يُعدّ التحكم المستقر في درجة الحرارة والضغط أساس إنتاج الطوب المحروق عالي الجودة في أفران الأنفاق . ينسق نظام التحكم الآلي بين وحدات وظيفية متعددة للتحكم في تدفق الهواء، وإمداد الأكسجين، واستعادة الحرارة، وإحكام الضغط. يساعد فهم كيفية تفاعل مروحة العادم ، ومروحة سحب الهواء الساخن ، ونظام إحكام قاع عربة الفرن، ومخمدات الفتحات ، مصنعي الطوب على تثبيت منحنيات الحرق، وخفض استهلاك الفحم، وتقليل نسبة الطوب غير المحترق.

تُعدّ مروحة العادم المحرك الرئيسي لتدفق الهواء في نظام الفرن بأكمله. فهي تسحب غازات الاحتراق بالتتابع عبر منطقة التبريد، ومنطقة النقع، ومنطقة الحرق، ومنطقة التسخين المسبق بدرجة حرارة منخفضة، وذلك عبر مخمدات الفتحات . يتحرك تدفق الهواء في اتجاه معاكس لاتجاه حركة الطوب الأخضر . ويخدم هذا النظام غرضين أساسيين: توفير الأكسجين اللازم لاستمرار احتراق الفحم في منطقة الحرق، وتوجيه غازات الاحتراق الساخنة لتجفيف الطوب الأخضر في غرفة التجفيف.

في قسم التسخين المسبق ذي درجة الحرارة المنخفضة، تُسخّن غازات الاحتراق الطوب الأخضر حتى يشتعل الفحم المدمج فيه. يرفع الاحتراق درجة الحرارة إلى ذروة نقطة الاحتراق. يجب أن يتناسب حجم الهواء مع كمية الفحم المُغذّى للحفاظ على مستوى الأكسجين المناسب، مما يضمن احتراق 70-80% من الفحم الداخلي في منطقة الاحتراق. إذا كان تدفق الهواء غير كافٍ، فإن الاحتراق غير الكامل يُولّد حرارة محدودة، مما يؤدي إلى خط احتراق غير متساوٍ. أما تدفق الهواء الزائد فيحمل الحرارة الزائدة بعيدًا، مما يُخفّض درجة حرارة الفرن الإجمالية.

يعمل مروحة سحب الهواء الساخن بشكل مستقل، حيث تسحب الحرارة المحسوسة من منطقة التبريد فقط لتجفيف الطوب، دون توفير الأكسجين اللازم للاحتراق. أي زيادة في حجم سحب الهواء الساخن تسحب الحرارة بشكل أسرع، مما يخفض درجة الحرارة في مناطق التبريد والنقع والحرق والتسخين المسبق. يؤدي انخفاض السحب إلى الاحتفاظ بمزيد من الحرارة داخل الفرن. يتعارض اتجاه تدفق الهواء مع مروحة العادم، مما يعني أن سحب الهواء الساخن ينافس على سعة تدفق الهواء ويمكن أن يخفض درجة حرارة الفرن. سيؤدي ارتفاع معدل سحب الهواء الساخن بالقرب من منطقة الحرق إلى إيقاف انتشار النار والتسبب في احتراق زائد في مركز كومة الطوب. عندما يظل إمداد منفاخ التبريد ثابتًا، يمكن أن يؤدي السحب الزائد إلى نقص الأكسجين اللازم للاحتراق.

يعتمد نظام منع التسرب بالضغط على قناة قاع عربة الفرن ونظام منع التسرب بالرمل . تعمل حواجز الرياح وقنوات الرمل الخشنة على فصل قناة الهواء أسفل العربة عن داخل الفرن. بمجرد توازن الضغط بين قاع العربة وحجرة الفرن، يتوقف تسرب الهواء العرضي. يتسبب التسرب الصاعد في احتراق الطوب جزئيًا، بينما يتسبب التسرب الهابط في احتراق الهياكل المعدنية لعربة الفرن. يتراوح نطاق درجة الحرارة الآمنة لقاع عربة الفرن بين 70 و100 درجة مئوية.

يُفضل استخدام الرمل الخشن بحجم حبة الفاصوليا لصنع موانع التسرب الرملية . فالرمل الناعم يتطاير بسهولة، بينما يتم توزيع الرمل الخشن باستمرار بواسطة حواجز عربة الفرن لإحكام إغلاق الحوض ومنع تسرب الهواء.

يُحافظ على توازن الضغط بواسطة مراوح توازن مُقترنة بأجهزة إرسال الضغط. تستخدم أفران الأنفاق التقليدية التي تعمل تحت ضغط سلبي كامل مراوح توازن من نوع الشفط. تتميز أفران الأنفاق المُبردة من جهة التفريغ بضغط سلبي في مناطق التسخين المسبق وضغط إيجابي في مناطق التبريد، مما يتطلب مروحة شفط ومروحة نفخ لتحقيق توازن ثنائي الأقسام. تعمل محركات التردد المتغير على ضبط تدفق المروحة بناءً على بيانات الضغط المُستقبلة في الوقت الفعلي من نقطتي مراقبة، مما يُزامن ضغط قاع العربة مع ضغط الفرن. يمكن لبوابات التوازن الميكانيكية توليد ضغط سلبي، لكنها تفتقر إلى قدرة الضبط التلقائي ولا يُمكنها العمل في أقسام الضغط الإيجابي.

تتحكم مخمدات فتحة التسخين المسبق ذات درجة الحرارة المنخفضة في مواضع الفرن من رقم 1 إلى رقم 10 حتى 560 درجة مئوية. ويتحكم الفتح الجماعي لهذه المخمدات في تدفق الهواء الكلي للنظام، بينما تعمل مجموعات الفتح المختلفة على ضبط توزيع درجة الحرارة المحلية.

يبلغ أقصى ارتفاع لكل مخمد فتحة تهوية نصف قطره. ويتم حساب عدد المخمدات المطلوبة بتربيع النسبة بين قطر القناة الرئيسية وقطر المخمد الواحد. فعلى سبيل المثال، إذا كان قطر القناة الرئيسية 1.2 متر وقطر المخمد 0.4 متر، فإن النسبة تساوي 3، مما يستلزم 9 مخمدات مفتوحة بالكامل، أو 18 مخمدًا (9 أزواج) تعمل بنصف فتحة. ويقلل هذا التصميم من فقدان الضغط عبر المخمدات.

عند التحكم بالمراوح بواسطة محركات التردد المتغير، يجب على المشغلين فتح ممرات المخمد بالكامل لتجنب هدر ضغط المروحة في مقاومة الخنق. يؤثر شكل المخمد وفتحه بشكل مباشر على سرعة الاحتراق وقدرة الإنتاج. تتطلب الطوب القياسي والطوب المثقب والطوب المجوف جداول مخمد منفصلة. كما تختلف الإعدادات بالنسبة للطوب الأخضر الرطب والطوب الأخضر المجفف مسبقًا. إذا استمرت سرعة المروحة الدنيا في التسبب في حركة سريعة جدًا للنار، فيجب مراجعة نمط المخمد وفتحه لتحقيق استقرار ضغط وتدفق هواء التجفيف.

