يتطلب حرق الطوب الفحم أو أنواعًا أخرى من الوقود. ويُعدّ تحقيق أقصى كفاءة حرارية مفتاحًا تقنيًا أساسيًا في تصميم أفران الطوب. تتراوح درجة حرارة تلبيد الطوب بين 850 و1050 درجة مئوية. ولتوفير الفحم، يجب تحسين العزل الحراري للفرن. يُبطّن فرن النفق الدوار بقطن ألياف حرارية، مما يُقلل من وزن جسم الفرن، ويُخفف من إجهاد التمدد والانكماش الحراري فيه، ويُحسّن من أدائه في العزل الحراري. وبذلك، تُحافظ الفرن على درجة حرارتها لفترة طويلة، ويزداد استهلاك الطوب في كل مرة. كما تُسهم طاقة الاحتراق الداخلي في رفع درجة حرارة الفرن بشكل أكثر فعالية، وبالتالي توفير الوقود.

في أفران الأنفاق العادية، ولمنع تسرب غازات الاحتراق عالية الحرارة إلى عربة الفرن واحتراق عجلاتها ومحاملها، من الضروري تركيب مصدر غاز أسفل العربة. وفي نظام التسخين ككل، يجب الحفاظ على توازن ضغط الهواء في أسفل العربة وعلى سطحها، كما يجب منع ارتفاع درجة حرارة غازات الاحتراق عالية الحرارة والهواء البارد في أسفل العربة لتجنب انخفاض درجة حرارة الفرن.

تُكدّس قوالب الطوب في فرن النفق الدوار مباشرةً على الأرض، دون الحاجة إلى تهوية أسفل المركبة، ما يسمح بالاستفادة الكاملة من درجة حرارة الأرض. وقد وُجد أن غطاء ألياف سيليكات الألومنيوم يستمر في التكليس بشكل طبيعي حتى بعد 48 ساعة من إيقاف تشغيل الفحم والهواء في الإنتاج الفعلي، وهو أمر مستحيل في أفران الأنفاق التقليدية. في فرن النفق الدوار الحلقي، عندما تنخفض درجة حرارة حرق الطوب إلى درجة حرارة الغرفة، تكون الحرارة المنبعثة كافية لتجفيف قوالب طوب رطبة من نفس الحجم، لذا لا حاجة لبناء فرن هواء ساخن، ولا حاجة لاستخدام عملية التحميص بالحرارة العالية التي تستهلك كميات أكبر من الفحم لتجفيف الطوب.

في نظام التسخين لفرن النفق الدوار الحلقي، يدخل الهواء الجاف من مخرج الفرن ويبرد الطوب المتلبد عبر قسم التبريد، مما يخفض درجة حرارته عند مخرج الفرن إلى درجة حرارة الغرفة. أي أن كل الحرارة المنبعثة من الطوب المتلبد تُنقل إلى قسمي التحميص والتجفيف عبر الهواء الداخل إلى الفرن لدعم الاحتراق والتجفيف. يُعد توفير الطاقة من أبرز مزايا فرن النفق الدوار الحلقي، كما أن تصميمه العملي الأمثل وتخطيطه المدروس ومساره اللوجستي البسيط يساهمان بشكل كبير في خفض استهلاك الطاقة في مصنع الطوب بأكمله.

يعتمد فرن النفق الدوار الدائري بالكامل على التشغيل الآلي ونظام التحكم الرقمي التلقائي. تُعرض درجة الحرارة داخل الفرن مباشرةً على شاشة نظام التحكم. وبذلك، لا حاجة لتوظيف مشرفين متخصصين بأجور مرتفعة لمراقبة الحرائق، مما يُلغي الحاجة إلى صناعة الطوب التقليدية ويزيد الإنتاج بشكل كبير.

بالمقارنة مع أفران الأنفاق التقليدية، يتميز فرن النفق الدوار المتنقل الجديد الموفر للطاقة والصديق للبيئة بمزايا كبيرة. ومن المتوقع أن يُستخدم نمط إنتاج هذا الفرن على نطاق واسع في مجال الطوب المتلبد، وذلك بالمقارنة مع بطانية ألياف سيليكات الألومنيوم من شركة هيلو.

1- الطوب اللبن المشوه، تظهر عليه تشققات كبيرة. وفي الحالات الأكثر خطورة، قد ينقسم الطوب اللبن بأكمله.

