호프만 가마(중국에서는 휠 가마로 알려짐)는 1856년 독일 엔지니어 구스타프 호프만이 벽돌과 타일을 연속적으로 굽기 위해 발명한 가마 유형입니다. 주요 구조는 일반적으로 구운 벽돌로 만들어진 폐쇄된 원형 터널입니다. 생산을 용이하게 하기 위해 가마 벽에 여러 개의 가마 문이 균일하게 간격을 두고 설치됩니다. 한 번의 굽기 주기(하나의 화구)에는 18개의 문이 필요합니다. 작업 환경을 개선하고 완성된 벽돌의 냉각 시간을 늘리기 위해 22개 또는 24개의 문을 가진 가마가 건설되었고, 36개의 문을 가진 2열 가마도 건설되었습니다. 공기 댐퍼를 제어하여 화구를 이동시킬 수 있어 연속 생산이 가능합니다. 열 엔지니어링 가마의 한 유형인 호프만 가마는 예열, 소성 및 냉각 구역으로 나뉩니다. 그러나 움직이는 가마차 위에 벽돌 블랭크를 올려놓는 터널 가마와 달리, 호프만 가마는 "블랭크는 움직이고 불은 정지한다"는 원리로 작동합니다. 예열, 소성, 냉각의 세 가지 작업 영역은 고정되어 있는 반면, 벽돌 블랭크는 세 영역을 통과하며 소성 과정을 완료합니다. 호프만 가마는 이와 다르게 작동합니다. 벽돌 블랭크는 가마 내부에 쌓여 고정되어 있는 반면, 화두는 "불은 움직이고 블랭크는 정지한다"는 원리에 따라 공기 댐퍼의 안내에 따라 움직입니다. 따라서 호프만 가마의 예열, 소성, 냉각 영역은 화두가 움직일 때마다 위치가 끊임없이 변합니다. 불꽃 앞은 예열, 불꽃 자체는 소성, 불꽃 뒤는 냉각을 담당합니다. 작동 원리는 공기 댐퍼를 조정하여 불꽃을 유도하고 가마 내부에 쌓인 벽돌을 순차적으로 소성하는 것입니다.
I. 운영 절차:
점화 준비: 장작이나 석탄과 같은 점화 재료. 내연 벽돌을 사용하는 경우, 원료 1kg을 800~950°C까지 연소시키는 데 약 1,100~1,600kcal/kg의 열이 필요합니다. 점화 벽돌은 수분 함량이 6% 이하인 경우 약간 더 높을 수 있습니다. 적합한 벽돌은 3~4개의 가마 문에 쌓아야 합니다. 벽돌 쌓기는 "위는 꽉 조이고 아래는 느슨하게, 옆은 꽉 조이고 가운데는 느슨하게" 하는 원칙을 따릅니다. 벽돌 쌓기 사이에 15~20cm의 연소 통로를 남겨둡니다. 점화 작업은 직선 구간에서 수행하는 것이 가장 좋으므로, 점화로는 굽은 부분 뒤, 두 번째 또는 세 번째 가마 문에 설치해야 합니다. 점화로는 노실과 재 배출구를 갖추고 있습니다. 연소 통로의 석탄 주입구와 방풍벽은 차가운 공기가 들어오지 않도록 밀봉해야 합니다.
점화 및 가열: 점화 전에 가마 본체와 공기 조절판의 누출 여부를 점검하십시오. 팬을 켜고 점화 스토브에 약간의 음압이 형성되도록 조정하십시오. 화실에서 나무와 석탄에 불을 붙여 가열 속도를 조절하십시오. 작은 불을 사용하여 24~48시간 동안 굽고, 가마의 습기를 제거하면서 벽돌 블랭크를 건조하십시오. 그런 다음 공기 흐름을 약간 증가시켜 가열 속도를 높입니다. 석탄의 종류에 따라 발화점이 다릅니다. 갈탄은 300~400°C, 역청탄은 400~550°C, 무연탄은 550~700°C입니다. 온도가 400°C를 넘으면 벽돌 내부의 석탄이 타기 시작하고, 각 벽돌은 석탄 공처럼 열원이 됩니다. 벽돌이 타기 시작하면 공기 흐름을 더 증가시켜 정상적인 소성 온도에 도달할 수 있습니다. 가마 온도가 600°C에 도달하면 공기 댐퍼를 조정하여 화염을 다음 챔버로 옮겨 점화 과정을 완료할 수 있습니다.
