فرن الجرس

أنواع أفران الجرس

استنادًا إلى الاستخدام ومبادئ العمل، صنّف الباحثون أفران الجرس إلى العديد من النماذج. تتميز النماذج بخصائصها المميزة وهيكلها وطرق التشغيل.

• فرن الجرس التقليدي

  غالبًا ما يتم استخدام فرن الجرس التقليدي في صناعة الحديد والصلب. لديه شكل سفينة دائري كبير ومستويات متعددة. يتميز فرن الجرس عادةً بجزء علوي متحرك (الشحن) وجسم فرن ساخن لصهر أو تنقية المواد، وجزء سفلي (الصدم) لتفريغ المنتجات النهائية. يتضمن تشغيل فرن الجرس التقليدي شحن المواد الخام والوقود من خلال الجزء العلوي منه. ثم يتفاعل الوقود لتوليد الحرارة والطاقة التي تعالج المواد الخام وتحولها إلى منتجات نهائية. ثم يتم إزالة المنتجات من خلال جزء الصدم.

• فرن متعدد المواقد (MHF)

  يتكون فرن الجرس متعدد المواقد، أو MHBF، من عدة مواقد أو دوائر متراكبة رأسياً متعاكسة في الاتجاه. تقع موقد الشحن في الأعلى، بينما تقع موقد التفريغ في الأسفل. كل موقد هو وحدة تشغيل مستمرة. يتم دمجها لتشكيل وحدة كبيرة متعددة المواقد. في MHBF، يتم إضافة المواد الخام من الأعلى وتتحرك تدريجياً لأسفل عبر المواقد المتعاقبة تحت تأثير الحرارة. يتم حرق الوقود، وتتدفق الغازات عكسياً لحركة المواد الخام لأسفل، مما يؤدي إلى معالجة المواد وتحويلها إلى المنتجات المطلوبة. قد تكون MHBF مناسبة لسبائك معينة أو إزالة الشوائب عند درجات حرارة عالية في صناعة الحديد والصلب. فهي تسمح بالتحكم الجيد في درجة الحرارة ومنافذ الغاز والسوائل. تميل MHF أيضًا إلى تحقيق درجة أعلى من الأكسدة والتكليس.

• فرن الكوبولا

  يُعتبر فرن الكوبولا المعدات الأساسية لصهر الحديد الزهر. يبدو الهيكل العام مثل جرس. يحتوي فرن الكوبولا عادةً على برج أسطواني رأسي مصنوع من الصلب أو الحديد الزهر. يتم بطانة بالطوب أو البلاط المقاوم للحرارة. تحتوي مادة البطانة على نقطة انصهار منخفضة. وتشمل خِردة الحديد، والكوك كوقود، والحجر الجيري كمواد لعمل الخبث. يعمل فرن الكوبولا بشكل مستمر. يتم تحميل المواد الخام من الأعلى. يدخل الهواء من الأسفل. يشعل الكوك، ويولد حرارة تذيب المعادن، ثم يتم إطلاقها في الأسفل. يتم إطلاق الخبث أيضًا بشكل منفصل. يسمح فرن الكوبولا بالتشغيل بتكاليف أقل ويوفر عائدًا مرتفعًا من المعدن.

مواصفات وصيانة فرن الجرس

تختلف مواصفات أفران الجرس بناءً على نموذجها وتطبيقها المقصود. المواصفات النموذجية هي كما يلي:

• السعة: عادةً، تتمتع أفران الجرس بسعة تتراوح من 2000 كيلوغرام إلى 5000 كيلوغرام من المسبوكات لكل ساعة. عادةً ما يتم النظر في ذلك عند تحديد حجم الإنتاج.
• نطاق درجة الحرارة: يمكن لأفران الجرس تسخين المعادن إلى نطاق درجة حرارة يتراوح من 1200 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية. اعتمادًا على نوع المعدن أو السبائك المراد صهرها، قد يختلف نطاق درجة الحرارة هذا.
• إمداد الطاقة: تستخدم أفران الجرس مصادر طاقة مختلفة اعتمادًا على المواصفات. قد تشمل الخيارات الطاقة الكهربائية، أو الغاز الطبيعي، أو أنواع الوقود الأخرى. يتم تجهيز كل فرن جرس بمتطلبات طاقة محددة لتناسب عمليات الصهر الخاصة به.
• الأبعاد: يتراوح القطر الداخلي لأفران الجرس تقريبًا من 1 متر إلى 5 أمتار. من ناحية أخرى، يختلف ارتفاعها بين 2 متر و 10 أمتار.

تتطلب أفران الجرس صيانة منتظمة لضمان عملها بشكل جيد.

