تقنية الطوب

 تكنولوجيا إنتاج الطوب والبلاط الملبد (الرابع عشر)

شياو هووي (شركة شيان لتصميم وبحوث مواد الجدار المحدودة، شنشي، شيان 710061)

 الفصل الثاني: المزج الداخلي للاحتراق

يتم خلط الوقود أو نفايات الصناعات القابلة للاشتعال (مثل خردة الفحم، رماد الفحم المطحون، الخبث، إلخ) بدقة معينة وبنسب محددة مع مواد صناعة الطوب، وخلطها جيدًا لصنع الطوب القابل للاشتعال. ويطلق على عملية حرق الطوب باستخدام الوقود الموجود داخله اسم الطوب ذو الاحتراق الداخلي. تنفيذ الطوب ذو الاحتراق الداخلي يتيح الاستفادة الكاملة من النفايات الصناعية ويوفر الوقود، وهو واحد من الإجراءات الرئيسية لتوفير الطاقة في صناعة الطوب والطين في بلدنا. ومن حيث قوة السحب المماثلة، فإن الطوب ذو الاحتراق الداخلي يحترق بسرعة، ما يساعد على زيادة إنتاجية الفرن ويخفف من شدة العمل على العمال.

 4 تحضير الوقود الداخلي

يجب أولاً قياس المحتوى الحراري للوقود الداخلي قبل استخدامه، لفهم مقدار حرارته مقدمًا، باعتباره أساسًا لمزيج الوقود الداخلي. إذا كانت الحرارة المختلطة غير دقيقة، متقلبة، فإن ذلك لا يجعل عملية التحميص سهلة التحكم فحسب، بل يؤثر أيضًا على جودة الطوب. يمكن قياس الحرارة باستخدام مقياس القنابل الأكسجينية، أو يمكن تحديدها باستخدام طريقة التحليل الصناعي.

ثانيًا، يجب أيضًا طحن الوقود الداخلي بحيث يكون قطر الجسيمات أصغر من 3 مم. إذا كانت جزيئات المواد القابلة للاحتراق خشنة جدًا، فإن ذلك لا يؤدي فقط إلى تسريع تآكل آلة العصر، وكسر أسلاك القطع بسهولة، بل يقلل أيضًا من جودة مظهر المنتج، ووقت التحميص لن يحرق الوقود بالكامل، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الوقود. المعدات الشائعة للتكسير الخشن هي الكسارات الفكية، وللتكسير الدقيق آلات طحن الفحم عالية السرعة أو آلات الطحن بالمروحة. علاوة على ذلك، عند اختيار الوقود الداخلي يجب الانتباه أيضًا إلى ما إذا كان يحتوي على مواد ضارة بلون الطوب وسهلة الانتقاء، حيث لا يُنصح باستخدام الخبث الحاوي على كميات كبيرة من الحجر الجيري، والأحماض، والقلويات، والأملاح القابلة للذوبان، والفحم الحجري الذي يحتوي على الكثير من الحجر الجيري.

 5 العوامل المؤثرة في خلط الوقود الداخلي

العوامل التي تؤثر على كمية الخلط الداخلي متعددة الجوانب، ويجب مراعاتها من خلال النظر في عملية إنتاج الطوب بالكامل.

(1) أولاً يجب ضمان أن الجسم الطوبي المتشكل لديه قوة ميكانيكية كافية، ولهذا يجب النظر في كمية الخلط بناءً على خصائص الطين، ونوع الوقود الداخلي، ومستوى الرطوبة الموجودة. على سبيل المثال، عندما يكون الطين عالي اللدونة، يمكن إضافة كمية أكبر، والعكس بالعكس إذا كان منخفض اللدونة.

(2) تحديد كمية الحرارة المضافة داخلياً بناءً على احتياجات الحرق. لجعل عملية الحرق أسهل في التحكم ودرجة الحرارة قابلة للتعديل، ولتقليل التبخر أو ظهور اللون الأسود في القلب، فإن كمية الحرارة المضافة داخلياً عادة ما تكون 70%-80% من إجمالي حرارة الحرق.

(3) بالنسبة للنفايات الصناعية ذات الخصائص الجافة الجيدة، يمكن من خلال إضافتها تقليل الانكماش وخفض حساسية التجفيف، مما يسرع عملية التجفيف ويحسن جودتها، وهو مفيد لكل من التجفيف والحرق، لذا يمكن إضافة أكبر كمية ممكنة. أما بالنسبة للنفايات الصناعية ذات خصائص التجفيف السيئة، يجب التعامل معها بحذر، وعند الإضافة يجب مراعاة كل من قيمة الحرارة للحرق ومتطلبات التجفيف.

(4) تحديد نوع الوقود الداخلي وفقاً لمبدأ الموارد المحلية، وعندما تتوفر أنواع متعددة من الوقود الداخلي يمكن النظر إليها بشكل شامل حسب ما ذكر أعلاه.

  6 تحديد كمية الوقود الداخلي المضاف

عادةً يمكن تحديد كمية الوقود الداخلي المضاف باستخدام طريقة الحساب وطريقة التجربة

6.1 طريقة الحساب

طريقة الحساب تعتمد على حساب التوازن الحراري للفرن للحصول على كمية الحرارة الإجمالية المناسبة للتماس، ثم يتم تحديد نسبة الوقود الداخلي إلى الطين بناءً على قيمة الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود الداخلي. يمكن استخدام الصيغ التالية لتحديد وزن الوقود الداخلي المضاف لكل عشرة آلاف قالب طوب، وكذلك لتحديد نسبة حجم الوقود الداخلي إلى الطين.

(1) حساب نسبة الوزن

 G-الوزن الداخلي المدمج لكل عشرة آلاف طوبة (كغ/10000 طوبة)؛ B-الطاقة الحرارية المطلوبة لحرق طوبة واحدة (كيلو جول/طوبة)؛ Q_داخلي-القدرة الحرارية للوقود الداخلي على الأساس الجاف (قيمة القدرة الحرارية للوقود بعد تجفيفه عند درجة حرارة 105~110℃، كيلوجول/كغ)؛ Wm-الرطوبة النسبية للوقود الداخلي؛ n-درجة الاحتراق الداخلي، أي النسبة التي تمثل الحرارة الناتجة عن الوقود الداخلي مقارنة بالحرارة الكلية للحرق. 

