El control térmico y de presión estable es fundamental para la producción de ladrillos cocidos de alta calidad en un horno túnel . El sistema de control automático coordina múltiples unidades funcionales para regular el flujo de aire, el suministro de oxígeno, la recuperación de calor y el sellado a presión. Comprender cómo interactúan el ventilador de extracción , el ventilador de extracción de aire caliente , el sistema de sellado del fondo del carro del horno y las compuertas de la escotilla ayuda a los fabricantes de ladrillos a estabilizar las curvas de cocción, reducir el consumo de carbón y disminuir la cantidad de ladrillos defectuosos o poco cocidos.

El ventilador de extracción es el principal impulsor del flujo de aire de todo el sistema del horno. Aspira los gases de combustión secuencialmente a través de la zona de enfriamiento, la zona de remojo, la zona de cocción y la zona de precalentamiento a baja temperatura mediante compuertas . El flujo de aire se mueve en sentido contrario al de los ladrillos verdes . Cumple dos funciones principales: suministrar oxígeno para mantener la combustión del carbón en la zona de cocción y enviar los gases de combustión calientes residuales a la cámara de secado para secar los ladrillos verdes.

En la sección de precalentamiento a baja temperatura, los gases de combustión precalientan los ladrillos verdes hasta que el carbón incrustado se enciende. La combustión eleva la temperatura hasta el punto máximo de cocción. El volumen de aire debe coincidir con el caudal de carbón para mantener un nivel de oxígeno adecuado, asegurando que entre el 70 % y el 80 % del carbón se queme en la zona de cocción. Si el flujo de aire es insuficiente, la combustión incompleta genera poco calor, lo que provoca una línea de fuego irregular. Un flujo de aire excesivo disipa el calor en exceso, reduciendo la temperatura general del horno.

Funcionando de forma independiente, el ventilador de extracción de aire caliente extrae el calor sensible exclusivamente de la zona de enfriamiento para el secado de ladrillos, sin suministro de oxígeno para la combustión. Cualquier aumento en el volumen de extracción de aire caliente extrae el calor más rápidamente, disminuyendo la temperatura en las zonas de enfriamiento, remojo, cocción y precalentamiento. Una extracción reducida retiene más calor dentro del horno. Su dirección de flujo de aire se opone a la del ventilador de extracción, lo que significa que la extracción de aire caliente compite por la capacidad de flujo de aire y puede disminuir la temperatura del horno. Una alta tasa de extracción de aire caliente cerca de la zona de cocción detendrá la propagación del fuego y provocará una sobreextracción en el centro de la pila de ladrillos. Cuando el suministro del ventilador de enfriamiento permanece fijo, la sobreextracción puede crear una escasez de oxígeno para la combustión.

El sellado a presión se basa en el canal inferior del carro del horno y el sistema de sellado de arena . Los deflectores de viento y los canales de arena gruesa separan el conducto de aire inferior del interior del horno. Una vez que se equilibran las presiones entre el fondo del carro y la cámara del horno, cesan las fugas de aire transversales. Las fugas ascendentes provocan ladrillos poco cocidos; las fugas descendentes queman las estructuras metálicas del carro del horno. El rango de temperatura seguro para el fondo del carro del horno es de 70 °C a 100 °C.

Para los sellos de arena se prefiere arena gruesa del tamaño de un frijol mungo. La arena fina se dispersa fácilmente con el viento, mientras que la arena gruesa se distribuye continuamente mediante deflectores del carro del horno para sellar herméticamente la tolva, evitando el paso del aire.

El equilibrio de presión se mantiene mediante ventiladores de equilibrio acoplados a transmisores de presión. Los hornos túnel tradicionales que funcionan a presión negativa total utilizan ventiladores de equilibrio de tipo aspiración. Los hornos túnel con enfriamiento en el extremo de descarga presentan presión negativa en las zonas de precalentamiento y presión positiva en las zonas de enfriamiento, lo que requiere un ventilador de aspiración y un ventilador soplador para el equilibrio de doble sección. Los variadores de frecuencia ajustan el caudal del ventilador en función de la retroalimentación de presión en tiempo real de dos puntos de monitoreo, sincronizando la presión del fondo del carro con la presión del horno. Las compuertas de equilibrio mecánicas pueden generar presión negativa, pero carecen de capacidad de ajuste automático y no pueden operar en secciones de presión positiva.