الأسباب: مؤشر اللدونة لدى كلب البج منخفض للغاية، ولا توجد لدونة تقريبًا.

الحل: زيادة مؤشر اللدونة للمواد الخام، مثل الطين أو طين الفحم أو عامل الطين، إلخ.

بالنسبة للمواد الخام ذات مؤشر اللدونة المنخفض، يمكن تحسينها أيضًا بعد التقادم والترطيب والتقليب والدرفلة والبثق وغيرها من الطرق.

2- جسم الطوب اللبن ليس أملسًا، بل يحتوي على جزيئات واضحة، وحفر رملية أكثر، كما أن الأبواق أو المزامير مفقودة.

الأسباب: لا يفي تكسير المواد الخام بمتطلبات صناعة الطوب لوجود العديد من الجزيئات الكبيرة.

الحلول: تركيب معدات الطحن الدقيق، حسب الحاجة لسحق المواد الخام لإنتاج جزيئات بحجم 3 مم أو أقل.

بعض أصحاب الأفران لا يرغبون في إنفاق المال على تجهيز آلات معالجة المواد الخام، مثل الكسارات الأسطوانية والخلاطات ذات المحورين. بعض الأفران مجهزة بزوج واحد فقط من الكسارات الأسطوانية، وبعضها الآخر بخلاطات فقط، وبعضها لا يمتلك أيًا منهما. كيف لنا أن نحصل على طوب جيد إذا كانت هناك طوب وبلاط وحجارة وغيرها من الشوائب في المواد الطينية الخام؟ حتى لو كان من الصعب إرسال شخص لفرزها وتنظيفها. الحل الأمثل لهذه المشكلة هو تجهيز الأفران بمعدات مساعدة.

3- جودة أدوبي غير مستقرة، فهي جيدة أحياناً وسيئة أحياناً أخرى.

الأسباب: عدم تجانس خلط المواد الخام

الحلول: زيادة حجم الخلاط والمغذي

بعض مصانع الطوب لا تُجهّز بأسطوانات أو خلاطات، بل حتى بدون مغذيات، حيث يتم تغذية آلة الطوب يدويًا باستخدام المجرفة، مما يُسبب عيبين رئيسيين: أولهما، عدم القدرة على تقليب وخلط التربة الخام جيدًا، إذ تختلف لزوجة التربة الخام، وأحيانًا يكون التباين كبيرًا جدًا، كما هو الحال في طمي نهر اليانغتسي. وثانيهما، عدم القدرة على خلط المواد الموجودة داخلها، مثل الفحم ومخلفات الفحم والطمي، بشكل متجانس. هذا التباين يؤدي حتمًا إلى عدم استقرار جودة الطوب اللبن.

4- ستنتشر أعمدة الطوب اللبن والطين المشوهة فور قطعها.

الأسباب: عطل في حجرة التفريغ

الحلول: أ- تحسين تقنيات صيانة وإصلاح آلات تصنيع الطوب لضمان عملها بكفاءة. ب- إجراء التحول التقني اللازم.

ب- سبب آخر لفشل غرفة التفريغ هو استخدام مواد خام رملية، مما يجعل طبقة الطين المغلقة في المثقب العلوي رقيقة جدًا، ويسهل سحبها، ما يؤدي إلى فشل التفريغ، وبالتالي عدم إمكانية تشكيل الطوب اللبن. أفضل حل لهذه المشكلة هو تغيير نسبة المواد الخام لزيادة معامل اللدونة. كما يمكن قص الطرف الأمامي للمثقب العلوي بمقدار 2-10 سنتيمترات حسب خصائص التربة (يجب أن يتم ذلك تحت إشراف فنيين متخصصين، لا تقم به بنفسك).

5- تشققات كثيرة في الطوب اللبن أو انقسامه إلى قسمين، وتراكم المزيد من النفايات بعد عملية التلبيد.

الأسباب: هناك الكثير من المكونات اللزجة في المواد الخام، لذا فإن مؤشر اللدونة مرتفع للغاية.

الحلول: تغيير نسبة المواد الخام، وتقليل معامل اللدونة. يمكن أن يصل معامل لدونة الطين إلى 25، ويمكن دمجه بشكل مناسب مع رماد الفحم، أو الخبث، أو الرماد المتطاير، أو مسحوق نفايات الطوب لتخفيفه.

