נהלי הפעלה ופתרון בעיות של כבשן הופמן (חובה לקרוא למתחילים)

כבשן הופמן (הידוע ככבשן גלגלים בסין) הוא סוג של כבשן שהומצא על ידי המהנדס הגרמני גוסטב הופמן בשנת 1856 לשריפה רציפה של לבנים ואריחים. המבנה העיקרי מורכב ממנהרה עגולה סגורה, הבנויה בדרך כלל מלבנים שרופות. כדי להקל על הייצור, מותקנות מספר דלתות כבשן במרווחים שווים על דפנות הכבשן. מחזור שריפה יחיד (ראש אש אחד) דורש 18 דלתות. כדי לשפר את תנאי העבודה ולאפשר ללבנים המוגמרות יותר זמן להתקרר, נבנו כבשנים עם 22 או 24 דלתות, וגם נבנו כבשנים בעלי שני אש עם 36 דלתות. על ידי שליטה על בולמי האוויר, ניתן לכוון את ראש האש לתנועה, מה שמאפשר ייצור רציף. כסוג של כבשן הנדסה תרמית, כבשן הופמן מחולק גם לאזורי חימום מקדים, שריפה וקירור. עם זאת, בניגוד לכבשני מנהרה, שבהם חלקי הלבנים מונחים על קרונות כבשן שנעים, כבשן הופמן פועל על פי העיקרון של "החלק נע, האש נשארת דוממת". שלושת אזורי העבודה - חימום מקדים, שריפה וקירור - נשארים נייחים, בעוד חלקי הלבנים נעים דרך שלושת האזורים כדי להשלים את תהליך השריפה. כבשן הופמן פועל בצורה שונה: חלקי הלבנים נערמים בתוך הכבשן ונשארים נייחים, בעוד שראש האש מונחה על ידי בולמי אוויר לתנועה, בהתאם לעיקרון "האש נעה, החלקים נשארים דוממים". לכן, אזורי החימום המוקדם, השריפה והקירור בכבשן הופמן משנים עמדות באופן רציף ככל שראש האש נע. האזור שלפני הלהבה מיועד לחימום מוקדם, הלהבה עצמה מיועדת לשריפה, והאזור שמאחורי הלהבה מיועד לקירור. עיקרון הפעולה כרוך בכוונון בולמי האוויר כדי להנחות את הלהבה לשרוף את הלבנים הנערמות בתוך הכבשן ברצף.

א. נהלי הפעלה:

הכנה לפני הצתה: חומרי הצתה כגון עצי הסקה ופחם. אם משתמשים בלבני בעירה פנימית, נדרשים כ-1,100-1,600 קק"ל/ק"ג של חום כדי לשרוף קילוגרם אחד של חומר גלם לטמפרטורה של 800-950 מעלות צלזיוס. לבני ההצתה יכולות להיות מעט גבוהות יותר, עם תכולת לחות של ≤6%. יש לערום לבנים מתאימות בשלוש או ארבע דלתות כבשן. ערימת הלבנים פועלת לפי העיקרון של "צפוף יותר בחלק העליון ורפוי יותר בחלק התחתון, צפוף יותר בצדדים ורפוי יותר באמצע". יש להשאיר תעלת אש במרחק של 15-20 ס"מ בין ערימות הלבנים. פעולות ההצתה מבוצעות בצורה הטובה ביותר על מקטעים ישרים, לכן יש לבנות את תנור ההצתה לאחר הכיפוף, בדלת הכבשן השנייה או השלישית. לתנור ההצתה תא תנור ופתח להוצאת אפר. יש לאטום את חורי הזנת הפחם ואת הקירות האטומים לרוח בתעלות האש כדי למנוע כניסת אוויר קר.

הצתה וחימום: לפני ההצתה, יש לבדוק את גוף הכבשן ואת בולמי האוויר לאיתור דליפות. יש להפעיל את המאוורר ולהתאים אותו ליצירת לחץ שלילי קל בתנור ההצתה. יש להצית את העץ והפחם על תיבת האש כדי לשלוט בקצב החימום. יש להשתמש באש קטנה לאפות במשך 24-48 שעות, לייבוש חלקי הלבנים תוך כדי הסרת לחות מהכבשן. לאחר מכן, יש להגביר מעט את זרימת האוויר כדי להאיץ את קצב החימום. לסוגים שונים של פחם יש נקודות הצתה שונות: פחם חום בטמפרטורה של 300-400 מעלות צלזיוס, פחם ביטומני בטמפרטורה של 400-550 מעלות צלזיוס, ופחם אנתרציט בטמפרטורה של 550-700 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורה מגיעה ליותר מ-400 מעלות צלזיוס, הפחם בתוך הלבנים מתחיל לבעור, וכל לבנה הופכת למקור חום כמו כדור פחם. לאחר שהלבנים מתחילות לבעור, ניתן להגביר עוד יותר את זרימת האוויר כדי להגיע לטמפרטורת השריפה הרגילה. כאשר טמפרטורת הכבשן מגיעה ל-600 מעלות צלזיוס, ניתן לכוון את בולמי האוויר כדי להפנות את הלהבה לתא הבא, ולהשלים את תהליך ההצתה.