Las compuertas de precalentamiento a baja temperatura controlan las posiciones del horno n.° 1 a n.° 10 hasta 560 ℃. La apertura conjunta de estas compuertas controla el flujo de aire total del sistema, mientras que las diferentes combinaciones de apertura ajustan la distribución local de la temperatura.

La elevación máxima de cada compuerta es igual a su radio. La cantidad de compuertas necesarias se calcula elevando al cuadrado la relación entre el diámetro del conducto principal y el diámetro de cada compuerta. Para un conducto principal de 1,2 m y una compuerta de 0,4 m, la relación es 3, lo que requiere 9 compuertas completamente abiertas o 18 compuertas (9 pares) funcionando a media apertura. Esta configuración minimiza la pérdida de presión a través de las compuertas.

Cuando los ventiladores se controlan mediante variadores de frecuencia (VFD), los operadores deben abrir completamente los conductos de las compuertas para evitar el desperdicio de presión del ventilador debido a la resistencia de estrangulamiento. El perfil y la apertura de las compuertas determinan directamente la velocidad del fuego y la capacidad de producción. Los ladrillos estándar , perforados y huecos requieren configuraciones de compuertas diferentes. Los ajustes también varían para los ladrillos verdes húmedos y los presecados. Si la velocidad mínima del ventilador aún genera un movimiento del fuego demasiado rápido, se debe revisar el patrón y la apertura de las compuertas para estabilizar la presión y el flujo del aire de secado.

El principio térmico de las compuertas de las trampillas es sencillo: cuanto mayor sea el número de gases de combustión calientes que pasan por una posición de la compuerta, mayor será el intercambio de calor y mayor será la temperatura local del ladrillo.

Los hornos túnel se utilizan ampliamente en la industria de la fabricación de ladrillos para producir ladrillos cocidos y diversos productos derivados del horno. El bastidor del carro del horno y la placa de sellado de arena , fabricados con piezas fundidas o chapas de acero, funcionan bajo una atmósfera continua de alta temperatura. Estos componentes están expuestos directamente a los gases calientes dentro del horno. Si no soportan la deformación por dilatación térmica y la corrosión por oxidación térmica, la estanqueidad térmica del carro del horno se deteriorará rápidamente tras largas horas de funcionamiento.

Los carros del horno defectuosos provocan que los bastidores pierdan soporte para los ladrillos ranurados. Las vibraciones del carro durante el transporte desestabilizan todo el proceso de cocción. Los ladrillos sufren deformaciones anormales y grietas por frío, lo que reduce la calidad del producto final. Una vez que surgen estos problemas durante el funcionamiento del horno, la reparación inmediata in situ es imposible. La producción debe continuar hasta que se apague el horno. En casos extremos, los ladrillos ranurados pierden el equilibrio y el bastidor del carro se derrumba, dañando el cuerpo principal del horno, la bancada, las ruedas y el sistema de raíles.

Cuando falla la estanqueidad térmica de las placas de sellado de arena , el gas a alta temperatura se escapa por las rendijas entre la pared del horno y los paneles laterales del carro, llegando al tren de rodaje. Esto provoca una distribución desigual de la temperatura dentro del horno túnel , lo que conlleva una cocción irregular y el agrietamiento por frío de los ladrillos. Las ruedas y los raíles del horno también sufren un desgaste acelerado. Estas averías no se pueden reparar en línea, por lo que la producción debe continuar hasta que el horno se detenga.

Para solucionar estos problemas típicos en la producción de ladrillos mediante cocción, realizamos múltiples mejoras estructurales en el sistema del carro del horno . Nuestro objetivo es optimizar el rendimiento, la durabilidad y la estanqueidad térmica del material refractario , priorizando la durabilidad . Estas mejoras han dado resultados satisfactorios en la aplicación.

Soluciones de mejora detalladas

1. Optimización de la estructura principal del carro del horno

El conjunto del carro del horno consta de una estructura metálica, ladrillos ranurados, salientes de soporte en la estructura, placas de sellado de arena que cubren la parte inferior de los ladrillos ranurados y capas de aislamiento térmico colocadas en el interior de los ladrillos ranurados. La estructura metálica funciona como esqueleto portante.

