صهر قوسي

أنواع فرن القوس

يسخن جهاز فرن القوس ويذيب المعدن باستخدام قوس كهربائي ينشأ من التيار الكهربائي المتدفق بين القطب والمواد المشحونة. ووفقًا لنوع مصدر الطاقة، يمكن تقسيم أفران الصهر إلى ستة أنواع رئيسية.

• أفران قوس التيار المتردد/التيار المستمر

  تحتوي أفران التيار المستمر على نظام كهربائي ينشئ أقواسًا من التيار المستمر لعمليات الصهر. بينما تستخدم أفران التيار المتردد التيار المتردد. تجعل القدرة على التحكم بدقة في درجة الحرارة ومعدلات الصهر أفران التيار المستمر مناسبة للتطبيقات المحددة حيث يكون التحكم الدقيق ذا أهمية قصوى. على العكس من ذلك، عادةً ما تكون أفران التيار المتردد أكثر فعالية من حيث التكلفة من حيث التشغيل والصيانة.

• أفران القطب السفلي

  يضع هذا التصميم الأقطاب في قاع الفرن. يسمح ذلك بتوزيع الحرارة بشكل متساوٍ وتحريك جيد للحمام، مما يؤدي إلى صهر منتظم وتقليل التلوث.

• أفران القوس المفتوحة

  أفران القوس المفتوحة هي حاويات كبيرة مبطنة بمواد مقاومة للحرارة تستخدم لحمل المعدن الذي يحتاج إلى الذوبان. تستخدم هذه الأفران قطبين من التيتانيوم، أحدهما أعلى والآخر أسفل المعدن المراد صهره. تنشئ الأقطاب أقواسًا ذات درجة حرارة عالية لتسخين المعدن وصهره. تُستخدم أفران القوس المفتوحة بشكل أساسي لصهر المعادن مثل الألومنيوم والنحاس والزنك وما إلى ذلك.

• أفران إعادة الصهر بقوس الفراغ (VAR)

  تعمل أفران VAR تحت فراغ أو غلاف غاز خامل لمنع الأكسدة والتلوث أثناء الصهر. تُستخدم لإنتاج سبائك عالية النقاء والمواد المتخصصة.

• أفران قوس القطب

  تستخدم أفران قوس القطب أقواسًا كهربائية بين الأقطاب وشحنة المعدن للتسخين. تُستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب وإنتاج السبائك.

مواصفات وصيانة أفران الصهر بقوس

المواصفات

• الأحجام والقدرات:

  غالبًا ما يتم قياسها بالطن ويمكن أن تتراوح من بضعة أطنان إلى عدة مئات من الأطنان لكل دفعة.

• أنواع الأفران:

  تشمل بعض الأنواع أفران التيار المتردد أو ثلاثية الطور، وأفران التيار المستمر، أو أفران التيار المستمر.

• الأقطاب:

  على سبيل المثال، طول القضيب والوزن الإجمالي وتكوين المادة.

• ميزات السلامة:

  تشمل أنظمة الإيقاف الطارئ وصمامات تخفيف الضغط وأنظمة مراقبة لخلطات الغاز والهواء.

• أنظمة التبريد:

  تلعب السترات المبردة بالحث والمياه دورًا في منع ارتفاع درجة الحرارة.

• أنظمة التحكم:

  تُجهز الأفران الحديثة بأنظمة تحكم قائمة على الكمبيوتر تنظم درجة الحرارة وإدخال الطاقة وتغذية المواد الخام.

الصيانة

• فحوصات أسبوعية:

  تشمل فحص معلمات خزان التبريد، ودرجة حموضة المياه المبردة وموصليتها، والبحث عن الاهتزازات غير الطبيعية لمضخات المياه المتداولة ومشغلات الصمامات. يجب أن تكون هناك تقارير فحص.

• إدارة شهرية:

  تتطلب الصيانة الشهرية لفرن القوس التحقق من حجم المياه في سترة ماء القطب، وفحص نظام التبريد وتنظيف فلاتر المياه. يجب تحليل جودة مياه الخزان وضبطها حسب الحاجة.

• صيانة ربع سنوية:

  يشمل ذلك التحقق وضبط قوة المجال المغناطيسي للفرن، وفحص وإصلاح مكونات النظام الكهربائي ونظام التحكم، وفحص البطانة والمواد المقاومة للحرارة داخل الفرن.

• فحوصات السلامة السنوية:

  إجراء فحوصات سلامة شاملة على الفرن. يجب أن يتم تنظيف الفرن بدقة كل عام، ويجب فحص وإصلاح البطانة والمواد المقاومة للحرارة. يجب فحص جميع مكونات النظام الكهربائي ونظام التحكم، ويجب التحقيق في أي ظروف تشغيل غير طبيعية للفرن وحلها.