مثال: في مصنع ما، يكون الوقود الداخلي هو فضلات الفحم، وقدر القدرة الحرارية له على أساس جاف 2000x4.18 كيلوجول/كغ، والرطوبة النسبية 2٪، ولحرق كل طوبة 1100x4.18 كيلوجول، ودرجة الاحتراق الداخلي 80٪، المطلوب حساب كمية فضلات الفحم المطلوب دمجها لكل عشرة آلاف طوبة؟ 

الحل:

（2） حساب نسبة الحجم 

 في الصيغة Z - نسبة حجم الوقود الداخلي إلى الطين؛ G - كمية الخلط الداخلية لكل عشرة آلاف طوبة (كجم/10000 طوبة)؛ r - كثافة الوقود الداخلي (كجم/م³)؛ V - حجم كل عشرة آلاف طوبة من الطوب النيء (م³/10000 طوبة)؛ مثال: إذا كان حجم عشرة آلاف طوبة نيئة 18 م³، وكثافة الوقود الداخلي (فحم فرعي) 1600 كجم/م³، فكم يجب أن تكون نسبة حجم الوقود الداخلي إلى الطين في هذا المثال؟ 

الحل:

 6.2 طريقة التجربة بالخلط الداخلي

استنادًا إلى خبرة المصانع الأخرى وظروف مصنعنا، يتم أولاً تحديد كمية حرارة للخلط الداخلي بشكل مبدئي، ثم تُحوَّل إلى وزن وفقًا لقيمة التسخين للوقود الداخلي وتُضاف إلى الطوب الجاف. في الممارسة الإنتاجية، يمكن أساسًا تجنب إضافة الفحم في الوسط، ويُضاف بعض الفحم على الأطراف لضبط درجة حرارة الفرن، مما يجعل التحكم في النار سهلاً والتشغيل مستقرًا نسبيًا، وجودة الطوب جيدة، عندها يمكن اعتبار كمية الخلط الداخلي أساسية تفي بالمتطلبات. إذا وُجد خلال الإنتاج أن كمية الفحم الخارجي المضافة ما زالت كبيرة جدًا أو أن النار تزداد بسرعة؛ أو إذا كان الطوب يعاني من نقص أو زيادة في الحرق بشكل شديد، فهذا يشير إلى أن كمية حرارة الخلط الداخلي كانت قليلة جدًا أو كثيرة جدًا، ويجب اتخاذ التدابير المناسبة لتعديل نسبة خلط الوقود الداخلي بحيث تكون كمية الخلط الداخلي معقولة إلى حد ما.

 القسم الثالث بنية الفرن الدوار ومبدأ التحميص

7 بنية الفرن الدوار ومبدأ التحميص

7.1 بنية الفرن الدوار

تتكون بنية الفرن الدوار أساسًا من ممر التحميص، باب الفرن، فتحة إضافة الفحم، الممر الرئيسي للدخان، الممرات الفرعية للدخان، صمام الدخان، وهار فانغ، كما هو موضح في الشكل 1.

 الشكل 1 مخطط مقطع فرن دوار

قناة التحميص هي مساحة التحميص في الفرن الدوار، وتتكون من قسمين مستقيمين متوازيين وفرنين منحنيين في الطرفين، ويبلغ عرض قناة التحميص 3-4 أمتار، والسقف عبارة عن قوس شبه دائري مكون من قوسين بزاوية 90 درجة مع مركزين دائريين، وهناك أيضًا استخدام قاموس الأقواس نصف الدائرية وأقواس بأقواس أخرى، ويبلغ الارتفاع الداخلي عادة 2.5-3 أمتار. على طول طول التحميص، يتم تثبيت أبواب الفرن على مسافات متساوية، وبين البابين المتجاورين يسمى الطريق الفرني غرفة فرن واحدة، وطولها عادة حوالي 5 أمتار. يتم التعبير عن حجم الفرن الدوار بعدد الأبواب.

فتحة إلقاء الفحم تُسمى أيضًا بؤبؤ النار، وقطرها 150-200 میلیمتر، يوجد فوق فتحة إلقاء الفحم حلقة حديدية مصبوبة لفتحة النار، مع غطاء فتحة النار لتعزيز الإحكام ومنع تسرب الهواء. ترتيب فتحات إلقاء الفحم على طول الطريق الفرني كل غرفة فرن تحتوي على 5 صفوف، والمسافة بين الصفوف حوالي 1 متر؛ وعلى طول عرض الطريق الفرني، توجد 4 صفوف عرضية، والفتحات القريبة من جدار الفرن تبعد حوالي 0.3-0.4 متر، والمسافة بين الصفوف الوسطى حوالي 0.9-1 متر؛ لضبط ترتيب فتحات الفحم في الفرن المنحني من الأفضل أن تكون على شكل صفين من فوهة النار بين الحافة الخارجية والوسط الخارجي مع صف إضافي من فوهة النار.

أبواب الفرن الدوار لا يجب أن تكون كبيرة جدًا، بل بما يكفي لمرور العربة، عادة عرضها 1 متر، وارتفاعها 1.6-1.8 متر. ولمنع تصادم العربة بجدار الباب، يمكن عمل أخدود في جدار الباب عند موقع الاصطدام بمحور الفرن (سمك طبقتين من الطوب، مع انحدار 20 ملم)، لتمرير محور العربة من الأخدود.

الغازات داخل الفرن الدوار تمر عبر قنوات الدخان الفرعية وصمامات الدخان إلى القناة الرئيسية بين القسمين من الفرن، والقناة الرئيسية تتصل بالمدخنة أو مروحة العادم، لتشكل نظام تهوية الفرن الدوار.

المقطع العرضي لقناة الدخان الفرعية عادة يكون 500 مم × 600 مم، والمقطع الصغير جدًا يؤثر على قوة سحب المدخنة ويزيد من صعوبة إزالة الرماد.

المقطع العرضي لقناة الدخان الفرعية عادة يكون 1.2*1.5 م للفرن الدوار بسيط النار، و1.5*1.95 م للفرن الدوار ذو النار المزدوجة.

