بحث عن أفران الصهر
المقدمه :
السباكه : هي إحدى عمليات تصنيع المعادن المهمه والاساسيه وتعني صهر المعادن وصبها في قالب فيه فجوه او فراغ يشبه شكل المسبوك المطلوب و حجمه ويتم عمل هذا الفراغ بعمليه المقالبه لرمال السباكه باستخدام نموذج من الخشب او المعدن .
ان مميزات السباكه هي مكانيه الحصول على مسبوكات ذات اشكال معقده وان المسبوكات المنتجه ذات اشكال متشابهه الى حد كبير وانه يمكن استخدام السباة الرمليه في انتاج قطع كبيرة قد لايمكن عملها بالطرق الاخرى او قد تكون مكلفه جدا وتستخدم للمعادن والسبائك القصيفه والتي تصعب سباكتها بالطرق الاخرى.
أنواع السباكه
يمكن تقسيم طرق السباكه الى الطرق الاتيه :
1. سباكه الصبات : وفي هذه الطريقه يتم انتاج صبات المعادن والسبائك بعد صب المعدن المنصهر في قوالب بسيطة ذات اشكال واحجام مقاربه للمنتوج النهائي .
2. السباكة الرمليه : في هذه الطريقه يتم عمل تجويف في قالب رملي ويصب المعدن المنصهر فيه لياخذ شكل المسبوك المطلوب بعد تجمده .
3. السباكة في القوالب المعدنيه : في هذه الطريقه يكون القلب مصنعا من المعدن لذلك يكون المسيل منتجا بدقه عاليه ولا حتاج الى تشغيل .
أفران السباكة :
هناك عده انواع من الافران المستخدمة في صهر المعادن في عمليه السباكه ومن هذه الانواع هي الانواع التاليه
أ- أفران القوس الكهربي
تعد أفران القوس الكهربي هي الوسيلة الرئيسية لإعادة إنتاج خردة الصلب و تحويله إلى صلب مصهور و يتم استخدامها بازدياد حاليا" في إنتاج الصلب المصهور من خامات الحديد . مثل الحديد المنتج بالاختزال المباشر DRI (direct reduction iron) والحديد التمساحيPig Iron و الصلب المصهور الناتجين من الفرن العالي.
يعتمد عمل فرن القوس الكهربي على الإنتاج بالدفعات. كل شحنة تسمى "صبة" وتتراوح سعة الأفران عادة بين 1 طن إلى 250 طن. وقد تستخدم أفران أصغر (سعة تبلغ حوالى 5 طن) لإنتاج شحنات من ا لصلب المخصوص وتتم عملية السبك في البوتقة خلال مرحلة الصب (Pouring) وفى بواتق المعالجة الخاصة أو في أفران البوتقة.
وتشتمل الشحنة المستخدمة فى فرن القوس الكهربي على المواد الخام الآتية :
• خردة صلب
• صلب منصهر
• الحديد الناتج من الاختزال المباشر.
وعادة ما تكون النسب كآلاتي؛ ( 1130 كجم خردة أو حديد للاختزال المباشر ) لكل طن مسبوك ناتج .
وللتنقية والتحكم في التركيب الكيميائي تستخدم المواد الآتية :
• فحم الكوك أو مكربنات.
• سبائك حديدية.
• حجر جيرى ( 10 كجم عناصر سبائكيه و100 كجم مساعدات صهر flux لكل طن ناتج).
• طاقة :
طاقة كهربائية
وقود غازى / وقد يستخدم كمصدر حرارة لخفض استهلاك الطاقة الكهربية.
مازوت
• ماء
وفرن البوتقة هو فرن قوس كهربي صغير يسمح برفع درجة حرارة الصلب المنصهر في البوتقة إلى درجة حرارة السباكة وان عمليات صناعة الصلب تبدأ أولا بإضافة الخردة حيث يعلق غطاء الفرن مفتوحا ويتم فتح سلة الخردة مما يسمح للخردة بالسقوط في الفرن – ثم يتم غلق غطاء الفرن ومن ثم تشغيل الطاقة الكهربية.
معظم الأفران المستخدمة حاليا تستخدم ولاعات (فواني) وقود، تشعل في الفترة الأولى عدد محدد من الفوانى (يختلف من طراز لاخر) لمدة تتراوح بين خمس وعشر دقائق من بداية الشحن (قد تختلف هذه المدة تبعا لطراز الفرن و تركيب الشحنة و التركيب المستهدف للمنتج) وذلك لتعجيل عملية الانصهار وتسخين المناطق الباردة بالفرن، كما أن رماح Lances)) الأكسجين تعمل على سرعة سقوط الخردة في البركة المنصهرة وأيضا لحرق المركبات القابلة للاشتعال التي تتواجد بالفرن مما يسرع بعملية تسخين الخردة وصهرها.
