تقنية الطوب

 نظام عربات الأفران النفقية الموفرة للطاقة في صناعة الطين الثقيل

الدكتور فولكر هيسه، د-ميلي/بوير

في صناعة الطوب الطيني، كان تطوير عربات الأفران النفقية وما هي العملية المتبعة دائمًا موضوعًا رئيسيًا لشركات إنتاج الطوب وأسطح الأسقف، وتقدم هذه الورقة بعض الآراء من شركة بورترن حول هذه القضية حيث تعتبر الشركة المزود لمعظم شركات إنتاج الطوب وأسقف الأسقف في ألمانيا بأنظمة عربات الأفران النفقية.

من منظور التطور العام لتقنيات الأفران، فإن الاتجاه هو استخدام معدات التحميص الآلية بهدف تلبية الاحتياجات المتزايدة للمنتجات الطينية، مع تجهيز المواد الخام للمنتجات الطينية بشكل أكثر دقة وجعل الأجسام أكثر تجانسًا، ويناقش هنا فقط الأفران المدرجة على الأسطوانة، وأفران مونكر (Monker)، وتقنية التردد العالي وغيرها.

ومع ذلك، بالإضافة إلى هذه التطورات، سيظل للفرن النفق التقليدي مكان له، وسيتم تطويره في عدة جوانب وليس فقط في جانب مكونات التحميص الفردية.

قبل اتخاذ قرار اختيار تقنية تحميص معينة، غالبًا ما يتم إجراء تحليل للتكلفة والفائدة، ويجب هنا مراعاة المنتج الضروري والمواد الخام المستخدمة.

يمكن النظر إلى تطوير عربات الأفران النفقية من عدة جوانب، ويجب إيلاء اهتمام خاص لهذه الآراء.

 رأي عام حول عربات أفران النفق

هذه ليست مسألة حسابية فحسب من الناحية التقنية والاقتصادية، بل يجب أيضًا مراعاة رغبات المستخدمين بالنسبة لموردي الأنظمة، الأمر لا يكمن في اختيار أحد الحلول القياسية أو غيرها، بل يكمن في الإبداع للمستخدم، بما يتوافق مع متطلباته، ويتماشى مع ما يفكر فيه المستخدم، لتلبية احتياجاته النهائية.

ومع ذلك، دون النظر في الحالات المذكورة أعلاه، فيما يلي المبادئ العامة لاختيار نظام فرن النفق، ويأتي هذا أساسًا لأسباب تتعلق بالتكلفة.

 عوامل تكلفة تشغيل عربات أفران النفق 

 الاهتراء (الاستهلاك)1

استهلاك الطاقة  2

 مصاريف الصيانة والتنظيف  3

 الإصلاح  4

عند تحليل عوامل الاستهلاك، من السهل أن نلاحظ أن استهلاك الطاقة لعربات أفران النفق هو عامل مهم لكنه ليس المبدأ الوحيد الذي يحدد نظام عربة الفرن النفقية المحدد، فالعربة هي مكون هيكلي في نظام الفرن بأكمله، ويجب أن تتحمل أحمالًا كبيرة، .

 أهداف وظائف نظام عربة فرن النفق التي يجب تحقيقها

l        جودة المنتج جيدة

l        تقليل الوزن واستهلاك الطاقة العازلة إلى الحد الأدنى (تخزين الحرارة ونقل الحرارة)

l        القدرة على مقاومة التآكل الكيميائي في جو الفرن النفق ووسائط الطاقة تحت ظروف الاحتراق

l        الاستقرار الحراري أثناء الصدمات الحرارية والانخفاضات المفاجئة في درجة الحرارة

l        القوة الميكانيكية تأثرًا بالعوامل البشرية

l        ثبات الأبعاد الهندسية تبادل مواد البناء، متأثرًا بخاصية التمدد العكسي

l        سهولة الصيانة والإصلاح استبدال الأجزاء التالفة

l        انخفاض تكاليف الاستثمار والصيانة زمن صيانة قصير

l        عمر افتراضي طويل

عند النظر في مكونات الهيكل على أنها أنظمة مستقلة على التوالي، ينبغي أولاً دراسة الوظائف التي تؤديها كل منها.