فوهة قناة الدخان الفرعية تُسمى أيضًا فتحة الهواء، ولتسهيل خروج الغاز بسلاسة، عادة ما يكون العرض 0.4-0.6 م والارتفاع 0.5-0.7 م. في الجزء المستقيم من الفرن الدوار، كل غرفة فرن تحتوي على فتحة هواء واحدة؛ في الجزء المنحني، بسبب بعد الفرن وانخفاض القوة، يجب تثبيت فتحة هواء إضافية لزيادة قوة السحب. في الجزء المنحني يجب تثبيت فتحة هواء خارجية، وفي الجزء المستقيم عند خروج المنحنى لتغيير اتجاه حركة الغاز يجب تثبيت فتحة هواء داخلية، والبقية يمكن تثبيت فتحة هواء خارجية، وعند وجود عدد كبير من غرف الفرن قد يتم تثبيت عدد قليل من فتحات الهواء الداخلية لضبط النار الداخلية والخارجية.

صمام الدخان يُسمى أيضًا الصمام المخروطي، لتقليل المقاومة الناتجة عن فتح صمام الدخان، يفضل أن يكون قطر الصمام من 700 إلى 800 مم.

7.2 مبدأ التحميص

(1) التغيرات في قالب الطوب والسيراميك أثناء عملية التحميص

يتعرض قالب الطوب والسيراميك لسلسلة من التغيرات الفيزيائية والكيميائية أثناء تسخينه في عملية التحميص، والتي تشمل إزالة المياه المتبقية من التجفيف والمياه المرتبطة كيميائياً، حرق المواد العضوية، تحول بلورات الكوارتز، حدوث تفاعلات الطور الصلب، وتكوين مركبات جديدة معدَّلة كيميائياً. يبدأ تكوين المركبات المصهورة المشتركة تقريباً عند حوالي 800 درجة مئوية، حيث تذوب بعض المعادن الطينية، وتظهر مرحلة سائلة. ومع زيادة درجة حرارة التحميص ومدة التعرض للحرارة العالية، يزداد حجم المرحلة السائلة، وتسري هذه الكمية المذابة بين حبيبات الطين غير المنصهرة لتربطها معًا بإحكام، وعند التبريد تتبلور مجددًا لتصبح منتجات الطوب والسيراميك صلبة كالحصى.

من هذا يمكن الاستنتاج أنه للحصول على منتجات طوب وسيراميك مؤهلة، يجب أن يكون هناك كمية كافية من المرحلة السائلة، ولهذا يجب وضع نظام تحميص معقول لضمان تحقيق درجة حرارة التحميص النهائية ومدة التحميص للحصول على منتجات ذات جودة عالية.

(2) إقامة نظام التحميص

يشمل نظام التحميص نظام درجة الحرارة ونظام الضغط.

نظام درجة الحرارة يتكون من سرعة الارتفاع، والدرجة القصوى للحرارة ووقت الاحتفاظ بالحرارة، وسرعة التبريد. نظرًا لأن الفرن الدائري يعمل بشكل مستمر، فإن حرارة النار تتحرك بسرعة منتظمة أثناء الإنتاج الطبيعي، لذا فإن التحكم في طول كل حزام يعني التحكم في الوقت الذي تتعرض فيه الطوب الخام للتمهيد الحراري والتحميص والتبريد.

درجة الحرارة القصوى للتحميص تعتمد على طبيعة المواد الخام ومكوناتها، حيث تختلف خصائص التلبيد باختلاف مكونات المواد الخام، ويختلف أيضًا وقت وكمية ظهور الطور السائل. بشكل عام، إذا كانت محتويات Al2O3 و SiO2 عالية، وجزيئات الطين خشنة، ومحتوى مواد مساعدة للانصهار مثل CaO و K2O و Na2O قليل، فإن درجة الحرارة المطلوبة للتسخين عالية، والعكس صحيح، فإن درجة الحرارة أقل. عمومًا، تتراوح درجة حرارة تحميص الطين بين 930°م و1050°م. يعتمد وقت الاحتفاظ عند أعلى درجة حرارة على حجم الفرن، وشكل الطوب، وسمكه. بشكل عام، إذا كانت سعة الفرن كبيرة، وشكل الطوب معقد وسمكه كبير، يمكن أن يكون وقت الاحتفاظ أطول، وعادةً يكون وقت الاحتفاظ بين 1.5 ساعة إلى 2 ساعة.

يمكن تحقيق نفس تأثير التحميص بطريقتين: إحداهما التسخين السريع بدرجة حرارة قليلاً أعلى ووقت احتفاظ قصير قليلًا، والطريقة الأخرى التسخين البطيء بدرجة حرارة أقل ووقت احتفاظ أطول. في حالة حرق الطوب الداخلي، تُفضل الطريقة الأخيرة لأنها تساعد على التخلص من النقوش السوداء داخل الطوب.

نظام الضغط يُعبَّر عنه بفارق ضغط الغاز عند كل نقطة على طول مسار التحميص مقارنة بالضغط الجوي. لضمان أن يكون للتحميص سرعة نار معينة، وأن لا يكون الطوب في الأعلى دائمًا تحت ضغط سلبي يؤثر على جودة المنتج، يُستخدم في الفرن عمومًا نظام ضغط موجب وسلبي. يقوم عامل التحميص بضبط صمامات الهواء وفتح أبواب الفرن لتحقيق النظام الضغطي المطلوب. في إدارة الإنتاج اليومية، يُعتبر عدد فتحات العودة علامة على نوع معين من نظام الضغط.

في الإنتاج الطبيعي للمصنع، طالما تم الحفاظ على طول كل حزام ثابت، ودرجة الحرارة القصوى للتحميص مستقرة والتحكم بعدد فتحات العودة المحددة، يمكن الاستمرار في إنتاج منتج عالي الجودة.

فرن التكديس رقم 8

يُعرف فرن التكديس أيضاً باسم تحميل الفرن، وهو عبارة عن ترتيب قوالب الطوب بطريقة معينة داخل الفرن، وهو خطوة مهمة في عملية الحرق. يتكامل التكديس والحرق مع بعضهما البعض ولا يمكن فصلهما.