• الفحوصات الدورية: يجب فحص جميع مكونات وأنظمة فرن الجرس بشكل دوري للتحقق من التآكل، وتسرب الغاز، وعطل الماكينات، والمشكلات الأخرى. عند ظهور مشكلة، يجب إصلاحها على الفور للحفاظ على التشغيل الأمثل.
• التزييت: قم بتزييت الأجزاء المتحركة للفرن مثل آليات النقل والمحامل وفقًا لتعليمات الصيانة التي يقدمها الشركة المصنعة. يؤدي القيام بذلك إلى تقليل الاحتكاك ويضمن التشغيل السلس. أثناء التزييت، تأكد من مسح أي زيوت زائدة لتجنب تلوث الفرن.
• التنظيف: يجب تنظيف السطح الخارجي لفرن الجرس بشكل دوري لمنع تراكم أي أوساخ أو زيوت قد تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات أو خلق مخاطر الحريق. يجب إجراء التنظيف باستخدام مواد التنظيف والأساليب المناسبة وفقًا لإرشادات الشركة المصنعة.
• استبدال المكونات: قد تتآكل بعض مكونات فرن الجرس، مثل الحشوات، والمراوح، وأنابيب المياه، وغيرها، مع مرور الوقت وتؤثر على تشغيل الفرن. لذلك، يجب استبدالها في الفترات الزمنية الموصى بها.

استخدامات أفران الجرس

نظرًا للتحكم الموثوق به في عمليات التسخين والتبريد، تُستخدم أفران الجرس في العديد من الصناعات.

• تُستخدم أفران الجرس بشكل شائع لتسخين ما يصل إلى 3 ملايين طن من الصلب في الولايات المتحدة الأمريكية كل عام.
• تستخدم مصانع صب الصلب، وقطع غيار السيارات، والألمنيوم أفران التلدين بالجرس. فهي تسخن المعادن مثل الصلب والألمنيوم إلى حوالي 1,600 درجة فهرنهايت. أثناء ارتفاع درجة الحرارة، يتغير هيكلها. وهذا يجعلها أسهل في صبها إلى قطع قابلة للاستخدام، مثل قطع غيار السيارات.
• فرن الجرس مشابه جدًا لفرن المعالجة الحرارية بالجرس المستخدم في تلدين الصلب وتطبيعه، بالإضافة إلى سبائك الحديد والسبائك غير الحديدية الأخرى. يتم تخزين المادة إما في صندوق أو، في حالة شرائط الصلب، ملفوفة. ثم يتم نقلها إلى الفرن بواسطة بكرة وسحبها من خلال الفرن بواسطة رافعة. يمكن أيضًا رفع المواد إلى الفرن. يمكن أيضًا تسمية المادة بأنبوب إشعاعي مجمد صلب. إذا كان الأمر صحيحًا، فإن المغزل مجوف ولكنه يحتوي على قلب فارغ؛ من ناحية أخرى، يحتوي على ثقب مليء بمادة تسمى المعدن السائل ويتم حفره، ويعرف باسم being radiated solid.
• يمكن لأفران الجرس معالجة أنواع مختلفة من الصلب، بما في ذلك الصلب الممزوج، والصلب المنخفض الكربون عالي المنجنيز، والصلب المنخفض الكربون، بالإضافة إلى السبائك غير الحديدية مثل النحاس وسبائك الألمنيوم. يُكربن فرن الجرس الصلب عن طريق تسخينه داخل جو غني بالكربون. ثم يبرد في جو غني بنيتروجين الغاز. يجعل الكربون داخل الصلب قيمًا.
• في علم المعادن غير الحديدية، تُستخدم أفران الجرس بشكل أساسي في إنتاج النحاس الأصفر والبرونز. يتم صهر النحاس بداخلها لإنتاج البرونز والنحاس الأصفر. يتم صنع البرونز مع القصدير. عند صنع النحاس الأصفر، يُستخدم الزنك كعنصر ممزوج. يمكن صهر خِردة الألمنيوم في أفران الجرس حيث تُصنع سبائك الألمنيوم.
• تُستخدم أفران الجرس أيضًا في مصانع الصب، والمطاحن، ومحال الآلات لتسخين المعادن قبل تشكيلها إلى أدوات، وقوالب، وصب، وأجزاء معدنية أخرى. أصبح العمل ممكنًا لأن أفران الجرس يمكنها تسخين المعادن إلى 2,000 درجة فهرنهايت.
• الخزف: تُستخدم أفران الجرس في صناعة الخزف لطهي منتجات الخزف مثل الطوب، والبلاط، والخزف، والفخار، والأواني الصحية. يتم التحكم في عملية التسخين عادةً للحصول على أقصى قدر من صلابة وثبات العناصر النهائية.
• الزجاج: عادةً ما تُستخدم أفران الجرس في صناعة الزجاج لصهر مواد الزجاج وتشكيل منتجات الزجاج. في البداية، كانت أفران الجرس تُستخدم لتسخين وصهر حرف الخزف والزجاج. في الوقت الحاضر، تُستخدم أفران الجرس الحديثة لصهر وتشكيل الزجاج من خلال الحقن المباشر والمستمر للرمل والمواد الخام الأخرى في فرن الجرس، حيث توجد الأجزاء والملحقات الأساسية.
• الصب: تُستخدم أفران الجرس أيضًا في صناعة الصب لصهر سبائك المعادن لتصنيع أجزاء ومكونات معدنية بأشكال مختلفة للعديد من الصناعات. يتم التحكم في عملية التسخين عادةً لضمان التوحيد والاتساق في المادة المصهورة، والتي يتم سكبها مباشرةً في قوالب لعمل أجزاء ومكونات معدنية بأشكال مختلفة للعديد من الآلات.