المبدأ الحراري لمخمدات الفتحات بسيط: مرور المزيد من غازات المداخن الساخنة عبر موضع المخمد يعني تبادلًا حراريًا أطول ودرجة حرارة محلية أعلى للطوب.

تُستخدم أفران الأنفاق على نطاق واسع في قطاع حرق الطوب لإنتاج الطوب المحروق ومختلف منتجات الأفران. يعمل هيكل عربة الفرن ولوحة منع التسرب الرملية ، المصنوعان من المسبوكات أو الصفائح الفولاذية، في بيئة ذات درجة حرارة عالية مستمرة. تتعرض هذه المكونات مباشرةً للغاز الساخن داخل الفرن. إذا لم تتمكن من تحمل التمدد الحراري والتآكل الناتج عن الأكسدة الحرارية، فإن العزل الحراري لعربة الفرن سيتدهور بسرعة بعد ساعات تشغيل طويلة.

تتسبب عربات الفرن المعيبة في فقدان الهياكل الداعمة للطوب المخدد. ويؤدي اهتزاز عربة الفرن أثناء النقل إلى زعزعة استقرار عملية الحرق بأكملها. ويتعرض الطوب لتشوه غير طبيعي وتشققات باردة، مما يقلل من جودة المنتج النهائي. وبمجرد ظهور هذه المشاكل أثناء تشغيل الفرن، يصبح الإصلاح الفوري في الموقع مستحيلاً. ويتعين على الإنتاج الاستمرار حتى إيقاف تشغيل الفرن. وفي الحالات القصوى، يفقد الطوب المخدد توازنه وينهار هيكل عربة الفرن ، مما يؤدي إلى إتلاف جسم الفرن الرئيسي وقاعدته وعجلاته ونظام السكة.

عندما تفشل ألواح منع التسرب الرملية في منع التسرب الحراري ، يتسرب الغاز ذو درجة الحرارة العالية عبر الفجوات بين جدار الفرن وألواح عربة الفرن الجانبية إلى الهيكل السفلي. يؤدي هذا إلى توزيع غير متساوٍ لدرجة الحرارة داخل فرن النفق ، مما ينتج عنه احتراق غير منتظم وتشققات باردة في الطوب. كما تتعرض عجلات وقضبان الفرن لتآكل متسارع. لا يمكن إصلاح هذه الأعطال أثناء التشغيل، لذا يجب أن يستمر الإنتاج حتى يتوقف الفرن.

لحل هذه المشكلات الشائعة في إنتاج الطوب المحروق، أجرينا تحسينات هيكلية متعددة على نظام عربة الفرن . هدفنا هو تعزيز أداء المواد المقاومة للحرارة ، ومتانتها ، وعزلها الحراري ، مع التركيز على المتانة كهدف أساسي للتحسين. وقد حققت هذه التحسينات نتائج تطبيقية مرضية.

حلول تحسين مفصلة

1. تحسين الهيكل الرئيسي لعربة الفرن

تتألف عربة الفرن من إطار معدني، وطوب ذي أخاديد، ودعامات بارزة على الإطار، وألواح مانعة للتسرب تغطي الجانب السفلي من الطوب ذي الأخاديد، وطبقات عازلة حرارية موضوعة داخل الطوب ذي الأخاديد. ويعمل الإطار المعدني كهيكل داعم للأحمال.

تُثبّت ألواح منع التسرب الرملية القابلة للإزالة عموديًا على الوجه النهائي لإطار عربة الفرن . وتدعم قواعد التثبيت الموجودة على كلا الطرفين السفليين للإطار عملية التركيب العمودي. تمتد ألواح منع التسرب الرملية من الأمام إلى الخلف على جانبي عربة الفرن ، وتغطي حافتها العلوية الجزء السفلي من طوب الأخاديد والوجه النهائي للإطار.

تُرتّب نتوءات موازية لاتجاه حركة عربة الفرن، مُتجهةً قليلاً نحو الداخل فوق الإطار. وتُوضع طوب مُخدّد بين هذه النتوءات، وتُثبّت ألواح مانعة للتسرب من الرمل . تُشكّل هذه الطوب المُخدّدة، المتصلة على طول اتجاه الحركة، جدارين جانبيين لعربة الفرن ، مما يمنع تسرب الغاز الساخن إلى منطقة الهيكل السفلي.

تدعم ألواح مانعة للتسرب مثبتة عموديًا الجدار الخارجي السفلي للطوب المخدد وتغطي الأسطح الطرفية للإطار. يفصل هذا الهيكل الإطار المعدني عن التلامس المباشر مع الغاز ذي درجة الحرارة العالية، مما يمنع تشوه التمدد الحراري وتآكل الأكسدة الحرارية. تشكل طبقة عازلة حرارية أعلى الإطار جزءًا من قاع الفرن. وتعمل هذه الطبقة، جنبًا إلى جنب مع هياكل الجدران الجانبية، على منع تسرب الغاز الساخن إلى الأسفل.

2. لوحة مانعة للتسرب من نوع الألواح الحرارية المجمعة

تتكون صفيحة منع التسرب الرملية من لوحين أو أكثر من الألواح الحرارية، مثبتة عموديًا وسهلة الفك. تغطي هذه الصفيحة الجزء السفلي من الطوب المخدد وكلا طرفي الإطار. يحمي هذا التصميم الإطار المعدني من الصدمات المباشرة ذات درجات الحرارة العالية. عند تلف أي من الألواح الحرارية وانخفاض العزل الحراري ، يمكن لفرن النفق الاستمرار في العمل. كما يمكن استبدال الألواح الحرارية التالفة بسهولة أثناء الصيانة.

3. سد الفجوات باستخدام مواد اللباد الليفي

تُملأ جميع الفجوات الرابطة بمواد مانعة للتسرب مصنوعة من ألياف اللباد: فواصل ألواح منع التسرب الرملية مع فواصل الطوب، وفجوات التثبيت بين ألواح منع التسرب الرملية والإطار، ومناطق تلامس الطوب مع الإطار، وفجوات الطوب مع النتوءات، وفواصل النتوءات مع طبقة العزل، وفجوات مواد العزل مع الإطار، ودرزات ألواح منع التسرب الرملية المجمعة من عدة قطع. ويمنع هذا التصميم المانع للتسرب تسرب الغاز الساخن إلى الهيكل السفلي.

4. بناء طوب ذو أخاديد مدمجة مانع للانزلاق

تعتمد قوالب الطوب المخددة على هياكل مدمجة تتناسب مع بروزات الإطار. يضمن هذا التثبيت المدمج تثبيت قوالب الطوب المخددة بإحكام لمنع انزلاقها. تغطي ألواح منع التسرب الرملية الرأسية القابلة للفصل طرفي الإطار. لن يلامس الإطار المعدني الغازات ذات درجة الحرارة العالية بشكل مباشر. حتى في حالة تلف جزء من الألواح الحرارية، يمكن مواصلة تشغيل الفرن، كما أن استبدال المكونات سهل.

5. طلاء سيراميكي مقاوم للحرارة لألواح منع التسرب الرملية المعدنية

بالنسبة لألواح منع التسرب الرملية المصنوعة من المعدن، يمكن تطبيق طلاء سيراميكي مقاوم للحرارة على سطحها. توفر الصفائح المعدنية الرقيقة المطلية بهذا الطلاء السيراميكي المقاوم للحرارة نفس الأداء في مقاومة التشوه والأكسدة الحرارية.