6- الطوب اللبن الناعم، سهل التشكيل، أو يتشقق بعد القطع.

السبب: عدم التحكم السليم في الرطوبة الموجودة في الطين.

الحل: الطوب اللبن اللين سهل التشوه، مما يدل على زيادة نسبة الماء في الطين، لذا يجب تقليلها. أما إذا حدث تشقق أو انقسام سريع في عمود الطين بعد صبه، نتيجة لنقص الماء فيه، فيمكن حل هذه المشكلة بزيادة كمية الماء بشكل مناسب.

7. طاقة إنتاج الطوب غير مستقرة

السبب: غير مزود بصندوق تغذية

الحل: يلجأ بعض أصحاب مصانع الطوب، سعياً لتوفير المال، إلى رفض استخدام مغذيات الصناديق، ويعتمدون على بعض العمال لتغذية التربة يدوياً. ونتيجة لذلك، فإن كمية التربة المُغذّاة غير ثابتة، فهي أحياناً أكثر مما يحتاجه جهاز البثق، وأحياناً أقل مما يحتاجه، مما يؤثر بشكل كبير على الطاقة الإنتاجية.

باختصار، تتنوع المواد الخام المستخدمة في صناعة الطوب، وبالإضافة إلى اختلاف المناخ، لا بد من حدوث بعض الظروف غير الاعتيادية أثناء الإنتاج، ويصعب تجنبها. في حال حدوث أي مشكلة، يُنصح باتباع النقطتين التاليتين: أولاً، وجود فريق عمل يتمتع بحس عالٍ من المسؤولية وفريق فني من الميكانيكيين المحترفين. ثانياً، التواصل الفوري مع الزملاء في القطاع بشأن المشكلات التقنية المعقدة.

في فصل الصيف، ومع تغير المناخ، يتذبذب محتوى الرطوبة في المواد الخام، لذا يجب مراقبة هذا التغير بدقة أثناء الإنتاج. عندما يكون محتوى الرطوبة منخفضًا، يجب إضافة الماء إلى المادة الخام في الوقت المناسب للوصول إلى الرطوبة المطلوبة للتشكيل. أما عندما يكون محتوى الرطوبة مرتفعًا جدًا، فيجب خفضه بشكل مناسب. يمكن تحقيق ذلك بإضافة بعض المواد الجافة، مثل الرماد المتطاير الجاف، ومخلفات الفحم، والخبث، ومخلفات المناجم الأخرى، وغيرها من مخلفات الخبث الصناعية. عند إضافة هذه المكونات، يجب اختيار الوقت المناسب وتحديد موضع الإضافة بدقة. يجب إضافتها عند مرحلة تكسير المادة الخام. بهذه الطريقة، تختلط المكونات المضافة جيدًا مع المكونات الرئيسية للمادة الخام، مما يضمن تجانسها. أما إذا تأخر وقت الإضافة، أي بعد تكسير المادة الخام، فلن يكون تجانس المادة الخام ناتجًا عن عدم امتزاج بعض المواد بشكل كامل، مما يعيق عملية التشكيل. بمعنى آخر، يمكن إجراء عملية التشكيل، لكن جودة الجسم الخام المُشكَّل غير مستقرة للغاية. عند إضافة الماء إلى المواد الخام، من الضروري الانتباه إلى توقيت الإضافة. يجب إضافة ما بين 98% و100% من كمية الماء اللازمة لتشكيل المواد الخام عند تكسيرها وسحقها، بحيث يفي محتوى الماء فيها بمتطلبات ماء التشكيل. لا تنتظر حتى دخول المواد الخام إلى جهاز البثق لإضافة الماء، فهذا متأخر جدًا لضمان توزيع الماء المضاف بالتساوي في المادة الخام، كما أن محتوى الماء على سطح الجزيئات وداخلها سيكون مختلفًا بشكل كبير، مما يؤثر سلبًا على تجانس أداء المادة الخام، ويُلحق ضررًا بعملية التشكيل وأداء الجسم الخام.