يتضح من الجدول أنه من المستحيل تحقيق الكمال التام، ولكن من السهل إلى حد ما تلبية وظائف هدف عربة الفرن النفق إلى أقصى حد مع تجاهل الوظائف الثانوية، وإذا تم تقليل وزن العربة بشكل كبير، فإن ذلك سيقلل حتماً من الاستقرار الميكانيكي للنظام، وبطبيعة الحال يمكن تحسين ذلك باستخدام مواد ذات جودة أعلى ومع ذلك يؤدي ذلك إلى زيادة نفقات الإهلاك وزيادة مخاطر الصيانة.

على الرغم من أن ما سبق لا يقدم آراء جديدة في الأساس، فإنه يجب تذكره جيداً عند اتخاذ القرارات ذات الصلة. لأنه عند تحديد العوامل الأولى التي يجب مراعاتها لعربة فرن النفق "توفير الطاقة"، يجب ألا يتم تجاهل الوظائف الأخرى المهمة بنفس القدر.

 الصورة1 1 يحتوي على أعمدة وألواح حمايةتُستخدم للحرق الجانبي مثل بلاط السقف المتكون من طبقة واحدة وطبقتين من كتل الزوايا على شكل حرف U، وأعمدة جوفاء وطرق متنوعة للعزل، ولوحات حماية

رقيقة

 في الوقت الحاضر، هناك ما يصل إلى 15 نوعاً مختلفاً من المواد المستخدمة في نظام عربات أفران الأنفاق بدءاً من المواد الخاصة المقاومة للصدمات الحرارية إلى الخرسانة والملاط الحراري، ومختلف أنواع المواد الليفية، والسيراميك عالي الأداء القائم على المولايت وكربيد السيليكون. وبما أنه لا يوجد مصنع واحد ينتج كل هذه المواد بنفسه، فعادةً ما يحصل المستخدمون على حل كامل من مصدر واحد للمورد، حيث يمكن للنظام تقديم نفس الضمان والخدمة. في هذه الحالة، يكون لتصميم المرحلة التفاعل بين المواد المختلفة دور مهم جداً.

عند تصميم عربات أفران الأنفاق، هناك ثلاثة أهداف أساسية: محيط العربة، بطانة العربة، وهيكل الدعم أو أدوات الفرن المستخدمة لتحميل القطع على العربة.

على سبيل المثال، بالنسبة لعربة فرن بحجم 7×6 م، تبلغ مساحة المحيط 10٪، ومساحة الهيكل الداعم 5٪، ومساحة البطانة 85٪، وهذا أمر شائع جدًا لعربات الأفران ذات الهياكل الجديدة اليوم.

في السنوات الأخيرة، مع التطور المستمر لتقنيات التلبيد، خاصة في جانب اختيار المواد، تتغير نسب كل جزء من الأجزاء المذكورة بشكل مستمر. ويمكن ملاحظة اتجاه تطوير يتمثل في أن المواد التي تم استخدامها بنجاح في مجال الخزف الرفيع بدأت أيضاً تُطبق بشكل متزايد في صناعة الطوب الطيني (كما هو موضح في الصورة 1).

 تطوير الهيكل المحيط لعربة الفرن النفقية

الهيكل المحيط لعربة الفرن النفقية يلعب الوظائف التالية بشكل رئيسي.

 الختم المتعرج(يعتمد على استقرار الأبعاد)

 الحماية الميكانيكية لبطانة عربة الفرن

 منع تأثير الحرارة على قاعدة عربة الفرن

ولذلك، يُطلب تحقيق الخصائص التالية

 استقرار الأبعاد

 القوة في الحالات الساخنة والباردة

 مقاومة الصدمات الحرارية أو التغيرات في درجة الحرارة

من وجهة النظر التقنية، لتحقيق هذه الوظائف، ينبغي استخدام خرسانة من الطوب الحراري خفيف الوزن الطوب الكبير الحجم المصنوع بطريقة البثق القائم على مادة البورسلين والحجر الكبير المصنع بطريقة الضغط الجاف على نفس أساس البورسلين، كل اقتراح له مزاياه وعيوبه. فيما يلي سيتم مناقشة الطوب الكبير المستخدم حول عربة الفرن والمصنع بطريقة الضغط الجاف بالتفصيل.