Las placas de sellado de arena extraíbles se fijan verticalmente en la cara frontal del bastidor del carro del horno . Las bases de montaje en ambos extremos inferiores del bastidor permiten la instalación vertical. Las placas de sellado de arena se extienden de adelante hacia atrás a ambos lados del carro del horno . Su borde superior cubre la parte inferior de los ladrillos ranurados y la cara frontal del bastidor.

Las protuberancias paralelas al sentido de marcha del carro del horno están dispuestas ligeramente hacia adentro, por encima del bastidor. Entre estas protuberancias se colocan ladrillos ranurados y placas de sellado de arena fijas. Los ladrillos ranurados conectados a lo largo del sentido de marcha forman dos paredes laterales del carro del horno , impidiendo que los gases calientes se filtren hacia atrás, a la zona del tren de rodaje.

Las placas de sellado de arena montadas verticalmente sostienen la pared exterior inferior de los ladrillos ranurados y cubren las superficies de los extremos del marco. Esta estructura aísla el marco metálico del contacto directo con el gas a alta temperatura, evitando la deformación por dilatación térmica y la corrosión por oxidación térmica. Una capa de aislamiento refractario sobre el marco forma parte del lecho del horno. Junto con las estructuras de las paredes laterales, impide que el gas caliente penetre hacia abajo.

2. Placa de sellado de arena tipo panel refractario ensamblado

La placa de sellado de arena se compone de dos o más paneles refractarios, montados verticalmente y de fácil desmontaje. Cubre la parte inferior de los ladrillos ranurados y ambos extremos del marco. Esta configuración protege el marco metálico del impacto directo a altas temperaturas. Si los paneles refractarios se dañan y la estanqueidad térmica disminuye, el horno túnel puede seguir funcionando. Los paneles refractarios dañados se pueden reemplazar fácilmente durante el mantenimiento.

3. Sellado de huecos con materiales de fieltro de fibra

Los materiales de sellado de fieltro de fibra se utilizan para rellenar todos los espacios de conexión: juntas entre la placa de sellado de arena y el ladrillo ranurado, espacios de montaje entre las placas de sellado de arena y el bastidor, áreas de contacto entre el ladrillo ranurado y el bastidor, espacios entre el ladrillo ranurado y las protuberancias, juntas entre las protuberancias y la capa de aislamiento, espacios entre los materiales de aislamiento y el bastidor, y juntas de las placas de sellado de arena ensambladas en varias piezas. Este diseño de sellado evita además la fuga de gases calientes hacia el tren de rodaje.

4. Construcción antideslizante con ladrillos ranurados empotrados

Los ladrillos ranurados adoptan estructuras empotradas que se ajustan a las protuberancias del marco. La conexión empotrada fija firmemente los ladrillos ranurados para evitar que se deslicen. Las placas de sellado de arena verticales desmontables cubren ambos extremos del marco. El marco metálico no entra en contacto directo con el gas a alta temperatura. Incluso si se dañan parcialmente los paneles refractarios, el horno puede seguir funcionando y la sustitución de componentes es sencilla.

5. Recubrimiento cerámico refractario para placas de sellado de arena a base de metal.

Para las placas metálicas de sellado de arena , se puede aplicar un recubrimiento cerámico refractario en la superficie. Las láminas metálicas delgadas con recubrimiento cerámico refractario ofrecen el mismo rendimiento de resistencia a la deformación y a la oxidación térmica.

La producción de materiales para muros cocidos es un proyecto sistemático compuesto por etapas de proceso interconectadas. Cada segmento de producción funciona como una tabla de madera en un cubo de agua. La capacidad máxima de agua del cubo está limitada por la tabla más corta, no por la más larga. De manera similar, la rentabilidad de una línea de producción de ladrillos está determinada por su eslabón más débil, lo que en las fábricas de ladrillos denominamos el principio de la tabla corta.

Muchos propietarios de fábricas de ladrillos se centran únicamente en la capacidad de producción nominal durante la fase de planificación. Inmediatamente solicitan una producción diaria de 500 000 u 800 000 piezas, y una capacidad anual de 150 millones o 200 millones de ladrillos cocidos . Sin embargo, pocos calculan el volumen real de material procesado en la planta. El volumen real de producción diaria puede alcanzar entre 5 y 8 millones de piezas, una cifra muy superior a la producción nominal de ladrillos.