فيما يتعلق بتزييت الماء عند فتحة الماكينة، يجب الانتباه إلى كمية الماء المضافة. لضمان عملية تشكيل طبيعية، يُفضل إضافة أقل كمية ممكنة من الماء. على الرغم من إمكانية استخدام كمية أكبر من الماء، إلا أن ذلك سيؤدي إلى امتصاص سطح الجسم الخام كمية كبيرة من الماء، مما سيؤثر سلبًا على عملية تجفيفه وتجانس أدائه. من المحتم حدوث ظاهرة انفصال الطبقات في الجسم المُشكَّل باستخدام الطارد اللولبي، والتي تُعرف عادةً باسم التضليع الحلزوني. يتشكل هذا النسيج (الطبقات) نتيجةً لعدم انتظام خروج الطين من فتحة الماكينة عبر الشفرة الحلزونية. عند تشكيل المواد الخام على هيئة شرائح طينية، نسعى إلى زيادة كثافة الجسم الخام من خلال التماسك الوثيق بين الجزيئات، وليس من خلال تأثير مواد التشحيم. وفقًا لمبدأ التراص الأكثر كثافة للمواد الخام، عندما تتوزع نسبة كل مكون في الجزيئات الخشنة والمتوسطة والناعمة للمواد الخام وفقًا لمبدأ "الكبيرة عند الطرفين والصغيرة في المنتصف"، تكون كثافة الجسم الخام في أعلى مستوياتها، أي أن الجزيئات تصل إلى أعلى كثافة تراص. لا يمكن تحقيق تأثير تشكيل جيد باستخدام جزيئات ذات حجم واحد فقط، وعندما تكون نسبة كل مكون غير متوازنة، لا يمكن تحقيق تأثير تشكيل جيد، ويسهل حدوث انفصال الطبقات أثناء التشكيل.

المكونات والهيكل

يتكون فرن الطوب الطيني النموذجي من عدة أجزاء رئيسية:

الحجرة: هذا هو المكان الذي تُكدّس فيه الطوب وتُحرق. وهي مصممة لتحمل درجات الحرارة العالية، كما أنها مزودة بتهوية مناسبة لضمان تسخين متساوٍ.

نظام تزويد الوقود: بحسب نوع الفرن، قد يستخدم الفحم أو الغاز أو أنواعًا أخرى من الوقود. يتحكم نظام تزويد الوقود بكمية الوقود الداخلة إلى الفرن للحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة.

نظام التهوية: ضروري لإزالة الحرارة الزائدة والغازات، وضمان دوران الهواء بشكل صحيح أثناء عملية الحرق. وهذا يساعد في الحصول على طوب ذي جودة ثابتة.

أنواع أفران الطوب الطيني

توجد أنواع مختلفة من أفران الطوب الطيني، بما في ذلك:

فرن الخندق على شكل ثور: هو بناء طويل يشبه الخندق، حيث توضع الطوب على جوانبه ويتم حرقه من أحد طرفيه. وهو فرن بسيط نسبيًا ومنخفض التكلفة، ولكنه قد يكون أقل كفاءة في استخدام الحرارة.

فرن ذو مدخنة ثابتة: يحتوي على مدخنة ثابتة لإخراج غازات العادم. تُكدّس الطوب داخله وتُحرق. يوفر هذا النوع من الأفران تحكمًا أفضل في عملية الحرق مقارنةً ببعض الأفران التقليدية الأخرى.

فرن نفق فرن أكثر تطوراً وتصنيعاً. تُنقل الطوب عبر نفق طويل على سير ناقل، ويتم حرقها في درجات حرارة مختلفة في مناطق مختلفة. يوفر هذا عملية إنتاج مستمرة ومراقبة جودة أفضل.

عملية إطلاق النار

تتضمن عملية حرق الطوب الطيني في الفرن عدة مراحل:

التجفيف: قبل حرق الطوب، يجب تجفيفه لإزالة الرطوبة. ويتم ذلك عادةً في غرفة تجفيف منفصلة أو عن طريق التجفيف الطبيعي بالهواء.

التسخين المسبق: يتم تسخين الطوب تدريجياً إلى درجة حرارة معينة للتخلص من الرطوبة المتبقية وإعداده لمرحلة الحرق بدرجة حرارة عالية.

عملية الحرق: تُعرَّض الطوب لدرجات حرارة عالية، تتراوح عادةً بين 800 و1200 درجة مئوية، وذلك حسب نوع الطوب المُنتَج. يُحدث هذا تغييرات كيميائية وفيزيائية في الطين، مما يجعل الطوب صلباً ومتيناً.