هذا الطوب له سلسلة من المزايا المهمة مثل استقرار الأبعاد العالي، ولا تحتاج الطوبة إلى معالجة ثانية. تحت ظروف المواد الخام والتكنولوجيا الإنتاجية الحالية، من الأسهل الحصول على تكوينها المعدني المضمون.

في الأفران الحديثة، أصبح وقت دفع عربة الفرن من الأعلى أقصر فأقصر، وأصبح موضوع مقاومة المادة للصدمات الحرارية أكثر أهمية. Burcclight 12/25H، وهو مادة تم تطويرها مؤخرًا، يلبي تمامًا هذه المتطلبات المذكورة أعلاه.

نتائج الاختبارات على هذه المادة كالتالي:

 من الواضح أن هذه المواد لها كثافة حجمية أعلى مقارنة بالكتل الطفيفة المقاومة للنار التقليدية، ولكن بالمقابل يمكن استخدامها لصنع منتجات أكبر، وكتل متداخلة أرق مقاومة للصدمات الحرارية. على الرغم من أن محيط عربات الأفران المصنوعة من مادة Burcclight يختلف كثيرًا في الوزن مقارنة باستخدام المواد المقاومة للنار الخفيفة، إلا أن مقاومتها للصدمات الحرارية وسهولة تركيبها تحسنت بشكل كبير. 

حتى في مصنع طوب حديث وذو أتمتة كاملة، يجب أن تتحمل عربات أفران النفق للمحيط تأثير الإجهاد الحراري العالي والضغط الميكانيكي، وهذا يتطلب ليس فقط متانة عالية للمواد، بل الأهم أنه في حال تلف جزء من المحيط يمكن استبداله بسرعة. ولهذا السبب، لا يتم استخدام اللصق أو الملاط للصقات الكتل المحيطية، بل يتم تركيبها جافًا، حيث يتم الربط بينها فقط عن طريق التزاوج الميكانيكي المسنن، ومن الواضح أن هذه طريقة ممتازة. 

بالطبع، هذا يتطلب أن تكون جميع الكتل بدقة أبعاد معينة. في الظروف العادية، لا يمكن إنتاج كتل ذات أبعاد مستقرة إلا باستخدام طريقة الضغط الجاف، وإلا فإن دقة أبعاد الطوب لا يمكن الحصول عليها إلا من خلال المعالجة الثانية.

تقدم مواد بطانة عربات الأفران النفقية

الوظيفة الحديثة لبطانة وسادة عربات الأفران النفقية هي العزل الحراري، بينما التحميل

 عادة ما يتحملها هيكل المعدن السفلي لعربة الفرن، وتحدد وظيفة بطانة العربة اختيار المواد، حيث يتم استخدام مواد خفيفة وعالية العزل الحراري في الغالب. هنا نناقش أولاً الألياف الخزفية، والتي يمكن الحصول عليها الآن بعلامات تجارية جاهزة للاستخدام مباشرة. من الناحية الاقتصادية، حسب درجة الحرارة المستخدمة، يمكن استبدال هذه الألياف بالخرسانة الخفيفة أو بمجموعة متنوعة من الركام مثل السيليكا، والكلنكر الخفيف، والرماد البركاني، وما إلى ذلك. هنا نشير إلى أن هذه المواد العازلة للحرارة لا يجب أن تُعرض مباشرة للنيران، بل ينبغي أن يكون لها طبقة سطحية مناسبة للحماية، مثل الحماية بواسطة لوح رقيق مقاوم للصدمات الحرارية. حتى لو زاد هذا قليلاً من وزن العربة، فإن هذه الطريقة تمنع تآكل المواد العازلة، وهذا مهم جداً للأفران الجانبية، كما أن الطبقة السطحية الصلبة ضرورية لضمان تنظيف فعال لواجهة العربة، ومن المتوقع أن تكون عاملاً مهماً في التآكل الشديد، الذي يؤدي إلى الغبار والرمل والحوادث. اليوم أصبح بالإمكان إنتاج لوح حماية بسماكة 10 سم وأبعاد 500×600 ملم.

