Il tipo di forno più diffuso nell'industria dei laterizi oggi è il forno a tunnel. Il concetto di forno a tunnel fu inizialmente proposto e progettato dai francesi, sebbene non fu mai realizzato. Il primo forno a tunnel progettato specificamente per la produzione di laterizi fu creato dall'ingegnere tedesco 2—book nel 1877, che ne depositò anche il brevetto. Con la diffusione dei forni a tunnel, emersero numerose innovazioni. In base alla larghezza netta interna, si distinguono forni a sezione piccola (≤2,8 metri), a sezione media (3-4 metri) e a sezione grande (≥4,6 metri). Per tipologia di forno, si distinguono forni a microcupola, forni a soffitto piano e forni mobili ad anello. Per metodo di funzionamento, si distinguono forni a rulli e forni navetta. Forni a piastra mobile. In base al tipo di combustibile utilizzato: ci sono quelli che usano il carbone come combustibile (i più comuni), quelli che usano gas o gas naturale (utilizzati per la cottura di mattoni non refrattari e mattoni semplici, principalmente per mattoni di alta qualità), quelli che usano olio pesante o fonti energetiche miste e quelli che usano combustibile da biomassa, ecc. In sintesi: qualsiasi forno a tunnel che funzioni in una configurazione controcorrente, suddiviso lungo la sua lunghezza in sezioni di preriscaldamento, sinterizzazione e raffreddamento, con i prodotti che si muovono nella direzione opposta al flusso del gas, è un forno a tunnel.
I forni a tunnel sono ampiamente utilizzati come forni termotecnici per la cottura di mattoni da costruzione, mattoni refrattari, piastrelle e ceramiche. Negli ultimi anni, i forni a tunnel sono stati utilizzati anche per la cottura di agenti di depurazione dell'acqua e materie prime per batterie al litio. I forni a tunnel hanno una vasta gamma di applicazioni e sono disponibili in diverse tipologie, ognuna con caratteristiche specifiche. Oggi ci concentreremo sul forno a tunnel a sezione trasversale utilizzato per la cottura di mattoni da costruzione.
1. Principio: Essendo un forno caldo, il forno a tunnel richiede naturalmente una fonte di calore. Qualsiasi materiale combustibile in grado di generare calore può essere utilizzato come combustibile per il forno a tunnel (combustibili diversi possono comportare variazioni nelle costruzioni locali). Il combustibile brucia nella camera di combustione all'interno del forno, producendo fumi ad alta temperatura. Sotto l'azione del ventilatore, il flusso di gas ad alta temperatura si muove nella direzione opposta ai prodotti in cottura. Il calore viene trasferito ai mattoni grezzi sul carro del forno, che si muove lentamente lungo i binari all'interno del forno. Anche i mattoni sul carro del forno continuano a riscaldarsi. La sezione antecedente alla camera di combustione è la zona di preriscaldamento (circa prima della decima posizione del carro). I mattoni grezzi vengono gradualmente riscaldati e riscaldati nella zona di preriscaldamento, rimuovendo umidità e materia organica. Quando il carro del forno entra nella zona di sinterizzazione, i mattoni raggiungono la loro massima temperatura di cottura (850 °C per i mattoni di argilla e 1050 °C per i mattoni di scisto) utilizzando il calore rilasciato dalla combustione del combustibile, subendo trasformazioni fisiche e chimiche che formano una struttura densa. Questa sezione è la zona di cottura (anche la zona ad alta temperatura) del forno, che si estende approssimativamente tra la 12a e la 22a posizione. Dopo aver attraversato la zona di cottura, i mattoni subiscono un certo periodo di isolamento prima di entrare nella zona di raffreddamento. Nella zona di raffreddamento, i prodotti cotti entrano in contatto con una grande quantità di aria fredda che entra dall'uscita del forno, raffreddandosi gradualmente prima di uscire dal forno, completando così l'intero processo di cottura.