سيناريوهات صهر فرن القوس

تُعد تطبيقات صهر فرن القوس عديدة وتقع بشكل أساسي في صناعات الصلب وصناعات المعادن غير الحديدية.

• إنتاج الصلب

  في صناعات الصلب، تعمل أفران القوس كأجهزة أساسية أو إضافية لصنع الصلب. إنها قادرة على إنتاج أنواع مختلفة من الصلب، بما في ذلك الصلب منخفض السبائك، والصلب الكربوني، إلخ، والتي تُستخدم في مجموعة واسعة من مجالات البناء والسيارات والمعدات والصناعات الأخرى.

• إنتاج الصلب الخاص

  يتم أيضًا صنع أنواع الصلب الخاصة مثل الصلب المقاوم للصدأ و الصلب الأداتي والصلب السبائكي باستخدام أفران القوس الكهربائية. تُطبق هذه الأنواع من الصلب على نطاق واسع في مجالات الصلب عالي الأداء، مثل صناعات الطيران والسيارات والأدوات.

• إنتاج المعادن غير الحديدية

  في صناعات المعادن غير الحديدية، هناك بعض المعادن مثل النحاس والزنك والرصاص، إلخ، التي يمكن صنعها بواسطة أفران القوس. إنها بمثابة مصادر معدنية مهمة لمختلف التطبيقات الكهربائية والإلكترونية والصناعية الأخرى.

• الإنتاج الكيميائي

  يمكن إنتاج بعض المنتجات الكيميائية، مثل الفوسفور وكربيد الكالسيوم والأسيتيلين، وما إلى ذلك، باستخدام أفران القوس.

• إنتاج الزجاج

  تُستخدم أفران القوس أيضًا في صناعات صناعة الزجاج. تُستخدم لإنتاج الزجاج العادي، فضلاً عن الزجاج الخاص، مثل زجاج الكوارتز، والذي يُستخدم في مجالات البناء والتغليف والإلكترونيات والصناعات الأخرى.

• منتجات الكربون

  يمكن أيضًا صنع بعض منتجات الكربون، مثل الكربون الأسود والجرافيت، وما إلى ذلك، بواسطة أفران القوس.

• إنتاج الأسمنت

  في صناعات الأسمنت، يمكن استخدام أفران القوس لإنتاج أسمنت البورتلاند والأسمنت الخاص، اللذين يُستخدمان في مختلف مشاريع البناء.

• إعادة التدوير

  تُستخدم أقواس الفرن في كثير من الأحيان في مرافق إعادة التدوير لإعادة تدوير خردة المعادن، خاصة لإعادة تدوير المعادن غير الحديدية. يمكن أيضًا استخدامها لإعادة تدوير مواد أخرى، مثل الزجاج والخَبث ومنتجات الكربون، إلخ.

كيفية اختيار فرن صهر بقوس

عند اختيار فرن قوس لصهر المعادن، يجب مراعاة العديد من العوامل الرئيسية لضمان توافق المعدات المختارة مع المتطلبات والأهداف الصناعية.

• احتياجات الصهر والسعة: تحديد احتياجات الصهر المحددة من خلال مراعاة نوع المعدن المراد صهره، وسعة فرن القوس، ومعدل الصهر المطلوب. تم تصميم أفران مختلفة للمعادن المختلفة، وسوف يضمن اختيار الفرن المناسب الكفاءة التشغيلية.
• أنواع الأفران: اختيار نوع فرن مناسب بناءً على التطبيق. على سبيل المثال، فإن فرن صهر الصلب باستخدام قوس كهربائي مثالي لإنتاج الصلب، بينما فرن قوس كهربائي مع مغرفة مناسب لعملية المعادن الثانوية.

• نظام القطب: مراعاة نظام القطب المستخدم في الفرن. تستخدم بعض الأفران الجرافيت أو مركبات القطب، وقد يؤثر الاختيار على جودة وخصائص المعدن المصهور.

• مواد الشحنة: اختيار فرن متوافق مع مواد الشحنة المقصودة. تم تصميم بعض الأفران لخردة الصلب أو DRI أو مزيج من مواد الشحنة.