가마 작동: 호프만 가마는 점토 벽돌을 소성하는 데 사용되며, 소성 속도는 하루 4~6개의 가마실입니다. 화로가 끊임없이 움직이기 때문에 각 가마실의 기능 또한 끊임없이 변화합니다. 화로 앞에 있는 가마실은 예열 구역으로, 온도는 600°C 미만이고, 공기 댐퍼는 보통 60~70%로 열리며, 음압은 -20~50Pa입니다. 습기를 제거하는 동안 벽돌 블랭크에 균열이 생기지 않도록 엄격한 예방 조치를 취해야 합니다. 600°C에서 1050°C 사이의 온도 구역은 소성 구역으로, 벽돌 블랭크가 변형됩니다. 고온에서 점토는 물리적, 화학적 변화를 거쳐 세라믹 특성을 가진 완성된 벽돌로 변형됩니다. 연료가 부족하여 소성 온도에 도달하지 못하는 경우, 연료를 배치 단위로(매번 구멍당 석탄 가루 ≤2kg) 투입하여 연소에 필요한 산소 공급(≥5%)을 확보하고, 가마 압력을 약간의 음압(-5~-10Pa)으로 유지해야 합니다. 벽돌 블랭크가 완전히 소성될 때까지 4~6시간 동안 일정한 고온을 유지해야 합니다. 소성 구역을 통과한 벽돌 블랭크는 완성된 벽돌로 변형됩니다. 그런 다음 석탄 공급 구멍이 닫히고 벽돌은 단열 및 냉각 구역으로 들어갑니다. 급속 냉각으로 인한 균열을 방지하기 위해 냉각 속도는 50°C/h를 초과해서는 안 됩니다. 온도가 200°C 이하로 떨어지면 가마 문을 가까이에서 열고 환기 및 냉각 후 완성된 벽돌을 가마에서 꺼내 소성 과정을 완료합니다.
II. 중요 참고 사항
벽돌 쌓기: "구이 3부, 쌓기 7부." 구이 과정에서 벽돌 쌓기는 매우 중요합니다. 벽돌의 개수와 벽돌 사이의 간격 사이에서 최적의 균형을 찾는 "적절한 밀도"를 달성하는 것이 중요합니다. 중국 국가 표준에 따르면 벽돌의 최적 쌓기 밀도는 1세제곱미터당 260개입니다. 벽돌 쌓기는 "위는 빽빽하게, 아래는 듬성듬성하게", "옆은 빽빽하게, 가운데는 듬성듬성하게", "공기 흐름을 위한 공간을 남겨두는" 원칙을 준수해야 하며, 위는 무겁고 아래는 가벼운 불균형을 피해야 합니다. 수평 통풍구는 배기구와 일직선이 되어야 하며, 너비는 15~20cm여야 합니다. 벽돌 더미의 수직 편차는 2%를 초과해서는 안 되며, 더미 붕괴 방지를 위해 엄격한 조치를 취해야 합니다.
온도 조절: 예열 구역은 천천히 가열해야 하며, 급격한 온도 상승은 엄격히 금지됩니다(급격한 온도 상승은 수분이 빠져나가 벽돌 블랭크에 균열을 일으킬 수 있습니다). 석영 변성기에는 온도를 안정적으로 유지해야 합니다. 온도가 요구 온도 아래로 떨어져 외부에서 석탄을 투입해야 하는 경우, 농축 석탄 투입은 금지됩니다(국부적인 과연소 방지를 위해). 석탄은 단일 구멍을 통해 소량씩 여러 번 투입해야 하며, 각 배치당 2kg씩, 그리고 최소 15분 간격으로 투입해야 합니다.
