إنتاج مواد الجدران المحروقة مشروعٌ منهجيٌّ يتألف من مراحل معالجة مترابطة. يعمل كل جزء من أجزاء الإنتاج كلوح خشبي في دلو ماء، حيث تُحدَّد سعة الماء القصوى للدلو بأقصر لوح وليس بأطولها. وبالمثل، تتحدد ربحية خط إنتاج الطوب بأضعف حلقة في عملية الإنتاج، وهو ما يُعرف بمبدأ اللوح القصير في مصانع الطوب.
يركز العديد من أصحاب مصانع الطوب في مرحلة التخطيط على الطاقة الإنتاجية الاسمية فقط. فهم يطلبون مباشرةً إنتاجًا يوميًا يتراوح بين 500,000 و800,000 قطعة، وطاقة إنتاجية سنوية تتراوح بين 150 و200 مليون طوبة محروقة . مع ذلك، قلّما يحسبون حجم دوران المواد الفعلي في الموقع. قد يصل حجم الدوران اليومي الحقيقي إلى ما بين 5 و8 ملايين قطعة، وهو أعلى بكثير من الإنتاج الاسمي للطوب.
مستودع المواد الخام
تستخدم بعض المصانع مخلفات الصخور المحلية والطفل الزيتي دون الحاجة إلى ساحات تخزين إضافية. أما إذا تم نقل المواد الخام من أماكن أخرى، فستحتاج إلى ساحات تخزين متعددة قادرة على استيعاب 500,000 قطعة من المواد الخام اللازمة لصنع الطوب.
معالجة المواد الخام
يجب أن تتجاوز الطاقة الإنتاجية اليومية للمواد الخام إنتاج الطوب اليومي المستهدف، مع العلم أن وقت تشغيل المعدات لا يتجاوز 8-10 ساعات. يحتاج المشغلون إلى اختيار الكسارات، والغربال الأسطواني، وحلول التكسير أحادية أو ثنائية المرحلة وفقًا لصلابة المواد الخام ومحتواها من الرطوبة. كما يجب التأكد من عرض سير النقل، وسرعة التشغيل، وتكوين الفاصل المغناطيسي، وتصميم سهل الصيانة. حتى مع وجود كسارات كبيرة ومحركات قوية، فإن استبدال رؤوس المطارق لمدة نصف يوم أو يوم كامل سيؤدي مباشرة إلى خفض الإنتاج. تعتمد العديد من مصانع الطوب الصغيرة على اللوادر والرفع اليدوي لألواح الغربلة الثقيلة، وتفتقر إلى الرافعات العلوية. ويُعدّ التغيير المتكرر لموظفي الصيانة أحد أبرز عوامل نقص الإنتاج.
صومعة تخزين المواد القديمة والمواد الدقيقة
تُعدّ صوامع التخزين القديمة عنصرًا أساسيًا في صناعة الطوب. تدعم سعة التخزين الموصى بها إنتاجًا يوميًا بمعدل ثلاثة أضعاف مع فترة تخزين تصل إلى 72 ساعة. كما تضمن استمرار إمداد المواد الخام حتى في حال توقف معدات التكسير لمدة يومين. بالنسبة للمواد الخام الصلبة أو الرملية، يمنع التصميم المقاوم للماء تفاوت الرطوبة (جفاف الجزء العلوي ورطوبة الجزء السفلي). ويساعد تركيب مدلكات التربة بعد التخزين والخلط على استقرار أداء المواد الخام.
البثق والتشكيل
يشمل نظام تشكيل البثق بأكمله التغذية، والخلط، والتحريك المكثف، والبثق، والتقطيع، وتكديس الطوب. يختلف أداء جهاز البثق الفراغي وآلة تكديس الطوب اختلافًا كبيرًا باختلاف خصائص المواد الخام وموقع المنتج. قد تعمل مجموعة من المعدات بشكل جيد في منطقة ما، ولكنها تفشل في منطقة أخرى. مثال نموذجي: قامت العديد من مصانع الطوب في لانتشو بنسخ تجارب الإنتاج من وسط وشرق الصين. حصلت هذه المصانع على طوب أخضر جيد، لكنها عانت من بطء التجفيف، وبطء الحرق، وارتفاع معدل الرفض، والتشقق. كان إنتاجها الفعلي من الحرق أقل بكثير من المتوقع، مما أدى إلى نقص حاد في الإنتاج.
غرفة التجفيف
تتوفر عدة خيارات لأفران الأنفاق : التجفيف المباشر والحرق المباشر، التجفيف مرة واحدة والحرق مرة واحدة، التجفيف مرة واحدة والحرق مرتين، التجفيف مرتين والحرق مرة واحدة، إلخ. يعتمد الخيار الأمثل على المواد الخام والمنتجات النهائية والمناخ المحلي. يُناسب التجفيف المباشر والحرق المباشر الصخر الزيتي اللدن أو مخلفات الفحم لصنع الطوب الصلب. أما بالنسبة للمواد الخام شديدة الحساسية للتجفيف، فإن التجفيف المباشر والحرق المباشر يُصبحان خيارًا غير عملي.
