uhlí v topeniště, abyste regulovali rychlost ohřevu. Použijte malý oheň k pečení po dobu 24–48 hodin, přičemž cihlové polotovary sušte a zároveň odstraňujte vlhkost z pece. Poté mírně zvyšte průtok vzduchu, abyste urychlili rychlost ohřevu. Různé druhy uhlí mají různé body vznícení: hnědé uhlí při 300–400 °C, černé uhlí při 400–550 °C a antracit při 550–700 °C. Když teplota dosáhne více než 400 °C, uhlí uvnitř cihel začne hořet a každá cihla se stává zdrojem tepla jako uhelná koule. Jakmile cihly začnou hořet, lze průtok vzduchu dále zvýšit, aby se dosáhlo normální teploty vypalování. Když teplota pece dosáhne 600 °C, lze vzduchovou klapku seřídit tak, aby plamen přesměroval do další komory, čímž se proces zapálení dokončí.
Provoz pece: Hoffmanova pec se používá k výpalu hliněných cihel s rychlostí výpalu 4–6 komor pece denně. Vzhledem k tomu, že se ohniště neustále pohybuje, se i funkce každé komory pece neustále mění. Před ohništěm slouží jako předehřívací zóna, při teplotách pod 600 °C se vzduchová klapka obvykle otevírá na 60–70 % a podtlak se pohybuje od -20 do 50 Pa. Při odstraňování vlhkosti je třeba dbát přísných opatření, aby se zabránilo praskání cihelných polotovarů. Teplotní zóna mezi 600 °C a 1050 °C je vypalovací zóna, kde cihlové polotovary procházejí transformací. Při vysokých teplotách prochází hlína fyzikálními a chemickými změnami a mění se na hotové cihly s keramickými vlastnostmi. Pokud není dosaženo vypalovací teploty z důvodu nedostatečného množství paliva, musí se palivo přidávat po dávkách (uhelný prach ≤ 2 kg na otvor pokaždé), přičemž se musí zajistit dostatečný přísun kyslíku (≥ 5 %) pro spalování, přičemž tlak v peci se udržuje na mírném podtlaku (-5 až -10 Pa). Udržujte konstantní vysokou teplotu po dobu 4–6 hodin, aby se cihlové polotovary plně vypálily. Po průchodu vypalovací zónou se cihlové polotovary přemění na hotové cihly. Otvory pro přísun uhlí se poté uzavřou a cihly vstupují do izolační a chladicí zóny. Rychlost chlazení nesmí překročit 50 °C/h, aby se zabránilo praskání v důsledku rychlého ochlazování. Když teplota klesne pod 200 °C, lze otevřít dvířka pece v blízkosti a po odvětrání a ochlazení se hotové cihly z pece vyjmou, čímž se proces vypalování dokončí.
II. Důležité poznámky
Stohování cihel: „Tři díly výpalu, sedm dílů stohování.“ Při procesu výpalu je stohování cihel klíčové. Je důležité dosáhnout „přiměřené hustoty“, tedy najít optimální rovnováhu mezi počtem cihel a mezerami mezi nimi. Podle čínských národních norem je optimální hustota stohování cihel 260 kusů na metr krychlový. Stohování cihel musí dodržovat zásady „hustě nahoře, řídce dole“, „hustě po stranách, řídce uprostřed“ a „ponechat prostor pro proudění vzduchu“, přičemž se musí vyhnout nerovnováze, kdy je vršek těžký a spodní část lehká. Vodorovný vzduchový kanál by měl být zarovnán s výfukovým otvorem a měl by mít šířku 15–20 cm. Svislá odchylka hromady cihel nesmí překročit 2 % a musí být přijata přísná opatření, aby se zabránilo zřícení hromady.
Regulace teploty: Předehřívací zóna by se měla zahřívat pomalu; rychlé zvyšování teploty je přísně zakázáno (rychlé zvyšování teploty může způsobit únik vlhkosti a praskání cihelných polotovarů). Během fáze metamorfózy křemene musí být teplota udržována stabilní. Pokud teplota klesne pod požadovanou teplotu a je nutné přidat uhlí zvenčí, je přidávání koncentrovaného uhlí zakázáno (aby se zabránilo lokálnímu přepálení). Uhlí by se mělo přidávat v malých množstvích několikrát jedním otvorem, přičemž každé přidání by mělo být 2 kg na dávku a mezi jednotlivými dávkami by měl být odstup alespoň 15 minut.