안전: 호프만 가마는 비교적 밀폐된 공간입니다. 일산화탄소 농도가 24 PPM을 초과하면 직원은 대피하고 환기를 강화해야 합니다. 소결 후 완성된 벽돌은 수동으로 꺼내야 합니다. 가마 문을 연 후 작업 시작 전 산소 함량(산소 함량 > 18%)을 먼저 측정하십시오.
III. 일반적인 오류 및 문제 해결
호프만 가마 생산 시 흔히 발생하는 문제: 예열 구역의 습기 축적 및 젖은 벽돌 더미 붕괴. 이는 주로 젖은 벽돌의 높은 수분 함량과 배수 불량으로 인해 발생합니다. 습기 배출 방법: 잔여 수분 함량이 6% 미만인 건식 벽돌 블랭크를 사용하고 공기 댐퍼를 조정하여 공기 흐름을 증가시켜 온도를 약 120°C까지 높입니다. 느린 소성 속도: 흔히 "불이 붙지 않는다"라고 불리는 현상은 주로 산소 부족 연소 때문입니다. 공기 흐름 부족에 대한 해결책: 댐퍼 개도를 높이고, 팬 속도를 높이고, 가마 본체 틈새를 수리하고, 연도에 쌓인 이물질을 청소합니다. 요약하자면, 산소가 풍부한 연소와 빠른 온도 상승 조건을 달성하기 위해 연소실에 충분한 산소가 공급되도록 합니다. 소결 온도 부족으로 인한 벽돌 본체 변색(황변): 해결책: 연료량을 적절히 늘리고 소성 온도를 높입니다. 흑심벽돌은 여러 가지 이유로 발생할 수 있습니다. 과도한 내연성 첨가제, 가마 내 산소 결핍으로 인한 환원 분위기(O₂ < 3%), 또는 벽돌이 완전히 구워지지 않은 경우 등이 있습니다. 해결책: 내부 연료 함량을 줄이고, 충분한 산소 연소를 위해 환기를 늘리고, 고온 정온 시간을 적절히 연장하여 벽돌이 완전히 구워지도록 합니다. 벽돌 변형(과열)은 주로 국부적인 고온으로 인해 발생합니다. 해결책으로는 화염을 앞으로 이동시키기 위해 전면 공기 댐퍼를 열고, 온도를 낮추기 위해 가마 내부로 차가운 공기를 유입시키기 위해 후면 화로 덮개를 여는 것이 있습니다.
호프만 가마는 발명 이후 169년 동안 사용되어 왔으며 수많은 개선과 혁신을 거쳤습니다. 이러한 혁신 중 하나는 단일 연소 휠 가마 공정 중 건조실에 건조 열풍(100°C~300°C)을 유입하기 위해 가마 바닥 공기 덕트를 추가한 것입니다. 또 다른 혁신은 중국에서 발명된 내부 소성 벽돌을 사용하는 것입니다. 석탄을 파쇄한 후, 필요한 발열량(온도를 1°C 올리는 데 필요한 원료 1kg당 약 1240kcal, 0.3kcal)에 따라 원료에 첨가합니다. "완다" 벽돌 공장의 투입기는 석탄과 원료를 적절한 비율로 혼합할 수 있습니다. 믹서는 석탄 가루와 원료를 완벽하게 혼합하여 발열량 편차를 ±200kJ/kg 이내로 제어합니다. 또한, 온도 제어 및 PLC 시스템을 설치하여 공기 댐퍼 유량과 석탄 투입량을 자동으로 조절합니다. 이를 통해 자동화 수준이 향상되고, 호프만 가마 운영의 세 가지 안정성 원칙인 "안정적인 공기압, 안정적인 온도, 안정적인 화염 이동"이 더욱 확실하게 보장됩니다. 정상적인 운영은 가마 내부 조건에 따라 유연한 조정이 필요하며, 신중한 운영을 통해 고품질의 완성 벽돌을 생산할 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 6월 21일