تصميم فرن القوس

أنواع أفران القوس الكهربائي

تُعد أفران القوس الكهربائي شائعة جدًا نظرًا لمرونتها وبساطتها وتطبيقاتها العديدة في مختلف الصناعات. تأتي هذه الأفران في العديد من **تصاميم أفران القوس** التي تلبي متطلبات صناعية محددة.

• فرن القوس الكهربائي ذو القطب السفلي

  في تصميم فرن القوس الكهربائي ذو القطب السفلي، توجد الأقطاب في قاع الفرن. يُستخدم تصميم الفرن التقليدي هذا بشكل عام لصهر الفولاذ وإعادة تدوير خردة المعادن، وما إلى ذلك. يُسخّن الفرن المادة عن طريق إنشاء أقواس كهربائية بين الأقطاب وشحنة المعدن. يتمتع الفرن بكفاءة عالية في استهلاك الطاقة ويحقق نقل حرارة ممتاز.

• فرن القوس الكهربائي ذو القطب العلوي

  يضع تصميم فرن القوس الكهربائي ذو القطب العلوي الأقطاب في الأعلى. تمامًا مثل تصميم القطب السفلي، يُنتج فرن القوس الكهربائي ذو القطب العلوي أيضًا حرارة عن طريق إنشاء أقواس كهربائية بين الأقطاب وشحنة المعدن. يُعرف الفرن بقدرته على إنتاج كميات كبيرة من المعدن المصهور في الساعة. يُستخدم على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب معدلات إنتاج عالية من الفولاذ.

• فرن القوس الكهربائي ذو القوة الفائقة

  يُعرف فرن القوس الكهربائي ذو القوة الفائقة أيضًا باسم فرن القوس الكهربائي فائق الطاقة ويحتوي على ثلاثة أقطاب من الجرافيت. تُخفض الأقطاب في الفرن لتشكيل أقواس كهربائية تولد حرارة لعملية الصهر. يُستخدم تصميم الفرن هذا بشكل نموذجي في إنتاج الفولاذ عالي الجودة والسبائك. يُعرف بشهرته لقدرته على صهر المعادن بكفاءة عالية عند مستويات طاقة عالية.

• فرن القوس الكهربائي من نوع "آر إتش"

  يُعرف فرن القوس الكهربائي من نوع "آر إتش" أيضًا باسم فرن القوس الكهربائي "روثر فورد هايز" وهو مثال على فرن القوس الكهربائي ذو التحريك المزدوج. يُدمج التصميم وعائين أسطوانيين عموديين لحمل وصهر المعادن. ترتبط هذه الأوعية بمنفذ سفلي مشترك. عندما يتعلق الأمر بالمرونة والتحكم في العملية ونقاء المعدن المنصهر، يتميز فرن القوس الكهربائي من نوع "آر إتش" بشهرته. يُستخدم غالبًا لإنتاج الفولاذ الخاص والفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك عالية الجودة الأخرى.

• فرن القوس الكهربائي من نوع "إي إس آر"

  يُعرف فرن القوس الكهربائي من نوع "إي إس آر" أيضًا باسم فرن القوس الكهربائي لإعادة صهر الخبث الكهربائي و يعمل عن طريق إعادة صهر المعدن تحت ظروف الخبث الكهربائي. إنه اختيار مثالي لإنتاج الفولاذ عالي الجودة مع تحسين الخواص الميكانيكية ونقاء كيميائي أفضل. يتمتع الفرن بقدرة على إنتاج الفولاذ والسبائك الفائقة وسبائك التيتانيوم التي تأتي بمستوى عالٍ من النقاء والاتساق.