II. Costruzione: I forni a tunnel sono forni termotecnici. Hanno un ampio intervallo di temperatura e requisiti strutturali elevati per il corpo del forno. (1) Preparazione delle fondamenta: Rimuovere i detriti dall'area di costruzione e garantire tre utenze e una superficie piana. Garantire l'approvvigionamento idrico, elettrico e una superficie piana del terreno. La pendenza deve soddisfare i requisiti di drenaggio. Le fondamenta devono avere una capacità portante di 150 kN/m². In presenza di strati di terreno soffice, utilizzare il metodo di sostituzione (base in muratura di pietra o miscela compattata di calce e terreno). Dopo il trattamento della trincea di fondazione, utilizzare calcestruzzo armato come fondazione del forno. Una fondazione robusta garantisce la capacità portante e la stabilità del forno. (2) Struttura del forno Le pareti interne del forno nelle zone ad alta temperatura devono essere costruite con mattoni refrattari. Le pareti esterne possono essere realizzate con mattoni comuni, con un trattamento isolante tra i mattoni (con lana di roccia, materassini in fibra di silicato di alluminio, ecc.) per ridurre la dispersione di calore. Lo spessore della parete interna è di 500 mm e quello della parete esterna di 370 mm. I giunti di dilatazione devono essere lasciati in base ai requisiti di progetto. La muratura deve avere giunti di malta pieni, con mattoni refrattari posati a giunti sfalsati (giunti di malta ≤ 3 mm) e mattoni ordinari con giunti di malta di 8-10 mm. I materiali isolanti devono essere distribuiti uniformemente, completamente compattati e sigillati per impedire l'ingresso di acqua. (3) Fondo del forno Il fondo del forno deve essere una superficie piana su cui il carro del forno si muove. Lo strato resistente all'umidità deve avere una capacità portante e proprietà di isolamento termico sufficienti, mentre il carro del forno si muove lungo i binari. In un forno a tunnel con una larghezza della sezione trasversale di 3,6 metri, ogni carro può caricare circa 6.000 mattoni bagnati. Includendo il peso proprio del carro del forno, il carico totale è di circa 20 tonnellate e l'intero binario del forno deve sopportare un singolo carro del peso di oltre 600 tonnellate. Pertanto, la posa dei binari non deve essere eseguita in modo negligente. (4) Il tetto del forno è tipicamente di due tipi: leggermente arcuato e piano. Il tetto arcuato è un metodo tradizionale in muratura, mentre il tetto piano utilizza materiale refrattario colabile o mattoni refrattari leggeri per il soffitto. Oggigiorno, molti utilizzano blocchi di soffitto in fibra di silicio e alluminio. Indipendentemente dal materiale utilizzato, deve garantire la temperatura refrattaria e la tenuta, e devono essere installati fori di osservazione in posizioni appropriate in base ai requisiti di progettazione. Fori di alimentazione del carbone, fori per i condotti dell'aria, ecc. (5) Sistema di combustione: a. I forni a tunnel che bruciano legna e carbone non hanno camere di combustione nella zona ad alta temperatura del forno, che sono costruite con mattoni refrattari, e sono dotati di porte di alimentazione del combustibile e porte di scarico delle ceneri. b. Con la promozione della tecnologia dei mattoni a combustione interna, non sono più necessarie camere di combustione separate, poiché i mattoni trattengono il calore. Se il calore disponibile non è sufficiente, è possibile aggiungere ulteriore combustibile attraverso i fori di alimentazione del carbone sul tetto del forno. c. I forni che bruciano gas naturale, gas di carbone, gas di petrolio liquefatto, ecc., sono dotati di bruciatori a gas sui lati o sul tetto del forno (a seconda del tipo di combustibile), con bruciatori distribuiti in modo ragionevole e uniforme per facilitare il controllo della temperatura all'interno del forno. (6) Sistema di ventilazione: a. Ventilatori: inclusi ventilatori di alimentazione, ventilatori di scarico, ventilatori di deumidificazione e ventilatori di bilanciamento. Ventilatori di raffreddamento. Ogni ventilatore è posizionato in una posizione diversa e svolge una funzione diversa. Il ventilatore di alimentazione immette aria nella camera di combustione per fornire ossigeno sufficiente per la combustione, il ventilatore di scarico rimuove i gas di combustione dal