يُشكّل المناخ الخاص تحدياتٍ أيضاً. ففي كويتون، شينجيانغ، يتسبب الهواء الجاف للغاية في تشقق الطوب الأخضر مباشرةً بعد قطعه. ويشمل الحل خفض ارتفاع ورشة العمل ومأوى الطوب الأخضر، واستخدام الستائر لرفع مستوى الرطوبة المحيطة، واعتماد تصميم تكديس الطوب بمقدار 1.5 ضعف. كما يجب زيادة عدد عربات السكك الحديدية والفرن بمقدار 1.5 ضعف.
تشمل مصادر التجفيف الحراري تجفيف غازات المداخن، وتجفيف الحرارة المهدرة، والتجفيف المشترك لغازات المداخن والحرارة المهدرة. إذا كانت المواد الخام تحتوي على نسبة عالية من الكبريت، فإن تجفيف غازات المداخن سيؤدي إلى تلوث ثانوي وزيادة التكاليف البيئية. أما المواد الخام منخفضة الكبريت فتستفيد أكثر من التجفيف المشترك، مما يوفر الطاقة والوقود.
تشمل طرق سحب الرطوبة السحب المركزي، والسحب اللامركزي، والسحب المركزي القطاعي، والسحب بالضغط الموجب، والسحب بالضغط السالب. يُعد السحب المركزي للرطوبة غير فعال، إذ يستهلك طاقة عالية ويُنتج كمية زائدة من الأكسجين. يجمع التصميم الأمثل بين السحب اللامركزي والمركزي، مع غلبة السحب بالضغط الموجب ودعم السحب بالضغط السالب. تعاني العديد من مشاريع أفران الأنفاق الدوارة من عيوب في تصميم حجرة التجفيف؛ حيث تستهلك بعض مراوح سحب الرطوبة طاقةً تعادل 3-4 أضعاف طاقة فرن النفق نفسه.
عملية الحرق
تُحدد كفاءة الفرن وجودة المنتج واستهلاك الفحم بشكل أساسي في مرحلتي تصميم الفرن وبنائه. توجد أنواع مختلفة من أفران الأنفاق، منها أفران الأنفاق المبنية من الطوب، وأفران الأنفاق المركبة، وأفران قنوات الهواء العلوية، وأفران قنوات الهواء السفلية، وأفران الأنفاق الدوارة . تتسع أفران الأنفاق الدوارة لحوالي 300 طوبة قياسية لكل متر مكعب، بينما تتسع أفران الأنفاق التقليدية لما بين 400 و500 طوبة. تعاني أفران الأنفاق التقليدية من عيوب هيكلية، حيث تتحرك الطوب بينما يبقى الفرن ثابتًا، مما يؤدي إلى اختلاف في درجة الحرارة بين المقاطع العرضية واحتراق عربات الفرن. ويتطلب التغلب على هذا الضعف الهيكلي المزمن ابتكارًا تقنيًا.
قدرات فني إطلاق النار
يظنّ العديد من مشغلي الأفران خطأً أن تشغيلها يقتصر على مجرد مراقبة اللهب. يجب أن يكون مشغل الفرن المؤهل خبيرًا في ضبط الفرن، إذ يحتاج إلى إتقان بنية الفرن، وتدفق الهواء، والحرارة المهدرة، وحجم المروحة، ودرجة الحرارة، والقيمة الحرارية، وخطة رصّ الطوب ، ومعايير عربة الفرن وغرفة التجفيف.
هناك قاعدة معروفة: 70% من الأداء يعتمد على رصّ الطوب، و30% على عملية الحرق؛ 70% من العمل أسفل الفرن، و30% فوقه . يقوم الفنيون المتميزون بتحليل تقارير اختبار المواد الخام وتوزيع الحرارة. تجنب تمامًا إضافة الفحم عند وصلات عربات الفرن في المناطق ذات درجات الحرارة العالية، أو فتح فتحات الاحتراق فيها، لأن ذلك سيلحق ضررًا بالغًا بعربات الفرن. يرتبط حرق عربات الفرن أيضًا بعزلها وتوازن الهواء في الخنادق.
