Le four Hoffman (appelé four à roue en Chine) est un type de four inventé par l'ingénieur allemand Gustav Hoffman en 1856 pour la cuisson continue de briques et de tuiles. Sa structure principale est constituée d'un tunnel circulaire fermé, généralement construit en briques cuites. Pour faciliter la production, plusieurs portes régulièrement espacées sont installées sur les parois du four. Un cycle de cuisson (une tête de combustion) nécessite 18 portes. Pour améliorer les conditions de travail et permettre aux briques finies de refroidir plus longtemps, des fours à 22 ou 24 portes ont été construits, ainsi que des fours à deux feux à 36 portes. Le contrôle des registres d'air permet de guider le déplacement de la tête de combustion, permettant ainsi une production continue. En tant que four thermique, le four Hoffman est également divisé en zones de préchauffage, de cuisson et de refroidissement. Cependant, contrairement aux fours tunnels, où les ébauches de briques sont placées sur des chariots mobiles, le four Hoffman fonctionne selon le principe « l'ébauche bouge, le feu reste immobile ». Les trois zones de travail – préchauffage, cuisson et refroidissement – restent fixes, tandis que les ébauches de briques les traversent pour terminer la cuisson. Le four Hoffman fonctionne différemment : les ébauches de briques sont empilées à l'intérieur du four et restent immobiles, tandis que la tête de combustion est guidée par des registres d'air pour se déplacer, selon le principe « le feu bouge, les ébauches restent immobiles ». Ainsi, les zones de préchauffage, de cuisson et de refroidissement du four Hoffman changent continuellement de position au gré du mouvement de la tête de combustion. La zone devant la flamme est destinée au préchauffage, la flamme elle-même à la cuisson, et la zone derrière la flamme au refroidissement. Le principe de fonctionnement consiste à ajuster le registre d'air pour guider la flamme et cuire séquentiellement les briques empilées dans le four.
I. Procédures opérationnelles :
Préparation avant l'allumage : matériaux d'allumage tels que le bois et le charbon. Si vous utilisez des briques à combustion interne, il faut environ 1 100 à 1 600 kcal/kg de chaleur pour brûler un kilogramme de matière première à 800-950 °C. Les briques d'allumage peuvent être légèrement plus hautes et avoir une teneur en humidité ≤ 6 %. Les briques qualifiées doivent être empilées sur trois ou quatre portes du four. L'empilement des briques suit le principe « plus serré en haut et plus lâche en bas, plus serré sur les côtés et plus lâche au milieu ». Laissez un canal de combustion de 15 à 20 cm entre les piles de briques. L'allumage s'effectue de préférence sur des sections droites ; le poêle d'allumage doit donc être installé après le coude, à la deuxième ou à la troisième porte du four. Le poêle d'allumage est équipé d'une chambre de combustion et d'un orifice d'évacuation des cendres. Les orifices d'alimentation en charbon et les parois coupe-vent des canaux de combustion doivent être obturés pour empêcher l'air froid de pénétrer.
Allumage et chauffage : Avant l’allumage, vérifiez l’étanchéité du corps du four et des registres d’air. Allumez le ventilateur et réglez-le pour créer une légère dépression au niveau du foyer d’allumage. Allumez le bois et le charbon dans le foyer pour contrôler la vitesse de chauffe. Faites cuire à petit feu pendant 24 à 48 heures, en séchant les ébauches de briques et en évacuant l’humidité du four. Augmentez ensuite légèrement le débit d’air pour accélérer la chauffe. Le point d’inflammation varie selon le type de charbon : lignite à 300-400 °C, charbon bitumineux à 400-550 °C et anthracite à 550-700 °C. Lorsque la température dépasse 400 °C, le charbon à l’intérieur des briques commence à brûler, et chaque brique devient une source de chaleur, telle une boule de charbon. Une fois que les briques commencent à brûler, le débit d’air peut être encore augmenté pour atteindre la température de cuisson normale. Lorsque la température du four atteint 600°C, le registre d'air peut être réglé pour rediriger la flamme vers la chambre suivante, complétant ainsi le processus d'allumage.
Fonctionnement du four : Le four Hoffman est utilisé pour la cuisson des briques en terre cuite, avec une cadence de cuisson de 4 à 6 chambres par jour. La tête de combustion étant en mouvement constant, la fonction de chaque chambre du four change également en permanence. Devant la tête de combustion, la fonction est la zone de préchauffage, avec des températures inférieures à 600 °C, le registre d'air étant normalement ouvert à 60-70 % et une pression négative comprise entre -20 et 50 Pa. Lors de l'élimination de l'humidité, des précautions strictes doivent être prises pour éviter la fissuration des ébauches de briques. La zone de température comprise entre 600 °C et 1 050 °C est la zone de cuisson, où les ébauches de briques subissent une transformation. À haute température, l'argile subit des modifications physiques et chimiques, se transformant en briques finies aux propriétés céramiques. Si la température de cuisson n'est pas atteinte en raison d'un manque de combustible, il faut ajouter du combustible par lots (poudre de charbon ≤ 2 kg par trou à chaque fois), en veillant à un apport d'oxygène suffisant (≥ 5 %) pour la combustion, la pression du four étant maintenue à une légère dépression (-5 à -10 Pa). Maintenir une température élevée constante pendant 4 à 6 heures pour cuire complètement les ébauches de briques. Après leur passage dans la zone de cuisson, les ébauches de briques sont transformées en briques finies. Les trous d'alimentation en charbon sont ensuite fermés et les briques pénètrent dans la zone d'isolation et de refroidissement. La vitesse de refroidissement ne doit pas dépasser 50 °C/h pour éviter les fissures dues au refroidissement rapide. Lorsque la température descend en dessous de 200 °C, la porte du four peut être ouverte à proximité et, après ventilation et refroidissement, les briques finies sont retirées du four, achevant ainsi le processus de cuisson.