תפעול הכבשן: כבשן הופמן משמש לשריפת לבני חרס, כאשר קצב השריפה הוא 4-6 תאי כבשן ביום. מכיוון שראש האש נמצא בתנועה מתמדת, גם תפקידו של כל תא כבשן משתנה באופן רציף. כאשר הוא נמצא מול ראש האש, תפקידו הוא אזור החימום המקדים, עם טמפרטורות מתחת ל-600 מעלות צלזיוס, סכר האוויר פתוח בדרך כלל ב-60-70%, ולחץ שלילי נע בין -20 ל-50 פאסל. תוך כדי הסרת לחות, יש לנקוט באמצעי זהירות מחמירים כדי למנוע סדקים של חלקי הלבנים. אזור הטמפרטורה שבין 600 מעלות צלזיוס ל-1050 מעלות צלזיוס הוא אזור השריפה, שבו חלקי הלבנים עוברים טרנספורמציה. בטמפרטורות גבוהות, החימר עובר שינויים פיזיקליים וכימיים, והופך ללבנים מוגמרות בעלות תכונות קרמיות. אם טמפרטורת השריפה לא מושגת עקב חוסר דלק, יש להוסיף דלק במנות (אבקת פחם ≤2 ק"ג לכל חור בכל פעם), תוך הבטחת אספקת חמצן מספקת (≥5%) לבעירה, כאשר לחץ הכבשן נשמר על לחץ שלילי קל (-5 עד -10 פאסל). יש לשמור על טמפרטורה גבוהה וקבועה במשך 4-6 שעות כדי לשרוף את חלקי הלבנים במלואם. לאחר המעבר דרך אזור השריפה, חלקי הלבנים הופכים ללבנים גמורות. לאחר מכן נסגרים חורי הזנת הפחם, והלבנים נכנסות לאזור הבידוד והקירור. קצב הקירור לא יעלה על 50 מעלות צלזיוס לשעה כדי למנוע סדקים עקב קירור מהיר. כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת ל-200 מעלות צלזיוס, ניתן לפתוח את דלת הכבשן בקרבת מקום, ולאחר אוורור וקירור, הלבנים הגמורות מוציאות מהכבשן, ומשלימות את תהליך השריפה.

II. הערות חשובות

ערימת לבנים: "שריפה בשלושה חלקים, ערימת שבעה חלקים". בתהליך השריפה, ערימת לבנים היא קריטית. חשוב להשיג "צפיפות סבירה", ולמצוא את האיזון האופטימלי בין מספר הלבנים לבין הרווחים ביניהן. על פי התקנים הלאומיים הסיניים, צפיפות הערימה האופטימלית ללבנים היא 260 יחידות למטר מעוקב. ערימת לבנים חייבת לדבוק בעקרונות של "צפוף למעלה, דליל למטה", "צפוף בצדדים, דליל באמצע" ו"להשאיר מקום לזרימת אוויר", תוך הימנעות מחוסר איזון שבו החלק העליון כבד והתחתון קל. צינור האוויר האופקי צריך להיות מיושר עם פתח הפליטה, ברוחב של 15-20 ס"מ. הסטייה האנכית של ערימת הלבנים לא תעלה על 2%, ויש לנקוט באמצעים מחמירים כדי למנוע קריסת הערימה.

בקרת טמפרטורה: יש לחמם את אזור החימום המוקדם באיטיות; עליות מהירות בטמפרטורה אסורות בהחלט (עליות מהירות בטמפרטורה עלולות לגרום לדליפת לחות ולסדקים של ריק הלבנים). במהלך שלב המטמורפיה של הקוורץ, יש לשמור על יציבות הטמפרטורה. אם הטמפרטורה יורדת מתחת לטמפרטורה הנדרשת ויש צורך להוסיף פחם חיצונית, הוספת פחם מרוכז אסורה (כדי למנוע שריפת יתר מקומית). יש להוסיף פחם בכמויות קטנות מספר פעמים דרך חור יחיד, כאשר כל תוספת היא 2 ק"ג למנה, ובמרווח של לפחות 15 דקות בין כל מנה.

