تصنيف وحصر الأفران الصناعية الشائعة في صناعة المسحوق

تشير الأفران الصناعية إلى المعدات الحرارية التي تستخدم الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود أو تحويل الطاقة الكهربائية في الإنتاج الصناعي إلى صهر أو صهر أو خبز (تكلس) أو تسخين أو معوجة أو تغويز وما إلى ذلك من مواد أو قطع عمل. هناك أنواع عديدة من الأفران الصناعية ذات الاستخدامات المتنوعة. في الصناعات المعدنية والكيميائية والمعادن غير الحديدية ومواد البناء والآلات والصناعات الخفيفة والسيراميك المتقدم وغيرها من الصناعات، يتم استخدام أفران صناعية مختلفة لأغراض صناعية مختلفة. عادةً ما يكون للفرن المحدد أكثر من خاصية واحدة. ولذلك، فإن نفس الفرن لديه نقاط تصنيف مختلفة وطرق تصنيف وطرق تسمية متعددة. على سبيل المثال، فرن التلبيد المستمر هو فرن تلبيد وفرن مستمر.

في الأفران الصناعية، تشمل مصادر الحرارة الشائعة الوقود الصلب والوقود السائل والوقود الغازي وتحويل الطاقة الكهربائية. تنقسم مصادر الحرارة هذه بشكل عام إلى فئتين أثناء تكوينها: تلك الموجودة في شكل لهب وتلك الموجودة في شكل غير -لهب. لذلك، بناءً على مصدر الحرارة، يمكن تصنيف الأفران إلى نوعين: أفران اللهب والأفران الكهربائية.

1. أفران اللهب

يسمى الفرن الذي يستخدم لهب احتراق الوقود كمصدر للحرارة بفرن اللهب. يمكن للهب الموجود داخل الفرن أن يتصل مباشرة بالمادة للتسخين، مع درجات حرارة أقل عمومًا من 2000 درجة. أثناء الاحتراق، يشع جدار الفرن الحرارة ويعكس الحرارة المتوقعة جزئيًا، ويلعب دورًا حاسمًا في التبادل الحراري. ومع ذلك، في بعض الأحيان، لمنع أكسدة المادة (قطعة العمل)، يجب فصل اللهب عن المادة، مع نقل حرارة اللهب بشكل غير مباشر إلى المادة من خلال جدار فاصل. يمكن استخدام أفران اللهب لتسخين المواد وصهرها.

فرن السحب السفلي ذو درجة الحرارة العالية-هو نوع من أفران اللهب، ويتكون من ثلاثة أجزاء: جسم الفرن (دائري أو مستطيل)، ومعدات الاحتراق، ومعدات التهوية. أثناء التشغيل، يتم إضافة الوقود إلى شبكة غرفة الاحتراق، ويتم إدخال الهواء إلى حفرة الرماد، ويمر عبر الشبكة، ويتم احتراقه باستخدام طبقة الفحم. يتم إخراج اللهب ومنتجات الاحتراق من الفوهات التي تشكلها حاجز النار وجدران الفرن إلى أعلى الفرن، ثم ينعكس إلى الأسفل إلى الأسفل، ويتم تفريغه في المداخن من خلال فتحات الشفط والمداخن الفرعية والمداخن الرئيسية. عندما يتدفق اللهب فوق المنتجات، تنتقل حرارته إلى المنتجات من خلال الحمل الحراري والإشعاع.

تتميز أفران اللهب بالذوبان السريع والإنتاج العالي، ولكنها تعاني أيضًا من انخفاض الكفاءة الحرارية والتلوث البيئي الناتج عن غازات العادم.

ولذلك فإن استخدام أفران اللهب يجب أن يضمن:

(1) الاحتراق الكامل للوقود في ظل ظروف الحمل الحراري المحددة؛

(2) عملية احتراق مستقرة، قادرة على توفير الحرارة بشكل مستمر للفرن؛

حاليًا، تُستخدم أفران اللهب بشكل شائع في السيراميك التقليدي والسيراميك الصناعي والمنتجات الزجاجية والمواد المقاومة للحرارة وتلبيد المواد الجديدة والمعالجة الحرارية للمعادن.