بالنسبة لكل فرن دوار، تكمن أهمية التكديس في أنه تحت ظروف معينة لأجهزة تهوية الدخان، بمجرد أن يتم تكديس القوالب، يتم تحديد درجة توزيع وحركة الهواء داخل الفرن، وكذلك توزيع وانتشار الوقود داخل الفرن بصفة عامة، وبالتالي يؤثر ذلك مباشرة على إنتاجية الفرن وجودة المنتجات واستهلاك الفحم. لا يمكن لعمال الفرن من خلال مراقبة النار وإضافة الفحم وضبط الصمامات تعديل أو تغيير هذه الظروف المحددة بشكل جذري، وإنما يمكنهم فقط التكيف معها ضمن حدود معينة. لذلك، يجب أن يتوافق التكديس مع الخصائص الحرارية للقوالب. المثل التقليدي "سبعة أجزاء للتكديس، ثلاثة أجزاء للحرق" يوضح تماماً العلاقة بين التكديس والحرق. الطوب المحترق داخلياً يتم إضافة الوقود إلى القوالب نفسها، مما يقلل من الحاجة إلى الفحم الخارجي ويزيد من الدور الحاسم للتكديس في الإنتاج. لذا، لضمان إنتاجية فعالة للفرن الدوار، يجب الانتباه جيداً لعملية التكديس.

يمكن تقييم مستوى كفاءة تكديس القوالب باستخدام المعايير الأربعة التالية.

(1) مقاومة الركام ومعامل المقاومة. كلما كانت مقاومة الركام أقل، كانت قدرة التهوية أقوى. معامل المقاومة هو تعبير عن مقدار المقاومة التي يولدها الغاز عند مروره بسرعة 1 م/ث خلال ركام بطول 1 متر، وتحدد قيمته حسب شكل المسارات داخل الركام وقطر المعادل. في عمليات تكديس الركام الواقعي، كلما كانت المسافة بين الركام الطولي أكبر، والمسافة بين الركام العرضي أصغر، كانت مقاومة الركام أقل، مما يفيد التهوية. إذا تم تغيير ترتيب الركام من طبقة طولية وطبقتين عرضيتين إلى طبقة طولية وثلاث طبقات عرضية، لن يقلل ذلك فقط من المقاومة، بل ولزيادة السعة له تأثير إيجابي على زيادة الإنتاج. عند تكديس الركام بشكل مائل، كلما زاد زاوية الميل، زادت المقاومة، وهذا غير مفيد للتهوية.

(2) نسبة المسام الفعالة للقطاع العرضي. تشير إلى نسبة مساحة المسارات التي يمر بها الغاز في القطاع العرضي للركام إلى مساحة الركام الكلية. كلما كانت نسبة المسام الفعالة أكبر، كانت مقاومة تدفق الغاز أقل، وكان التهوية أفضل.

(3) مساحة نقل الحرارة. مساحة نقل الحرارة للركام تشير إلى مساحة الطوب المكشوفة والملامسة للغاز. كلما كانت مساحة نقل الحرارة أكبر، كان ذلك مفيداً لتسخين، وكي، وتبريد الطوب، لذلك يُفضل أن تكون مساحة نقل الحرارة في الركام أكبر، ويُفضل أن يكون الجزء الطولي من مساحة نقل الحرارة أكبر نسبةً للباقي.

(4) ثبات الركام. هذا هو شرط تكديس الركام، أيًا كانت طريقة تكديس الأفران، يجب أن يظل الركام ثابتاً دون انهيار خلال كامل عملية الكي.

تُقيس هذه المعايير الأربعة أداء الركام من جوانب مختلفة، وأحيانًا يمكن أن تكون متناقضة، لذلك يجب إدخال مؤشر شامل لمقارنة أداء الركام، وهو رقم المقاومة. كلما كان معامل مقاومة الركام أصغر، وكلما كانت كثافة التكديس أكبر، كان رقم المقاومة أصغر. في الممارسة الإنتاجية، لوحظ أنه كلما كان هذا المؤشر أصغر، مع تساوي باقي الشروط، كان استهلاك الطاقة للكي أقل، وزادت كفاءة الفرن، وهذا يعني أن الركام الذي يتمتع برقم مقاومة أقل يتميز بأداء أفضل.

8.1 شكل تكديس الطوب

يمكن تلخيص أي كومة من الطوب إلى الأرجل والهيكل الرئيسي ومعظم فتحات النار.

وتسمى أيضًا الأرجل، وهي الجزء الأساسي الموجود في أسفل الكومة بأكملها. وظيفة أرجل الكومة هي دعم الكومة بالكامل وتوفير قناة نار أسفلها لضمان سير النار بسلاسة.

(1) أرجل الكومة

الأرجل الشائعة تشمل أرجل الكومة المعلقة على شكل فانوس، أرجل الكومة من النوع الثاني، وأرجل الكومة العمودية. تُسمى أرجل الكومة المرتبة بوضع الطوب بشكل متقاطع على شكل شبكة: أرجل الكومة المعلقة على شكل فانوس.

عندما يتم تكديس قطعتين من الطوب واحدة فوق الأخرى بشكل أفقي، ويتم ربط الطبقة الثالثة بعرض أفقي، تُسمى أرجل الكومة من النوع الثاني.

عندما يتم تكديس الطوب عموديًا في قاع الفرن، مع ترك فراغ حول الطوب العمودي، وربط الطبقة الرابعة بعرض أفقي، تُسمى أرجل الكومة العمودية.

مقارنة بين عدة أنواع من أرجل الموقد:

مزايا أرجل الموقد المعلقة على شكل فانوس هي الثبات وسهولة التكديس، وعيبها أنها كثيرة ومقاومتها عالية. لتسريع تقدم النار في القاعدة غالبًا ما يتم رفع أرجل الموقد، وعندما تكون الأرجل مرتفعة جدًا، يكون التهوية تحت الموقد كبيرة، وتفر النار قبل التحميص، والنار الخلفية تبرد سريعًا، مما يزيد من استهلاك الفحم.

مزايا أرجل الموقد من الطوب الثاني المتسلسل: 1- يتوزع تدفق الهواء بالتساوي على القطاع العرضي، ولا يسهل أن يكون القاع غير مكتمل أو عودة النار، والحرارة مستقرة وسهلة السيطرة؛ 2- باستخدام هذا النوع من أرجل الموقد، يزداد ارتفاع الكومة، مما يزيد من مساحة تعرض الفحم ويقلل من الفحم الذي يصل إلى قاع الفرن، وبالتالي يقلل استهلاك الفحم؛ 3- هذا النوع من الأرجل قوي نسبيًا. وعيب هذه الأرجل هو الاتصال بين الطوب المتسلسل في الأمام والخلف، وعندما تكون نسبة الرماد في الفحم عالية، يسهل سد قناة التهوية في الأسفل، مما يؤثر على تقدم النار في القاعدة.

