فرن القوس الكهربائي

أنواع أفران القوس الكهربائية

فرن القوس الكهربائي (EAF) هو نوع من الأفران الكهربائية التي تستخدم أقواس كهربائية عالية الطاقة لتسخين وإذابة المواد، وخاصة الخردة المعدنية، ومواد خام صناعة الصلب، والصلب نفسه. تُستخدم أفران القوس الكهربائية بشكل أساسي في صناعة الصلب وصناعات المعادن غير الحديدية الأخرى. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أفران القوس الكهربائية، بناءً على ترتيب الأقطاب الكهربائية وتصميم الفرن.

• أفران القوس الكهربائي العلوية: في أفران القوس الكهربائي العلوية، يتم إنشاء القوس الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية التي تقع في أعلى الفرن. تُعلّق الأقطاب الكهربائية من سقف متحرك، يعمل أيضًا كباب للشحن، وتُنزل إلى داخل الفرن لبدء عملية الذوبان. يسمح هذا التصميم بتسهيل شحن المواد ويوفر توزيعًا جيدًا للحرارة.
• أفران القوس الكهربائي تحت سطح المعدن: تُعد أفران القوس الكهربائي تحت سطح المعدن نوعًا من الأفران الكهربائية حيث يتم إنشاء القوس الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية ومادة الشحنة. في بعض التصميمات، تُغمر الأقطاب الكهربائية في بركة منصهرة من مادة الشحنة. يسمح هذا الترتيب بتسخين وكفاءة ذوبان عالية، مما يقلل من فقدان الحرارة ويحسن من كفاءة استخدام الطاقة.
• أفران القوس الكهربائي السفلية: تُعد أفران القوس الكهربائي السفلية لها قوس كهربائي يُنشأ بين القطب السفلي ومواد الشحنة. تصميم أفران القوس الكهربائي السفلية يجعلها مناسبة للإنتاج عالي السعة والتشغيل المستمر.

المواصفات والصيانة لأفران القوس الكهربائية

المواصفات

• السعة

  يمكن لأفران القوس الكهربائية أن تحتوي على حجم كبير من المعدن السائل. عادةً، قد ينتج فرن القوس الكهربائي الذي يتسع لـ 60 طنًا 60 طنًا من الصلب في كل دورة. سوف يؤثر حجم الفرن على قدرته.

• التردد

  يلعب التردد الذي يُزود به التيار الكهربائي دورًا مهمًا في تحديد معدل التسخين وكفاءة عملية الذوبان. تُشغل أفران القوس الكهربائية بشكل عام بترددات تتراوح من 50 إلى 60 هرتز.

• حجم المحول

  يحدد هذا مقدار التيار والجهد المزودين إلى الفرن. قد تكون محولات الطاقة المستخدمة في أفران القوس الكهربائية تحتوي على تصنيفات طاقة من 20 إلى 120 ميجا فولت أمبير. تستطيع المحولات الحديثة التعامل مع مستويات طاقة أعلى والتكيف مع أحجام أفران مختلفة.

• نوع التيار

  يستخدم فرن القوس الكهربائي (EAF) التيار المباشر أو التيار المتناوب لإنشاء قوس كهربائي بين أقطاب الكربون ومادة الشحنة. يعمل كل من أفران القوس الكهربائي بتيار مباشر وتيار متناوب بشكل جيد لخصائص مختلفة من الصلب.

• وقت الذوبان

  يُطلق على الوقت الذي يستغرقه ذوبان الخردة وإنتاج المعدن المنصهر اسم وقت الذوبان. تُعد أفران القوس الكهربائية أكثر كفاءة من أفران الحث لذوبان المعدن. عادةً، يستغرق فرن القوس الكهربائي (EAF) من 45 إلى 90 دقيقة لإكمال دورة واحدة. إذا كان هناك المزيد من الأقطاب الكهربائية ومستويات جهد أعلى، فسيزيد معدل الذوبان.

