Hoffmanova pec (v Číne známa ako kolesová pec) je typ pece, ktorý v roku 1856 vynašiel nemecký inžinier Gustav Hoffman na kontinuálne vypaľovanie tehál a dlaždíc. Hlavná konštrukcia pozostáva z uzavretého kruhového tunela, zvyčajne postaveného z pálených tehál. Na uľahčenie výroby sa na stenách pece inštaluje viacero rovnomerne rozmiestnených dvierok pece. Jeden vypaľovací cyklus (jedna ohnivá hlavica) vyžaduje 18 dvierok. Na zlepšenie pracovných podmienok a poskytnutie dlhšieho času na vychladnutie hotových tehál boli postavené pece s 22 alebo 24 dvierkami a tiež dvojohnivé pece s 36 dvierkami. Ovládaním vzduchových klapiek je možné ohnivú hlavicu viesť do pohybu, čo umožňuje kontinuálnu výrobu. Ako typ tepelnotechnickej pece je Hoffmanova pec rozdelená aj na predhrievaciu, vypaľovaciu a chladiacu zónu. Na rozdiel od tunelových pecí, kde sa tehlové polotovary umiestňujú na pohyblivé pecové vozíky, Hoffmanova pec funguje na princípe „polotovar sa pohybuje, oheň zostáva nehybný“. Tri pracovné zóny – predhrievacia, vypaľovacia a chladiaca – zostávajú nehybné, zatiaľ čo tehlové polotovary sa pohybujú cez tri zóny, aby dokončili proces vypaľovania. Hoffmanova pec funguje inak: tehlové polotovary sú naskladané vo vnútri pece a zostávajú nehybné, zatiaľ čo ohnisko sa pohybuje pomocou vzduchových klapiek podľa princípu „oheň sa pohybuje, polotovary zostávajú nehybné“. Preto sa predhrievacia, vypaľovacia a chladiaca zóna v Hoffmanovej peci neustále mení s pohybom ohniska. Oblasť pred plameňom slúži na predhrievanie, samotný plameň na vypaľovanie a oblasť za plameňom na chladenie. Princíp fungovania spočíva v nastavovaní vzduchovej klapky, ktorá vedie plameň k postupnému vypaľovaniu tehál naskladaných vo vnútri pece.
I. Prevádzkové postupy:
Príprava pred zapálením: zapaľovacie materiály, ako je palivové drevo a uhlie. Ak sa používajú tehly na vnútorné spaľovanie, na spálenie jedného kilogramu suroviny na 800 – 950 °C je potrebných približne 1 100 – 1 600 kcal/kg tepla. Zapaľovacie tehly môžu byť o niečo vyššie, s obsahom vlhkosti ≤ 6 %. Kvalifikované tehly by sa mali ukladať do troch alebo štyroch dvierok pece. Ukladanie tehál sa riadi zásadou „hustejšie hore a voľnejšie dole, hustejšie po stranách a voľnejšie v strede“. Medzi stohmi tehál sa musí nechať 15 – 20 cm ohniskový kanál. Zapaľovacie operácie sa najlepšie vykonávajú na rovných úsekoch, preto by sa zapaľovacia pec mala postaviť za ohybom, pri druhých alebo tretích dvierkach pece. Zapaľovacia pec má komoru na spaľovanie a otvor na odstraňovanie popola. Otvory na prísun uhlia a vetruodolné steny v ohniskových kanáloch musia byť utesnené, aby sa zabránilo vnikaniu studeného vzduchu.
Zapálenie a ohrev: Pred zapálením skontrolujte teleso pece a vzduchové klapky, či nedochádza k tesnosti. Zapnite ventilátor a nastavte ho tak, aby sa v zapaľovacej peci vytvoril mierny podtlak. Zapáľte drevo a uhlie v ohnisku, aby ste regulovali rýchlosť ohrevu. Pečte na malom ohni 24 – 48 hodín, pričom tehlové polotovary vysušte a zároveň odstráňte vlhkosť z pece. Potom mierne zvýšte prietok vzduchu, aby ste urýchlili rýchlosť ohrevu. Rôzne druhy uhlia majú rôzne body zapálenia: hnedé uhlie pri 300 – 400 °C, bitúmenové uhlie pri 400 – 550 °C a antracit pri 550 – 700 °C. Keď teplota dosiahne viac ako 400 °C, uhlie vo vnútri tehál začne horieť a každá tehla sa stáva zdrojom tepla ako uhoľná guľa. Keď tehly začnú horieť, prietok vzduchu sa môže ďalej zvýšiť, aby sa dosiahla normálna teplota vypaľovania. Keď teplota pece dosiahne 600 °C, je možné nastaviť vzduchovú klapku tak, aby presmerovala plameň do ďalšej komory, čím sa proces zapálenia dokončí.