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 :

1. مخزون المواد الخام: عدة أضعاف الإنتاج اليومي
2. قدرة معالجة المواد الخام ≥ 1.5 ضعف الإنتاج اليومي
3. القدرة على التقادم: 2-3 أضعاف الإنتاج اليومي
4. يتم البثق خلال 8-12 ساعة للوصول إلى إنتاج يومي واحد.
5. تخزين الطوب الأخضر: 1.5-2 ضعف الإنتاج اليومي
6. عربة الفرن الفارغة ≥ 0.5 ضعف الإنتاج اليومي
7. سعة التجفيف: إنتاج يومي واحد
8. قدرة الاحتراق: إنتاج يومي واحد
9. ممر نقل الطوب النهائي ≥ 0.75 ضعف الإنتاج اليومي
10. محطة التحميل ≥ 0.3 ضعف الإنتاج اليومي
11. 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.

في مصانع إنتاج الطوب الحديثة، أصبحت المعايير البيئية وتكاليف الطاقة من أبرز التحديات التي تواجه أصحاب المصانع. ومن العوامل الرئيسية التي تؤثر على استهلاك الطاقة في الأفران وأداء الانبعاثات نسبة الأكسجين في غازات عادم أفران الأنفاق .

تحاول العديد من مصانع الطوب خفض مستويات الأكسجين في العادم ببساطة عن طريق تعديل المراوح أو ضغط الهواء أو فتحات المخمدات. ومع ذلك، يتطلب الحل الحقيقي فهمًا منهجيًا لإدارة الهواء في أفران الأنفاق .

من خلال التخلص من الهواء غير الضروري، وتقليل تسرب الهواء، وتحسين إمدادات هواء الاحتراق، يمكن لمصانع الطوب تحقيق كفاءة أفضل في استهلاك الوقود، وجودة حرق أكثر استقرارًا، وانبعاثات بيئية أقل.

تشرح هذه المقالة كيف يمكن للمبادئ الثلاثة المتمثلة في الاستخدام الصحيح للهواء، وتقليل الهواء غير الضروري، وتحسين تدفق الهواء بشكل معقول أن تساعد في تحسين عمليات إنتاج الطوب المحروق الحديثة.

1. لماذا يُعد محتوى الأكسجين في العادم مهمًا في صناعة الطوب؟

أثناء عملية صناعة الطوب المحروق ، يتطلب الاحتراق كمية معينة من الأكسجين لضمان احتراق الوقود بالكامل. ومع ذلك، فإن دخول كمية زائدة من الهواء إلى الفرن لا يُحسّن كفاءة الاحتراق، بل يزيد من كمية غازات العادم ويرفع نسبة الأكسجين المُقاسة في عادم الفرن.

يشير ارتفاع نسبة الأكسجين في غازات العادم عادةً إلى:

• - دخول كمية زائدة من الهواء إلى فرن النفق
• - فقدان الحرارة الناتج عن تدفق الهواء غير الضروري
• - ارتفاع درجة حرارة العادم
• - زيادة استهلاك الطاقة
• - صعوبة تلبية متطلبات الرصد البيئي

لهذا السبب، أصبح التحكم في محتوى الأكسجين في غازات عادم الأفران مؤشرًا مهمًا لتحسين إنتاج الطوب الموفر للطاقة .

2. التخلص من الهواء غير المناسب: الخطوة الأولى لتحسين أداء أفران الأنفاق

لا تزال صناعة الطوب الطيني من أهم قطاعات صناعة مواد البناء العالمية. ويواجه العديد من مصنعي الطوب تحديًا مشتركًا يتمثل في محدودية مساحة ورش العمل عند تحديث أو إنشاء خطوط إنتاج جديدة للطوب الطيني . تتطلب معدات صناعة الطوب التقليدية، وخاصة قواطع الطوب الأفقية، مساحات أرضية واسعة، مما يحد من توسعة المصنع ويرفع تكاليف بناء ورش العمل.

بالنسبة لمصانع الطوب الصغيرة والمتوسطة الحجم وورش الإنتاج المدمجة حديثة الإنشاء، يؤثر استغلال المساحة بشكل مباشر على إجمالي استثمار المشروع وكفاءة التشغيل على المدى الطويل. لذا، يُعد اختيار الآلات الأساسية الموفرة للمساحة نقطة حاسمة في تصميم مصنع الطوب بأكمله.

آلة تقطيع الطوب العمودية الأوتوماتيكية هي قطعة أساسية من المعدات، طُوّرت خصيصًا لحل مشكلة ضيق المساحة في ورش الطوب. وهي مصممة للقطع العمودي الدقيق لأعمدة الطين المبثوقة، وتفصل كتل الطين المبثوقة المستمرة إلى طوب أخضر منفرد.

يختلف هذا الهيكل العمودي للقطع عن قواطع الطوب الأفقية التقليدية، إذ يقلل بشكل كبير من المساحة الأرضية المشغولة. ويعمل بالتزامن مع آلات بثق الطوب في خط الإنتاج، مما يجعله مناسبًا تمامًا لتصميمات مصانع الطوب المدمجة.

المزايا الأساسية

✅ تحسين المساحة : تصميم القطع العمودي يوفر مساحة أرضية ورشة العمل، وهو مثالي للمصانع ذات الأراضي المحدودة.

✅ توافق مستقر مع أجهزة البثق : يتم توصيله مباشرة بعد أجهزة البثق لمعالجة أعمدة الطين الطيني المستمرة.

✅ تكامل مرن : سهل التركيب في كل من خطوط إنتاج الطوب الجديدة ومشاريع تجديد الإنتاج القديمة.

FAQ

س1: ما هي وظيفة قاطع الطوب العمودي في خط إنتاج الطوب الطيني؟

ج: يقوم هذا الجهاز بالقطع الرأسي الدقيق على أعمدة الطين المبثوقة ويقطع بثق الطين المستمر إلى أجسام طوب خضراء ذات حجم قياسي.

س2: هل يمكن استخدام آلة قطع الطوب العمودية في تجديد مصانع الطوب القديمة؟

ج: نعم. حجمها الصغير يجعلها خيارًا جيدًا لتحديث ورش الإنتاج الحالية ذات المساحة المتاحة المحدودة.

س3: ما هو الجسم الأخضر للطوب في صناعة الطوب؟

أ: الطوب الأخضر هو الطوب الخام غير المحروق قبل دخوله غرفة التجفيف وفرن النفق للتلبيد.

س4: ما هي المعدات التي تعمل مع قاطع الطوب العمودي؟

ج: عادةً ما يتم تركيبه مع آلات بثق الطوب الطيني، ويشكل وحدة كاملة لبثق الطين وتقطيعه.

