فرن الصهر

أنواع أفران الانفجار

بشكل عام، أفران الانفجار هي مفاعلات صناعية عمودية، مغلقة، اسطوانية الشكل، تستخدم التفاعلات الكيميائية لاستخلاص المعادن القيمة من الخامات. في صناعة الصلب، يشير ذلك بشكل أساسي إلى الأبراج الصلب الأسطوانية الضخمة التي تستخرج الحديد من خام الحديد باستخدام فحم الكوك كوقود. على الرغم من أن تصميم أفران الانفجار لاستخراج الحديد والمعادن الأخرى مثل النحاس والزنك متشابه، إلا أن التكنولوجيا والأساليب تختلف بشكل كبير لكل معدن.

• فرن الانفجار الحديدي:

  صنع الحديد التقليدي في فرن الانفجار هو عملية معقدة يتم فيها استخدام خام الحديد، فحم الكوك والحجر الجيري لإنتاج الحديد المنصهر والخَبث. أفران الانفجار الحديثة هي مفاعلات ضخمة يصل عرضها إلى 7 أمتار وارتفاعها إلى 25 مترًا. يمكن أن تنتج كميات هائلة من الحديد المصبوب يوميًا. ثم يتم استخدام الحديد في صناعة الصلب أو في المصانع لتصنيع منتجات الحديد المصبوب. يتم حرق الكوك في الجزء السفلي من الفرن - منطقة التفاعل - لإنتاج الغازات الساخنة، ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون، التي تتفاعل مع الماء والسيليكا في الحجر الجيري لتصبح كربونات. الحرارة الشديدة في الجزء السفلي من فرن الانفجار - حوالي 1300-1500 درجة مئوية - تسبب فقدان الأكسجين من خام الحديد وتحوله إلى حديد منصهر، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم الحديد الخام. يعمل الحجر الجيري كعامل مساعد لإزالة الشوائب مثل الفوسفور، الكبريت، السيليكا والألومينا، التي تتحد مع الخَبث وتطفو على سطح الحديد المنصهر. الخَبث أخف وزنًا من الحديد المنصهر ويمكن فصله بسهولة. يتم حقن حوالي 3000 إلى 10000 متر مكعب من الهواء الساخن من أسفل الفرن كل دقيقة للحفاظ على استمرار التفاعلات الكيميائية وحرق الكوك بكفاءة أكبر. تُعرف هذه التقنية باسم "احتراق الهواء من الأعلى إلى الأسفل وعالي السرعة".

• فرن الانفجار للنحاس:

  في صناعة النحاس، يستخدم فرن الانفجار لاستخراج النحاس من خامات كبريتيد النحاس ومواد إعادة التدوير. تبدأ العملية بسحق وطحن خام النحاس. ثم يتم تسخين الخام في فرن الصهر مع العوامل المساعدة و عوامل الاختزال مثل الغاز الطبيعي أو الفحم النباتي لإنتاج كبريتيد النحاس، الذي يحتوي على كبريتيد النحاس. في بعض البلدان، تُفضل أفران القوس الكهربائية على أفران الانفجار لاستخراج النحاس. يمكن بعد ذلك صقل كبريتيد النحاس بشكل أكبر في المحولات أو أفران كهربائية لإنتاج معدن النحاس، والذي يستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك الأسلاك الكهربائية، السباكة والإلكترونيات. وفقًا لبعض الدراسات، يتم انبعاث حوالي 1.5 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من النحاس الأساسي المنتج. يتم حقن حوالي 4500 متر مكعب من الهواء في فرن الانفجار النحاسي كل ساعة للمساعدة على حرق الوقود بشكل أكثر كفاءة وزيادة سرعة الاحتراق.

• فرن الانفجار للزنك:

  تختلف الآلية المستخدمة في إنتاج الزنك أيضًا عن آلية إنتاج الحديد أو النحاس. عادة ما يوجد الزنك في رواسب خام السبألر مع معادن أخرى مثل الرصاص والنحاس. يُطلق على فرن الانفجار للزنك أيضًا اسم "الأنبوب" لأنه يسخن خام الزنك، عادةً السبألر، عند درجات حرارة عالية جدًا في جهاز أسطواني عمودي. يتم اختزال الخام باستخدام الكربون في شكل الفحم الحيوي، الفحم، أو الغاز الطبيعي في وجود الأكسجين والجير. ينتج التفاعل أبخرة الزنك التي يتم تبريدها وترسيبها على شكل مسحوق أكسيد الزنك. إن إنتاج الزنك له بصمة كربونية أقل بكثير من إنتاج الحديد أو النحاس. لا يتم إنتاج سوى حوالي 0.57 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الزنك المكرر من الخام. بالإضافة إلى ذلك، يتم انبعاث حوالي 4.5 طن من ثاني أكسيد الكربون عند إعادة تدوير الزنك من المنتجات الاستهلاكية في نهاية عمرها.