مزايا أرجل الموقد من الطوب القائم: 1- مقاومتها منخفضة، وتزويد الهواء تحت الموقد كافٍ والنار الأساسية سلسة؛ 2- يوجد ممر هواء عرضي بين الطوب القائم الأمامي والخلفي، مما يقلل مقاومة تدفق الغاز نحو فتحة الهواء، ويساعد على طرد بخار الماء في منطقة التسخين المسبق، ويؤدي إلى تحسين جودة الجزء السفلي من الفرن؛ 3- يوجد ممر متقاطع في قاع الفرن، مما يسمح بتوزيع الوقود المدخل إلى الفرن على الجانبين، ويتحرك الهواء صاعدًا وهابطًا وأفقيًا، مما يضمن الاحتراق الكامل للوقود ويقلل من الفحم غير المحروق والطوب الأسود.

في أرجل الموقد من الطوب القائم، يمكن تكديس الطوب المائل فوق الأرجل بدلًا من الأشرطة الأفقية لتقليل المقاومة، وتعزيز التهوية، وتجنب حدوث كسور الطوب أو اللون الأسود في الوسط، وتحسين جودة الطوب في هذا الجزء. عند استخدام الشرائح المائلة بدل الأشرطة الأفقية، يجب تقليل المسافة بين قنوات النار في الأسفل قليلًا، والانتباه لجودة التكديس لضمان الثبات.

من بين هذه الأنواع الثلاثة من الأرجل، تحظى أرجل الموقد من الطوب القائم بشعبية مؤخرًا لأنها تحسن ظروف التهوية والاحتراق في الجزء السفلي للكومة المتضررة، وتتحرك النار بسرعة، وتحافظ على النار بشكل جيد، وتضمن الاحتراق الكامل. عند تكديس أرجل الموقد من الطوب الثاني المتسلسل، أحيانًا بين صفين من فتحات النار، يتم تكديس عدد أقل من الطوب تحت الموقد مقارنة بالطوب فوقه، ويُطلق على ذلك "سحب الموقد". هدف سحب الموقد هو تحقيق حرارة متجانسة عند التحميص. أحيانًا يتم السحب لكل صف من فتحات النار، وأحيانًا يتم السحب بعد عدة صفوف، حسب حالة حرارة القاعدة. عند السحب، يتم تكديس 3 أكوام طوب في الأمام والخلف على الموقد، بينما يتم تكديس 2 أكوام للطوب في التماس السفلي، ووضع الطوب على طول القناة بشكل متفرق لتقليل المقاومة الأفقية لتدفق الهواء إلى فتحة الهواء، مع تضييق الأرجل أفقياً لزيادة المقاومة الطولية لتدفق الهواء، وبذلك يمكن تقليل حجم تدفق الغاز تحت الموقد، وزيادة درجة حرارة التحميص تحت الموقد، وتقليل حدوث الطوب غير محترق تحت الموقد.

(2) جسم الركام

جسم الركام هو الركام فوق ساق الفرن، يمكن تقسيم طرق ترتيب جسم الركام إلى نوعين: طريقة الترميز الأفقية المباشرة، طريقة الترميز المائلة المباشرة وطريقة الترميز ذات الفجوات الكبيرة.

طريقة الترميز الأفقية المباشرة هي نموذج فرن تُكد فيه القطع الطويلة والقطوع القصيرة بالتبادل، ويمكن تقسيم هذا النوع إلى واحد أفقي واحد عمودي، واثنان عمودي واحد أفقي.

طريقة الترميز المائلة المباشرة هي نموذج فرن تُكد فيه القطع الطويلة والقطع المائلة بالتبادل، ويمكن تقسيم هذا النوع إلى واحد مائل واحد عمودي، واثنان عمودي واحد مائل، وثلاثة عمودي واحد مائل.

طريقة الترميز ذات الفجوات الكبيرة تتكون من ترتيب القطع الطويلة والقطع العرضية المتقطعة بشكل متناوب.

طريقة الترميز الأفقية المباشرة تواجه مقاومة كبيرة وقدرة تهوية ضعيفة، وسرعة انتشار النار فيها بطيئة، وهي نموذج فرن أقل فاعلية، وغالباً لا تُستخدم إلا في التكديس الميكانيكي.

طريقة الترميز ذات الفجوات الكبيرة توفر مقاومة منخفضة جداً وأعلى قدرة تهوية، مما يوفر ظروف تهوية جيدة للحرق السريع. لكنها تتطلب دقة كبيرة في عملية التحميص، إذا لم يكن توافر الوقود والقدرة الحرارية متناسباً مع كمية التهوية، فسوف يزيد حتماً الهواء الزائد داخل منطقة الحرق، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الحرق بشكل حاد إلى أقل من درجة حرارة خبز الطوب، مسببة ظاهرة "القاعدة الخضراء" وولادة الطوب غير مكتمل في القاعدة. للحفاظ على الحرارة الضرورية، لابد من إضافة الفحم بكثرة، ما يزيد استهلاك الفحم. بالنسبة للطوب ذي الاحتراق الداخلي العالي، عند إضافة الفحم الخارجي قليلاً، فإن طريقة الترميز ذات الفجوات الكبيرة مع كمية تهوية كبيرة جداً تزيد من احتمال حدوث ظاهرة "القاعدة الخضراء"، لذلك لا يُنصح باستخدامها.

بناءً على ذلك، الطريقتان المائلة المباشرة وطريقة الترميز ذات الفجوات الكبيرة هما نموذجين جيدين، لكل منهما مزاياه وعيوبه، وفي الإنتاج الفعلي يجب اختيار الطريقة المناسبة بناءً على ظروف المعدات، والشروط التقنية، وجودة الوقود، ودرجة الاحتراق الداخل، والظروف المناخية. بشكل عام، لضبط توازن المقاومة في الجزء العلوي، الأوسط، والسفلي للركام، غالباً ما تُستخدم طريقتان أو أكثر من طرق الترميز في نفس مقطع الفرن.