2. الأفران الكهربائية

تقوم الأفران الكهربائية عمومًا بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية من خلال عناصر التسخين الكهربائية. واستنادًا إلى طريقة التوليد الحالي، يمكن تقسيمها أيضًا إلى خمس فئات: أفران المقاومة، وأفران الحث، وأفران القوس الكهربائي، وأفران الشعاع الإلكتروني، والأفران الأيونية. نظرًا لعدم وجود احتراق للوقود، ليست هناك حاجة لمعدات التهوية مثل أنظمة إمداد الهواء والعادم. هيكلها بسيط، فهي تشغل مساحة صغيرة، ولا تتأثر المنتجات الموجودة داخل الفرن بغاز المداخن أو الرماد. يمكن للأفران الكهربائية أيضًا أن تصل إلى درجات حرارة تتجاوز 2000 درجة، وهو أمر يصعب تحقيقه مع أفران اللهب. كما يسهل أيضًا التحكم في درجة الحرارة والغلاف الجوي بدقة ومراقبتها، مما يؤدي إلى إنتاج-منتجات عالية الجودة. وغالبًا ما يتم استخدامها لإنتاج ومعالجة مواد خاصة عالية الجودة-، مثل مواد أنود الجرافيت الاصطناعي لبطاريات أيون الليثيوم-.

ومع ذلك، لضمان التوزيع الموحد لدرجة الحرارة عبر المقطع العرضي-للفرن، يكون حجم المقطع العرضي-محدودًا عادةً. ولذلك، فإن الأفران الكهربائية ليست مناسبة لحرق المنتجات الكبيرة ذات الجدران السميكة-، كما أن إنتاجها منخفض نسبيًا. وعلاوة على ذلك، فإن المعدات الكهربائية المساعدة للأفران الكهربائية أكثر تعقيدا، واستهلاك عناصر التسخين الكهربائية أعلى، مما يؤدي إلى ارتفاع المعدات وتكاليف التشغيل.

الأفران الصناعية هي معدات حرارية أساسية في صناعات مثل المعادن والمواد الكيميائية ومواد البناء والسيراميك والزجاج والإلكترونيات والمواد الغذائية. يتم تصنيفها حسب عملية الصناعة، ويمكن تصنيفها إلى أفران التلبيد، وأفران إزالة الربط، وأفران التكليس، وأفران التجفيف، وأفران الجرافيت، وأفران الفلكنة. في صناعة السيراميك المتقدمة، تُستخدم أفران إزالة الربط وأفران التلبيد بشكل شائع في المعدات الحرارية في عملية الإنتاج.

1. فرن فك الارتباط

غالبًا ما يشتمل السيراميك الجديد على كمية كبيرة من المواد الرابطة والملدنات العضوية أثناء التشكيل، مثل شمع البارافين في الصب بالضغط الساخن- وكحول البولي فينيل في تشكيل اللف وصب الأشرطة، مما يؤدي إلى ارتفاع المسامية الداخلية. يؤدي التلبيد المباشر إلى ذوبان كمية كبيرة من المواد العضوية في الجسم الخزفي وتحللها وتطايرها، مما يؤدي إلى تشوه الجسم وتشققه والتصاقه، مما يؤثر على الإنتاجية والتوصيل الحراري للركيزة. علاوة على ذلك، فإن المحتوى العالي من الكربون في هذه المواد العضوية، عند عدم وجود كمية كافية من الأكسجين لخلق جو مخفض، يؤثر سلبًا على جودة التلبيد. لذلك، قبل الحرق، يتم وضع الجسم الخزفي عادةً في فرن إزالة التجليد ويتم خبزه عند درجة حرارة أقل من تلك المستخدمة في التلبيد لإزالة المواد العضوية، مما يضمن أن المنتج يلبي متطلبات الشكل والحجم والجودة.