تُعدّ الطوب والكتل الطينية المحروقة مواد أساسية في تحمل الأحمال وملء الفراغات في مشاريع البناء الحديثة، وتُشكّل جودتها الثابتة شرطًا أساسيًا لسلامة المشروع واستدامته على المدى الطويل. ومع انتشار تقنية أفران الأنفاق الذكية ، باتت مصانع الطوب الحديثة تُنتج بشكل رئيسي الطوب المسامي المحروق والكتل المجوفة، مُستبدلةً بذلك عمليات الحرق التقليدية. ومع ذلك، لا تزال بعض عيوب الجودة تظهر في الإنتاج الضخم نتيجةً لمعالجة المواد الخام بشكل غير سليم وضبط معايير العملية بشكل غير علمي.

تؤكد ممارسات الإنتاج الصناعي أن جودة منتجات الطوب المحروق تعتمد على ثلاثة عناصر أساسية: المعالجة الأولية للمواد الخام، والتحكم في عملية الحرق، والإدارة الميدانية للإنتاج. وقد ركزت تقنيات صناعة الطوب القديمة على المعالجة الدقيقة للمواد الخام، كما أثبت الإنتاج الصناعي الحديث أن أكثر من 70% من مشاكل جودة الطوب المحروق تنجم عن معالجة غير قياسية للمواد الخام. واستنادًا إلى سنوات من الخبرة في إصلاح مواد البناء وتحسين الإنتاج، تلخص هذه المقالة تدابير التحسين المستهدفة لستة عيوب شائعة رئيسية في إنتاج الطوب المحروق، مما يوفر إرشادات عملية للتحكم في جودة مصانع الطوب وتحسين الإنتاج.

1. التفاوتات البعدية غير المؤهلة

يُعدّ عدم تجانس حجم جزيئات المواد الخام وعدم كفاية فترة المعالجة الحرارية من الأسباب الرئيسية لعدم مطابقة أبعاد الطوب للمواصفات المطلوبة. فالمواد الخام غير المعالجة حرارياً تتميز بضعف مرونتها، مما يؤدي إلى عدم استقرار عملية بثق شرائح الطين وعدم انتظام أحجام قوالب الطوب.

لحل هذه المشكلة، يجب على المصنّعين إجراء عملية فرز وتصنيف احترافية للجسيمات لضمان نعومة موحدة للمواد الخام. كما يجب ضمان دورة تقادم للمواد الخام لمدة لا تقل عن 7 أيام لتحسين استقرار اللدونة. في الوقت نفسه، يجب تعديل مواصفات مخرج آلة بثق الطوب وفقًا لمؤشر اللدونة الفعلي للمواد الخام، بحيث يتوافق حجم الطوب المصبوب مع متطلبات التفاوت المعيارية الصناعية.

2. عيوب تشقق الزوايا

إن وجود جزيئات خشنة زائدة في المواد الخام وانخفاض رطوبة التشكيل سيزيد من مقاومة البثق أثناء تشكيل الطوب، مما يؤدي إلى تشققات متكررة في الزوايا والحواف للطوب المحروق النهائي.

وتشمل تدابير التحسين تقليل فتحة الغربال لتحسين نعومة تكسير المواد الخام، وضبط فجوة الأسطوانة عالية السرعة إلى 3 مم للتكسير الدقيق، وزيادة محتوى الرطوبة في المواد الخام بشكل مناسب لتقليل مقاومة البثق، وذلك لتجنب تشكل الشقوق في الزوايا بشكل أساسي.

3. تشققات الانكماش الأفقية في أضلاع وجدران الطوب

تتعرض الطوب المجوف المحروق والكتل متعددة الثقوب لتشققات أفقية في الأضلاع والجدران. فمن جهة، يؤدي عدم انتظام تدرج جزيئات المواد الخام إلى انكماش غير متناسق بين الجزيئات المختلفة؛ ومن جهة أخرى، تؤدي درجة حرارة التجفيف المرتفعة وسرعة التجفيف العالية في فرن التجفيف إلى تسريع انكماش السطح وظهور التشققات.

تحتاج الشركات إلى تحسين مطابقة جزيئات المواد الخام لتحقيق التوازن في أداء الانكماش. يجب التحكم بدقة في درجة حرارة فرن التجفيف عند 40 درجة مئوية (للمدخل) و110 درجة مئوية (للمخرج). يجب ضبط سرعة المروحة ومدة التجفيف وفقًا لدرجة الحرارة والرطوبة داخل الفرن لتحقيق تجفيف متوازن للطوب الأخضر.

4. الطوب غير المحروق ذو المقاومة المنخفضة

يُعدّ الطوب غير المكتمل الاحتراق، ذو القوة المنخفضة واللون الباهت، من العيوب الشائعة في إنتاج أفران الأنفاق، ويظهر بشكل رئيسي في قاع عربات الفرن. ويؤدي تسرب الهواء البارد الناتج عن عدم إحكام إغلاق عربات الفرن إلى اختلال توازن درجة الحرارة الداخلية للفرن، بالإضافة إلى عدم توازن ضغط الفرن، وعدم كفاية القيمة الحرارية للمواد الخام، وقصر مدة الحرق، مما ينتج عنه منتجات غير مكتملة الاحتراق.

حلول فعّالة: إصلاح مانع تسرب الرمل في عربة الفرن وأخاديد منع التسرب بانتظام لمنع تسرب الهواء البارد. تحسين توازن الضغط في كل منطقة حرارية داخل فرن النفق لتقليل فرق درجات الحرارة. ضبط نسبة حرارة المواد الخام وتمديد وقت الحرق والحفاظ على الحرارة حسب الحاجة، مع الالتزام بعملية حرق موحدة بدلاً من التوسع العشوائي في الطاقة الإنتاجية.

5. الطوب المتفجر المحروق بشكل مفرط

إن ارتفاع القيمة الحرارية للمواد الخام بشكل مفرط، وفجوات تكديس الطوب غير المعقولة، وتأخر تعديل عملية مناطق الحرق، سيؤدي إلى تشوه ناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، وظهور فقاعات، وانفجار الطوب في الطبقات العليا والوسطى من أكوام الطوب.

يحتاج المصنّعون إلى تعديل نسبة الحرارة في المواد الخام بشكل ديناميكي لتجنب زيادة الحرارة. كما يجب تحسين تقنية تكديس الطوب الأخضر لزيادة فجوات دوران الحرارة. وينبغي التحكم بدقة في دورة الحرق لمنع عيوب انفجار الطوب الناتج عن الحرق الزائد.

6. مقاومة دون المستوى المطلوب للعوامل الجوية

يؤدي عدم كفاية معالجة المواد الخام من حيث التقادم والتجانس إلى عدم اكتمال تفاعل حرق الطوب. حتى في ظل درجة حرارة الحرق القياسية، لا تستطيع جزيئات المواد الخام إتمام عملية الاندماج بين الطورين الصلب والسائل، مما ينتج عنه ضعف في مقاومة العوامل الجوية وقصر عمر الطوب النهائي.

تتضمن طرق التحسين ما يلي: تجانس المواد الخام بشكل كامل ومعالجتها المسبقة بالتقادم على المدى الطويل. رفع درجة حرارة الحرق بشكل مناسب لتعزيز تفاعل الجزيئات بشكل كامل. تحسين نعومة تكسير المواد الخام منخفضة الجودة لضمان تجانس الحرق بشكل عام.