(3) كومة الفحم عند فتحة النار

الكومة التي يتم ترتيبها تحت فتحة إضافة الفحم بطريقة معينة تسمى كومة فتحة النار، ووظيفتها هي استلام الوقود الذي يُلقى من فتحة النار، وضمان أن كل طبقة في الأعلى والأسفل من الكومة تحصل على كمية مناسبة من الفحم، حيث يشكل الفحم الذي يسقط مباشرة على قاع الفرن حوالي 10%~15%. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون مقاومة كومة فتحة النار منخفضة لتوفير التهوية الكافية بالقرب من الفتحة، ولضمان احتراق الفحم المضاف بشكل كامل.

هناك أشكال متعددة لفتحات النار، لكن التجربة أثبتت أن فتحة النار الكبيرة المفتوحة ذات الأرجل القائمة والجسر من دون أحزمة أفقية هي الأفضل.

فتحة النار الكبيرة المفتوحة ذات الأرجل القائمة تتكون من كتل مستقيمة وعَرَضية مرتبة على شكل ثنائي، مع وجود ثقب كبير المقطع وانخفاض المقاومة، مما يحسن ظروف التهوية. يمكن تعديل كتل الفحم داخل الفتحة الكبيرة حسب الحاجة لتوزيع الفحم داخل الفرن بشكل متساوٍ بين الأعلى والأسفل، كما أن توفر فتحتين أو أربع فتحات يضمن توفير الهواء الكافي بالقرب من فتحة النار، وتُعاد توزيع تدفقات الهواء في الأماكن الفارغة لضمان توازن درجات الحرارة بين مناطق الخبز والتهيئة.

فتحة النار الجسرية بدون أحزمة أفقية تتكون بالكامل من كتل مستقيمة باستثناء الأحزمة الأفقية المتصلة فوق السرير، مما يقلل المقاومة للحد الأدنى، ويخلق العديد من الممرات العرضية للفحم بالقرب من فتحة النار، مما يعزز اختلاط الفحم مع الهواء ويُسرع عملية احتراقه. العيب هو أن هذه الفتحة تتطلب ترتيبًا صارمًا للفرن، ومن الصعب تعديل كتل الفحم إلى الوضع المثالي تمامًا. غالبًا ما تكون مواقع الكتل متراصة عموديًا، مما يجعل الفحم يسقط نحو قاع الفرن، ويكون الاحتراق في القاع أكبر بينما يصعب حرق الفحم في الوسط والأعلى بشكل كامل.

8.2 مبدأ ترتيب الأفران

(1) المبدأ العام لتحديد كثافة ترتيب الأفران

يُطلق على عدد الطوب الخام المكدس في كل متر مكعب من حجم ممر التحميص اسم كثافة ترتيب الأفران. وقد أثبتت سنوات من الخبرة الإنتاجية أنه بغض النظر عن شكل تكديس الطوب، فإن تقليل كثافة ترتيب الأفران دائمًا يحقق هدف تحسين ظروف التهوية. وعند تحسين ظروف التهوية، تتسارع سرعة احتراق الوقود، مما يزيد من كمية الحرارة المنتجة في وحدة الزمن، وبالتالي يلبي حاجة حرق المزيد من الطوب. كما أن زيادة كمية التهوية تحسّن بشكل كبير أيضًا ظروف التسخين المسبق للطوب الخام، مما يسرّع من ارتفاع درجة الحرارة في مرحلة التسخين المسبق، وبالتالي يمكن تسريع سرعة حرق الفرن الدائري بشكل فعال. لذلك، نعتبر التكديس الخفيف مبدأً عامًا لكثافة ترتيب الأفران.

من الضروري الإشارة إلى أن ما يُسمى خفيف وثقيل هو مجرد مفاهيم نسبية مقارنة ببعضها البعض، ولا توجد حدود واضحة. كما أنه ليس من الأفضل أن يكون التكديس خفيفًا جدًا؛ فالهواء الزائد بعد التكديس الخفيف للطوب الخارجي سيؤدي إلى زيادة عامل الهواء بشكل مفرط، مما يخفض درجة حرارة التحميص تحت درجة حرارة حرق الطوب، كما أن التكديس الخفيف يقلل من كمية الطوب المكدس. وبشكل عام، يتم تحديد الحد الأقصى للتكديس الخفيف للطوب الخارجي وفقًا للظروف القائمة بحيث يمكن الحفاظ على الحد الأدنى لدرجة حرارة حرق الطوب، أما بالنسبة للطوب الداخلي فيتم التكديس الخفيف بحيث لا يظهر أي طوب محترق في الوسط.

ما سبق ذكره هو مسألة الكثافة الإجمالية لترتيب الأفران في جميع أجزاء الفرن، وهي متوسط كثافة ترتيب الأفران لكل غرفة فرن ولكل جزء. ولكي يحصل الطوب على تحميص متساوٍ في جميع أجزاء مقطع ممر التحميص للفرن الدائري، يجب أيضًا النظر في كثافة التكديس في كل جزء من المقطع.

(2) تحديد كثافة التكديس الجزئية للفرن 

لا يوجد حد واضح للفراغات على طول وقسم عرض الفرن، ومع ذلك يجب التمييز عند تكديس الفرن. عادةً ما يتم تقسيم عرض الفرن إلى ثلاثة أجزاء متساوية، والارتفاع إلى ثلاثة أجزاء متساوية، يُسمى كل منها أعلاه، الأوسط، الأسفل، وداخل، الوسط، الخارج. 

1. الكثافة العليا مرتفعة والأسفل منخفضة 

ينطبق هذا المبدأ على الطوب الملتهب داخليًا والخارجي، وكذلك على الأفران المستقيمة والمنحنية. 

