Тоннельная печь: нагрев, термический удар и фазовое превращение — анализ и оптимизация процесса

I. Основные понятия и явления
1. Термический удар и скорость нагрева:
(1) Термический удар — это напряжение, возникающее из-за быстрого и неравномерного нагрева, что может привести к трещинам или разрушению.
(2) В производстве кирпича, если тоннельная печь нагревается слишком быстро, разница температур между поверхностью и сердцевиной кирпича увеличивается. Быстрое испарение остаточной влаги вызывает усадку, что легко приводит к трещинам или даже разрыву кирпича.
2. Остаточная влага и трещины при быстром испарении:
Если остаточная влага в штабеле кирпича не удалена, при быстром нагреве вода мгновенно превращается в пар. Увеличение объема создает внутренние напряжения, превышающие прочность кирпича, что вызывает трещины или разрывы — типичный признак “термического удара”.
3. Инверсия кварца и расширение:
Сырье для кирпича обычно содержит 55–70% кремнезема (кварца). При температуре около 573°C кварц претерпевает структурное превращение β→α с заметным увеличением объема. При слишком быстром нагреве в этот момент тепловое расширение может разрушить кирпич. Это явление известно со времен традиционных глиняных печей и подтверждено современной теорией.

II. Важность качества сушки: корень успеха
Выражение “кто владеет сушкой — владеет рынком” подчеркивает решающую роль сушки для качества обжига:
1. Остаточная влага — причина трещин и разрушений: Недостаточная сушка при высокой температуре вызывает расширение пара и разрушение.
2. Разница температур между поверхностью и сердцевиной усиливает термоудар: Неравномерная сушка и штабелирование вызывают неравномерный нагрев.
3. Многослойная укладка усиливает неравномерность нагрева: В отличие от однослойного обжига в роликовых печах, многослойная укладка в тоннельных печах требует медленного нагрева.

III. Сравнение типов печей: различия в стратегии нагрева

IV. Меры оптимизации и рекомендации по управлению процессом
1. Пошаговая сушка:
(1) Полное удаление влаги (остаточная влажность ≤ 6–8%).
(2) Использовать “слойную сушку” вместо “штабельной” для уменьшения разницы усадки.
2. Постадийный контроль скорости нагрева:
(1) Предварительный нагрев (до ~120°C): ≤ 30–50°C/ч, чтобы избежать трещин-сеточек.
(2) Обжиг (средние–высокие температуры): ≤ 20–30°C/ч, чтобы предотвратить поверхностное оплавление.
(3) Выдержка (600→500°C): Избегать резкого охлаждения, чтобы не получить “глухие” трещины.
3. Оптимизация теплообмена и вентиляции:
(1) Использовать боковой обжиг, перегородки, щиты, чтобы избежать прямого воздействия пламени.
(2) Контролировать вентиляцию и температуру для равномерного распределения тепла.
4. Мониторинг температуры и тепловой анализ в реальном времени:
Использовать системы типа PhoenixTM с термопарами и телеметрией для записи данных.
5. Разные стратегии для разных изделий:
Обычный красный кирпич допускает размерные отклонения; облицовочный кирпич требует однослойной сушки для точности.

V. Итоговые рекомендации
1. Качество сушки — ключ: Эффективная сушка предотвращает трещины и разрушения.
2. Контроль ритма по этапам: Деление нагрева на стадии снижает риск термоудара.
3. Оптимизация конструкции и тепловых каналов: Равномерность температуры повышает качество.
4. Технический мониторинг: Контроль в реальном времени позволяет быстро реагировать.
5. Адаптация под продукт: Для разных изделий нужны разные режимы.