مستقبل صناعة الطوب: الأتمتة تقود تطوير مصانع الطوب الحديثة

تطورت صناعة الطوب على مدى آلاف السنين، إلا أن متطلبات البناء الحديثة فرضت تحديات جديدة على منتجي الطوب. فالمستهلكون اليوم يطالبون بطوب ذي مظهر أفضل، وقوة أعلى، وأبعاد دقيقة، وجودة ثابتة. وفي الوقت نفسه، يبحث مصنّعو الطوب عن سبل لتقليل الاعتماد على العمالة، وتحسين كفاءة الإنتاج، وتحقيق استقرار أكبر في العمليات.

مع تطور تكنولوجيا التصنيع الذكي، يتم استبدال عمليات مناولة الطوب اليدوية التقليدية تدريجياً بحلول إنتاج الطوب الآلية . ومن بين هذه التقنيات، أصبح نظام التحميل والتفريغ الآلي جزءاً مهماً من خطوط إنتاج الطوب المتقدمة، وخاصةً بالنسبة للمصنعين الذين ينتجون طوب الواجهات عالي الجودة، والطوب المجوف، ومواد الجدران الممتازة.

التحديات التي تواجه إنتاج الطوب التقليدي

في مصانع الطوب التقليدية، تعتمد العديد من العمليات بشكل كبير على التشغيل اليدوي، وخاصة أثناء:

• - التعامل مع الطوب الأخضر
• - رصّ الطوب
• -نقل البضائع على منصات نقالة
• - تفريغ الطوب الجاف
• - تثبيت الطوب قبل الحرق

قد تُسبب العمليات اليدوية العديد من التحديات الإنتاجية:

1. ترتيب غير متناسق للطوب

تتطلب صناعة الطوب عالي الجودة وضعاً دقيقاً أثناء التجفيف والحرق. وقد تؤثر الاختلافات الطفيفة في التباعد أو الوضع على المظهر النهائي للمنتج.

2. متطلبات عمالة أعلى

تحتاج مصانع الطوب الكبيرة إلى تشغيل مستمر. ويتطلب التحميل والتفريغ اليدويان المزيد من العمال، مما يزيد من الضغط التشغيلي.

3. انخفاض استقرار الإنتاج

قد تختلف سرعة ودقة العمليات البشرية، مما قد يؤثر على اتساق عملية الإنتاج.

لذلك، تتجه مصانع الطوب الحديثة بشكل متزايد إلى تبني أنظمة الأتمتة الصناعية لتحسين موثوقية الإنتاج.

ما هو نظام التحميل والتفريغ التلقائي للتكديس المزدوج؟

نظام التحميل والتفريغ الآلي المزدوج هو حل أتمتة متقدم مصمم لمصانع تصنيع الطوب الطيني الحديثة وخطوط إنتاج مواد الجدران عالية الجودة .

يقوم هذا النظام بإكمال عمليات متعددة تلقائيًا، بما في ذلك:

• - تقطيع وتجميع الطوب الأخضر
• تحميل المنصات
• -نقل البضائع على منصات نقالة
• - التخزين المؤقت
• - تفريغ الطوب الجاف
• - تجميع الطوب والتباعد
• -إعداد الإعدادات التلقائي

يتم التحكم في النظام بالكامل بواسطة نظام تحكم ذكي PLC ، والذي يقوم بتنسيق وحدات الإنتاج المختلفة ويسمح بضبط المعلمات تلقائيًا من خلال تكنولوجيا الحاسوب الصناعية.

كيف تُحسّن تقنية التكديس المزدوج إنتاج الطوب؟

تتمثل أكبر ميزة لنظام التكديس المزدوج في إمكانية ترتيب الطوب بشكل منفصل أثناء التجفيف ونقله لاحقًا لتحضيره للحرق.

توفر طريقة الإنتاج هذه العديد من المزايا:

1. جودة سطح أفضل

بالنسبة للطوب عالي الجودة المستخدم في صناعة الواجهات، يُعدّ مظهر السطح في غاية الأهمية. ويساعد تجفيف الطوب على منصات نقالة منفصلة على تقليل علامات التلامس وتحسين جودة سطح الطوب النهائي.

2. دقة إنتاج أعلى

يضمن نظام تحديد المواقع التلقائي ترتيبًا دقيقًا للطوب، مما يقلل من الأخطاء الناتجة عن المناولة اليدوية.

3. تحسين كفاءة المصنع

من خلال ربط عمليات متعددة في نظام آلي واحد، يمكن للمصانع تحقيق تدفق إنتاج أكثر سلاسة وتقليل العمليات اليدوية غير الضرورية.

المزايا الرئيسية لمعدات مناولة الطوب الأوتوماتيكية

- مستوى عالٍ من الأتمتة

يدمج النظام عمليات النقل والتحميل والتفريغ والتجميع والإعداد في حل واحد متكامل.

- أداء إنتاجي مستقر

تساعد تقنية تحديد المواقع المؤازرة والتحكم الذكي في الحفاظ على دقة التشغيل أثناء الإنتاج المستمر.

خيارات إنتاج مرنة

يمكن تخصيص النظام وفقًا لما يلي:

• 1. نوع الطوب
• 2. الطاقة الإنتاجية
• 3. طريقة التجفيف
• 4. تخطيط المصنع

مناسب لإنتاج الطوب عالي الجودة

وهو مناسب على نطاق واسع لما يلي:

• 1. طوب الواجهة
• 2. الطوب المجوف
• 3. قوالب الطين
• 4. مواد جدران فاخرة

يتطلب تشغيل مصنع مربح لإنتاج الطوب المحروق تخطيطًا منهجيًا لخط إنتاج الطوب بأكمله. فكل عملية، بدءًا من استخراج المواد الخام وحتى رصّ الطوب النهائي، مترابطة ترابطًا وثيقًا. وكما هو الحال في تشبيه الدلو: يُتحكم في حجمه الإجمالي بأقصر جزء فيه. في صناعة الطوب، تتحدد ربحية مصنعك بأضعف جزء من العملية.

يركز معظم مستثمري الطوب على الإنتاج اليومي أو السنوي الإجمالي للطوب فقط أثناء التخطيط. على سبيل المثال، يستهدفون إنتاج 500,000 أو 800,000 طوبة يوميًا. ومع ذلك، يتجاهلون إجمالي دوران المواد الداخلية. فمقابل إنتاج يومي اسمي يبلغ 500,000 طوبة، قد يستهلك المصنع بأكمله ما يصل إلى 5 ملايين طوبة من المواد الخام والطوب الأخضر في جميع مراحل الإنتاج. دعونا نستعرض نقاط الضعف الشائعة في صناعة الطوب.

تخزين المواد الخام وإعداد المواد الخام

يُوفر استخراج مخلفات الفحم أو الصخر الزيتي في الموقع تكلفة ساحات تخزين المواد الخام الكبيرة. أما إذا تطلب الأمر نقل المواد الخام من مناجم بعيدة، فستكون هناك حاجة إلى ساحات تخزين متعددة لضمان تغذية مستقرة لآلة تصنيع الطوب .