التبريد: بعد عملية الحرق، يجب تبريد الطوب ببطء لتجنب تشققه. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق التبريد الطبيعي أو عن طريق التهوية المُتحكم بها.

الأثر البيئي

يمكن أن يكون لأفران الطوب الطيني تأثير بيئي:

تلوث الهواء: يؤدي حرق الوقود في الفرن إلى إطلاق ملوثات مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والمواد الجسيمية، والتي يمكن أن تساهم في تلوث الهواء.

استخدام الأراضي: يمكن أن يؤدي استخراج الطين لإنتاج الطوب إلى تدهور الأراضي وفقدان الأراضي الزراعية.

استهلاك الطاقة: تتطلب الأفران كمية كبيرة من الطاقة للحرق، مما قد يساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري إذا تم استخدام الوقود الأحفوري.

ولمعالجة هذه المشكلات، تُبذل جهود لتطوير أساليب إنتاج الطوب الأكثر استدامة، مثل استخدام أنواع الوقود البديلة، وتحسين كفاءة الأفران، وإعادة تدوير المواد المهدرة.

فرن نفق يعمل بالفحم:

• يُجهّز فرن النفق بنظام احتراق متكامل، ونظام عادم، ونظام تبريد، ونظام تبديد حرارة، ونظام موازنة ضغط، ونظام تشغيل، ونظام مراقبة. ومن خلال ضبط هذه الأنظمة، يصبح منحنى التحميص داخل الفرن أكثر دقة، وتتحسن كفاءة عمليات الإنتاج. يتميز فرن النفق بغرفة تحضير عند مدخل التحميل، وباب إيقاف عند نقطة التقاء غرفة التحضير بمنطقة التسخين المسبق، وأبواب طرفية عند كلا الطرفين، مما يمنع دخول الهواء البارد إلى الفرن ويضمن استمرارية التشغيل والتحميص دون تأثر بالظروف الخارجية.
• سيؤدي ذلك إلى توليد التلوث، لذا من الضروري تركيب برج لإزالة الكبريت لتنقية الهواء.
• دقة التحكم في درجة الحرارة ليست عالية. مناسب لمواد البناء منخفضة الجودة، مثل الطوب.
• الاستثمار أقل مقارنةً بأفران الأنفاق التي تعمل بالغاز الطبيعي.
• الكفاءة الحرارية: 60%~70%

فرن نفق يعمل بالغاز الطبيعي:

• تنقسم أفران الأنفاق التي تعمل بالغاز الطبيعي إلى نوعين: أفران جانبية وأفران علوية. 1. تُصمم الأفران الجانبية بناءً على خصائص حرق منتجات الطين. تُرتّب عدة أزواج من قنوات الاحتراق على طول الأجزاء السفلية لجدران الفرن على جانبي منطقة الحرق. تُركّب مواقد جانبية مناسبة خارج هذه القنوات، مما يسمح بدخول اللهب إلى حيز الاحتراق في الفرن عبر القنوات لتسخين المنتجات وحرقها. 2. تتميز الأفران العلوية بوجود مواقد في سقف منطقة الحرق. يُضخ الغاز الطبيعي والهواء مباشرةً إلى حيز الاحتراق في الفرن عبر منافذ المواقد من الأعلى، مما يُلغي الحاجة إلى قنوات الاحتراق الجانبية. يُبسّط هذا الأمر هيكل الفرن بشكل كبير، ويسمح بمقطع عرضي أوسع، وبالتالي يزيد من حجم الفرن وقدرته الإنتاجية.
• لن يتسبب ذلك في حدوث تلوث.
• تتميز بدقة عالية في التحكم بدرجة الحرارة. مناسبة للطوب والبلاط الخزفي عالي الجودة، والألواح الطينية، والسيراميك المعماري، وطوب الواجهات، إلخ.
• نظراً للحاجة إلى مد خطوط الأنابيب وأنظمة التحكم المختلفة في الصمامات لخزانات تخزين الغاز في أفران الأنفاق التي تعمل بالغاز الطبيعي، وبالمقارنة مع أفران الأنفاق التي تعمل بالفحم، فإن عرض عربة الفرن وفرن النفق في أفران الأنفاق التي تعمل بالغاز الطبيعي أوسع بكثير، وبالتالي فإن الاستثمار أعلى بكثير مقارنة بأفران الأنفاق التي تعمل بالفحم.
• الكفاءة الحرارية: أكثر من 80%