فرن الصهر الحثي

تفاصيل فرن الصهر الحثي

كما هو الحال في جميع عمليات التسخين بالحث، يعمل فرن الصهر بالحث بتمرير تيار متردد عالي التردد عبر ملف حثي. يُولّد هذا مجالًا مغناطيسيًا سريع التذبذب. عند وضع معدن موصل (الشحنة) داخل هذا المجال، تتولد تيارات دوامية في المعدن. تُسبّب المقاومة الكهربائية للمعدن لهذه التيارات الدوامية ارتفاع درجة حرارته بسرعة كبيرة نتيجةً لتسخين جول، ليصل في النهاية إلى نقطة انصهاره.

يستخدم سخان الحث مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لتوليد الحرارة. ويُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات صناعية مُختلفة، بما في ذلك تسخين المعادن والصهر والمعالجة الحرارية.

كيف يعمل: وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، عندما يمر مجال مغناطيسي متغير عبر موصل، فإنه يُولّد تيارات دوامية فيه. يُزوّد مصدر طاقة سخان الحث الملف الحثي بالطاقة، مما يُولّد مجالًا مغناطيسيًا مترددًا قويًا. ينتقل هذا المجال المغناطيسي بعد ذلك إلى قطعة العمل المعدنية الموضوعة داخل الملف، مما يُولّد تيارات دوامية داخلها. ولأن المقاومة الكهربائية للمادة تقاوم تدفق التيار، تُولّد هذه التيارات حرارة داخل المادة، مما يُسخّن قطعة العمل.

المكونات الرئيسية لفرن الصهر الحثي

ملف الحث:

يُصنع عادةً من أنابيب نحاسية سميكة ومبردة بالماء.

مصمم لربط المجال المغناطيسي بالشحنة بكفاءة.

مُغلَّف بمادة حرارية لحمايته من الحرارة الشديدة للمعدن المنصهر.

البوتقة:

هي الحاوية التي تحتوي على شحنة المعدن والمعدن المنصهر.

تُصنع من مواد حرارية (مثل الألومينا، والمغنيسيوم، والسيليكا) تُختار بناءً على نوع المعدن المراد صهره ودرجة حرارة الانصهار المطلوبة لمنع التلوث وتحمل الحرارة الشديدة.

تُوضع داخل ملف الحث.

يمكن أن تكون بوتقة "مُشكَّلة مسبقًا" (وعاء خزفي منفصل) أو بوتقة "مدكَّسة" (حيث تُدك مادة حرارية حول قالب لتشكيل بطانة في الموقع).

هيكل/غلاف الفرن:

هيكل متين، غالبًا ما يكون من الفولاذ، يدعم ملف الحث، والبوتقة، وآلية الإمالة الهيدروليكية.

مصمم لاحتواء الحرارة وإدارة عملية الصهر بأمان.

آلية الإمالة:

معظم أفران الصهر مزودة بأسطوانات هيدروليكية لإمالة هيكل الفرن، مما يسمح بصب المعدن المنصهر بشكل مُتحكم فيه في المغارف، والقوالب، أو أوعية النقل الأخرى.

مصدر الطاقة:

يُعد مصدر الطاقة الكهربائية عالي الطاقة ومتوسط التردد (عادةً من 50 هرتز إلى 10 كيلوهرتز، وقد يختلف) شائعًا في عملية الصهر.

يتم اختيار التردد بناءً على حجم الفرن، ونوع المعدن، وطريقة التحريك المطلوبة. غالبًا ما توفر الترددات المنخفضة تحريكًا أكثر قوة.

نظام التبريد:

ضروري لتبريد ملف الحث، ومكونات مصدر الطاقة، وغالبًا بطانة الفرن نفسها. الماء هو سائل التبريد الأكثر شيوعًا.

نظام استخلاص الدخان:

تُنتج عمليات الصهر أبخرة وغازات، خاصةً مع بعض السبائك أو عند صهر الخردة. يُعدّ غطاء ونظام استخلاص الدخان المتينان أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة الهواء والسلامة.

مزايا الصهر

ذوبان سريع: أسرع بكثير من أفران الوقود الأحفوري التقليدية.

تحكم دقيق في درجة الحرارة: يسمح بالتحكم الدقيق في ارتفاع درجة الحرارة (درجة الحرارة فوق نقطة الانصهار)، وهو أمر بالغ الأهمية لجودة المعادن.

مزيج متجانس (تحريك): يُحفز المجال الكهرومغناطيسي تحريك المعدن المنصهر، مما يساعد على تجانس السبيكة وتوزيع عناصر السبائك بالتساوي. يمكن التأثير على شدة التحريك من خلال الطاقة والتردد.

ذوبان نظيف: لا تدخل نواتج الاحتراق إلى المعدن، مما يقلل من امتصاص الغاز والأكسدة.

كفاءة عالية: تتولد الحرارة مباشرة داخل الشحنة، مما يقلل من فقدان الحرارة.

الفوائد البيئية: انبعاثات أقل مقارنة بأفران الوقود الأحفوري.

المرونة: يمكن صهر مجموعة واسعة من المعادن والسبائك، من دفعات صغيرة إلى كميات كبيرة.

تشغيل وإيقاف سريعان: يمكن تشغيل وإيقاف الجهاز بسرعة، مما يوفر مرونة في الإنتاج.