كيف تختار أفران الجرس

عند اختيار فرن جرس، هناك عدد من العوامل المتعلقة بخصائص أدائه وملاءمة التطبيق تحتاج إلى دراسة متأنية.

• تقييم احتياجات الإنتاج

  في البداية، من الضروري تقييم حجم الإنتاج المطلوب وجدول الإنتاج. ينطوي ذلك على تحديد مقدار الإنتاجية على فرن جرس الذي يلزم لضمان تحقيق أهداف التصنيع بشكل عام. يعمل التقييم كدليل أساسي لاختيار المعلمات الأخرى ذات الصلة للفرن.

• التوافق مع المواد

  يعتمد اختيار فرن الجرس المناسب أيضًا على توافق المواد، خاصةً نوع وخصائص المواد التي سيتم معالجتها. يتضمن ذلك تقييم عوامل مثل التركيب الكيميائي، والخصائص الفيزيائية، ومتطلبات المعالجة، وما إلى ذلك. من الجدير بالذكر أن أفران الجرس المختلفة تتمتع بقدرات مختلفة للتعامل مع مواد متنوعة.

• التحكم في درجة الحرارة والاتساق

  نظرًا لأن التحكم الدقيق في درجة الحرارة والاتساق داخل الفرن أمر بالغ الأهمية لتحقيق خصائص متسقة للمواد، فإن اختيار فرن جرس مع نظام تحكم في درجة الحرارة مناسب أمر بالغ الأهمية. ينطوي ذلك على محاذاة قدرات الفرن مع احتياجات التحكم في درجة الحرارة المحددة للمواد التي يتم معالجتها.

• كفاءة الطاقة والاعتبارات البيئية

  يتطلب اختيار فرن الجرس المناسب أيضًا مراعاة كفاءة الطاقة والقضايا البيئية. يمكن أن يساعد اختيار فرن ذي تأثير بيئي منخفض الشركات على تحقيق أهداف الاستدامة مع تقليل المخاطر التنظيمية المحتملة.

• حجم المعدات والتخطيط

  عند النظر في تصميم منشأة التصنيع العامة، من المهم أيضًا ضمان التوافق السليم بين فرن الجرس المحدد والمعدات الأخرى وخطوط الإنتاج. يساعد التكامل في تحسين سير العمل ويعزز كفاءة التشغيل.

• تكاليف التشغيل

  سيتم تحديد الأداء طويل الأجل بواسطة العديد من العوامل عند النظر في التكلفة الإجمالية لاختيار فرن جرس، بما في ذلك الاستثمار الأولي، واحتياجات الصيانة، واستهلاك الطاقة، وما إلى ذلك. من الجدير بالذكر أن تكاليف التشغيل تلعب دورًا كبيرًا في التأثير على ربحية العمل بشكل عام.

أسئلة وأجوبة حول فرن الجرس

س1. ما الفرق بين الأفران الهوائية والمنفاخات؟

ج1. تقوم الأفران الهوائية بتوسيع الهواء ليتدفق إلى الفرن من خلال الأنابيب والصمامات المحيطة الساخنة. من ناحية أخرى، تُستخدم المنفاخات لضغط الهواء ودفعه إلى الفرن.

س2. كيف يختلف المنفاخ عن حمولة الفرن؟

ج2. الحمولة هي المواد الخام، مثل خام الحديد، والفحم، وflux، التي يتم إدخالها في الفرن لإنتاج الحديد المنصهر. المنفاخ هو جهاز لنفخ الهواء، مما يزيد من درجة الحرارة ويعزز التفاعلات الكيميائية.

س3. هل تحتوي أفران الجرس الكهربائية على مكونات؟

ج3. نعم. يتكون فرن الجرس الكهربائي من القاعدة، والبنية الفوقية المبردة بالماء، والسقف، والغطاء، والجرس. كما أنه يشمل وحدات الصهر والتسخين، ونظام التحكم، والأجزاء الأخرى.

س4. هل تتمتع أفران الجرس الكهربائية بمزايا؟

ج4. نعم. يتمتع فرن الجرس الكهربائي بكفاءة عالية واستخدام الطاقة. يبلغ معدل إعادة التدوير فيه أكثر من 90٪، ويقل استهلاك الطاقة، مما يوفر الطاقة.