الصيانة

• صيانة الفرن: فحص بطانة الفرن بانتظام للتحقق من علامات التآكل أو التلف. إصلاح أو استبدال بطانة الفرن حسب الحاجة لضمان الاحتفاظ بالحرارة بشكل صحيح وتجنب التسرب. صيانة التوصيلات الكهربائية والكابلات عن طريق فحص حالتها بانتظام وإصلاح أي ضرر على الفور.
• صيانة القطب الكهربائي: فحص توصيلات القطب الكهربائي بانتظام والتأكد من أنها محكمة لضمان عدم حدوث تسربات كهربائية أو انقطاعات. صيانة مستوى استهلاك القطب الكهربائي وتجديده حسب الحاجة لضمان ثبات القوس وتشغيل الفرن بشكل صحيح.
• صيانة النظام الكهربائي: فحص وصيانة محول فرن القوس الكهربائي ونظام إمداد الطاقة بانتظام لضمان إمداد الطاقة المستقر وتجنب تلف المعدات. صيانة نظام التبريد لفرن القوس الكهربائي بشكل صحيح لضمان التبريد الفعال ومنع ارتفاع درجة الحرارة.
• بالإضافة إلى ما سبق، من المستحسن إنشاء نظام صيانة منتظم لفرن القوس الكهربائي وإنشاء قاعدة بيانات للصيانة لتتبع سجلات الصيانة والمعلمات الفنية للمعدات من أجل توفير مرجع للصيانة المستقبلية وضمان الاستقرار والاعتمادية على المدى الطويل للمعدات.

سيناريوهات استخدام أفران القوس الكهربائية

قد يختلف تطبيق فرن القوس الكهربائي بناءً على نوع الصناعة التي تستخدمه لإنتاج أنواع مختلفة من المعادن. في معظم الأحيان، تُرى أفران القوس الكهربائية في صناعات تصنيع الصلب وصناعات إعادة تدوير الخردة المعدنية.

يتم إنتاج حوالي 30٪ من الصلب العالمي باستخدام أفران القوس الكهربائية. تُعد الصناعات التي تستخدم أفران القوس الكهربائية (EAFs) بشكل أساسي لإنتاج الصلب هي صناعات البناء، وصناعات السيارات، وصناعات النفط والغاز، وصناعات تصنيع الأجهزة.

يتطلب تصميم وإنتاج الأنابيب والبارات والحزم والمواد الهيكلية الأخرى المستخدمة في البناء مادة متينة ومقاومة للتآكل مثل الصلب. تستخدم صناعة النفط والغاز أيضًا أنواعًا متنوعة من الصلب لتصنيع المنصات والأنابيب والحاويات. وبالمثل، تستخدم صناعات السيارات والأجهزة الصلب في مكوناتها الهيكلية، والتي يجب أن تلبي معايير صارمة للجودة والسلامة.

بالإضافة إلى إنتاج الصلب الخام مباشرة من خام الحديد، يمكن استخدام أفران القوس الكهربائية لعمل الصلب من الخردة المعدنية. يمكن أن يكون فرن القوس الكهربائي (EAF) جزءًا لا يتجزأ من إعداد إعادة تدوير المعادن حيث يمكنه إذابة أي شيء تقريبًا مصنوع من المعدن. بعد معالجة المواد وفرزها وفقًا لنوع المعدن، تدخل إلى فرن القوس الكهربائي، حيث يتم بعد ذلك تنقيتها إلى صلب عالي الجودة. تُعيد شركات تصنيع الأجهزة المنزلية، مثل المطابخ وغسالات الملابس، تدوير الفولاذ المقاوم للصدأ لإنتاج منتجاتها لعمل خزائن وخزائن مطابخ وغسالات ومجففات.

يستخدم منتجو المجوهرات والمعادن الثمينة أيضًا أفران القوس الكهربائي ذات السعة الصغيرة. يُذيبون وينقون المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة والبلاتين باستخدام أفران القوس الكهربائي ذات الدائرة الفراغية. تُدمج هذه الأفران الصغيرة عادةً مع أنظمة تحكم وتنقية متقدمة تساعد في جمع وتنقية المعادن الثمينة أثناء عملية الذوبان.

تستخدم المختبرات التي تجري اختبارات المواد أيضًا أفران القوس الكهربائي لإنشاء عينات معدنية صغيرة لتحليل التركيب الكيميائي والاختبارات الفيزيائية. قد تستخدم بعض المرافق التعليمية التي لديها برامج في مجال المعادن وهندسة المواد أيضًا أفران القوس الكهربائي للأغراض التعليمية، لتدريب الطلاب وإجراء البحوث.

كيفية اختيار أفران القوس الكهربائية

عند اختيار أفران القوس الكهربائي الصناعية للبيع، يوجد عدد من الأشياء الأساسية التي يجب مراعاتها من أجل تلبية متطلبات المشترين:

• فهم احتياجات المستخدمين:

  فهم احتياجات المستخدمين أولاً من أجل تلبية السوق المستهدفة بشكل أفضل. تحقق من تطبيقات فرن صنع الصلب بالطريقة الكهربائية بواسطة مجموعة واسعة من المستخدمين وأنواع أفران القوس الكهربائية التي يستخدمونها الآن. لاحظ المواد التي يذيبونها عادةً، ومتطلبات سعة فرن القوس، وأي ميزات فريدة يرغبون فيها. على سبيل المثال، إذا كان المستخدمون يذيبون معادن غير حديدية متنوعة، فابحث عن فرن كهربائي ذي تردد للمعادن غير الحديدية بدلاً من فرن صلب قوس كهربائي.