2. فرن التلبيد

يمكن تلبيد الجسم الخزفي الأخضر المزيل للربط في فرن تلبيد. في فرن التلبيد، بسبب ارتفاع درجة الحرارة، تترابط الجزيئات الصلبة للجسم الخزفي الأخضر معًا. تنمو الحبوب، وتتناقص المسامية وحدود الحبوب تدريجيًا، ومن خلال نقل الكتلة، يتقلص الحجم الإجمالي، وتزداد الكثافة، وأخيرًا، يتم تشكيل جسم متكلس كثيف متعدد البلورات يتمتع بخصائص ميكانيكية ممتازة.

أثناء عملية التلبيد، تعد درجة حرارة التلبيد ووقت التلبيد من أهم العوامل التي تؤثر على تلبيد السيراميك. وهي تحدد إلى حد كبير حجم وتوزيع الحبوب في السيراميك. يمكن أن يؤثر جو التلبيد وضغط التلبيد في الفرن على عدد المسام الموجودة داخل السيراميك، وبالتالي يؤثر على درجة التكثيف. لذلك، يجب التحكم بدقة في هذه المعلمات في فرن التلبيد ومراقبتها أثناء التلبيد لضمان عدم تشقق المنتج الملبد أو تشوهه.

بالإضافة إلى الأفران التي تجري عمليات فك وتلبيد بشكل منفصل، يمكن غالبًا استخدام الأفران المدمجة مع ملفات تعريف -درجة الحرارة المحددة مسبقًا لتلبية احتياجات الإنتاج المتكامل لعمليات متعددة.

في عملية تصنيع المنتجات، تعمل الأفران الصناعية بشكل رئيسي في وضعين: مستمر ومتقطع (أو دوري).

1. الأفران المتقطعة
من سمات الأفران المتقطعة أن غرفة الفرن غير مقسمة إلى مناطق درجة حرارة. يتم تحميل المواد يدويًا إلى الفرن على دفعات للتسخين أو الصهر. بعد الانتهاء من عملية التسخين أو الصهر داخل الفرن، يتم تفريغ المواد يدوياً على دفعات. لا تتحرك شحنة الفرن داخل الفرن، وتتغير درجة حرارة الفرن بمرور الوقت. تشمل الأنواع الشائعة أفران الحفرة، والأفران الصندوقية، وأفران الجرس، والأفران المكوكية.

① فرن الجرس
يتكون فرن الجرس عمومًا من جرة الجرس وقاعدة وهيكل الرفع. يتم تثبيت عنصر التسخين على الجدار الداخلي لجرة الفرن. وتتمثل خصائصه في أنه عندما يتم حرق المادة الفارغة وتبريدها إلى درجة حرارة معينة، يمكن نقل الجرس بسرعة إلى قاعدة أخرى لبدء إطلاق المادة الفارغة في فرن آخر. ولذلك، فهو مناسب جدًا لتلبيد المكونات التي تتلف بسهولة أثناء الحركة. بشكل عام، لديه أداء إغلاق جيد، درجة حرارة ثابتة وموحدة وجو داخل الفرن، فقدان حرارة منخفض، وكفاءة حرارية عالية.

② فرن الصندوق

كما يوحي الاسم، فإن الفرن الصندوقي يشبه الصندوق في الشكل، مع توزيع عناصر التسخين على طول الجدار الداخلي لغرفة الفرن. أثناء الإنتاج، يتم وضع الفراغات على لوحة دعم ثم يتم حرقها معًا في وسط غرفة الفرن. بعد حرق دفعة واحدة من الفراغات، يتم إزالتها من الفرن ليتم تحميل الدفعة التالية وحرقها. تتميز الأفران الصندوقية بأنها متعددة الاستخدامات ومناسبة للمعالجة الحرارية للقطع المفردة والدفعات الصغيرة ذات الأشكال المختلفة. ومع ذلك، نظرًا لضعف إغلاق فتحة الفرن وبابه، يكون فقدان الحرارة كبيرًا، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ لدرجة الحرارة. درجة الحرارة بالقرب من باب الفرن أقل من درجة الحرارة في مركز غرفة الفرن، لذلك عادة لا يمكن أن تعمل بكامل طاقتها، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنتاج. يمكن معالجة ذلك عن طريق إضافة عناصر تسخين إلى باب الفرن أو تركيب مروحة.