لا تعمل ورشة تكسير المواد الخام إلا من ٨ إلى ١٠ ساعات يوميًا، لذا يجب أن تتجاوز طاقتها الإنتاجية إنتاج الطوب اليومي المصمم. يحتاج المهندسون إلى تحديد مراحل التكسير، ونوع الخلاط، ومواصفات المنخل، وسرعة الناقل، وتصميم الفاصل المغناطيسي. غالبًا ما يتم إغفال سهولة الوصول للصيانة.

تعتمد العديد من مصانع الطوب على المناولة اليدوية لألواح الغربلة الثقيلة لعدم امتلاكها رافعة علوية. ويستغرق استبدال رؤوس مطارق الكسارات وقتاً طويلاً، كما أن معدل دوران العمالة مرتفع، مما يؤدي إلى تباطؤ كبير في معدل الإنتاج الفعلي.

صندوق التعتيق وتجانس المواد الخام

تعمل معالجة التقادم على تثبيت مرونة المواد الخام. تحتوي غرفة التقادم المناسبة على كمية كافية من المواد الخام تكفي لمدة 72 ساعة من الإنتاج. وعندما تتوقف معدات التكسير للصيانة، يمكن للمواد الخام المعالجة أن تُبقي الإنتاج مستمراً.

تتطلب المواد الخام الرملية والصخرية الصلبة تصميمًا مضادًا للتسرب داخل صناديق التخزين لتجنب التوزيع غير المتساوي للرطوبة. كما أن إضافة آلة تقطيع التربة بعد خلط المواد الخام أثناء التخزين يُحسّن من تجانسها لعملية البثق.

عملية بثق الجسم الأخضر، والقطع، والضبط

تُعدّ عمليات البثق والخلط والتقطيع والتثبيت من المراحل الأساسية في صناعة الطوب الأخضر . ويختلف أداء المعدات باختلاف المواد الخام والمناخات المحلية.

إحدى الحالات الواقعية: اعتمدت مصانع الطوب في لانتشو معايير التصنيع من وسط الصين. بدت الطوب الخام جيدة بعد عملية البثق، لكن سرعة التجفيف كانت منخفضة، ومعدل التشققات مرتفع، والإنتاج النهائي أقل بكثير من المتوقع. وقد أدى اختلاف المواد الخام إلى مشكلة معقدة يصعب حلها.

تصميم غرفة التجفيف ونظام تصريف الرطوبة

تتوفر أفران نفقية متنوعة لحرق الطوب، بتصاميم مختلفة لمناطق التجفيف والحرق. وتحدد مرونة المواد الخام، وحساسيتها للانكماش، والمناخ المحلي التصميم الأنسب لك.

بالنسبة للمواد الخام الحساسة للتجفيف، لا يُنصح باستخدام أفران التجفيف المباشر. في المناطق الجافة مثل كويتون في شينجيانغ، يؤدي انخفاض رطوبة الهواء إلى تشقق الطوب الأخضر فور تقطيعه. يمكن حل مشكلة التشقق برفع مستوى الرطوبة في منطقة تخزين الطوب الأخضر وزيادة عدد عربات الفرن. تشمل مصادر حرارة التجفيف: تجفيف غازات المداخن، وتجفيف الحرارة المهدرة، والتجفيف المُدمج. لا يُمكن استخدام تجفيف غازات المداخن مع المواد الخام عالية الكبريت، لأن ملوثات الكبريت ستلوث الطوب النهائي وتزيد من التكاليف البيئية. يوفر التجفيف المُدمج لغازات المداخن والحرارة المهدرة الوقود والطاقة للمواد الخام منخفضة الكبريت.

فيما يخص تصميم نظام سحب الرطوبة: يتميز نظام السحب المركزي البحت باستهلاك عالٍ للطاقة وكفاءة ضعيفة. يجمع التصميم الأمثل بين نظامي السحب اللامركزي والمركزي، مع استخدام الضغط الموجب كنظام أساسي والضغط السالب كنظام مساعد. يقلل هذا من خطر انهيار الهيكل الأولي واستهلاك الطاقة. تحتوي العديد من أفران الأنفاق الدوارة على أقسام تجفيف مصممة بشكل سيئ، مما يؤدي إلى استهلاك عالٍ للغاية للطاقة من المراوح.

نظام اختيار نوع الفرن ونظام الحرق

تتوفر أنواع متعددة من الأفران لخط إنتاج الطوب المحروق : فرن نفق البناء، وفرن نفق مشترك، وفرن نفق دوار، وأفران نفق ذات هياكل مداخن مختلفة.

تبلغ سعة تحميل الفرن الدوار حوالي 300 طوبة لكل متر مكعب، بينما تصل سعة تحميل الفرن النفقي إلى 400-500 طوبة لكل متر مكعب. إذا تمكنا من التغلب على اختلاف درجات الحرارة في المقطع العرضي وعيوب احتراق عربات الفرن في الأفران النفقية التقليدية، فستحقق الأفران النفقية إنتاجية وكفاءة طاقة أعلى. تتمثل المشكلة الهيكلية الرئيسية في الأفران النفقية في حركة الطوب بينما يبقى هيكل الفرن ثابتًا. لذا، يلزم ابتكار تقنيات جديدة لمعالجة هذه المشكلة.

تدريب مشغلي الأفران وتقنية تركيب الطوب

يظنّ العديد من العاملين في مجال حرق الطوب أن تشغيل الفرن يقتصر على مراقبة لون اللهب فقط. يجب على مشغل الفرن المحترف فهم تدفق الهواء، وبنية الفرن، ونظام استعادة الحرارة، ومراقبة درجة الحرارة، واستراتيجية وضع الطوب. ويمكن تحسين مهارات المشغل الضعيفة من خلال التدريب المهني.

من القواعد المعروفة في صناعة الطوب: أن عملية تثبيت الطوب تُشكّل 70% من نتائج الحرق، بينما لا تُمثّل عملية الحرق سوى 30%. يقوم مشغلو الأفران الماهرون بتحليل تقارير اختبار المواد الخام وتوزيع الحرارة لتحسين عملية تثبيت الطوب. يُمنع على مشغلي المصانع إضافة الفحم عند وصلات عربات الفرن وفتح فتحات النار في المناطق ذات درجات الحرارة العالية، لأن ذلك قد يؤدي إلى احتراق عربات الفرن. كما يتأثر احتراق عربات الفرن بالعزل وتوازن الهواء في الخندق، وهي مشكلة شائعة تواجه مصنعي الطوب.

مسار التفريغ، الساحة النهائية، وتخطيط المصنع

مصنع طوب مزود بفرن عرضه 3.7 متر، مصمم لأربع مراحل تجفيف وثلاث مراحل حرق، لا يحتوي إلا على مسار تفريغ واحد، دون مساحة للتوسع. لم يتمكن المصنع من الوصول إلى طاقته الإنتاجية المصممة، بسبب عدم كفاية مسارات التفريغ. يجب حساب عدد مواقع التفريغ ومحطات التعبئة ومواقف السيارات الخاصة بالفرن في التصميم الأولي. يصعب إصلاح هذا الخلل في التصميم بعد إنشاء المصنع.

يُعدّ نقص مساحات تخزين الطوب الجاهز عائقًا رئيسيًا آخر. وتضطر المصانع ذات مساحات التخزين المحدودة إلى خفض الإنتاج خلال موسم الأمطار. ويعتمد إنتاج الطوب المجوف بشكل كبير على مساحة التخزين المتاحة، لأن مشاريع البناء تطلب الطوب المجوف لاستخدامه لاحقًا.