ممر التحميل
إحدى الحالات الواقعية: فرن بعرض 3.7 متر، مزود بأربع مناطق تجفيف وثلاث مناطق حرق، لا يحتوي إلا على ممر تحميل واحد مزود بآلة تعبئة شبه أوتوماتيكية. لا يمكن توفير مساحة إضافية لممرات تحميل أخرى. لم يتمكن المصنع من العمل بكامل طاقته (أربع مناطق تجفيف وثلاث مناطق حرق) بعد 5-6 سنوات من التشغيل؛ إذ يقتصر التشغيل الأقصى على منطقتي حرق فقط. يؤدي نقص ممرات التحميل إلى عرقلة تسليم الطوب الجاهز، وهو ما يمثل قصورًا تخطيطيًا يصعب حله. يجب حساب عدد محطات التحميل والتعبئة والتخزين مسبقًا وفقًا للإنتاج المستهدف.
ساحة المنتجات النهائية
تتجاهل العديد من مصانع الطوب ساحات التخزين المخصصة للمنتجات الجاهزة. ويؤدي محدودية مساحة هذه الساحات، بالإضافة إلى سعة الأفران الكبيرة، إلى انخفاض الإنتاج خلال مواسم الأمطار أو خارج المواسم. ويتطلب إنتاج الطوب المجوف ساحات تخزين أكبر، مما يجعل نقص مساحة التخزين عائقًا كبيرًا أمام تصنيعه.
المواد الخام والامتثال البيئي
تتجاهل العديد من المصانع إجراء اختبارات معملية للمواد الخام قبل بدء أعمال البناء. فالمواد الخام التي تحتوي على نسبة كبريت تتراوح بين 4% و5%، دون وجود مصادر بديلة، ستشكل عائقًا كبيرًا أمام تطبيق اللوائح البيئية. لذا، يُشترط إجراء اختبارات معملية متعددة قبل الاستثمار. فارتفاع نسبة الكالسيوم يُسبب التميع، بينما يؤدي ارتفاع نسبة أكسيد البوتاسيوم وأكسيد المغنيسيوم إلى ظهور التزهير الملحي الأبيض على سطح الطوب.
برج إزالة الكبريت
أعادت العديد من مصانع الطوب بناء أبراج إزالة الكبريت بسبب افتقار الموردين للمعرفة اللازمة ببنية الأفران وميكانيكا الموائع. يؤدي سوء تصميم معدات إزالة الكبريت إلى زيادة الحمل على المراوح، وإعاقة تصريف الرطوبة، وتقليل الإنتاج. تُعدّ أنظمة إزالة الكبريت والغبار الأفقية والرأسية معًا أكثر فعالية من الأنظمة الرأسية فقط. يُساهم وضع مدخل الهواء لبرج إزالة الكبريت أعلى سطح الفرن بقليل في توفير الطاقة، ويتوافق مع قواعد ميكانيكا الموائع.
حماية البيئة وتحديث الأفران
يُوفر استخدام الغاز الطبيعي في الحرق إنتاجًا نظيفًا مع انخفاض انبعاثات الكبريت وأكاسيد النيتروجين والغبار. يحتاج أصحاب المصانع إلى تقييم إمكانية تعديل الأفران الحالية لاستخدام الغاز الطبيعي دون الحاجة إلى إعادة بنائها بالكامل. ينبغي أن تُراعي مشاريع الأفران الجديدة خيارات الوقود في المراحل الأولى من التصميم.
خاتمة
صيغة الطاقة الإنتاجية الكاملة لدورة إنتاج أفران الأنفاق :
- مخزون المواد الخام: عدة أضعاف الإنتاج اليومي
- قدرة معالجة المواد الخام ≥ 1.5 ضعف الإنتاج اليومي
- القدرة على التقادم: 2-3 أضعاف الإنتاج اليومي
- يتم البثق خلال 8-12 ساعة للوصول إلى إنتاج يومي واحد.
- تخزين الطوب الأخضر: 1.5-2 ضعف الإنتاج اليومي
- عربة الفرن الفارغة ≥ 0.5 ضعف الإنتاج اليومي
- سعة التجفيف: إنتاج يومي واحد
- قدرة الاحتراق: إنتاج يومي واحد
- ممر نقل الطوب النهائي ≥ 0.75 ضعف الإنتاج اليومي
- محطة التحميل ≥ 0.3 ضعف الإنتاج اليومي
- ساحة مُجهزة: إنتاج عدة مرات يوميًا
يحافظ النظام بأكمله على معدل دوران يفوق الإنتاج اليومي الاسمي بعشرات المرات. قد يحتاج مصنع يستهدف إنتاج 500 ألف طوبة يوميًا إلى معدل دوران إجمالي يبلغ 5 ملايين طوبة.
تُعدّ صناعة مواد الجدران المحروقة نظامًا متكاملًا يشمل تحضير المواد الخام، والمعالجة، والبثق، والتكديس، وتجفيف الطوب الأخضر، والحرق، ومعالجة المنتج النهائي. وتُحدد ربحية مصنع الطوب الخاص بك بأضعف حلقة فيه.