II. Notes importantes
Empilage des briques : « Cuisson en trois parties, empilement en sept parties. » Lors de la cuisson, l'empilement des briques est crucial. Il est essentiel d'atteindre une densité raisonnable, en trouvant un équilibre optimal entre le nombre de briques et leur espacement. Selon les normes nationales chinoises, la densité d'empilement optimale est de 260 briques par mètre cube. L'empilement des briques doit respecter les principes suivants : « densité en haut, faible densité en bas », « densité sur les côtés, faible densité au milieu » et « laisser un espace pour la circulation de l'air », tout en évitant un déséquilibre entre le haut et le bas. Le conduit d'air horizontal doit être aligné avec la grille d'évacuation, avec une largeur de 15 à 20 cm. L'écart vertical de la pile de briques ne doit pas dépasser 2 % et des mesures strictes doivent être prises pour éviter son effondrement.
Contrôle de la température : La zone de préchauffage doit être chauffée lentement ; les augmentations brusques de température sont strictement interdites (elles peuvent provoquer une fuite d'humidité et fissurer les briques). Pendant la phase de métamorphose du quartz, la température doit être maintenue stable. Si la température descend en dessous de la température requise et que du charbon doit être ajouté par voie externe, il est interdit d'ajouter du charbon concentré (afin d'éviter une surcombustion localisée). Le charbon doit être ajouté en petites quantités, plusieurs fois par un seul trou, à raison de 2 kg par fournée, et à au moins 15 minutes d'intervalle.
Sécurité : Le four Hoffman est un espace relativement clos. Lorsque la concentration de monoxyde de carbone dépasse 24 ppm, le personnel doit être évacué et la ventilation doit être renforcée. Après le frittage, les briques finies doivent être retirées manuellement. Après ouverture de la porte du four, mesurez d'abord la teneur en oxygène (teneur en oxygène > 18 %) avant d'entrer au travail.
III. Défauts courants et dépannage
Problèmes courants dans la production de fours Hoffman : accumulation d’humidité dans la zone de préchauffage et effondrement des piles de briques humides, principalement en raison d’une teneur élevée en humidité des briques humides et d’un mauvais drainage de l’humidité. Méthode de drainage de l’humidité : utiliser des ébauches de briques sèches (avec une teneur en humidité résiduelle inférieure à 6 %) et régler le registre d’air pour augmenter le débit d’air, portant la température à environ 120 °C. Vitesse de cuisson lente : ce phénomène est souvent appelé « le feu ne prend pas », principalement dû à une combustion pauvre en oxygène. Solutions à un débit d’air insuffisant : augmenter l’ouverture du registre, augmenter la vitesse du ventilateur, réparer les interstices du corps du four et nettoyer les débris accumulés dans le conduit de fumée. En résumé, s’assurer que la chambre de combustion est suffisamment alimentée en oxygène pour obtenir une combustion riche en oxygène et une montée en température rapide. Décoloration du corps de la brique (jaunissement) due à une température de frittage insuffisante : solution : augmenter la quantité de combustible et la température de cuisson de manière appropriée. La formation de briques à cœur noir peut avoir plusieurs causes : excès d'additifs de combustion interne, manque d'oxygène dans le four créant une atmosphère réductrice (O₂ < 3 %), ou cuisson incomplète des briques. Solutions : réduire la teneur en combustible interne, augmenter la ventilation pour une combustion à oxygène suffisante et prolonger la durée de maintien à température constante afin de garantir une cuisson complète des briques. La déformation des briques (surchauffe) est principalement causée par des températures élevées localisées. Les solutions consistent à ouvrir le registre d'air avant pour faire avancer la flamme et à ouvrir le couvercle arrière du four pour introduire de l'air frais dans le four et abaisser la température.
Le four Hoffman est utilisé depuis son invention il y a 169 ans et a connu de nombreuses améliorations et innovations. Parmi ces innovations, on compte l'ajout d'un conduit d'air au fond du four pour introduire de l'air chaud et sec (100 °C à 300 °C) dans la chambre de séchage pendant le processus de cuisson au four à roue à simple cuisson. L'utilisation de briques à cuisson interne, inventées par les Chinois, est également une innovation. Une fois le charbon concassé, il est ajouté aux matières premières selon le pouvoir calorifique requis (environ 1 240 kcal/kg de matière première sont nécessaires pour augmenter la température de 1 °C, soit l'équivalent de 0,3 kcal). La machine d'alimentation de la briqueterie « Wanda » permet de mélanger le charbon et les matières premières dans les proportions adéquates. Le mélangeur mélange parfaitement la poudre de charbon aux matières premières, garantissant un écart de pouvoir calorifique maîtrisé à ± 200 kJ/kg. De plus, des systèmes de contrôle de la température et des automates programmables (PLC) sont installés pour ajuster automatiquement le débit du registre d'air et le débit d'alimentation en charbon. Cela améliore le niveau d'automatisation et garantit mieux les trois principes de stabilité du fonctionnement du four Hoffman : « pression d'air stable, température stable et mouvement de flamme stable ». Un fonctionnement normal nécessite des ajustements flexibles en fonction des conditions à l'intérieur du four, et une utilisation minutieuse permet de produire des briques finies de qualité.
Date de publication : 21 juin 2025