كما ذُكر سابقًا، عندما تتحرك الغازات داخل الفرن، فإنها تتأثر بشد الشفط من المدخنة (أو المروحة)، وفي نفس الوقت تتأثر بقوة ارتفاع الغازات الساخنة. نتيجة تأثير هاتين القوتين معًا، تميل الغازات إلى الصعود مائلًا إلى الأعلى، مما يؤدي إلى سرعة تدفق الغاز أعلى داخل الفرن أسرع، وأقل في الأسفل. درجة حرارة أكوام الأفران في منطقة التسخين المسبق تكون عالية في الأعلى ومنخفضة في الأسفل. استخدام كثافة تكديس مرتفعة في الأعلى ومنخفضة في الأسفل يمكن أن يزيد من مقاومة حركة الغاز في أكوام الجزء العلوي، مما يجبر تدفق الهواء على التحرك للأسفل، ويعجل حركة الغاز في الأجزاء الوسطى والسفلية للأكوام، ويوازن تدفق الهواء ودرجة الحرارة. في الوقت نفسه، بعد تكثيف الجزء العلوي، يزيد الطوب الملتهب خارجيًا من مساحة التعرض للفحم في الأعلى، ويزيد الطوب الداخلي من كمية الوقود، مما يمكن أن يرفع بشكل فعال درجة حرارة التسخين في الجزء العلوي لأكوام الفرن أثناء التحمير، ويمنع ويقلل من الطوب الذي يعاني من نقص النار الشائع في أعلى الفرن. 

درجة تكثيف الجزء العلوي يجب أن تحدد حسب حجم قوة الشفط للفرن؛ عندما تكون قوة الشفط كبيرة يجب تقليل التكثيف أو عدم تكثيفه، وعندما تكون القوة ضعيفة يجب زيادتها. عند التكديس الفعلي للفرن، يمكن أيضًا استخدام شكل التكديس الذي يحتوي على مقاومة كبيرة بدلاً من التكثيف.

الكثافة المتوسطة في الوسط وخفيفة عند الحواف والكثافة الخفيفة في الوسط وكثيفة عند الحواف

بسبب اختلاف آلية احتراق ونقل الحرارة بين الطوب الداخلي والطوب الخارجي أثناء التحميص، يتم استخدام كثافة تنزيل مختلفة في المقطع العرضي للفرن.

مبدأ الكثافة المتوسطة في الوسط وخفيفة عند الحواف مناسب لحالة طوب الاحتراق الخارجي في القسم المستقيم للفرن الدائري.

عندما تتحرك الغازات داخل الفرن، يتغلب تيار الغاز في الوسط فقط على مقاومة كومة الطوب، بينما يتغلب تيار الغاز عند الجانبين على مقاومة كومة الطوب بالإضافة إلى مقاومة احتكاك جدار الفرن، وإذا كان بناء باب الفرن غير مستوٍ مع جدار الفرن، فهناك أيضًا مقاومة محلية لباب الفرن، مما يؤدي إلى ظاهرة سرعة تيار الغاز الأسرع في الوسط، تليها السرعة عند الداخل، والأبطأ عند الخارج. لتغيير هذه الظاهرة، يجب زيادة مقاومة الوسط في الفرن، وتقليل المقاومة عند الداخل والخارج بالتتابع، أي تنزيل الطوب بكثافة متوسطة في الوسط، متوسطة عند الداخل، وخفيفة عند الخارج، لتحقيق توازن المقاومة بين الوسط والحواف، وبالتالي يصل تيار الغاز إلى التوازن. بعد اعتماد مبدأ الكثافة المتوسطة في الوسط وخفيفة عند الحواف على نطاق جزئي، يمكن أيضًا الاستفادة الكاملة من الوسط ذو ظروف التحميص الجيدة، وإنشاء شروط لإضافة الفحم عند الحواف لتعويض فقدان الحرارة على جانبي جدران الفرن.

الكثافة الخفيفة في الوسط وكثيفة عند الحواف مناسبة لحالة طوب الاحتراق الداخلي في القسم المستقيم للفرن الدائري. نظراً لفقدان الحرارة على الجانبين، وبما أن الطوب الداخلي يحتوي معظم الوقود المطلوب ضمن اللبنة، فإن كثافة تنزيل الطوب في جميع أجزاء الفرن تحدد كمية توزيع الوقود ودرجة حرارة التحميص في كل جزء. يقل تفريغ الحرارة عند الطوب في وسط الفرن ويتعرض للإشعاع الحراري من الطوب المحيط، وبالتالي من السهل حدوث حرق زائد. في الواقع، يؤدي استخدام طريقة تنزيل الكثافة الخفيفة في الوسط وكثيفة عند الحواف إلى تقليل كمية الوقود في الوسط لمنع تكوين الطوب المحترق في الوسط، وزيادة كمية الوقود عند الحواف لتعويض فقدان الحرارة هناك، مما يساعد على رفع درجة الحرارة عند الحواف ويمنع عدم التحميص فيها. وبما أن الجدار الخارجي يفقد الحرارة أكثر من الجدار الداخلي، يمكن تنزيل الطوب بحسب النمط كثافة خفيفة في الوسط، متوسطة عند الداخل، وكثيفة عند الخارج.

الكثافة الداخلية عالية والخارجية منخفضة 

تنطبق الكثافة الداخلية العالية والخارجية المنخفضة على طريقة ترتيب الأفران في أقسام الأفران المنحنية. 

أثناء التحميص في أجزاء الأفران الدوارة والمستقيمة، يكون التحميص طويلاً ومتساوي النيران، ويكون من السهل التحكم في درجة الحرارة، وسرعة تقدم النار تكون سريعة. ولكن عند دخول قسم الفرن المنحني غالبًا ما تحدث ظاهرة عدم انتظام طول النار الداخلي والخارجي، وتباطؤ سرعة تقدم النار، ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم توافق شكل ترتيب الفرن المنحني مع حركة الغازات. 

خصائص مرور الغازات عبر الفرن المنحني كما يلي: أولاً، عند مرور الغازات عبر الفرن المنحني، يجب على الغازات أن تتحرك للأمام وأن تنحني، مما يغير اتجاه الحركة ويولد قوة موضعية، وأظهرت التجارب أنه عندما يكون شكل تكديس الكتل في الأفران المستقيمة والمنحنية متطابقًا بالكامل، فإن مقاومة الغازات عند مرورها بالفرن المنحني تزيد بنسبة 35% عن الفرن المستقيم؛ ثانيًا، عند مرور الغازات عبر الفرن المنحني، يكون المسار على الجانب الخارجي أطول، بينما يكون المسار على الجانب الداخلي أقصر؛ ثالثًا، عند استخدام بوابات الفرن المنحني لسحب النار من الخارج، يكون تأثير السحب عند باقي البوابات متجهًا إلى مركز التجمع. 