Patio de almacenamiento de materia prima

Algunas fábricas utilizan ganga y esquisto locales sin necesidad de almacenes adicionales. Si las materias primas se transportan desde otros lugares, se necesitan varios depósitos con capacidad para 500 000 piezas de materia prima para ladrillos.

Procesamiento de materia prima

La capacidad diaria de procesamiento de materia prima debe superar la producción diaria de ladrillos prevista, y el tiempo de operación del equipo es de tan solo 8 a 10 horas. Los operarios deben seleccionar trituradoras, cribas de rodillos y soluciones de trituración de una o dos etapas según la dureza y el contenido de humedad de la materia prima. También es necesario confirmar el ancho de la cinta transportadora, la velocidad de funcionamiento, la configuración del separador magnético y un diseño que facilite el mantenimiento. Incluso con trituradoras grandes y motores potentes, reemplazar los cabezales de martillo durante medio día o un día entero reduce directamente la producción. Muchas pequeñas fábricas de ladrillos dependen de cargadoras y elevación manual para las pesadas placas de cribado, ya que carecen de grúas puente. La frecuente rotación del personal de mantenimiento se convierte en una limitación típica de la producción.

Silo de almacenamiento para envejecimiento y materiales finos

Los silos de maduración desempeñan un papel fundamental en la fabricación de ladrillos. La capacidad de almacenamiento recomendada permite una producción tres veces diaria con un tiempo de maduración de 72 horas. Garantiza el suministro de materia prima incluso cuando la maquinaria de trituración se detiene durante dos días. Para materias primas duras o arenosas, su diseño impermeable evita la humedad desigual (parte superior seca, parte inferior húmeda). La instalación de amasadoras de tierra tras la maduración y mezcla contribuye a estabilizar el rendimiento de la materia prima.

Extrusión y conformado

El sistema completo de extrusión incluye alimentación, mezcla, agitación intensiva, extrusión, corte y apilamiento de ladrillos. El rendimiento de la extrusora al vacío y la máquina apiladora varía considerablemente según las propiedades de la materia prima y el posicionamiento del producto. Un mismo equipo puede funcionar bien en una región, pero fallar en otra. Un ejemplo típico: muchas fábricas de ladrillos en Lanzhou copiaron la experiencia de producción del centro y este de China. Obtuvieron ladrillos verdes de buena calidad, pero sufrieron un secado y cocción lentos, una alta tasa de rechazo y agrietamiento. Su producción real fue mucho menor de lo esperado, lo que generó una grave escasez de recursos.

Cámara de secado

Existen diversas configuraciones para el horno túnel : secado y cocción directos, un secado y una cocción, un secado y dos cocciones, dos secados y una cocción, etc. La mejor opción depende de las materias primas, los productos terminados y el clima local. El secado y la cocción directos son adecuados para esquisto plástico o ganga de carbón en la producción de ladrillos macizos. Sin embargo, para materias primas con alta sensibilidad al secado, esta configuración resultará contraproducente.

El clima particular también plantea desafíos. En Kuitun, Xinjiang, el aire extremadamente seco provoca que la madera verde se agriete inmediatamente después del corte. La solución consiste en reducir la altura del taller y del cobertizo para ladrillos verdes, usar cortinas para aumentar la humedad ambiental y adoptar una disposición de apilamiento de ladrillos 1,5 veces mayor. La cantidad de vagones para el horno y las vías también debe incrementarse 1,5 veces.

Las fuentes de calor para el secado incluyen el secado con gases de combustión, el secado con calor residual y el secado combinado con ambos. Si las materias primas contienen alto contenido de azufre, el secado con gases de combustión provocará contaminación secundaria y aumentará los costos ambientales. Las materias primas con bajo contenido de azufre se benefician más del secado combinado, que ahorra energía y combustible.