اختبار المواد الخام وحماية البيئة

يُعدّ اختبار المواد الخام قبل بدء الإنشاء أمرًا بالغ الأهمية. فالمواد الخام التي تحتوي على نسبة كبريت تتراوح بين 4 و5% تُشكّل ضغطًا بيئيًا هائلًا في حال عدم توفر بدائل. كما أن ارتفاع نسبة الكالسيوم يُسبّب تميّع الطوب، بينما يؤدي ارتفاع نسبة البوتاسيوم والمغنيسيوم إلى ظهور التزهير (الطبقة البيضاء) على سطح الطوب.

أعادت العديد من المصانع بناء أبراج إزالة الكبريت مرتين. غالبًا ما يفتقر موردو أنظمة إزالة الكبريت إلى المعرفة بميكانيكا السوائل في الأفران. يؤدي التصميم غير السليم للبرج إلى ضعف تصريف الرطوبة وانخفاض الإنتاجية. تُحقق أنظمة إزالة الكبريت والغبار المدمجة، الأفقية والرأسية، أداءً أفضل من البرج الرأسي الأحادي. كما أن مدخل الهواء، الواقع أعلى سطح الفرن بقليل، يُوفر الطاقة.

يُعدّ استخدام الغاز الطبيعي أنظف الحلول لأفران الطوب. ويتعين على أصحاب المصانع تقييم إمكانية تحديث الأفران القائمة لتتوافق مع استخدام الغاز الطبيعي أثناء مرحلة التخطيط للمصنع.

خاتمة

عند تصميم خط إنتاج الطوب المحروق ، يجب حساب الطاقة الإنتاجية لكل مرحلة: مخزون المواد الخام ≥ إنتاج عدة أيام؛ معالجة المواد الخام ≥ 1.5 × الإنتاج اليومي؛ غرفة التعتيق ≥ 2-3 × الإنتاج اليومي؛ ورشة البثق تُكمل إنتاج يوم واحد في 8-12 ساعة؛ تخزين الطوب الأخضر ≥ 1.5-2 × الإنتاج اليومي؛ عربات الفرن الفارغة الاحتياطية ≥ 0.5 × الإنتاج اليومي؛ غرفة التجفيف وقسم الحرق ≥ الإنتاج اليومي؛ مسار المنتج النهائي ≥ 0.75 × الإنتاج اليومي؛ محطة التفريغ ≥ 0.3 × الإنتاج اليومي؛ ساحة المنتج النهائي ≥ إنتاج عدة أيام.

إن القدرة الحقيقية لمصنع الطوب الخاص بك وربحه يتحددان بأضعف حلقة في سلسلة الإنتاج النظامية بأكملها.

تُعدّ المعالجة الأولية للمواد الخام المستخدمة في صناعة الطوب والبلاط، بما في ذلك عمليات الخلط والتحريك والتقادم، عاملاً أساسياً لتحسين تجانس القوالب، وفعالية التشكيل، ونعومة السطح في صناعة الطوب والبلاط الحديثة. كما أن اتباع إجراءات معالجة مناسبة للمواد الخام يُسهم في زيادة معدل استخدام هذه المواد وتحسين كفاءة الإنتاج.

تركز عمليات الخلط والتحريك على تحقيق التوزيع المتجانس لمكونات المواد الخام والرطوبة. في إنتاج أنواع مختلفة من الطوب الطيني والبلاط المحروق، تختلف الخصائص الفيزيائية للمواد الخام. يساهم التحريك الكافي في التخلص من تباين المكونات وضمان أداء تشكيل متسق لكل دفعة من القوالب. تعمل عملية الطحن والعجن الإضافية بعد التحريك على تفتيت التكتلات الكبيرة، وتوحيد حجم جزيئات المواد الخام ، وجعل بنية المواد الخام أدق وأكثر تجانسًا، مما يهيئ ظروفًا أفضل لعملية التشكيل بالبثق اللاحقة.

يختلف تقادم المواد الخام عن التقليب الميكانيكي، فهو عملية معالجة شاملة فيزيائية وكيميائية. خلال التخزين طويل الأمد، تتغلغل جزيئات الماء الموجودة في المواد الخام المخلوطة بشكل كامل في جزيئات المعادن، مما يحفز تفاعلات التحلل المائي والتبادل الأيوني. تعمل المواد الأسمنتية الغروية المتولدة على تعزيز تماسك وليونة مواد الطوب الخام بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الأنشطة الميكروبية الطبيعية وتفاعلات الأكسدة والاختزال في بيئة التقادم على تليين كتل المواد الخام الصلبة، مما يزيد من انسيابية وقابلية تشكيل مواد الطين ، بحيث تتميز قوالب الطوب النهائية بأسطح ناعمة وخالية من الشقوق.

يؤثر اختيار معدات معالجة المواد الخام للطوب بشكل مباشر على كفاءة الخلط والتجانس. تُعدّ الخلاطات أحادية المحور وثنائية المحور مناسبة للإنتاج الكمي التقليدي، فهي تتميز ببساطة تركيبها وثبات تشغيلها، ما يلبي احتياجات الخلط الأساسية للمواد الخام ذات النسب المحددة. أما لإنتاج الطوب المحروق عالي الجودة ذي متطلبات الجودة الصارمة، فتستخدم الشركات عادةً مطاحن الدرفلة الرطبة . إذ تُسهم عملية الدرفلة بالجاذبية والعجن في إتمام عملية التكسير الثانوي والخلط الدقيق للمواد الخام، ما يُحسّن بشكل فعّال من إمكانية استخدام المواد الخام ذات الجودة المنخفضة.

تستخدم المناخل القرصية ، باعتبارها معدات تجانس دقيقة احترافية، قوة كشط وقص عالية لتنقية مواد الطين وإزالة الشوائب. وتتيح وظيفة التسخين بالبخار الاختيارية المعالجة الحرارية المسبقة للمواد الخام، مما يُحسّن من مرونتها. وتركز أجهزة التنقية على إزالة الشوائب من مواد الطين لضمان نقاء المواد الخام، بينما تجمع آلات البثق بالتحريك بين وظائف متعددة للخلط والعجن والتلدين، وهي معدات أساسية لخطوط إنتاج الطوب الأوتوماتيكية القياسية.

يؤدي مستودع تخزين المواد الخام وظيفتين: تخزين المواد الخام وتحسين أداء خط الإنتاج. فهو يُسهم بفعالية في تحقيق توازن في وتيرة الإنتاج وتجنب التقلبات الناتجة عن اختلافات أداء المواد الخام. وتعتمد الصناعة مواصفات فنية واضحة لعملية التخزين، حيث يجب أن تتجاوز مدة التخزين 72 ساعة، وأن تُحافظ درجة الحرارة المحيطة على مستوى أعلى من 10 درجات مئوية. ويضمن التخزين في درجة حرارة ثابتة حدوث تفاعلات فيزيائية وكيميائية كافية للمواد الخام، بالإضافة إلى جودة منتج مستقرة على مدار العام.