مع تزايد مستويات الأتمتة في مصانع الطوب الحديثة وتقليل عدد العاملين، تقل المشاكل المتعلقة بألواح حماية الأفران الأنفاق. ومع ذلك، يمكننا من الممارسة رؤية أن العديد من الطبقات الرصينة المستخدمة لاحقاً تم تعزيزها ووضعها على أعمدة العربة لتسهيل التحميل والتفريغ. وهذا أيضاً مثال نموذجي على الانحراف الكبير بين متطلبات الإنتاج وكيفية توفير الطاقة والصيانة.

مقارنة أداء المواد المختلفة لبطانات العزل لعربة الفرن

 مثال آخر هو تركيب الطبقة الواقية الأمامية والخلفية لعربة الفرن على هيكلية العربة، فهذه الطبقة الواقية غير ضرورية حاليًا إذا كان وقت الدفع الأمامي حوالي 10 ساعات أو أقل. وإذا كانت عربة الفرن تحتاج بسبب أسباب عملية إلى التوقف في الفرن النفق مثل قلب الفرن أو خفض سرعة الدفع الأمامي، فإن فائدة هذه الطبقة الواقية هي خفض درجة حرارة أسفل العربة، ويُعتمد هذا الأسلوب بناءً على اعتبارات المستخدم.

 التقدم في هيكل دعم الأفران

وظيفة هيكل العمود هي تحمل كل حمل المنتج ومعدات الفرن أثناء التحميص، ونقل القوة إلى هيكل المعدن لعربة الفرن، مما يتطلب أن يكون للعمود قيمة عالية نسبيا من البرودة والساخنة، بالإضافة إلى قوة انضغاطية وانحناء، وله خاصية تشوه معينة عند درجة حرارة الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، يجب تحقيق الحد الأدنى للوزن المقاوم للمقاومة. لهذا السبب، تتعرض معظم مكونات عربة الفرن لأكبر قدر من الضغط، وبالطبع يجب تصميم هيكل العمود وفقا لحجم الحمل ودرجة حرارة التحميص أثناء التحميص. ومع ذلك، يظهر تحليل أنظمة عربات الأفران الحديثة أن هناك حركة متزايدة بعيدا عن أنظمة المقاومة الحرارية التقليدية، أي أن الهيكل يتكون من ممر خاص، ودعامات عرضية عالية، وأعمدة خاصة مع فواصل (تسمى "بنسن"), توضع على ألواح مصممة خصيصا وتدعمها أعمدة مركزية. في الواقع، في إنتاج الطوب الأسطواني المدلد، تم استخدام أنظمة أرق وأكثر تطورا، باستخدام أعمدة مبارزة يمكن وضع الطوب الحامل الكبير أو الألواح أو هياكل العوارض عليها والشكل 2 مثال على هذا النظام.

مثل هذا النظام المتطور لن ينتج بعد الآن طينية مقاومة للحجر بالطريقة التقليدية. لهذا السبب، يتم سحق حجم جزيئات الطين إلى 0 إلى 0 إلى 0.2 مم، ثم يتم تدميره أو ضغطه على حبيبات أو بثقه إلى طبقة فارغة بحيث لا يزال البناء البناء يستخدم في الطريق. يشمل ذلك أيضا تقنية إنتاج عالية للمكونات المقاومة للمقاومة للمقاومة ذات متطلبات خاصة. في هذا النطاق، يمكن الحصول على مواد عالية الأداء بشكل مستمر: كربيد السيليكون المعالج بالنيتروجين المولاتيت، وكربيد السيليكون المعاد تببله، والمواد القائمة على كربيد السيليكونوالتي لها قيم قوة عالية ويمكنها تقليل سمك المكونات السيراميكية بشكل كبير وبالتالي تقليل وزن المكونات المقاومة للمقاومة للحرارة بشكل كبير. بمساعدة أفران الحرق الجانبي المتقدمة، يمكن تقليل ارتفاع القطع الفارغة باستمرار إلى خبز بطبقة واحدة، وسيتم تطوير هيكل الدعم المقابل (أدوات الأفران) بشكل أكبرنظرا لتقليل وزن المكونات المقاومة للحرارة، يمكن تحقيق الاستقرار الميكانيكي المناسب ضد الإزاحة والاهتزازات من خلال أخاديد ذيل الحمام، أو التشابك أو التثبيت الذكي مثل شرائط القفل، الأغطية، القضبان وتدابير الحد من أخطاء المكونات القوية.