مواصفات وصيانة فرن الانفجار

مواصفات

تختلف مواصفات فرن الانفجار اعتمادًا على ما إذا كان فرنًا صغيرًا أو كبيرًا. يبلغ ارتفاع الفرن الصغير حوالي 6-9 أمتار. من ناحية أخرى، يمكن أن يصل ارتفاع أفران الانفجار الكبيرة إلى 140 مترًا. يختلف قطر فرن الانفجار أيضًا. يبلغ قطر الفرن الأصغر حوالي 5 أمتار، بينما يبلغ قطر الفرن الأكبر حوالي 10-3 أمتار.

تشمل المواصفات الأخرى التي قد تختلف الحجم وسعة الإنتاج. على سبيل المثال، يمكن لفرن صغير يعمل عند درجة حرارة 1000-1200 درجة مئوية إنتاج 0.1-0.2 مليون طن من الحديد سنويًا. فرن الانفجار الأكبر بسعة 1000 متر مكعب لديه القدرة على إنتاج 700000 طن من المعدن الساخن سنويًا. غالبًا ما تستخدم الأفران الأكبر حجمًا في مصانع الصلب المتكاملة.

صيانة

تُعد صيانة فرن الانفجار مهمة للغاية لضمان بقائه في حالة جيدة وعمل بشكل مثالي. يمكن أن يساعد اتباع ممارسات الصيانة الصحيحة على تجنب أوقات التوقف عن العمل باهظة التكلفة بسبب الإصلاحات.

• الفحوصات الدورية: يجب أن يقوم مشغلو فرن الانفجار بإجراء فحوصات دورية لتحديد أي مشكلات في وقت مبكر. يجب أن يلقيوا نظرة فاحصة على بطانة الفرن، التقاء، المعدات، والنظم المساعدة.
• صيانة البطانة: يتميز فرن الانفجار ببطانة تحمي موادها المقاومة للحرارة والمعادن. تحتاج البطانة إلى الاستبدال بشكل دوري، اعتمادًا على حالتها بعد الفحوصات.
• نظام التبريد: تحافظ أنظمة التبريد في فرن الانفجار على درجات الحرارة عند مستويات مثالية. في حالة ظهور أي مشكلات، يجب معالجتها على الفور. يجب إجراء فحوصات دورية للتأكد من عدم وجود انسدادات أو تسربات في قنوات التبريد.
• ضوابط البيئة: يجب أن تعمل أنظمة التحكم في الانبعاثات بشكل مثالي لتقليل التأثير البيئي لفرن الانفجار. يجب على المشغلين ضمان الأداء السليم لأنظمة التحكم في الجسيمات، تنظيف الغاز، وأنظمة إزالة الكبريت.
• إدارة المواد المقاومة للحرارة: تتحلل المواد المقاومة للحرارة بمرور الوقت بسبب الحرارة الشديدة لفرن الانفجار. يجب على المشغلين مراقبة حالة الفرن وشراء مواد مقاومة للحرارة عالية الجودة عند الحاجة إلى استبدالها.

سيناريوهات تطبيق فرن الانفجار

السيناريو الأساسي لتطبيق فرن الانفجار هو في صناعات صناعة الحديد. استنادًا إلى التقارير، يتم تصنيع حوالي 70٪ من الحديد الصلب في العالم من خلال عملية فرن الانفجار. غالبًا ما تستخدم الصناعات التي تستخدم بشكل أساسي المواد الحديدية، مثل الفولاذ الكربوني، أفران الانفجار.