Prevádzka pece: Hoffmanova pec sa používa na vypaľovanie hlinených tehál s frekvenciou vypaľovania 4 – 6 komôr pece za deň. Keďže sa ohnisko neustále pohybuje, funkcia každej komory pece sa tiež neustále mení. Keď sa pec nachádza pred ohniskom, jej funkciou je predhrievacia zóna s teplotami pod 600 °C, vzduchová klapka je normálne otvorená na 60 – 70 % a podtlak sa pohybuje od -20 do 50 Pa. Pri odstraňovaní vlhkosti je potrebné prijať prísne opatrenia, aby sa zabránilo praskaniu tehlových polotovarov. Teplotná zóna medzi 600 °C a 1050 °C je vypaľovacia zóna, kde tehlové polotovary prechádzajú transformáciou. Pri vysokých teplotách hlina prechádza fyzikálnymi a chemickými zmenami a mení sa na hotové tehly s keramickými vlastnosťami. Ak sa teplota vypaľovania nedosiahne z dôvodu nedostatočného množstva paliva, palivo sa musí pridávať po dávkach (uhoľný prach ≤ 2 kg na otvor zakaždým), pričom sa zabezpečí dostatočný prísun kyslíka (≥ 5 %) pre spaľovanie, pričom tlak v peci sa udržiava na miernom podtlaku (-5 až -10 Pa). Udržiavajte konštantnú vysokú teplotu 4-6 hodín, aby sa tehlové polotovary úplne vypálili. Po prechode vypaľovacou zónou sa tehlové polotovary premenia na hotové tehly. Otvory na prísun uhlia sa potom zatvoria a tehly vstupujú do izolačnej a chladiacej zóny. Rýchlosť chladenia nesmie prekročiť 50 °C/h, aby sa zabránilo praskaniu v dôsledku rýchleho chladenia. Keď teplota klesne pod 200 °C, je možné otvoriť dvierka pece v blízkosti a po vetraní a vychladnutí sa hotové tehly z pece vyberú, čím sa proces vypaľovania dokončí.
II. Dôležité poznámky
Stohovanie tehál: „Tri časti výpalu, sedem častí stohovania.“ V procese výpalu je stohovanie tehál kľúčové. Je dôležité dosiahnuť „rozumnú hustotu“, nájsť optimálnu rovnováhu medzi počtom tehál a medzerami medzi nimi. Podľa čínskych národných noriem je optimálna hustota stohovania tehál 260 kusov na meter kubický. Stohovanie tehál musí dodržiavať zásady „husté navrchu, riedke naspodku“, „husté po stranách, riedke v strede“ a „ponechať priestor pre prúdenie vzduchu“, pričom sa musí vyhnúť nerovnováhe, kde je vrch ťažký a spodok ľahký. Horizontálny vzduchový kanál by mal byť zarovnaný s výfukovým otvorom so šírkou 15 – 20 cm. Vertikálna odchýlka hromady tehál nesmie presiahnuť 2 % a musia sa prijať prísne opatrenia, aby sa zabránilo zrúteniu hromady.
Regulácia teploty: Predhrievacia zóna by sa mala zahrievať pomaly; rýchle zvyšovanie teploty je prísne zakázané (rýchle zvyšovanie teploty môže spôsobiť únik vlhkosti a praskanie tehlových polotovarov). Počas fázy metamorfózy kremeňa sa musí teplota udržiavať stabilná. Ak teplota klesne pod požadovanú teplotu a je potrebné pridať uhlie zvonka, pridávanie koncentrovaného uhlia je zakázané (aby sa zabránilo lokálnemu prepáleniu). Uhlie by sa malo pridávať v malých množstvách viackrát cez jeden otvor, pričom každé pridávanie by malo byť 2 kg na dávku a medzi jednotlivými dávkami by mal byť odstup najmenej 15 minút.
