أخبار

An فرن صهر بالحثالفرن الحثي هو فرن كهربائي يستخدم تأثير التسخين الحثي للمواد لتسخينها أو صهرها. تشمل المكونات الرئيسية للفرن الحثي أجهزة الاستشعار، وجسم الفرن، ومصدر الطاقة، والمكثفات، ونظام التحكم.

تشمل المكونات الرئيسية لفرن الحث أجهزة الاستشعار، وجسم الفرن، ومصدر الطاقة، والمكثفات، ونظام التحكم.

بفعل المجالات الكهرومغناطيسية المتناوبة في فرن الحث، تتولد تيارات دوامية داخل المادة لتحقيق التسخين أو الانصهار. وبفضل تأثير التحريك الناتج عن هذا المجال المغناطيسي المتناوب، يكون تركيب المادة ودرجة حرارتها داخل الفرن متجانسين نسبيًا. تصل درجة حرارة التسخين للتشكيل إلى 1250 درجة مئوية، بينما تصل درجة حرارة الانصهار إلى 1650 درجة مئوية.

إضافةً إلى قدرتها على التسخين أو الصهر في الهواء، تستطيع أفران الحثّ التسخين أو الصهر في الفراغ وفي بيئات واقية مثل الأرجون والنيون لتلبية متطلبات الجودة الخاصة. تتميز أفران الحثّ بمزايا فائقة في صهر أو معالجة السبائك المغناطيسية اللينة، وسبائك المقاومة العالية، وسبائك مجموعة البلاتين، والسبائك المقاومة للحرارة والتآكل والتلف، والمعادن النقية. تُصنّف أفران الحثّ عادةً إلى أفران تسخين بالحثّ وأفران صهر.

فرن كهربائي يستخدم التيار المستحث الناتج عن ملف حثي لتسخين المواد. عند تسخين المعادن، توضع في بوتقات مصنوعة من مواد حرارية. أما عند تسخين المواد غير المعدنية، فتوضع في بوتقة من الجرافيت. مع زيادة تردد التيار المتردد، يزداد تردد التيار المستحث تبعًا لذلك، مما يؤدي إلى زيادة كمية الحرارة المتولدة. يتميز الفرن الحثي بسرعة التسخين، وارتفاع درجات الحرارة، وسهولة التشغيل والتحكم، كما أنه يقلل من تلوث المواد أثناء عملية التسخين، مما يضمن جودة المنتج. يُستخدم بشكل أساسي لصهر المواد الخاصة ذات درجات الحرارة العالية، ويمكن استخدامه أيضًا كجهاز تسخين وتحكم لإنماء البلورات الأحادية من المصهور.

تنقسم أفران الصهر إلى فئتين: أفران الحث ذات القلب وأفران الحث بدون قلب.

يحتوي فرن الحث ذو القلب الحديدي على قلب حديدي يمر عبر ملف الحث، ويعمل بمصدر طاقة بتردد كهربائي. يُستخدم بشكل أساسي لصهر وعزل معادن مختلفة مثل الحديد الزهر والنحاس الأصفر والبرونز والزنك، بكفاءة كهربائية تتجاوز 90%. يُمكنه استخدام مواد نفايات الأفران، ويتميز بانخفاض تكاليف الصهر، وسعة قصوى تصل إلى 270 طنًا.

لا يحتوي فرن الحث عديم القلب على قلب حديدي يمر عبر المحث، وينقسم إلى فرن حث بتردد الطاقة، وفرن حث ثلاثي التردد، وفرن حث متوسط ​​التردد لمجموعة المولدات، وفرن حث متوسط ​​التردد للثايرستور، وفرن حث عالي التردد.

المعدات الداعمة

تشمل المعدات الكاملة لفرن الحث ذي التردد المتوسط ​​ما يلي: مصدر الطاقة وجزء التحكم الكهربائي، وجزء جسم الفرن، وجهاز النقل، ونظام تبريد المياه.

المبدأ التشغيلي

عند مرور تيار متردد عبر ملف الحث، يتولد مجال مغناطيسي متردد حول الملف، وتولد المادة الموصلة في الفرن جهدًا مستحثًا بفعل هذا المجال. يتشكل تيار كهربائي (تيار دوامي) على عمق معين على سطح مادة الفرن، فتسخن هذه المادة وتنصهر بفعل التيار الدوامي.