Los métodos de extracción de humedad incluyen extracción centralizada, extracción descentralizada, extracción centralizada por secciones, extracción por presión positiva y extracción por presión negativa. La extracción de humedad centralizada pura es ineficiente, con un alto consumo de energía y un exceso de oxígeno. El esquema óptimo combina la extracción descentralizada y centralizada, con predominio de la presión positiva y apoyo de la presión negativa. Muchos proyectos de hornos de túnel rotatorios presentan un diseño defectuoso de la cámara de secado; algunos ventiladores de extracción de humedad consumen entre 3 y 4 veces la energía del propio horno de túnel.

Proceso de cocción

El rendimiento del horno, la calidad del producto y el consumo de carbón se determinan fundamentalmente en la etapa de diseño y construcción del horno. Existen hornos túnel de mampostería, hornos túnel combinados, hornos con conducto de aire superior, hornos con conducto de aire inferior y hornos túnel rotatorios . Los hornos túnel rotatorios tienen una capacidad de aproximadamente 300 ladrillos estándar por metro cúbico, mientras que los hornos túnel tradicionales pueden contener entre 400 y 500 piezas. Los hornos túnel tradicionales presentan limitaciones estructurales: los ladrillos se mueven mientras el horno permanece estático, lo que provoca una diferencia de temperatura en la sección transversal y el sobrecalentamiento del vagón. Superar esta debilidad estructural, presente desde hace mucho tiempo, requiere innovación tecnológica.

Capacidad del técnico de disparo

Muchos operarios creen erróneamente que la cocción en horno consiste simplemente en observar la llama. Un operario de horno cualificado debe ser un experto en el ajuste del horno. Necesita dominar la estructura del horno, el flujo de aire, el calor residual, el volumen del ventilador, la temperatura, el poder calorífico, el plan de apilamiento de ladrillos , el carro del horno y los parámetros de la cámara de secado.

Existe una regla bien conocida: el 70 % del rendimiento proviene del apilamiento de ladrillos y el 30 % de la cocción; el 70 % del trabajo se realiza bajo el horno y el 30 % sobre él . Los técnicos expertos analizan los informes de pruebas de la materia prima y la distribución del calor. Nunca se debe introducir carbón en las juntas de los vagones del horno en zonas de alta temperatura, ni abrir los orificios de combustión en estas zonas, ya que esto dañará gravemente los vagones. La combustión de los vagones del horno también está relacionada con el aislamiento y el equilibrio de aire en las zanjas.

Carril de carga

Un caso real: un horno de 3,7 m de ancho con 4 zonas de secado y 3 de cocción solo dispone de una línea de carga con una máquina de embalaje semiautomática. No hay espacio para añadir más líneas. Tras 5 o 6 años de funcionamiento, la fábrica nunca pudo operar a pleno rendimiento con 4 zonas de secado y 3 de cocción; la operación máxima se limita a dos zonas de cocción. La insuficiencia de líneas de carga dificulta la entrega de los ladrillos terminados, lo que supone una deficiencia de planificación difícil de solucionar. El número de estaciones de carga, embalaje y almacenamiento debe calcularse con antelación según la producción prevista.

Patio de productos terminados

Muchas fábricas de ladrillos ignoran el patio de almacenamiento de ladrillos terminados. El espacio limitado en el patio, sumado a la gran capacidad del horno, provoca una reducción de la producción durante las temporadas de lluvias o las temporadas bajas. Los ladrillos huecos requieren patios de almacenamiento más grandes. La falta de espacio en el patio se convierte en un gran obstáculo para la fabricación de ladrillos huecos.

Materias primas y cumplimiento medioambiental

Muchas fábricas omiten las pruebas de laboratorio de las materias primas antes de la construcción. Las materias primas con un 4 %-5 % de azufre, sin fuentes alternativas, representan un obstáculo insalvable según las normativas ambientales. Se requieren múltiples pruebas de laboratorio antes de invertir. Un alto contenido de calcio provoca delicuescencia; un alto contenido de óxido de potasio y óxido de magnesio desencadena eflorescencia y manchas blancas de sal en la superficie del ladrillo.