• مصادر الطاقة: اختيار فرن بمصدر طاقة مناسب يتماشى مع توافر الطاقة في المنشأة الصناعية واعتبارات التكلفة. قد يؤثر اختيار مصدر الطاقة أيضًا على تشغيل الفرن وكفاءته.
• الاعتبارات البيئية: مراعاة التأثير البيئي للفرن المختار. يشمل ذلك الانبعاثات واستهلاك الطاقة وإدارة النفايات. يمكن أن يساعد اختيار فرن ذو بصمة بيئية أقل المنشأة على الامتثال للوائح البيئية وأهداف الاستدامة.
• تصميم الفرن والميزات: مراعاة تصميم وميزات الأفران المختلفة، بما في ذلك الأتمتة وأنظمة السلامة ومتطلبات الصيانة. قد تؤثر هذه الجوانب على الكفاءة التشغيلية والأداء العام للمنشأة الصناعية.
• التكلفة وعائد الاستثمار: تقييم تكلفة الأفران المختلفة، بما في ذلك الاستثمار الأولي، وتكاليف التشغيل، والعائد المحتمل على الاستثمار. يساعد ذلك في ضمان أن الفرن المحدد مجدي اقتصاديًا ويتماشى مع الأهداف المالية للمنشأة.

Q&A

س1: ما هي أحدث التطورات في تكنولوجيا صهر فرن القوس؟

ج1: تركز الاتجاهات الحديثة في تكنولوجيا فرن القوس الكهربائي (EAF) على زيادة كفاءة الطاقة، وتقليل التأثير البيئي، وتحسين غلة المواد. من أبرز التطورات انتشار اعتماد أفران EAF ليس فقط لصلب الستينلس ستيل، ولكن أيضًا لإعادة تدوير الصلب الكربوني والسبائك. بالإضافة إلى ذلك، يتم تنفيذ تقنيات مثل طريقة Oxygen Conarc واستخدام أقواس AC-DC الهجينة لتحسين جودة الصلب المشتق من الخردة.

س2: ما هي فوائد استخدام صهر فرن القوس؟

ج2: تقدم أفران الصهر باستخدام قوس كهربائي العديد من الفوائد لإنتاج المعادن وإعادة تدوير الخردة. لديها القدرة على معالجة مجموعة واسعة من مواد التغذية، بما في ذلك خردة المعادن المعقدة التي قد تحتوي على ملوثات. تتمتع أفران EAF بالمرونة من حيث السعة ويمكن تعديلها لتناسب مختلف احتياجات الإنتاج. إن معدلات الصهر السريعة والاستخدام الفعال للطاقة تجعلها خيارات مجدية اقتصاديًا لصناعات الصلب. بالإضافة إلى ذلك، تساهم أفران EAF في تنقية المعادن من خلال استخدام عمليات التكرير التي تزيل الشوائب من المعدن المصهور.

س3: ما هي أنواع الشركات التي تستخدم أفران القوس الكهربائية؟

ج3: تخدم أفران القوس الكهربائية مجموعة متنوعة من القطاعات تتجاوز مجرد إنتاج الصلب الأساسي. تلعب دورًا محوريًا في صناعة السيارات، التي تتطلب كميات كبيرة من الصلب لتصنيع السيارات، فضلاً عن الحاجة المستمرة لمواد الخردة. وبالمثل، يعتمد قطاع البناء بشكل كبير على الصلب، مثل قضبان التسليح والعوارض الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك، لا غنى عن أفران EAF في إنتاج السبائك والمواد الخاصة المطلوبة في صناعات الطيران وصناعة السفن والمكونات الكهربائية والسباكة.

س4: ما هي قيود أفران الصهر باستخدام قوس كهربائي؟

ج4: على الرغم من الفوائد العديدة التي توفرها أفران القوس الكهربائي، إلا أن هناك بعض القيود المرتبطة باستخدامها. من أهم المخاوف استهلاك الطاقة العالي أثناء عملية الصهر، مما قد يؤدي إلى زيادة تكاليف التشغيل خاصة إذا كانت أسعار الكهرباء متقلبة. علاوة على ذلك، تميل أفران القوس الكهربائي إلى الحصول على عمر حملة أقصر مقارنةً بأفران الحث نظرًا لآثار صهر القوس على بطانات الفرن. قد يتطلب هذا مزيدًا من الصيانة والاستبدال المتكرر. على نطاق أوسع، تشكل تكنولوجيا صهر القوس الكهربائي تحديات تتعلق بقدرتها على التعامل مع أحجام أكبر كما هو الحال في بعض نماذج أفران الحث. أخيرًا، يمكن أن تكون تكاليف الاستثمار الأولية لإنشاء أفران EAF مرتفعة بشكل ملحوظ؛ وبالتالي، قد تجعلها مجدية اقتصاديًا فقط لمرافق الإنتاج العالية.