forno per mantenere una certa pressione negativa al suo interno e garantire un flusso regolare dei gas di combustione, e il ventilatore di deumidificazione rimuove l'aria umida dai mattoni grezzi bagnati all'esterno del forno. b. Condotti dell'aria: si dividono in condotti di scarico e condotti dell'aria. I condotti di scarico rimuovono principalmente i gas di combustione e l'aria umida dal forno. I condotti dell'aria sono disponibili in muratura e in tubo e sono responsabili della fornitura di ossigeno alla zona di combustione. c. Serrande dell'aria: installate sui condotti dell'aria, servono a regolare il flusso d'aria e la pressione del forno. Regolando l'apertura delle serrande dell'aria, è possibile controllare la distribuzione della temperatura e la posizione della fiamma all'interno del forno. (7) Sistema operativo: a. Carro forno: il carro forno ha un fondo mobile con una struttura a tunnel. I mattoni grezzi si muovono lentamente sul carro forno, passando attraverso la zona di preriscaldamento, la zona di sinterizzazione, la zona di isolamento e la zona di raffreddamento. Il carro forno è realizzato in struttura in acciaio, con dimensioni determinate dalla larghezza netta all'interno del forno, e garantisce la tenuta. b. Carro di trasferimento: all'imboccatura del forno, il carro di trasferimento sposta il carro forno. Il carro forno viene quindi inviato alla zona di stoccaggio, quindi alla zona di essiccazione e infine alla zona di sinterizzazione, con i prodotti finiti trasportati alla zona di scarico. c. Le attrezzature di trazione includono macchine di trazione su cingoli, sollevatori idraulici, macchine a gradini e macchine di trazione all'imboccatura del forno. Attraverso vari dispositivi installati in punti diversi, il carrello del forno viene trainato lungo i binari per muoversi, realizzando una serie di azioni come lo stoccaggio dei mattoni, l'essiccazione, la sinterizzazione, lo scarico e il confezionamento. (8) Sistema di controllo della temperatura: il rilevamento della temperatura prevede l'installazione di sensori di temperatura a termocoppia in diverse posizioni all'interno del forno per monitorarne la temperatura in tempo reale. I segnali di temperatura vengono trasmessi alla sala controllo, dove gli operatori regolano il volume di aspirazione dell'aria e il valore di combustione in base ai dati di temperatura. Il monitoraggio della pressione prevede l'installazione di sensori di pressione in testa al forno, in coda al forno e in punti critici all'interno del forno per monitorare in tempo reale le variazioni di pressione. Regolando le serrande dell'aria nel sistema di ventilazione, la pressione del forno viene mantenuta a un livello stabile.
III. Funzionamento: Dopo il corpo principale del forno a tunnel e il suo配套Una volta installate le attrezzature, è il momento di prepararsi per l'accensione e il normale utilizzo. Gestire un forno a tunnel non è semplice come cambiare una lampadina o azionare un interruttore; accendere un forno a tunnel con successo richiede competenza scientifica. Un controllo rigoroso, la trasmissione dell'esperienza e il coordinamento tra più aspetti sono tutti fattori cruciali. Procedure operative dettagliate e soluzioni per eventuali problemi saranno discusse più avanti. Per ora, introduciamo brevemente i metodi e i processi operativi del forno a tunnel: "Ispezione: Innanzitutto, controllare il corpo del forno per eventuali crepe. Verificare la tenuta delle guarnizioni dei giunti di dilatazione. Spingere alcuni carri vuoti del forno per alcune volte per verificare che il binario, la macchina del carro superiore, il carro di trasferimento e le altre attrezzature di movimentazione funzionino normalmente. Per i forni che utilizzano gas naturale o gas di carbone come combustibile, accendere prima la fiamma per assicurarsi che bruci normalmente. Verificare che tutti i ventilatori funzionino correttamente. I metodi di essiccazione del forno variano a seconda del tipo di combustibile utilizzato. Tuttavia, l'obiettivo è lo stesso: rimuovere lentamente l'umidità trattenuta nella struttura del forno durante la costruzione attraverso l'essiccazione, evitando surriscaldamenti improvvisi e crepe nel corpo del forno. a. Fase a bassa temperatura (0-200 °C): Essiccazione a bassa temperatura per uno o due