③ فرن الحفرة

تحتوي معظم أفران الحفرة على هيكل دائري، ويتم تحميل قطع العمل عموديًا في الفرن للتسخين باستخدام الرافعات المتخصصة أو الأدوات الأخرى. يتكون جسم الفرن من ألياف مقاومة للحرارة العالية-، مما يقلل من فقدان الحرارة ويوفر الطاقة. إن كفاءتها الحرارية وأداء الختم أعلى من الأفران الصندوقية، ولكنها ليست مريحة للتشغيل والصيانة.

④ الفرن المكوك

يشبه هيكل الفرن المكوكي علبة الثقاب. أثناء التشغيل، يتم دفع المواد الفارغة التي سيتم حرقها إلى الفرن بواسطة عربات الفرن. بعد إطلاق النار، يتم سحبها في الاتجاه المعاكس لتفريغ الفراغات المطلقة. نظرًا لأن عربات الفرن تتحرك ذهابًا وإيابًا داخل الفرن مثل المكوك، فإنه يُسمى الفرن المكوك. إن الهيكل الفريد للفرن المكوكي يجعله-مناسبًا تمامًا -لدفعات صغيرة ومتعددة-من الإنتاج، مما يوفر مرونة كبيرة في أساليب الإنتاج والجدولة. علاوة على ذلك، يمكن إجراء التحميل والتفريغ والتبريد الجزئي للمنتجات النهائية خارج الفرن، مما يحسن ظروف العمل ويقلل وقت تشغيل الفرن. ومع ذلك، نظرًا لتحرك سيارات الفرن باستمرار داخل وخارج الفرن، فإن خسائر تخزين الحرارة وتبديدها تكون كبيرة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة غاز المداخن وارتفاع استهلاك الحرارة. عادة ما يتم تخفيف هذا العيب عن طريق إضافة جهاز لاستعادة الحرارة المهدرة.

2. الأفران المستمرة

في الفرن المستمر، تظل درجة الحرارة في نقاط مختلفة داخل الفرن ثابتة نسبيًا مع مرور الوقت. يمر الجسم الأخضر بشكل تسلسلي خلال أقسام التسخين المسبق ودرجة الحرارة المرتفعة-والتبريد في الفرن بسرعة يتم التحكم فيها، مما يكمل عملية التلبيد. هذا النوع من أفران التلبيد يسمح بالتلبيد المستمر دون انقطاع، وهو سهل التشغيل للغاية، وله كفاءة حرارية عالية، مما يؤدي إلى أحجام إنتاج كبيرة وجودة منتج موحدة. ومع ذلك، فهو يتطلب استثمارات كبيرة ولا يمكن تعديل نظامه الحراري بسهولة، لذلك يتم استخدامه في الغالب للمنتجات ذات الإنتاج العالي وتنوع المنتجات المحدود نسبيًا. تشمل الأفران المستمرة الشائعة في صناعة المسحوق أفران النفق والأفران الدوارة.

① فرن النفق

يشبه هيكل فرن النفق نفقًا طويلًا ومستقيمًا، مع عربات تعمل على مسارات موضوعة في أسفل النفق. تقع معدات الاحتراق في منتصف فرن النفق، مما يشكل منطقة إطلاق بدرجة حرارة عالية-. يتم تركيب مروحة سحب أو مدخنة مستحثة في مقدمة الفرن لتوجيه غاز المداخن ذو درجة الحرارة المرتفعة-من منطقة الإشعال إلى رأس الفرن، مما يؤدي إلى تسخين الجسم الأخضر المراد حرقه، وتشكيل منطقة التسخين المسبق. عند ذيل الفرن، عادة ما يتم نفخ الهواء البارد لتبريد المنتجات المحروقة، مما يشكل منطقة التبريد. نظرًا لأنه يمكن استخدام معظم الحرارة المهدرة الناتجة عن غازات المداخن ذات درجة الحرارة العالية-في منطقة الإشعال، فهي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة-من الأفران المتقطعة. ومع ذلك، لا يزال يتم إهدار بعض الحرارة لأن التبريد مطلوب في ذيل الفرن.