• تقييم أداء الأفران:

  خذ بعين الاعتبار مجموعة من خصائص أداء أفران القوس الكهربائية، بما في ذلك قدرة الذوبان والكفاءة وعوامل الطاقة، من بين أمور أخرى. اختر الأفران ذات الأداء القوي التي يمكن أن تضمن معدلات ذوبان وتحويل معدنية سريعة لتلبية احتياجات التصنيع الصناعي.

• فحص جودة الأفران:

  ألقِ نظرة على مكونات فرن القوس الكهربائي الأساسية، مثل أقطاب الذوبان والمحولات وأنظمة الإمالة. تأكد من أنها مصنوعة من مواد موثوقة وتقنية متطورة حتى تتمكن من العمل بشكل مستقر وآمن لفترات طويلة من الزمن.

• مُراعاة تكاليف الطاقة:

  خذ في الاعتبار خصائص أفران القوس الكهربائية، مثل استهلاك الطاقة، وكفاءة فرن القوس الكهربائي، والعوامل الأخرى التي تؤثر على نفقات الطاقة، واختار الأفران ذات الكفاءة العالية لتقليل نفقات التشغيل على المدى الطويل للعملاء.

• ضمان السلامة وحماية البيئة:

  تُعد السلامة وحماية البيئة قضايا ذات أهمية عالمية. تأكد من أن فرن القوس الكهربائي المختار يلبي متطلبات السلامة ولديه ميزات بيئية مثل إزالة الغبار وتقليل الضوضاء، وبالتالي تقليل مخاطر العمل والآثار الضارة على البيئة.

أسئلة وأجوبة حول فرن القوس الكهربائي

س: ما هي اتجاهات تكنولوجيا فرن القوس الكهربائي؟

ج: أحد الاتجاهات هو دمج أفران القوس الكهربائية مع تقنيات أخرى مثل المعالجة المعدنية المائية، والتي يمكن أن تحسن معدلات استرداد المواد بشكل عام. هناك أيضًا اهتمام متزايد بأفران القوس الكهربائية ذات السعة الصغيرة التي تخدم سلاسل التوريد المحلية. تُعد أفران القوس الكهربائية الذكية المجهزة بأجهزة استشعار إنترنت الأشياء وتحليلات التنبؤ اتجاهًا ناشئًا آخر.

س: ما هي المواد التي تدخل إلى فرن القوس الكهربائي؟

ج: المدخل الرئيسي هو خردة الصلب، على الرغم من أن بعض الأفران تستخدم أيضًا الحديد المختزل مباشرةً (DRI) أو المعدن الساخن (الحديد السائل). تتضمن الإضافات الأخرى الجير كعامل مساعد، ومواد الكربون مثل فحم الكوك البترولي أو الفحم النباتي لإزالة الأكسجين، وعناصر السبائك لإعطاء خصائص محددة للصلب النهائي.

س: كيف يتحكم فرن القوس الكهربائي في الانبعاثات؟

ج: تستخدم أفران القوس الكهربائية أنظمة غطاء لالتقاط الانبعاثات الغازية التي يتم معالجتها بعد ذلك باستخدام أكياس الترشيح أو غسالات الهواء أو الفلاتر قبل إطلاقها. تساعد تقنية رغوة الخبث باستخدام القطب الكهربائي في الحفاظ على توازن بين تفاعلات صناعة الصلب وتكوين الخبث، مما يقلل من كمية الغازات الضارة المنبعثة. ضمان الصيانة المنتظمة لأداء أجهزة التحكم في التلوث بشكل مثالي.

س: أين تُستخدم أفران القوس الكهربائية بشكل شائع؟

ج: تُوجد أفران القوس الكهربائية بشكل أساسي في صناعات صناعة الصلب، لكنها تُستخدم أيضًا في قطاعات المعادن غير الحديدية مثل الألومنيوم والنحاس والزنك والرصاص واستردادها واستخراجها. تُصمم بعض أفران القوس الكهربائية خصيصًا لمعالجة أنواع معينة فقط من المعادن - على سبيل المثال، أفران القوس الكهربائية الصغيرة المخصصة لإعادة تدوير علب الألومنيوم حصريًا.