Bezpečnosť: Hoffmanova pec je tiež relatívne uzavretý priestor. Ak koncentrácia oxidu uhoľnatého prekročí 24 ppm, personál musí byť evakuovaný a musí sa zlepšiť vetranie. Po spekaní musia byť hotové tehly manuálne odstránené. Po otvorení dvierok pece najskôr zmerajte obsah kyslíka (obsah kyslíka > 18 %) pred vstupom do práce.
III. Bežné poruchy a ich riešenie
Bežné problémy pri výrobe v peci Hoffman: hromadenie vlhkosti v predhrievacej zóne a zrútenie mokrých tehlových stohov, predovšetkým v dôsledku vysokého obsahu vlhkosti v mokrých tehlách a slabého odvodu vlhkosti. Metóda odvodu vlhkosti: použite suché tehlové polotovary (so zvyškovou vlhkosťou pod 6 %) a nastavte vzduchovú klapku na zvýšenie prúdenia vzduchu, čím zvýšite teplotu na približne 120 °C. Pomalá rýchlosť vypaľovania: Bežne označovaná ako „oheň sa nerozhorí“, je to predovšetkým kvôli spaľovaniu s nedostatkom kyslíka. Riešenia nedostatočného prúdenia vzduchu: Zvýšte otvor klapky, zvýšte rýchlosť ventilátora, opravte medzery v telese pece a vyčistite nahromadené nečistoty z dymovodu. Stručne povedané, zabezpečte dostatočný prísun kyslíka do spaľovacej komory, aby sa dosiahli podmienky spaľovania bohaté na kyslík a rýchleho nárastu teploty. Zmena farby tela tehly (žltnutie) v dôsledku nedostatočnej teploty spekania: Riešenie: Primerane zvýšte množstvo paliva a zvýšte teplotu vypaľovania. Čierne tehly sa môžu tvoriť z niekoľkých dôvodov: nadmerné množstvo prísad do vnútorného spaľovania, nedostatok kyslíka v peci vytvárajúci redukčnú atmosféru (O₂ < 3 %) alebo tehly nie sú úplne vypálené. Riešenia: Znížte vnútorný obsah paliva, zvýšte vetranie pre dostatočné spaľovanie kyslíka a primerane predĺžte trvanie konštantnej teploty pri vysokej teplote, aby sa zabezpečilo úplné vypálenie tehál. Deformácia tehál (prepálenie) je primárne spôsobená lokálnymi vysokými teplotami. Medzi riešenia patrí otvorenie prednej vzduchovej klapky na posunutie plameňa dopredu a otvorenie zadného krytu ohňa na zavedenie studeného vzduchu do pece na zníženie teploty.
Hoffmanova pec sa od svojho vynálezu používa už 169 rokov a prešla mnohými vylepšeniami a inováciami. Jednou z takýchto inovácií je pridanie vzduchového potrubia na dne pece, ktoré privádza suchý horúci vzduch (100 °C – 300 °C) do sušiacej komory počas procesu v kolesovej peci s jedným vypaľovaním. Ďalšou inováciou je použitie tehál s vnútorným vypaľovaním, ktoré vynašli Číňania. Po rozdrvení uhlia sa pridáva k surovinám podľa požadovanej výhrevnosti (na zvýšenie teploty o 1 °C je potrebných približne 1240 kcal/kg suroviny, čo zodpovedá 0,3 kcal). Dávkovací stroj tehelne „Wanda“ dokáže zmiešať uhlie a suroviny v správnom pomere. Miešačka dôkladne premieša uhoľný prášok so surovinami, čím zabezpečí, že odchýlka výhrevnosti je kontrolovaná v rozmedzí ±200 kJ/kg. Okrem toho sú nainštalované systémy regulácie teploty a PLC na automatické nastavenie prietoku vzduchovej klapky a rýchlosti podávania uhlia. Toto zvyšuje úroveň automatizácie a lepšie zabezpečuje tri princípy stability prevádzky Hoffmanovej pece: „stabilný tlak vzduchu, stabilná teplota a stabilný pohyb plameňa“. Bežná prevádzka si vyžaduje flexibilné úpravy na základe podmienok vo vnútri pece a starostlivá prevádzka môže viesť k kvalitným hotovým tehlám.
Čas uverejnenia: 21. júna 2025