كما أن هذا يحفز بشكل كبير تحسين متطلبات المستوى الفني الإنتاجي لمصنعي المنتجات المقاومة للحرارةحيث أن خطأ الحجم المسموح به لهذه المنتجات هو 1 ملم، مما يعكس المستوى الفني المعاصر. الشرط الضروري لتلبية المتطلبات أعلاه هو استخدام مواد خام عالية الجودة لإنتاج منتجات دقيقة من حيث الأبعاد؛ تطوير أدوات ضغط متقدمة مثل المكابس الهيدروليكية ذات قوالب متعددة المراحل قابلة للبرمجة، بالإضافة إلى التحكم الدقيق في غرف التجفيف والأفران.

في بعض الحالات، تستخدم المواد المختلفة المذكورة أعلاه معا

 عند حساب عربات الأفران، يجب الانتباه إلى أن خصائص المادة الفيزيائية تتغير بشكل كبير، وأن لها أهمية حاسمة في التشغيل المستمر لنظام عربات الأفران النفقية وضمان عملها بدون أعطال، لذلك في تصاميم العربات السابقة، كان التركيز بشكل رئيسي على القيم العددية، أما اليوم فحساب الطاقة والأداء الميكانيكي والخصائص الحرارية أثناء تصنيع كل مكون يلعب دورًا أكثر أهمية. الشكل 3 يوضح التصميم الأمثل للحمل من خلال الحسابات الهيكلية والحرارية.

المقارنة بين المواد الهيكلية المختارة من حيث قابلية التمدد الحراري العكسية

 أظهرت أهمية الخصائص الفيزيائية للمواد في تصميم عربات الأفران. على سبيل المثال، تم أخذ التوسع الحراري العكسي للمواد في الاعتبار، ومن خلال تحليل معامل التمدد الحراري، لوحظ أن قيمته تتغير كثيرًا في بعض الحالات، وإذا لم يتم ملاحظة هذا الوضع، سيؤدي ذلك حتمًا إلى عواقب تضر بنظام عربات الأفران.

نتيجة نهائية

نظام عربات الأفران النفقية دائمًا مرتبط بالمستخدم والمنتج.

 معرفة معلمات عملية تصنيع المصنع في المستقبل مثل درجة حرارة التحميص، دورة الحرق، وجو الفرن وفي مرحلة التصميم يجب أخذ جميع الظروف في الإنتاج بعين الاعتبار، بحيث يتم الاختيار الصحيح، مما يطيل عمر النظام. فقط بهذه الطريقة يمكن تجنب العوامل الضارة المختلفة والهدر غير الضروري، وجعل اختيار النظام الأمثل.

 معلومات الاتصال:

إذا رأى أي مؤلف أو صاحب حقوق الطبع والنشر أن طريقة الاقتباس من هذا الموقع غير مناسبة،أو يرغب في تعديل/حذف المحتوى ذي الصلة، الرجاء الاتصال بنا من خلال الوسائل التالية:

البريد الإلكتروني: [info@Brictec.com]

الهاتف: [029-89183545]

العنوان: [المدينة الجديدة غاوتشين، طريق تانغيان الجنوب رقم 10، منتزه زونغشينغ الصناعي، مدينة شيآن]

نحن نلتزم بالرد خلال 24 ساعة من استلام إشعاركم، ومعالجة المحتوى ذي الصلة بسرعة وفقًا لطلبكم.

 التزام بالنزاهة الأكاديمية:

تلتزم شركتنا بشدة بمبادئ النزاهة الأكاديمية،وتحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع العلماء.إذا كان هناك أي اقتباس غير مناسب،نعتذر بشدة، وسنقوم بتصحيحه على الفور.