• فرن القوس الكهربائي من نوع "بي إل سي"

  يُمكن التحكم في فرن القوس الكهربائي من نوع "بي إل سي" بدقة بفضل نظام التحكم بالكمبيوتر. بفضل نظام التحكم المنطقي للبرنامج، يحقق تحكمًا دقيقًا في وقت الصهر ودرجة الحرارة وتكوين الغاز. يُحسّن هذا التحكم الممتاز جودة واتساق المعدن المصهور. باستخدام تصميم "بي إل سي"، يُمكن للمصنعين تحسين أداء الفرن بسهولة وتحسين إنتاجية المنتج.

مواصفات وصيانة تصميم فرن القوس الكهربائي

قد تختلف مواصفات فرن القوس الكهربائي بناءً على التصميم والنموذج. فيما يلي بعض المواصفات العامة للرجوع إليها.

• قدرة الإنتاج: تشير إلى إنتاج أفران القوس الكهربائي خلال فترة زمنية محددة، مثل الساعة أو اليوم أو الشهر. تتراوح قدرة الإنتاج عادةً من بضعة أطنان إلى عشرات الأطنان.
• الطاقة والدخل: تشير إلى طاقة فرن القوس الكهربائي، التي تُقاس عادةً بالكيلووات (kW) أو ميغاواط (MW). يمكن أن تتراوح طاقة أفران القوس الكهربائي من بضعة مئات من الكيلووات إلى عدة ميغاواط. كما تشمل نوع وحجم المواد المدخلة إلى الفرن، مثل خردة الفولاذ والحديد الخنزيري وخردة المعادن.
• العمر والكفاءة: يمثل معدل الصهر مدى سرعة صهر المواد في فرن القوس الكهربائي. قد يختلف هذا المعدل حسب قوة وكفاءة التصميم. من ناحية أخرى، تُعرف كفاءة الطاقة بتحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة لصهر المواد.
• نظام التشغيل: قد يكون فرن القوس الكهربائي مجهزًا بأنظمة تحكم ومنصات تشغيل مختلفة، مثل التشغيل اليدوي والتحكم التلقائي، وما إلى ذلك. يمكن أن تساعد هذه الأنظمة والمنصات في التحكم في معلمات وتشغيل الأفران.

الصيانة

مثل أي معدات صناعية، تتطلب أفران القوس الكهربائي صيانة لضمان عملها بشكل صحيح. تساعد الفحوصات الدورية وصيانة الأجزاء المتحركة والمكونات الهيدروليكية والأنظمة الكهربائية وأجهزة السلامة في تقليل وقت التوقف عن العمل ومنع الإصلاحات المكلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون تنفيذ برنامج صيانة وقائية مفيدًا.

• وقائية: تساعد تنظيف الفرن بشكل منتظم في الحفاظ عليه في حالة جيدة. من الضروري أيضًا إجراء فحوصات دورية على المعدات وإجراء أعمال الترميم والإصلاحات اللازمة على الفور. يمكن أن يُطيل استخدام مواد التشحيم المناسبة واعتماد سلسلة إمداد موثوقة لقطع الغيار من عمر فرن القوس الكهربائي.
• صيانة: مع التعامل المتكرر مع المواد الخام، تميل الأجزاء المتحركة إلى التآكل بسرعة. من الضروري التحقق من المحامل والسلاسل والتروس والمكونات الأخرى لضمان وجودها في حالة جيدة. يجب أن يشمل الفحص الدقيق للمكونات الهيدروليكية أيضًا فحص خطوط الهيدروليك والمقابس والمضخات وضمان عدم وجود تسرب أو تآكل. من المهم بنفس القدر صيانة الأجزاء الكهربائية مثل الوصلات والدوائر والأسلاك، وضمان أن العزل يوفر الحماية من الرطوبة والغبار. من الضروري التحقق من أجهزة السلامة مثل صمامات تخفيف الضغط وأجهزة حماية الحمل والترويج للممارسات الآمنة لمنع الحوادث والمخاطر.

سيناريوهات تصميم فرن القوس الكهربائي

تُعد الوظيفة الأساسية لفرن القوس الكهربائي توفير حرارة عالية الكفاءة. يتمتع الفرن بمجموعة واسعة من التطبيقات، خاصةً في صناعة المعادن.