أصبحت الأتمتة ذات أهمية متزايدة في مصانع إنتاج الطوب الحديثة. فمع زيادة مصانع الطوب لطاقتها الإنتاجية وإدخالها لمجففات الأنفاق وأفران الأنفاق وأنظمة المناولة الآلية، أصبحت عملية نقل وتكديس الطوب الأخضر جزءًا مهمًا من كفاءة الإنتاج الإجمالية.

إحدى التقنيات الرئيسية المستخدمة في هذه المرحلة هي روبوت تكديس الطوب .

صُمم روبوت رصّ الطوب لالتقاط الطوب الأخضر حديث التشكيل تلقائيًا، ونقله إلى موضع محدد مسبقًا، وترتيبه وفقًا لنمط رصّ مُبرمج. وبدلًا من الاعتماد كليًا على المناولة اليدوية، يمكن للنظام الروبوتي التنسيق مع معدات تقطيع الطوب وتجميعه وتجفيفه وتعبئته في الأفران.

تُوضع أنظمة مناولة الطوب الأخضر الآلية عادةً بين معدات التشكيل/التقطيع ومعدات التجفيف أو الحرق. وتشمل وظائفها الرئيسية تجميع الطوب ونقله ووضعه وتكديسه وفقًا لمتطلبات خط الإنتاج.

ما هو الروبوت الذي يقوم بتكديس الطوب؟

الروبوت المستخدم في تكديس الطوب هو نظام روبوتي صناعي يستخدم للتعامل مع الطوب وتكديسه أثناء عملية الإنتاج.

بعد تشكيل الطوب وتقطيعه، يظل هشًا نسبيًا. يُطلق على هذا الطوب حديث التشكيل اسم الطوب الأخضر . قبل بدء عملية التجفيف أو الحرق، يجب ترتيبه وفق نمط مناسب.

يقوم الروبوت بالعديد من العمليات الأساسية:

1. التقط الطوب الأخضر من نظام النقل أو التجميع.
2. انقل الطوب إلى موضع التكديس المحدد.
3. قم بتدوير أو تعديل الطوب عند الضرورة.
4. أطلق الطوب وفقًا للنمط المبرمج.
5. كرر العملية حتى يتم إكمال المجموعة المطلوبة.

يعتمد نمط الحركة الدقيق على أبعاد الطوب، والقدرة الإنتاجية، وتكوين الفرن أو المجفف، وطريقة التكديس المطلوبة.

لماذا يعتبر رصّ الطوب الأخضر مهماً؟

قد تبدو مرحلة التكديس بسيطة، لكنها يمكن أن تؤثر على كفاءة خط إنتاج الطوب بأكمله.

قد يؤدي سوء ترتيب الطوب إلى مشاكل أثناء التجفيف والحرق اللاحقين. فعلى سبيل المثال، قد يؤثر التباعد غير المنتظم بين الطوب على تدفق الهواء، بينما قد يزيد التراص غير المستقر من احتمالية الانهيار أو التلف.

لهذا السبب، غالباً ما تركز مصانع الطوب الآلية الحديثة على اتساق الرصّ ودقة تحديد المواقع بدلاً من مجرد زيادة سرعة حركة الروبوت.

يُمكن لنظام تكديس آلي مُصمّم بشكلٍ صحيح أن يُساعد في إنشاء ترتيبات طوب مُتكررة ويُقلل الاعتماد على عمليات التكديس اليدوية. يُشير مُورّدو مُعدّات الصناعة عادةً إلى نمط التكديس، وقوة الطوب الأخضر، ومدى وصول الروبوت، والحمولة، وتصميم المُجفف/الفرن كعوامل مُهمة عند اختيار نظام تكديس آلي.

كيف يعمل روبوت تكديس الطوب الأوتوماتيكي؟

تعمل آلة تكديس الطوب الأوتوماتيكية النموذجية من خلال التنسيق بين الحركة الميكانيكية وأجهزة الاستشعار وبرامج التحكم ونظام الإمساك الخاص بالروبوت.

الخطوة 1: نقل الطوب الأخضر

بعد عملية البثق والتقطيع، تنتقل الطوب الأخضر عبر ناقل أو نظام تجميع.

يتم تنظيم الطوب في ترتيب محدد مسبقًا قبل أن يلتقطه الروبوت.

الخطوة الثانية: تثبيت الطوب

يحرك الروبوت ذراعه القابضة باتجاه الطوب الأخضر.

يجب تصميم آلية التثبيت وفقًا لحجم الطوب وشكله ووزنه وقوته. قد تتطلب أنواع الطوب المختلفة تكوينات تثبيت مختلفة.

الخطوة 3: الحركة الروبوتية

يقوم الذراع الآلي برفع الطوب ونقله نحو الموقع المستهدف.

تتيح الحركة المؤازرة إمكانية التحكم الدقيق في تحديد المواقع والتشغيل المتكرر. كما يمكن لأنظمة تكديس الطوب الصناعية استخدام تحديد المواقع القابل للبرمجة لتنفيذ أنماط تكديس مختلفة.

الخطوة الرابعة: تحديد المواقع والتكديس

يقوم الروبوت بوضع الطوب في الموقع المبرمج.

اعتمادًا على تصميم الإنتاج، قد يغير الروبوت اتجاهه بين الطبقات لإنشاء هيكل تكديس مستقر.

الخطوة 5: عملية متكررة

يقوم الروبوت بتكرار دورة الالتقاط والوضع حتى يتم إكمال المجموعة المطلوبة.

بعد ذلك، يمكن الانتقال بالكومة النهائية إلى مرحلة التجفيف أو الحرق.

الميزات الرئيسية لروبوت تكديس الطوب

تم تصميم روبوت تكديس الطوب الموضح في تصميم المنتج حول العديد من المكونات والوظائف المهمة.

وظائف عمل مرنة

يمكن تهيئة الروبوت للعمل في مواقع مختلفة وفقًا لتصميم خط الإنتاج.

يُعد هذا الأمر مفيدًا بشكل خاص عندما تختلف مساحة المصنع المتاحة، أو اتجاه الناقل، أو مدخل المجفف، أو ترتيب عربة الفرن بين المشاريع.

محرك سيرفو

يوفر المحرك المؤازر حركة وتحديد موضع متحكم بهما.

بالنسبة للتعامل الآلي مع الطوب، تعتبر الحركة الدقيقة مهمة لأن الذراع الآلية تحتاج إلى الاقتراب بشكل متكرر من الطوب ورفعه ونقله وإطلاقه في مواقع محددة مسبقًا.

مخفض سرعة المركبات الترفيهية

يُعد مُخفِّض السرعة RV مكونًا ميكانيكيًا مهمًا لنقل الحركة يُستخدم في أنظمة الحركة الروبوتية.

فهو يساعد على نقل عزم الدوران ويدعم الحركة المتحكم بها لذراع الروبوت.

تكديس مخصص

قد تنتج مصانع الطوب المختلفة أحجاماً وأنواعاً مختلفة من الطوب.

لذا، لا ينبغي التعامل مع نظام التكديس كحلٍّ أحادي النمط. يمكن تصميم أداة الإمساك، ومسار الحركة، وبرنامج التكديس، والترتيب النهائي وفقًا لظروف إنتاج الطوب الفعلية.