الحلقة والكتلة الجدارية لأفران القوس الكهربائي
يتم تضمين فرن القوس الكهربائي أو فرن EAF في مجموعة الأفران الكهربائية. اليوم، هذا الفرن هو النوع الأكثر شيوعًا من أفران الفولاذ ويستخدم على نطاق واسع في صناعة إنتاج الصلب والحديد الزهر. كما يستخدم هذا النوع من الأفران لإذابة الخردة وصقل أجزائها. يتم توفير درجة الحرارة اللازمة لصهر المعدن عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. يحدث تحويل الطاقة هذا بمساعدة قوس كهربائي.
ما هو القوس الكهربائي؟
في عام 1802، اكتشف بيتروف القوس الكهربائي باستخدام فحمتين متصلتين بطرفي البطارية. عند وضع رأسين من الفحم على مسافة قصيرة من بعضهما البعض، ينشأ بينهما ضوء مبهر، مما يؤدي إلى توليد حرارة شديدة. القوس الكهربائي هو في الواقع عمود من الغازات يتم إشعاله بواسطة إلكترونات مفصولة عن الكاثود. ولهذا السبب، تكون درجة حرارة القوس مرتفعة جدًا.
ما هو فرن القوس الكهربائي؟
الأفران المستخدمة لصهر الفولاذ، وخاصة الفولاذ الكربوني البسيط، تسمى أفران القوس الكهربائي. يسمى فرن القوس الكهربائي بفرن القوس الكهربائي باللغة الإنجليزية ويسمى أيضًا فرن EAF للاختصار.
في هذه الأفران، يقوم القوس الناتج بين الأقطاب الكهربائية وحمل الفرن بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. يؤدي تحويل الطاقة هذا إلى زيادة درجة الحرارة حتى 15000 درجة مئوية، وبالتالي توفير درجة الحرارة اللازمة للانصهار. في عام 1878، قام السير ويليام سيمنز ببناء فرن القوس الكهربائي. اعتمد تصميم شركة سيمنز على الصهر باستخدام قوس تم إنشاؤه بين قطبين كهربائيين أفقيين.
تم تطوير فرن EAF، ذو التصميم المشابه لما يستخدم في الصناعة اليوم، لأول مرة في عام 1890 بواسطة شركة Herault. على الرغم من أن هذا الفرن تم تقديمه لأول مرة بواسطة شركة سيمنز، إلا أن هيرولت قام ببناء أول فرن القوس المباشر. في تصميم هذا الفرن، تم استخدام الكهرباء ثلاثية الطور وثلاثة أقطاب كهربائية. من خلال المرور عبر هذه الأقطاب الكهربائية، يخلق التيار الكهربائي قوسًا بين الأقطاب الكهربائية وبين الأقطاب الكهربائية ويشحن الفرن، مما يوفر الحرارة اللازمة لإذابة المصهور.
تشتمل مكونات فرن القوس الكهربائي على الجسم، والأقطاب الكهربائية، ومنظمات الأقطاب الكهربائية، وسقف الفرن، وأرضية الفرن، والجدران، وغرفة تفريغ الذوبان، وصمام إزالة الخبث، والمفاعل والمحول.
كيف يعمل فرن القوس الكهربائي؟
في بداية تشغيل فرن EAF، يجب أن يكون لديك أولاً حوض للحديد المنصهر. وبعد شحن هذه المساحة حسب نسبة عناصر التركيب وبمساعدة الخردة والحديد الاسفنجي يتم تركيب الأقطاب الكهربائية فوق ومن سطح الفرن. يمكن أيضًا وضع الأقطاب الكهربائية داخل المصهور.
يقوم التيار بعملية الصهر عن طريق المرور عبر الأقطاب الكهربائية ودخوله إلى حمل الفرن ويولد حرارة عالية جدًا. يعتمد طول القوس على طول القطب. لذلك، لزيادة طول القطب، يمكن تقليل أو زيادة طول القوس وبهذه الطريقة يمكن توفير الحرارة اللازمة.
في مراحل إنتاج الفولاذ بفرن EAF، يتم أولاً وضع الخردة في الفرن وبعد الوصول إلى درجة حرارة 1550 درجة مئوية وصهرها، يأتي وقت شحن الحديد الإسفنجي. ولكي نكون أكثر دقة، يتم إلقاء قصاصات الحديد في الفرن بواسطة مغناطيس كهرومغناطيسي. ثم تضاف مواد مثل خام الحديد وفحم الكوك للمساعدة في تدفق الخبث. بعد إضافة الجير والفلور كخبث الفرن، تبدأ مرحلة إنتاج الصلب.
أنواع أفران القوس الكهربائي من حيث مسار التيار الكهربائي
يتم الصهر بفرن القوس الكهربائي بطريقتين مباشرتين وغير مباشرتين. يتم إنشاء القوس الكهربائي إما بين قطبين كهربائيين أو بين القطب والشحنة. كما هو مذكور أعلاه، عرضت شركة Siemens فرن القوس غير المباشر وHerault فرن القوس المباشر.
فرن القوس غير المباشر
يتم استخدام هذا النوع من أفران EAF لصهر المعادن غير الحديدية أو صهر الحديد الزهر. يكون وضع الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة في هذا النوع من فرن القوس أفقيًا. في هذا النوع من أفران القوس الكهربائي، يتم إنشاء قوس بين الأقطاب الكهربائية (أقطاب كهربائية مزدوجة أو ثلاثية) وسوف تقوم الحرارة بين الشحنتين بإذابة هذه المنطقة. في الشكل أدناه، يمكنك رؤية المخطط التخطيطي لهذا النوع من الفرن. اليوم، أصبح استخدام هذا النوع من الأفران أقل في الصناعة.
فرن القوس غير المباشر
في فرن القوس المباشر، يتم إنشاء قوس بين القطب (الأقطاب) والقاع والجدار، مما يؤدي إلى ذوبان الشحنة في المنطقة. اليوم، يتم استخدام هذا النوع من أفران القوس الكهربائي على نطاق واسع في صناعة الصلب. في تصميم هذا الفرن، يمكن أن تصل درجة حرارة القوس إلى 4000 درجة مئوية.
يتم استخدام هذا النوع من الفرن في قطب كهربائي واحد، واثنين من القطب الكهربائي وثلاثة أنواع من الأقطاب الكهربائية. من بينها، النوع ثلاثي الأقطاب هو الأكثر استخدامًا لصهر الفولاذ عند الحمولات العالية. هذه الأقطاب الكهربائية مصنوعة من الجرافيت. يمكن اعتبارها الجزء الأكثر أهمية في فرن القوس الكهربائي.
القيادة المكتوبة