Torre de desulfuración

Muchas fábricas de ladrillos reconstruyeron sus torres de desulfuración debido a la falta de conocimiento de los proveedores sobre la estructura del horno y la mecánica de fluidos. Un equipo de desulfuración mal diseñado aumenta la carga del ventilador, dificulta la evacuación de la humedad y reduce la producción. La desulfuración y eliminación de polvo mediante conductos horizontales y verticales ofrece un mejor rendimiento que el sistema vertical simple. La entrada de aire de la torre de desulfuración, ubicada ligeramente por encima de la superficie del horno, ahorra energía y cumple con los principios de la mecánica de fluidos.

Protección del medio ambiente y modernización del horno

La combustión con gas natural permite una producción limpia con baja contaminación por azufre, óxido de nitrógeno y polvo. Los propietarios de fábricas deben evaluar si los hornos existentes pueden modificarse para la combustión con gas natural sin necesidad de una reconstrucción completa. Los nuevos proyectos de hornos deben considerar las opciones de combustible desde la fase inicial de diseño.

Conclusión

Fórmula de capacidad de ciclo completo para la producción en horno túnel :

1. Existencias de materia prima: varias veces la producción diaria.
2. Capacidad de procesamiento de materia prima ≥1,5 veces la producción diaria
3. Capacidad de envejecimiento: 2–3 veces la producción diaria
4. Extrusión en 8-12 horas para alcanzar 1 vez la producción diaria.
5. Almacenamiento de ladrillos verdes: 1,5–2 veces la producción diaria
6. Vagón horno vacío ≥0,5 veces la producción diaria
7. Capacidad de secado: 1 × producción diaria
8. Capacidad de fuego: 1 × producción diaria
9. Carril de transporte de ladrillos terminados ≥0,75× producción diaria
10. Estación de carga ≥0,3 veces la producción diaria
11. Patio terminado: producción varias veces al día.

Todo el sistema mantiene una rotación de producción decenas de veces superior a la producción diaria nominal. Una planta que tiene como objetivo producir 500.000 ladrillos al día puede necesitar una rotación total de 5 millones de ladrillos.

La fabricación de ladrillos refractarios es un sistema integral que abarca la preparación de la materia prima, el procesamiento, la extrusión, el apilamiento, el secado de los ladrillos verdes, la cocción y la manipulación del producto terminado. La rentabilidad de su fábrica de ladrillos depende de su eslabón más débil.

En las modernas plantas de fabricación de ladrillos , las normas medioambientales y los costes energéticos se han convertido en dos grandes desafíos para los propietarios de las fábricas. Uno de los factores clave que afectan al consumo energético y al rendimiento de las emisiones del horno es el contenido de oxígeno en los gases de escape del horno túnel .

Muchas fábricas de ladrillos intentan reducir los niveles de oxígeno en los gases de escape simplemente ajustando los ventiladores, la presión del aire o la apertura de las compuertas. Sin embargo, la solución real requiere una comprensión sistemática de la gestión del aire en los hornos túnel .

Al eliminar el aire innecesario, reducir las fugas de aire y optimizar el suministro de aire de combustión, las fábricas de ladrillos pueden lograr una mayor eficiencia en el consumo de combustible, una calidad de cocción más estable y menores emisiones ambientales.

Este artículo explica cómo los tres principios del uso correcto del aire, la reducción del aire inútil y la optimización de un flujo de aire razonable pueden ayudar a mejorar los procesos modernos de producción de ladrillos cocidos .

1. Por qué es importante el contenido de oxígeno en los gases de escape para la fabricación de ladrillos.

Durante el proceso de fabricación de ladrillos cocidos , la combustión requiere una cierta cantidad de oxígeno para asegurar la combustión completa del combustible. Sin embargo, el exceso de aire que ingresa al horno no mejora la eficiencia de la combustión. Por el contrario, aumenta la cantidad de gases de escape y eleva el contenido de oxígeno medido en los gases de escape del horno.

Un alto contenido de oxígeno en los gases de escape suele indicar:

• -Entrada excesiva de aire en el horno túnel
• -Pérdida de calor causada por un flujo de aire innecesario
• -Mayor temperatura de escape
• -Mayor consumo de energía
• -Dificultad para cumplir con los requisitos de monitoreo ambiental

Por este motivo, controlar el contenido de oxígeno en los gases de escape del horno se ha convertido en un indicador importante para mejorar la producción de ladrillos con ahorro energético .

2. Eliminar el aire inadecuado: El primer paso para la optimización del horno túnel.