בטיחות: כבשן הופמן הוא גם חלל סגור יחסית. כאשר ריכוז חד תחמוצת הפחמן עולה על 24 PPM, יש לפנות את הצוות, ויש לשפר את האוורור. לאחר הסינטר, יש להוציא ידנית את הלבנים המוגמרות. לאחר פתיחת דלת הכבשן, יש למדוד תחילה את תכולת החמצן (תכולת חמצן > 18%) לפני הכניסה לעבודה.

ג. תקלות נפוצות ופתרון בעיות

בעיות נפוצות בייצור כבשן הופמן: הצטברות לחות באזור החימום המוקדם וקריסה של ערימות לבנים רטובות, בעיקר עקב תכולת לחות גבוהה בלבנים רטובות וניקוז לחות לקוי. שיטת ניקוז לחות: השתמשו בבלוני לבנים יבשים (עם תכולת לחות שיורית מתחת ל-6%) וכווננו את בולם האוויר כדי להגביר את זרימת האוויר, ולהעלות את הטמפרטורה לכ-120 מעלות צלזיוס. מהירות שריפה איטית: מכונה בדרך כלל "האש לא תתפוס", וזה נובע בעיקר מבעירה חסרה בחמצן. פתרונות לזרימת אוויר לא מספקת: הגדילו את פתיחת הבולם, העלו את מהירות המאוורר, תקנו פערים בגוף הכבשן ונקו פסולת שהצטברה מהארובה. לסיכום, ודאו שמספקים מספיק חמצן לתא הבעירה כדי להשיג בעירה עשירה בחמצן ותנאי עלייה מהירה בטמפרטורה. שינוי צבע (הצהבה) של גוף הלבנה עקב טמפרטורת סינטור לא מספקת: פתרון: הגדילו את כמות הדלק בצורה מתאימה והעלו את טמפרטורת השריפה. לבנים בעלות לב שחור יכולות להיווצר מכמה סיבות: עודף תוספי בעירה פנימית, חוסר חמצן בכבשן היוצר אטמוספרה מחזרת (O₂ < 3%), או לבנים שלא נשרפו במלואן. פתרונות: הפחתת תכולת הדלק הפנימית, הגברת האוורור לשריפה מספקת של חמצן, והארכת משך הזמן המתאים של הטמפרטורה הגבוהה והקבועה כדי להבטיח שהלבנים יישרפו במלואן. עיוות הלבנים (שריפה יתר) נגרם בעיקר מטמפרטורות גבוהות מקומיות. הפתרונות כוללים פתיחת מכסה האוויר הקדמי כדי להזיז את הלהבה קדימה ופתיחת מכסה האש האחורי כדי להכניס אוויר קריר לתנור ולהוריד את הטמפרטורה.

כבשן הופמן נמצא בשימוש מזה 169 שנים מאז המצאתו ועבר שיפורים וחידושים רבים. חידוש אחד כזה הוא הוספת צינור אוויר בתחתית הכבשן להכנסת אוויר חם יבש (100°C–300°C) לתא הייבוש במהלך תהליך כבשן בעל גלגל שריפה יחיד. חידוש נוסף הוא השימוש בלבנים שרופות באופן פנימי, שהומצאו על ידי הסינים. לאחר ריסוק הפחם, הוא מתווסף לחומרי הגלם בהתאם לערך הקלורי הנדרש (נדרשות כ-1240 קק"ל/ק"ג של חומר גלם כדי להעלות את הטמפרטורה ב-1°C, שווה ערך ל-0.3 קק"ל). מכונת ההזנה של מפעל הלבנים "ונדה" יכולה לערבב את הפחם וחומרי הגלם בפרופורציות הנכונות. המערבל מערבב ביסודיות את אבקת הפחם עם חומרי הגלם, ומבטיח שסטיית הערך הקלורי נשלטת בטווח של ±200 קילו-ג'אול/ק"ג. בנוסף, מותקנות מערכות בקרת טמפרטורה ומערכות בקרה אלקטרוניות (PLC) כדי להתאים אוטומטית את קצב זרימת בולם האוויר ואת קצב הזנת הפחם. זה משפר את רמת האוטומציה, ומבטיח טוב יותר את שלושת עקרונות היציבות של פעולת כבשן הופמן: "לחץ אוויר יציב, טמפרטורה יציבה ותנועת להבה יציבה". פעולה רגילה דורשת התאמות גמישות המבוססות על התנאים בתוך הכבשן, ותפעול זהיר יכול לייצר לבנים גמורות באיכות גבוהה.