(1) سرعة تسخين عالية، وكفاءة إنتاج عالية، وتقليل الأكسدة وإزالة الكربون، مما يوفر تكاليف المواد وقوالب التشكيل

بفضل مبدأ التسخين بالحث الكهرومغناطيسي في فرن التردد المتوسط، تتولد الحرارة داخل قطعة العمل نفسها. يستطيع العمال العاديون مواصلة أعمال التشكيل بعد عشر دقائق من استخدام فرن كهربائي متوسط ​​التردد، دون الحاجة إلى فنيي أفران متخصصين لإجراء عمليات التسخين والإغلاق المسبقة. لا داعي للقلق بشأن هدر القطع المعدنية المسخنة في فرن الفحم نتيجة انقطاع التيار الكهربائي أو أعطال المعدات.

بفضل سرعة التسخين العالية لهذه الطريقة، يكون التأكسد ضئيلاً للغاية. وبالمقارنة مع مواقد الفحم، يوفر كل طن من المشغولات ما لا يقل عن 20-50 كيلوغرامًا من المواد الخام الفولاذية، ويمكن أن تصل نسبة استغلال المواد إلى 95%.

بسبب التسخين المنتظم والحد الأدنى من فرق درجة الحرارة بين القلب والسطح، فإن طريقة التسخين هذه تزيد بشكل كبير من عمر خدمة قالب التشكيل في عملية التشكيل، كما أن خشونة سطح التشكيل أقل من 50 ميكرومتر.

(2) بيئة عمل متميزة، وتحسين بيئة العمل وصورة الشركة لدى العمال، وخالية من التلوث، واستهلاك منخفض للطاقة

بالمقارنة مع مواقد الفحم، لم تعد أفران التسخين الحثي تُعرّض العمال لحرارة مواقد الفحم ودخانها تحت أشعة الشمس الحارقة، ما يُلبي مختلف متطلبات إدارة حماية البيئة. وفي الوقت نفسه، تُعزز هذه الأفران الصورة الخارجية للشركة وتُحدد اتجاهات التطور المستقبلي لصناعة الحدادة.

(3) تسخين متجانس، وفرق ضئيل في درجة الحرارة بين اللب والسطح، ودقة عالية في التحكم في درجة الحرارة

يُولّد التسخين الحثي حرارةً داخل قطعة العمل نفسها، مما يُؤدي إلى تسخين متجانس وفرق ضئيل في درجة الحرارة بين اللب والسطح. ويُمكن تطبيق نظام التحكم في درجة الحرارة لتحقيق تحكم دقيق في درجة الحرارة، مما يُحسّن جودة المنتج ومعدل مطابقته للمواصفات.

تردد الطاقة

فرن الحث الصناعي هو فرن حث يستخدم تيارًا بتردد صناعي (50 أو 60 هرتز) كمصدر للطاقة. وقد تطور هذا الفرن ليصبح من معدات الصهر واسعة الانتشار، حيث يُستخدم بشكل أساسي لصهر الحديد الزهر الرمادي، والحديد الزهر المطاوع، والحديد الزهر المرن، وسبائك الحديد الزهر. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم أيضًا كفرن عازل. وبالمثل، حلّ فرن الحث الصناعي محل فرن القبة في عمليات إنتاج المسبوكات.

بالمقارنة مع الفرن ذي القبة، يتميز فرن الحث الترددي الصناعي بالعديد من المزايا، مثل سهولة التحكم في تركيبة الحديد المنصهر ودرجة حرارته، وانخفاض محتوى الغازات والشوائب في المسبوكات، وانعدام التلوث البيئي، وترشيد استهلاك الطاقة، وتحسين ظروف العمل. ولذلك، شهدت أفران الحث الترددي الصناعية تطوراً سريعاً في السنوات الأخيرة.

تتضمن المجموعة الكاملة من المعدات الخاصة بفرن الحث الترددي الصناعي أربعة أجزاء رئيسية.

1. جزء من جسم الفرن

يتكون جسم فرن الحث الترددي الصناعي لصهر الحديد الزهر من فرنَي حث (أحدهما للصهر والآخر كاحتياطي)، وغطاء الفرن، وإطار الفرن، وأسطوانة زيت الفرن القابلة للإمالة، وجهاز فتح وإغلاق غطاء الفرن.

2. الجزء الكهربائي

يتكون الجزء الكهربائي من محولات الطاقة، والموصلات الرئيسية، ومفاعلات الموازنة، ومكثفات الموازنة، ومكثفات التعويض، ووحدات التحكم الكهربائية.

3. نظام تبريد المياه

يشمل نظام مياه التبريد تبريد المكثفات، وتبريد المحاثات، وتبريد الكابلات المرنة. ويتكون هذا النظام من مضخة مياه، وخزان مياه متداول أو برج تبريد، وصمامات أنابيب.