وعادة ما يضاف الكربون أو الحجر الجيري للشحنة ويعد الفحم أو فحم الكوك بيئة مختزلة مناسبة بينما يزيل الحجر الجيري الشوائب من الصلب على هيئة الخبث وتستخدم لضبط التركيب الكيميائي بعض الإضافات السبائكية ويمكن إضافتها إما مباشرة في الفرن أو في بوتقة خارجية. وتعمل العديد من مصانع الحديد و الصلب على زيادة تجانس المصهور من حيث درجة حرارته وتركيبه الكيميائي عن طريق حقن غاز خامل في البوتقة. ومن ثم يدفع الغاز على هيئة فقاقيع إلى البوتقة باستخدام الرمح (lance ) أو باستخدام سدادة ماء مسامية.
ب- أفران التسخين
قبل التشكيل يتم استخدام فرن لإعادة تسخين المعادن المختلفة لإعدادها لعملية التشكيل على الساخن، حيث يوظف الفرن لتسخين المعدن لدرجة حرارة مناسبة قبل التشكيل على الساخن، وتشمل الخامات المستخدمة الأنواع المختلفة من القطاعات ((bars, rounds, slabs, billets, and blooms) وهذه الأفران لها مصادر متعددة للطاقة الحرارية كالكهرباء والوقود السائل أو الغازي. ولتشكيل الصلب، يتم تسخين الألواح والمقاطع إلى 1100o – 1250o م، ثم يتم تشكيلها بعد ذلك.
تشمل الانبعاثات الرئيسية عن هذه الأفران (CO, CO2, SO2, NOx ) بالإضافة إلى الجسيمات العالقة ويعتمد كل هذا على نوع الوقود المستخدم وظروف الاحتراق.
جـ- فرن الدست
فرن الدست عبارة عن فرن رأسي أسطواني يمكن أن يستخدم الحديد التماسيح والحديد الخردة و خردة الصلب و فحم الكوك كمكونات الشحنة و يتم الانصهار في فرن الدست عن طريق إطلاق الحرارة الناتجة عن احتراق الكوك و الناتج عن التفاعل بين الأكسجين الموجود في الهواء الجوى والكربون الموجود في الوقود و الذي يكون ملامسا للشحنة و المواد المساعدة على التدفق. وأحد معالم تميز مثل هذا الفرن هو أن التدفق العكسي للوقود وخليط الاحتراق يعمل على تسخين مواد الشحنة وهو من الأجزاء الرئيسية في عملية الصهر حيث أن الغازات المتدفقة إلى أعلى تلامس مباشرة الحمل المشحون مما يسمح بتبادل حراري فعال كما أن كوك الشحنة يسخن أيضا مما يساعد على عملية الاحتراق عندما يصل منطقة الاحتراق معوضا النقص في الوقود المستهلك.
ويرجع جزء كبير من شهرة أفران الدست كوحدات صهر إلى فهم هذه المعالم بالإضافة إلى أن بعض التصميمات الحديثة المحسنة مثل الأفران التي لا تستخدم الكوك ، أو التي تعمل بإشعال بالبلازما والتي تغير خصائص الانبعاثات بدأت في الانتشار .
د- فرن البوتقة
هو عبارة عن فرن يدفن أكثر من نصفه تحت الأرض ، ويبطن جداره الطوب الحراري الذي يحتوي على نسبة 42% الومينا وتوضع بداخله بوتقة تصنع من مادة الجرافيت او الزركونيوم او السلمندر ويتوزع اللهب من خلال فتحة في الأسفل موصلة بجهاز نفخ (blower) يقوم بالتوزيع الحراري للهب داخل الفرن ويتميز هذا الفرن بالتوزيع الحراري الجيد نتيجة لشكله الدائري .