للحفاظ على تقدم التحميص في الأفران المنحنية مماثل للأفران المستقيمة، يجب أن تركز اتجاهات التكديس في الأفران المنحنية في الداخل. يجب أن تكون كثافة الفرن أقل من الفرن المستقيم للحفاظ على توازن المقاومة بين القسم المنحني والقسم المستقيم، وضمان تقدم التحميص بشكل متساوٍ. بشكل عام، الفرن المنحني يحتوي على حوالي رأسين أقل من الفرن المستقيم عند التكديس. 

بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لمسار الغازات الذي يكون أطول من الخارج وأقصر من الداخل، ولأن القوة السحب قوية في الداخل وضعيفة في الخارج، للحفاظ على توافق تقدم النار الداخلية والخارجية في الفرن المنحني عند الوصول إلى الانحناء التالي، يجب الالتزام بمبدأ ترتيب الفرن الناصع الداخلي والخارج منخفض الكثافة. زيادة مقاومة كومة النار الداخلية، وزيادة تدفق الغازات عبر الانحناء الخارجي، بحيث يتناسب تدفق الغازات عبر الانحناء الداخلي والخارجي مع المسافة، فهذا يضمن توحيد درجة النار الداخلية والخارجية في الفرن المنحني، ويحركها إلى الأمام على شكل مروحة. 

لضمان الكثافة الداخلية العالية والخارجية المنخفضة، يجب أن يكون ترتيب الأفران المنحنية على النحو التالي: 

1. رفع الأرجل الداخلية للأفران إلى الداخل وأسفل الخارج بحيث تدفع إلى الأمام. طبقًا لأجزاء الداخل والوسط والخارج، تعتمد الأرجل على ارتفاع ثلاث، أربع، وخمس طبقات؛ 

2. مسافة الكتل تكون داخلية عالية وكثافة منخفضة خارجياً. قسم الفرن إلى الداخل والخارج بالنسبة لخط الوسط، نصف الكتل الداخلية نصفية، ونصف الكتل الخارجية أكثر بمقدار وحدة واحدة، بشكل أساسي يكون نصف الرأس الداخلي أكثر من الخارجي بمقدار 2~3؛ 

3. مسافة الأكوام الداخلية والخارجية تكون فارغة حيث لا يتم ترك فراغ عند الداخل، تكون الكتل مضغوطة من الأمام والخلف، والخارج يحتوي على فواصل وفضاء لتقليل المقاومة؛ 

4. اتجاه الأشرطة المائلة في الفرن المنحني يكون كلها نحو الخارج.

4 فاصل الهواء الساخن

في فتحة الهواء الساخن للفرن الدوراني، يترك فراغ بعرض معين (عادة 200 ملم~240 ملم) من الداخل إلى الخارج في كومة الطوب الخام، ويعرف هذا باسم فاصل الهواء الساخن.

لفاصل الهواء الساخن فوائد عديدة. أولاً، يخلق فاصل الهواء الساخن مسافات متقطعة داخل كومة الطوب في الفرن، مما يقلل إلى الحد الأدنى من المسارات المسدودة بالطوب المائل؛ ثانياً، عندما يمر الغاز عبر هذه الفراغات، يحدث تمدد وانكماش، مما يسمح بإعادة توزيع تدفق الهواء من أعلى إلى أسفل ومن الداخل إلى الخارج عند الفاصل، وضبط تدفق الهواء عبر كومة الطوب، وتوحيد الفرق في درجات الحرارة بين منطقة التحميص ومنطقة التسخين المسبق، مما يساعد على تسخين المنتج بشكل جيد وتحصيله بشكل متساوٍ؛ ثالثاً، بعد وجود فاصل الهواء الساخن، يحصل الغاز على مسار عرضي من داخل الفرن إلى فتحة الهواء الساخن، مما يقلل من المقاومة العرضية بالقرب من فتحة الهواء الساخن في كومة الطوب، ويتيح قوة الشفط للمدخنة (أو المروحة) العمل بشكل كامل، مما يساعد على إخراج بخار الماء من الفرن بشكل مناسب ويمنع التكثف، الرطوبة العائدة، وحدوث الطوب الأبيض، ويحسن جودة الطوب. باختصار، فاصل الهواء الساخن هو إجراء فعال لزيادة الإنتاجية في الأفران ذات قوة السحب الضعيفة.

إعلان حقوق النشر وملاحظات الاستشهاد

تحتوي بعض وجهات النظر الأكاديمية والنتائج البحثية المدرجة في محتوى هذا الموقع على أبحاث منشورة مسبقًا في أوراق علمية متاحة للعامة. نحن نلتزم بدقة بمعايير الاستشهاد الأكاديمي، وجميع المحتويات المستشهد بها قد تم توضيح مصدرها الأصلي.

توضيح خاص:

- جميع الأوراق المستشهد بها منشورة مسبقًا في مجلات أو مؤتمرات علمية

- الغرض من الاستشهاد يقتصر على التواصل الأكاديمي والنقاش البحثي ونشر المعرفة

- لقد بذلنا أقصى جهدنا للإشارة بدقة لأسماء المؤلفين، وعناوين الأوراق، والمجلات التي نُشرت فيها، وتواريخ النشر وغيرها من المعلومات الكاملة

- إذا كانت المحتويات المستشهَد بها تتعلق ببحثكم ولديكم ملاحظات أو اعتراضات، يرجى الاتصال بنا في الوقت المناسب

معلومات الاتصال:

إذا رأى أي مؤلف أو صاحب حقوق الطبع والنشر أن طريقة الاستشهاد في هذا الموقع غير مناسبة، أو يرغب في تعديل/حذف المحتوى ذي الصلة، يرجى التواصل معنا عبر الطرق التالية:

البريد الإلكتروني: [info@Brictec.com]

الهاتف: [029-89183545]

العنوان: [المدينة الجديدة، طريق Tangyan الجنوبي 10، حديقة ZTE الصناعية، شيان]

نلتزم بالرد خلال 24 ساعة من تلقي الإشعار ومعالجة المحتوى ذي الصلة وفقًا لطلبكم في الوقت المناسب.

تعهد بالنزاهة الأكاديمية: تلتزم شركتنا بدقة بمبادئ النزاهة الأكاديمية، وتحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع العلماء. إذا كان هناك أي استشهاد غير مناسب، فإننا نعرب عن اعتذارنا العميق وسنعمل على تصحيحه فورًا.