Bezpečnost: Hoffmanova pec je také relativně uzavřený prostor. Pokud koncentrace oxidu uhelnatého překročí 24 ppm, musí být personál evakuován a musí být zvýšeno větrání. Po slinování musí být hotové cihly ručně odstraněny. Po otevření dvířek pece nejprve změřte obsah kyslíku (obsah kyslíku > 18 %), než vstoupíte do práce.
III. Běžné závady a jejich řešení
Běžné problémy při výrobě v peci Hoffman: hromadění vlhkosti v předehřívací zóně a zhroucení mokrých cihel, především kvůli vysokému obsahu vlhkosti v mokrých cihlách a špatnému odvodu vlhkosti. Metoda odvodu vlhkosti: použijte suché cihlové polotovary (se zbytkovou vlhkostí pod 6 %) a upravte vzduchovou klapku pro zvýšení proudění vzduchu, čímž se zvýší teplota na přibližně 120 °C. Pomalá rychlost vypalování: Běžně se označuje jako „oheň se nechytí“, což je primárně způsobeno spalováním s nedostatkem kyslíku. Řešení nedostatečného proudění vzduchu: Zvětšete otvor klapky, zvyšte otáčky ventilátoru, opravte mezery v tělese pece a vyčistěte nahromaděné nečistoty ze kouřovodu. Stručně řečeno, zajistěte dostatečný přívod kyslíku do spalovací komory pro dosažení podmínek spalování bohatého na kyslík a rychlého nárůstu teploty. Změna barvy (žloutnutí) tělesa cihly v důsledku nedostatečné teploty slinování: Řešení: Vhodně zvyšte množství paliva a zvyšte teplotu vypalování. Cihly s černým srdcem se mohou tvořit z několika důvodů: nadměrné množství přísad do vnitřního spalování, nedostatek kyslíku v peci vytvářející redukční atmosféru (O₂ < 3 %) nebo cihly, které nejsou zcela vypáleny. Řešení: Snižte vnitřní obsah paliva, zvyšte ventilaci pro dostatečné spalování kyslíku a vhodně prodloužte dobu udržování konstantní teploty při vysoké teplotě, aby se zajistilo úplné vypálení cihel. Deformace cihel (přepálení) je primárně způsobena lokálními vysokými teplotami. Mezi řešení patří otevření přední vzduchové klapky pro posun plamene vpřed a otevření zadního krytu topeniště pro přívod studeného vzduchu do pece a snížení teploty.
Hoffmanova pec se od svého vynálezu používá již 169 let a prošla řadou vylepšení a inovací. Jednou z takových inovací je přidání vzduchovodu ve spodní části pece, který přivádí suchý horký vzduch (100 °C–300 °C) do sušicí komory během procesu kolové pece s jedním vypalováním. Další inovací je použití vnitřně pálených cihel, které vynalezli Číňané. Po rozdrcení uhlí se přidává k surovinám podle požadované výhřevnosti (k zvýšení teploty o 1 °C je potřeba přibližně 1240 kcal/kg suroviny, což odpovídá 0,3 kcal). Dávkovací stroj cihelny „Wanda“ dokáže smíchat uhlí a suroviny ve správném poměru. Míchačka důkladně promíchá uhelný prášek se surovinami a zajišťuje, že odchylka výhřevnosti je kontrolována v rozmezí ±200 kJ/kg. Kromě toho jsou instalovány systémy regulace teploty a PLC pro automatické nastavení průtoku vzduchové klapky a rychlosti podávání uhlí. Tím se zvyšuje úroveň automatizace a lépe se zajišťují tři principy stability provozu Hoffmanovy pece: „stabilní tlak vzduchu, stabilní teplota a stabilní pohyb plamene“. Normální provoz vyžaduje flexibilní úpravy na základě podmínek uvnitř pece a pečlivý provoz může vést k kvalitním hotovým cihlám.
Čas zveřejnění: 21. června 2025