giorni, con un aumento di temperatura ≤10 °C all'ora. b. Fase a media temperatura (200-600 °C): Aumento di temperatura di 10-15 °C all'ora e cottura per due giorni. c. Fase ad alta temperatura (600 °C e oltre): aumentare la temperatura al normale ritmo di 20 °C all'ora fino al raggiungimento della temperatura di cottura e mantenerla per un giorno. Durante il processo di cottura, monitorare costantemente l'espansione del corpo del forno e rimuovere periodicamente l'umidità. (3) Accensione: utilizzare combustibili come il gas naturale o il gas di carbone è semplice. Oggi useremo carbone, legna, ecc. (3) Ad esempio, costruire prima un carrello per forno per una facile accensione: posizionare legna da ardere, carbone e altri materiali infiammabili sul carrello. Per prima cosa, attivare la ventola per creare una pressione negativa all'interno del forno, dirigendo la fiamma verso i mattoni grezzi. Utilizzare un accendifuoco. Accendere la legna e il carbone e aumentare gradualmente la temperatura regolando il flusso d'aria e la pressione fino a quando i mattoni grezzi raggiungono la temperatura di cottura. Una volta che i mattoni grezzi raggiungono la temperatura di cottura, iniziare ad alimentare nuovi carrelli nel forno dalla parte anteriore e spostarli lentamente verso la zona di sinterizzazione. Spingere il carrello del forno e Il carro forno avanza per completare l'accensione. La temperatura del forno a tunnel appena acceso deve essere monitorata in ogni momento per garantire che il processo di cottura venga completato secondo la curva di temperatura progettata. 5) Operazioni di produzione: Disposizione dei mattoni: disporre i mattoni sul carro forno secondo i requisiti di progettazione, assicurando spazi e canali d'aria appropriati tra i mattoni per facilitare un flusso regolare dei gas di combustione. Impostazione dei parametri: determinare la temperatura, la pressione dell'aria, il flusso d'aria e la velocità di avanzamento del carro forno. Durante le operazioni di produzione, questi parametri vengono regolati e ottimizzati per garantire l'elevata qualità dei prodotti finiti. Procedure operative: durante il funzionamento del forno a tunnel, le temperature, le pressioni e i parametri dei gas di combustione in ogni postazione di lavoro devono essere costantemente monitorati. La zona di preriscaldamento deve essere riscaldata lentamente (circa il 50-80% per metro) per evitare la formazione di crepe nei mattoni. La zona di cottura deve mantenere una temperatura elevata e costante, con una differenza di temperatura ≤±10 °C per garantire la completa cottura dei mattoni. La zona di raffreddamento può utilizzare un sistema di recupero del calore di scarto (risparmio energetico e (riduzione delle emissioni) per trasferire l'energia termica alla zona di essiccazione per i mattoni. Inoltre, il carro del forno deve essere avanzato uniformemente secondo i requisiti di progettazione. Per garantire la qualità del prodotto, la pressione e il flusso dell'aria devono essere regolati in base alla curva di temperatura di progetto. Mantenere una pressione del forno stabile (lieve pressione positiva di 10-20 Pa nella zona di cottura e pressione negativa da -10 a -50 Pa nella zona di preriscaldamento) in base ai dati di monitoraggio. Uscita del forno: quando il carro del forno raggiunge l'uscita del forno a tunnel, i mattoni grezzi hanno completato la cottura e si sono raffreddati a una temperatura adeguata. Il carro del forno che trasporta i mattoni finiti può quindi essere trasportato nell'area di scarico tramite attrezzature di movimentazione, ispezionato e scaricato per completare il processo di cottura nel forno a tunnel. Il carro vuoto torna quindi alla posizione di accatastamento dei mattoni in officina. Il processo viene quindi ripetuto per il successivo ciclo di accatastamento e cottura.
Fin dalla sua invenzione, il forno a tunnel per la cottura dei mattoni ha subito numerose ottimizzazioni strutturali e innovazioni tecnologiche, migliorando gradualmente gli standard di tutela ambientale e i livelli di automazione. In futuro, l'intelligentizzazione, la maggiore ecosostenibilità e il riciclo delle risorse domineranno le direzioni tecnologiche, guidando l'industria dei laterizi verso una produzione di alta gamma.
Data di pubblicazione: 12 giugno 2025