تشمل بعض السيناريوهات الرئيسية لتطبيق فرن الانفجار ما يلي:

• منتجات الحديد: المنتج الأساسي لفرن الانفجار هو الحديد المنصهر. يتم معالجة هذا الحديد المنصهر بشكل أكبر لتصنيع منتجات حديدية متنوعة، بما في ذلك الحديد المصبوب، والذي يستخدم عادةً لصنع السيارات، كتل المحرك، وأدوات الطهي.
• تصنيع الصلب: عادةً ما يتم تحويل الحديد المنصهر الذي تم الحصول عليه من فرن الانفجار إلى فولاذ في مصانع الصلب. غالبًا ما يُستخدم الفولاذ المنتج في البناء، تصنيع السيارات، تطوير البنية التحتية، الأجهزة، وغيرها من الصناعات والتطبيقات التي تتطلب المتانة والقوة.
• إنتاج السبائك: يستخدم فرن الانفجار أيضًا لإنتاج سبائك معدنية. تتضمن بعض السبائك التي يتم إنتاجها عادةً في فرن الانفجار النيكل، المنغنيز، الكروم، الفاناديوم، والموليبدينوم. عادةً ما تُضاف هذه السبائك المعدنية إلى الصلب لتحسين خصائص متنوعة، مثل مقاومة التآكل، القوة، والصلابة.
• المصانع: تستخدم المصانع عادةً الحديد المصبوب من أفران الانفجار لإنتاج عدد كبير من المنتجات والمكونات المستخدمة في العديد من الصناعات. بعضها يشمل صناعات السيارات، الفضاء، الآلات، والبناء. تستخدم الصناعات المصانع لإنشاء كتل المحرك، أنظمة الأنابيب، المكونات الهيكلية، وأكثر من ذلك بكثير.

كيفية اختيار فرن الانفجار

بالنسبة إلى مشتري أفران الانفجار للحديد، هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند اتخاذ القرار النهائي. بعضها يشمل:

• سعة الإنتاج: ضع في اعتبارك كمية الحديد التي يحتاجها المصنع بأكمله واختر فرنًا بسعة مناسبة.
• كفاءة الطاقة: نظرًا لارتفاع متطلبات الطاقة أثناء التشغيل، اختر فرنًا مصممًا لاستخدام الوقود / الكوك بكفاءة وتقليل فقدان الحرارة.
• الامتثال للبيئة: تأكد من أن الفرن يلبي اللوائح البيئية ذات الصلة، مثل حدود الانبعاثات لثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكبريت، أكاسيد النيتروجين، والجسيمات.
• مرونة استخدام المواد الخام: اختر فرنًا يمكنه استخدام أنواع مختلفة من خام الحديد، الكوك، والمواد الخام الأخرى للسماح بعمليات أكثر مرونة وفعالية من حيث التكلفة.
• التكنولوجيا المتقدمة: ضع في اعتبارك فرنًا يستخدم تقنيات متقدمة، مثل التبريد بالانفجار، إثراء الأكسجين، أو المعالجة داخل الفرن، لتحسين الإنتاجية وتقليل تكاليف التشغيل.
• أنظمة الأتمتة والتحكم: اختر فرنًا مزودًا بأنظمة أتمتة وتحكم حديثة لعمليات التشغيل الفعالة، التحكم الأمثل في عملية الصهر، والمراقبة والتحسين في الوقت الفعلي.
• ميزات السلامة: تأكد من أن الفرن مجهز بميزات سلامة مناسبة، مثل مقاومة الانفجار، أنظمة اكتشاف الغاز، وأنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ، لضمان سلامة الموظفين والمعدات.
• صيانة ودعم الخدمة: ضع في اعتبارك توفر خدمات الصيانة والدعم للفرن لضمان المساعدة في الوقت المناسب وتوفير قطع الغيار عند الحاجة.
• التكلفة: أخيرًا، ضع في اعتبارك تكلفة الاستثمار الأولي للفرن وتكاليف التشغيل على مدار عمره لتقييم الفعالية الإجمالية للاستثمار من حيث التكلفة.

أسئلة شائعة عن فرن الانفجار

س1: لماذا يُطلق عليه فرن الانفجار؟

ج1: يعتمد اسم الفرن على طريقة معالجة خام الحديد. يتم تفجير أو ضخ الهواء في الفرن لتحفيز احتراق الكوك.

س2: ما هي المواد التي يمكن إعادة تدويرها في فرن الانفجار؟

ج2: إلى جانب إنتاج الحديد الخام، ينتج فرن الانفجار أيضًا منتجات ثانوية، مثل خبث فرن الانفجار، الذي يمكن إعادة تدويره على نطاق واسع في قطاع البناء، بما في ذلك الصناعات المدنية والأسمنت والخرسانة.

س3: ما هو الفرق بين فرن الانفجار وفرن الكوبولا؟

ج3: يستخدم فرن الانفجار لإنتاج الحديد المصبوب، والذي يُستخدم بعد ذلك لتصنيع الصلب. من ناحية أخرى، يتم استخدام فرن الكوبولا لإنتاج الحديد المصبوب مباشرة.