② الفرن الدوار

يقوم الفرن الدوار بوضع المنتج بشكل مباشر أو غير مباشر على بكرات متباعدة بشكل وثيق. يتم تشغيل كل بكرة بواسطة سلسلة عبر ضرس في نهايتها، مما يتسبب في دوران البكرات بشكل مستمر. يؤدي هذا الدوران للأسطوانات إلى نقل المنتج من رأس الفرن إلى ذيل الفرن. نظرًا لأن الفرق في درجة الحرارة أثناء التسخين المسبق، والحرق، والتبريد صغير للغاية، فإن وقت الإنتاج قصير جدًا. علاوة على ذلك، تتمتع الأفران الدوارة بمقاومة هواء أفضل بكثير من الأفران النفقية، مما يؤدي إلى كفاءة أفضل في استخدام الطاقة. ومع ذلك، فإن لها أيضًا عيبًا: حيث يتطلب إطلاق منتجات خفض درجة الحرارة-عالية الجودة بكرات ذات جودة عالية. يتم استخدام بكرات كربيد السيليكون بشكل عام، والتي تتعامل بشكل فعال مع حرق منتجات السيراميك ذات درجة الحرارة العالية -التي تصل إلى 1350 درجة.

③ الفرن الدافع

يتم رصف الجزء السفلي من الفرن الدافع بمسارات موضوعة بدقة مصنوعة من الطوب الحراري القوي. تقوم آلية الدفع بدفع الصفائح المقاومة للحرارة التي تحتوي على الفراغات الخزفية إلى داخل الفرن، وتمر على التوالي عبر منطقة التسخين المسبق، ومنطقة الحرق، ومنطقة التبريد. في بعض الأحيان، لتقليل الاحتكاك، يمكن وضع كرات السيراميك تحت الألواح المقاومة للحرارة. نظرًا لأن مبادئ ومزايا الأفران الدافعة تشبه تلك الموجودة في الأفران الدوارة، فإن الأفران الدافعة محدودة بقدرة تحمل الدفع - للألواح المقاومة للحرارة، وهي بشكل عام ليست طويلة جدًا، وتتراوح من بضعة أمتار إلى عشرين مترًا في الطول. يتم استخدامها عمومًا لحرق المساحيق ذات درجات الحرارة العالية-أو السيراميك الخاص، كما أن إنتاجها اليومي ليس كبيرًا.

ومع التقدم التكنولوجي والتنفيذ المستمر لسياسات حماية البيئة، تتطور الأفران الصناعية من النماذج المنخفضة-إلى النماذج-الراقية. لقد تطورت من كونها تتميز بانخفاض الإنتاج والجودة، وارتفاع استهلاك الوقود، وارتفاع كثافة اليد العاملة، وانخفاض درجات حرارة الإشعال، وعدم القدرة على التحكم في الغلاف الجوي، إلى زيادة الإنتاج والجودة، وانخفاض استهلاك الوقود، وارتفاع درجات حرارة الإشعال، والجو الذي يمكن التحكم فيه، والميكنة والأتمتة. إلى جانب التصنيفات المذكورة أعلاه، يمكن أيضًا تصنيف الأفران حسب درجة الحرارة (درجة حرارة عالية-، ودرجة حرارة متوسطة-، ودرجة حرارة منخفضة-) وبواسطة نظام العمل (أنظمة العمل الشعاعية، والحمل الحراري، والطبقات). يمكن لمؤسسات الإنتاج اختيار الأفران الصناعية المناسبة بناءً على المتطلبات المحددة لمنتجاتها فيما يتعلق بتكنولوجيا المعالجة والجو والإنتاج لتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.