4. النظام الهيدروليكي

يشمل النظام الهيدروليكي خزان الزيت، ومضخة الزيت، ومحرك مضخة الزيت، وأنابيب وصمامات النظام الهيدروليكي، ومنصة التشغيل الهيدروليكية.

تردد متوسط

يُطلق على فرن الحث الذي يعمل بتردد تغذية يتراوح بين 150 و10000 هرتز اسم فرن الحث متوسط ​​التردد، بينما يتراوح تردده الرئيسي بين 150 و2500 هرتز. أما أفران الحث المحلية منخفضة التردد، فتتوفر بثلاثة ترددات: 150 و1000 و2500 هرتز.

فرن الحث متوسط ​​التردد هو جهاز تعدين متخصص مناسب لصهر الفولاذ والسبائك عالية الجودة. وبالمقارنة مع أفران الحث ذات معدل التشغيل، فإنه يتميز بالمزايا التالية:

(1) سرعة انصهار عالية وكفاءة إنتاجية فائقة. تتميز أفران الحث متوسطة التردد بكثافة طاقة عالية، حيث تزيد الطاقة اللازمة لإنتاج طن من الصلب بنسبة تتراوح بين 20 و30% مقارنةً بأفران الحث الصناعية. لذلك، وفي ظل الظروف نفسها، تتميز أفران الحث متوسطة التردد بسرعة انصهار عالية وكفاءة إنتاجية فائقة.

(2) قدرة عالية على التكيف ومرونة في الاستخدام. يمكن لكل فرن من أفران الحث متوسطة التردد تفريغ الفولاذ المنصهر بالكامل، مما يسهل تغيير نوع الفولاذ. أما في أفران الحث الصناعية عالية التردد، فلا يُسمح بتفريغ الفولاذ المنصهر بالكامل، بل يجب الاحتفاظ بجزء منه لبدء تشغيل الفرن التالي. لذلك، فإن تغيير نوع الفولاذ ليس سهلاً، ويقتصر استخدامه على صهر نوع واحد فقط من الفولاذ.

(3) يتميز تأثير التحريك الكهرومغناطيسي بالجودة. ونظرًا لأن القوة الكهرومغناطيسية التي يتحملها الفولاذ السائل تتناسب عكسيًا مع الجذر التربيعي لتردد مصدر الطاقة، فإن قوة التحريك في مصدر الطاقة ذي التردد المتوسط ​​أقل من تلك في مصدر الطاقة ذي التردد العالي. ولإزالة الشوائب، وضمان تجانس التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة في الفولاذ، يكون تأثير التحريك في مصدر الطاقة ذي التردد المتوسط ​​جيدًا نسبيًا. أما قوة التحريك المفرطة في مصدر الطاقة ذي التردد العالي فتزيد من قوة احتكاك الفولاذ ببطانة الفرن، مما لا يقلل من كفاءة التكرير فحسب، بل يقلل أيضًا من عمر البوتقة.

(4) سهولة بدء التشغيل. نظرًا لأن تأثير السطح لتيار التردد المتوسط ​​أكبر بكثير من تأثير تيار التردد العالي، فلا توجد متطلبات خاصة لمادة الفرن عند بدء تشغيل فرن الحث ذي التردد المتوسط. فبعد التحميل، يمكن تسخينه بسرعة. أما فرن الحث الصناعي، فيتطلب كتلة فتح مصممة خصيصًا (نصف ارتفاع البوتقة تقريبًا، مثل الفولاذ أو الحديد الزهر) لبدء التسخين، ويكون معدل التسخين بطيئًا جدًا. لذلك، تُستخدم أفران الحث ذات التردد المتوسط ​​في الغالب في ظروف التشغيل الدوري. ومن مزايا سهولة بدء التشغيل أيضًا توفير الطاقة الكهربائية أثناء التشغيل الدوري.

يتميز جهاز التسخين بالفرن ذي التردد المتوسط ​​بصغر حجمه وخفة وزنه وكفاءته العالية وجودة معالجته الحرارية الممتازة وملاءمته للبيئة. وهو يحل تدريجياً محل أفران الفحم والغاز والنفط وأفران المقاومة التقليدية، ويُعد جيلاً جديداً من معدات تسخين المعادن.

نظراً للمزايا المذكورة أعلاه، فقد تم استخدام أفران الحث متوسطة التردد على نطاق واسع في إنتاج الصلب والسبائك في السنوات الأخيرة، كما تطورت بسرعة في إنتاج الحديد الزهر، وخاصة في ورش الصب ذات العمليات الدورية.