• صناعة المعادن

هذا هو التطبيق الأكثر شيوعًا لفرن القوس الكهربائي. يُستخدم الفرن بشكل شائع لصهر أنواع مختلفة من السبائك الحديدية وغير الحديدية. يخدم أدوارًا متنوعة بدءًا من صهر الفولاذ والصب إلى التكرير وإزالة الأكسجين. توفر أفران القوس الكهربائي الحرارة والطاقة اللازمة لإنتاج المعادن بكفاءة.

• صناعة معالجة المواد

يُستخدم فرن القوس الكهربائي لمعالجة المواد. تشمل هذه المواد التيتانيوم والزركونيوم والجير الحي، من بين مواد أخرى. يُنتج الفرن مواد عالية الجودة من خلال التحكم في درجة الحرارة والغلاف الجوي.

فيما يلي قائمة مفصلة لكيفية معالجة المواد باستخدام فرن القوس الكهربائي.

• إنتاج السبائك الحديدية
• الفروكروم

يُستخدم فروكروم عالي الكربون على نطاق واسع في صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ. هذه هي الطريقة الأساسية لإنتاج الكروم في فرن القوس الكهربائي. تشمل أنواع الكروم الأخرى الكروم المشحون وفروكروم منخفض الكربون.

• الفرومنغنيز

سبائك حديدية مصنوعة من الحديد والمغنيسيوم. يُستخدم في صهر الفولاذ لتحسين مقاومة التلون.

• إنتاج الفولاذ

تلعب أفران القوس الكهربائي دورًا رئيسيًا في 60 إلى 70 بالمائة من إنتاج الفولاذ العالمي.

• إنتاج المعادن غير الحديدية

توجد هذه المعادن بشكل طبيعي في قشرة الأرض. لا تشمل الحديد، أي المعادن التي لا تصدأ. تشمل المعادن غير الحديدية النحاس والرصاص والنيكل. يُستخدم تصميم فرن القوس الكهربائي لإنشاء هذه المعادن أو تكريرها إلى سبائك.

• التطبيقات الصناعية

يمكن استخدام فرن القوس الكهربائي لصنع أقطاب الكربون. يمكن للفرن أيضًا إنتاج الياقوت الصناعي وكربيد السيليكون أو أشباه الموصلات. تشمل التطبيقات الأخرى الزجاج والسيراميك وخلايا صهر الألومنيوم.

كيفية اختيار تصميم أفران القوس الكهربائي

عند اختيار تصميم أو نموذج جديد لفرن القوس الكهربائي لشركة أو منشأة صناعية، هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها.