ويعتبر هذا النوع من الأفران بطيئ جدا مقارنة بأنواع اخرى من الأفران ، لذا لا يستخد إلا في المعادن الغير حديدية وفي المسابك الصغيرة ذات الانتاج الضعيف . كما أن هذا النوع من الأفران لا يسمح بالتحكم في عناصر المعدن المنصهر ، ولا في درجات الحرارة يستخدم هذا النمط من صهر المعادن في صب المسبوكات بعدد محدود ولصب قطع الغيار الغير متوفرة في الاسواق في الدول النامية .. ويستخدمه الفنانون في صب التحف المعدنية الصغيرة .. وفي العادة يكون في البدأ تحضير نموذج شمعي أو من الخشب السهل التشكيل أو من لدائن خاصة ،, ويعمل قالب رملي مخلوط بدبس التمرأو دبس قصب السكر أو مواد لاصقة شبيهه حيث يقوم الدبس بتقوية تماسك القالب ،ويتم تسخين القالب لتجفيف الرطوبة التي قد تفسد العمل ،, ويمكن عمل قالب من الحديد ليمكن استخدامه مرات متعددة .. ولكنه لا يصلح لسبك الحديد ..ويقوم الفنيون برش بودرة الفحم وبودرة الخشب أو زيت السيارات المحروق على القالب ليسهل نزع المسبوكة من داخل القالب .. وتستخدم ورش تشكيل الذهب نفس البوتقة ولكن بشكل صغير في حجم كوب القهوة ولكنهم يحولون السبائك الذهبية إلى أشرطة ذهبية يتم طرقها وسحبها وفردها بمكائن خاصة وبذا يتم تشكيل صفاح الذهب التي يقطعونها إلى الأشكال المطلوبة .. وفي مصر تتركز محال صهر المعادن من هذا النوع في حي السيدة بالقرب من محطة القطار .. ويقومون بسبك كل ما يخطر على بالك من قطع الغيار للسيارت عندهم ويمكن صب أجزاء مهمة من محركات السيارات أيضا ،,, وبهذه الطريقة يصبون قوالب المنتجات البلاستيكية بهذه الطريقة ويتم تشطيبها بشكل دقيق لانتاج السلع البلاستيكية .. ويعد فرن البوتقة هو أبو الصناعات المعدنية والزجاجية أيضا وعنه تطورت جميع الأفران وان كانت كل الأفران الأخرى تقدمت على هذا النمط بأشواط كبيرة.
، من المعروف أن أغلب عمليات الصهر على المستوى التجاري للمعادن الحديدية والغير حديدية تتم باستخدام أفران من هذا النوع والتي تعمل إما بوقود غازي أو سائل وهناك نوعان رئيسيان من فرن البوتقة ، الثابت والقابل للإمالة ، في النوع الثابت تحمل البوتقة إلى الخارج للصب بينما يتطلب فرن الإمالة نوعا من البواتق ذات الشفاه يكون مناسبا لصب المعدن منه عندما تتم إمالة الفرن.
أغلب المعادن والسبائك غير الحديدية تتأكسد وتمتص الغازات ومواد أخرى وتكون رغوة ( خبث غير حديدي ) بسهولة عند التسخين مما يتطلب مجموعة من الممارسات حسب نوع المعدن المصهور للحفاظ على نقائه والحصول على مسبوكات جيدة.
أما في حالة استخدام فرن البوتقة لصهر السبائك الحديدية فيتم استخدام الطاقة المتولدة من القوس الكهربي لتسخين الصلب مع التقليب من أسفل بواسطة النيتروجين أو الأرجون و يتم ضبط التركيب الكيميائي من خلال بعض الإضافات السبائكية.
هـ- الفرن الدوار :
يعد هذا الفرن حد انواع الافران التي يون فيها المعدن بتماس مع نواتج الاحتراق حيث يحوي الفرن حجرتين يتم في الاولى احتراق الوقود وتمر الغاوات الى الحجرة الثانيه التي يوجد فيها المعدن المراد صهره ثم تخرج الغازات الى خارج الفرن عبر المدخنة .
تبلغ سعة هذا الفرن حوالي 300 كيلو من المعدن المنصهر وهو يستخدم لصهر الحديد وحديد الزهر والمعادن الغير حديديه . يدور جسم الفرن على تروس مسننه بواسطة عجلة يدويه عند شحن الفرن او عند صب المعدن النصهر منه .
و- الفرن العاكس :
يستخدم هذا الفرن في صهر الحديد وفي صهر المعادن الغير حديديه وهو يستخدم لصهر كميات كبيره من المعدن .
يستخدم الفحم او الغاز او النفط كوقود في هذا الفرن يتم صهر المعدن في هذا الفرن عن طريق حرق الوقود وامرار الغازات على المعدن المراد صهره والموجود في منطقه الصهر ونتيجه لمرور الغازات الساخنه بتماس مع المعدن بان درجه حرارته ترتفع حتى ينصهر ويساعد على ذلك سطح الفرن العلوي الذي يقوم بعكس الشعلة الى المعدن .
تحياتي للجميع
