جدول المحتويات
- عملية صهر المعادن
- تصنيف أفران الصهر حسب مصدر الطاقة
- أفران الوقود الصلب
- أفران الوقود السائل والغازي
- الأفران الكهربائية
رحلة تحويل المعادن من الحالة الصلبة إلى السائلة
تُعرف عملية الصهر بأنها تحويل المواد الصلبة، خاصة المعادن، إلى الحالة السائلة باستخدام درجات حرارة تتجاوز نقطة انصهارها. تُستخدم هذه العملية لأغراض متعددة، منها تنقية المعادن من الشوائب، أو خلطها لإنتاج سبيكة معدنية بخصائص جديدة، أو صبها في قوالب لتصنيع منتجات معدنية متنوعة. وتتطلب هذه العملية استخدام أفران خاصة مصممة لتحمل درجات الحرارة العالية.
مصادر الطاقة في أفران الصهر: تنوع في التقنيات
تطورت مصادر الطاقة المستخدمة في أفران الصهر عبر الزمن، بدءًا من الفحم الخشبي، ثم الفحم الحجري وفحم الكوك، وصولاً إلى مشتقات النفط والطاقة الكهربائية. تختلف نسب استخدام هذه المصادر حسب حجم المصنع، وحجم الإنتاج المطلوب. يمكن تصنيف الأفران بناءً على مصدر طاقتها:
استخدام الوقود الصلب في صهر المعادن
من أبرز أفران الوقود الصلب:
- الفرن المقبب: يستخدم بشكل أساسي لصهر الحديد. يتكون من أسطوانة طويلة من الفولاذ، مثبتة نهايتها السفلى على قواعد من الآجر الحراري، بينما تتصل نهايتها العلوية بالمدخنة وفتحة التزويد بالحديد، وفحم الكوك، ومساعدات الصهر. ينصهر الحديد بفعل حرارة احتراق الفحم، ويتجمع الصهر في قاع الفرن قبل تفريغه.
- الفرن العاكس للهب: يتألف من حجرتين متجاورتين من الآجر الحراري بسقف مشترك. يُوجه اللهب من حجرة الاحتراق (الموقد) إلى حجرة الصهر، و قد قلّ استخدامه في الوقت الحالي.
تقنيات الصهر بالوقود السائل والغازي
تشمل أفران الوقود السائل والغازي:
- فرن اللهب: يتكون من حوض طويل من الآجر الحراري، يحتوي على قناة لخلط الغاز بالهواء قبل إشعاله ونقله إلى حوض الصهر، مع مدخنة لإخراج الغازات.
- فرن البوتقة: يتألف من أسطوانة مجوفة من الفولاذ، تحتوي على فتحة علوية تتصل بقناة اللهب. توضع المعادن المراد صهرها في بوتقة داخل الفرن، ويتم تسليط اللهب على البوتقة دون ملامسة مباشرة للمعادن. تستخدم هذه الأفران في المصانع ذات الإنتاج المحدود.
الكهرباء قوة دافعة في صهر المعادن
تعتمد الأفران الكهربائية على الطاقة الكهربائية لتسخين المعادن وصهرها، إما بالتسخين المباشر (بمرور التيار عبر المعادن نفسها)، أو بالتسخين غير المباشر (باستخدام عناصر تسخين كهربائية). تتضمن الأنواع:
- أفران التسخين المقاوم: في التسخين المباشر، يتكون الفرن من أسطوانة مفرغة مثبتة أفقياً، ويتم توصيل التيار الكهربائي عبر عمود من الغرافيت، مما يؤدي إلى تسخين المعادن وصهرها. أما التسخين غير المباشر، فيستخدم بوتقة محاطة بمقاومات كهربائية.
- أفران القوس الكهربائي: يتكون هذا النوع من أسطوانة بقاعدة مقعرة وسقف محدب، مع ثلاثة أقطاب من الغرافيت تتدلى من السقف، وتنتج الحرارة اللازمة لصهر المعادن.