• احتياجات الصناعة والقدرة: أحد أهم العوامل التي يجب أن تؤثر على اختيار نموذج فرن القوس الكهربائي هو احتياجات الصناعة. ما نوع المعدن الذي تُصهره الصناعة؟ ما هو مستوى الإنتاج المطلوب؟ يجب أن تساعد إجابات هذه الأسئلة في تحديد نوع الفرن المطلوب وسعةه. على سبيل المثال، ستحتاج الصناعات التي تحتاج إلى كميات كبيرة من الفولاذ للمشاريع الهندسية الثقيلة إلى فرن قادر على إنتاج ما يصل إلى 100 طن أو أكثر لكل دفعة.
• مصدر الطاقة: يُؤثر تصميم الفرن بشكل كبير على مصدر الطاقة المستخدم في عملية الصهر. إذا لم تكن الصناعة بحاجة إلى استهلاك كميات هائلة من الطاقة لإنتاج المعدن، فمن المنطقي اختيار فرن يستخدم مصدرًا أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، مثل الكهرباء. تُفضل أفران القوس الكهربائي على تلك التي تستخدم الوقود الأحفوري لأنها صديقة للبيئة وكفاءة من حيث التكلفة.
• التطورات التكنولوجية: تغيرت تصميمات أفران القوس الكهربائي على مر السنين بسبب التكنولوجيا الحديثة. أدت هذه التحسينات إلى زيادة السعة وسرعة الإنتاج والكفاءة وسهولة الأتمتة. عند اختيار فرن للاستخدام الصناعي، من الضروري اختيار فرن مزود بتكنولوجيا متقدمة تُحسّن عمليات الصهر. عادةً ما تتمتع هذه الأفران بإدارة طاقة أفضل وميزات سلامة أكثر ذكاءً وأنظمة تحكم آلية.
• الاستدامة والتأثير البيئي: تُعد طريقة ذكية لاختيار فرن القوس الكهربائي مراعاة تأثيره البيئي واستدامته. اختر فرنًا يحتوي على ميزات توفير الطاقة، مثل أنظمة الأقطاب الفعالة أو مسارات الصهر الأمثل. أيضًا، يجب أن يحتوي الفرن على ضوابط انبعاثات لمعالجة الغازات الضارة بشكل صحيح. يجب أن تكون هناك أنظمة مناسبة في مكانها لمعالجة المخاطر مثل المواد السامة. يجب مراعاة إجراءات إدارة النفايات وإمكانيات إعادة التدوير والتحكم في الانبعاثات في التصميمات المختارة.
• المُعتَبرات الجغرافية: تلعب جغرافية الموقع الذي يُوضع فيه الفرن دورًا كبيرًا في نوع الفرن المختار. يشمل ذلك أنظمة النقل واللوائح المحلية وإمدادات الطاقة إلى المنطقة. يجب أن تكون شبكات الطاقة المحلية قادرة على دعم أفران القوس الكهربائي دون أي انقطاع.

أسئلة وأجوبة

س: ما هي عملية عمل فرن القوس الكهربائي؟

ج: يمكن تلخيص عملية عمل فرن القوس الكهربائي في المراحل الخمس التالية لتصميم فرن القوس الكهربائي بالتردد المتناوب:

• الشحن: تحتوي أنواع مختلفة من أفران القوس الكهربائي على طرق مختلفة لشحن المواد الخام إلى الفرن. بالنسبة لبعض أفران القوس الكهربائي، يمكن استخدام رافعة لرفع حاوية إلى أعلى الفرن المفتوح. بالنسبة لأنواع أخرى من أفران القوس الكهربائي، تُوضع المواد مثل خردة الفولاذ والأقطاب في الفرن من خلال الجزء العلوي حيث يقوم عمال فرن القوس الكهربائي بإدخالها يدويًا أو بمهارة من خلال الجزء العلوي المفتوح.
• الصهر: تُشعل الأقواس الكهربائية بعد ذلك بين الأقطاب والمواد، مما يولد حرارة شديدة تُذيب المواد. تستغرق هذه العملية عادةً ما بين 60 و 120 دقيقة، حسب نوع المادة التي تُذاب وسعة الفرن.
• التكرير: بعد ذوبان المواد، تُجرى عملية تكرير لإزالة الشوائب من الفولاذ المنصهر. غالبًا ما تُستخدم مواد إضافية مثل الجير أو فلورسبار أثناء هذه العملية لربط الشوائب التي سيتم إزالتها لاحقًا عن طريق الخبث.
• السحب: بعد اكتمال عملية التكرير، يُسكب الفولاذ المنصهر بعد ذلك في المغارف لمعالجته بشكل أكبر أو صبه في قوالب.

س: ما هي مزايا فرن القوس الكهربائي؟

ج: يتمتع فرن القوس الكهربائي بالعديد من الفوائد، بما في ذلك كفاءة الطاقة والمرونة وانخفاض الانبعاثات والأتمتة والتطور التكنولوجي.

س: ما هي عيوب فرن القوس الكهربائي؟

ج: تشمل بعض العيوب الرئيسية لفرن القوس الكهربائي تكاليف الطاقة العالية والاعتماد على إمدادات الكهرباء.