أفران من نوع الجرس

ملخص:
تُستخدم أفران الجرس بشكل أساسي في عمليات التلدين اللامع والمعالجة الحرارية، لذا فهي أفران ذات درجة حرارة متغيرة متقطعة. تتراوح درجة الحرارة في الغالب بين 650 و1100 درجة مئوية، وتتغير وفقًا للوقت المحدد في نظام التسخين. وبناءً على حمولة أفران الجرس، يوجد نوعان: فرن الجرس المربع وفرن الجرس الدائري. وتُعد مصادر الحرارة الرئيسية لأفران الجرس هي الغاز، يليه الكهرباء ثم زيت الوقود الخفيف. تتكون أفران الجرس عمومًا من ثلاثة أجزاء: غطاء خارجي، وغطاء داخلي، وموقد. عادةً ما يتم تركيب جهاز الاحتراق على الغطاء الخارجي المعزول بطبقة حرارية، بينما توضع قطع العمل في الغطاء الداخلي للتسخين والتبريد.

تتميز أفران الجرس بإحكامها الجيد للهواء، وانخفاض فقد الحرارة، وكفاءتها الحرارية العالية. علاوة على ذلك، فهي لا تحتاج إلى باب فرن أو آلية رفع أو غيرها من آليات النقل الميكانيكية المختلفة، مما يوفر التكاليف ويجعلها شائعة الاستخدام في أفران المعالجة الحرارية لقطع العمل.
أهم شرطين أساسيين لمواد تبطين الأفران هما خفة الوزن وكفاءة الطاقة لأغطية التسخين.

المشاكل الشائعة في العدسات الانكسارية التقليدية خفيفة الوزنالطوب الجاف أو الخرسانة الخفيفة القابلة للصبتشمل الهياكل ما يلي:

1. تتطلب المواد الحرارية ذات الكثافة النوعية العالية (بشكل عام، تتمتع الطوب الحراري الخفيف العادي بكثافة نوعية تبلغ 600 كجم/م3 أو أكثر؛ بينما تتمتع المواد القابلة للصب الخفيفة بكثافة نوعية تبلغ 1000 كجم/م3 أو أكثر) حملاً كبيرًا على الهيكل الفولاذي لغطاء الفرن، وبالتالي يزداد كل من استهلاك الهيكل الفولاذي والاستثمار في بناء الفرن.

2. يؤثر الغطاء الخارجي الضخم على قدرة الرفع ومساحة أرضية ورش الإنتاج.

3. يتم تشغيل الفرن من النوع الجرس في درجات حرارة متغيرة متقطعة، وتتميز الطوب الحراري الخفيف أو الخرسانة الخفيفة بسعة حرارية نوعية كبيرة، وموصلية حرارية عالية، واستهلاك هائل للطاقة.

مع ذلك، تتميز منتجات ألياف CCEWOOL المقاومة للحرارة بانخفاض موصليتها الحرارية، وقدرتها على تخزين الحرارة، وكثافتها الحجمية، وهي الأسباب الرئيسية لتطبيقاتها الواسعة في أغطية التدفئة. وفيما يلي خصائصها:

1. نطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل وأشكال تطبيق متنوعة
مع تطور إنتاج وتكنولوجيا ألياف السيراميك من CCEWOOL، حققت منتجاتها من هذه الألياف تنوعًا وظيفيًا ملحوظًا. فعلى صعيد درجات الحرارة، تلبي هذه المنتجات متطلبات درجات حرارة تتراوح بين 600 و1500 درجة مئوية. أما من حيث الشكل، فقد تطورت هذه المنتجات تدريجيًا لتشمل مجموعة واسعة من عمليات المعالجة الثانوية والعميقة، بدءًا من القطن التقليدي والبطانيات ومنتجات اللباد، وصولًا إلى وحدات الألياف والألواح والأجزاء ذات الأشكال الخاصة والورق والمنسوجات الليفية وغيرها. وبذلك، تلبي هذه المنتجات متطلبات الأفران الصناعية لمنتجات ألياف السيراميك في مختلف الصناعات.
2. كثافة حجمية صغيرة:
تبلغ الكثافة الحجمية لمنتجات الألياف الخزفية عمومًا 96-160 كجم/م³، أي ما يعادل ثلث كثافة الطوب الخفيف وخمس كثافة المواد الحرارية الخفيفة. بالنسبة للأفران المصممة حديثًا، لا يساهم استخدام منتجات الألياف الخزفية في توفير الفولاذ فحسب، بل يُسهّل أيضًا عمليات التحميل والتفريغ والنقل، مما يدفع عجلة التقدم في تكنولوجيا الأفران الصناعية.
3. سعة حرارية صغيرة وتخزين حراري:
بالمقارنة مع الطوب الحراري والطوب العازل، فإن قدرة منتجات الألياف الخزفية أقل بكثير، إذ تبلغ حوالي 1/14 إلى 1/13 من قدرة الطوب الحراري، و1/7 إلى 1/6 من قدرة الطوب العازل. بالنسبة للأفران الجرسية التي تعمل بشكل متقطع، يمكن توفير كمية كبيرة من استهلاك الوقود غير المرتبط بالإنتاج.
4. بناء بسيط، فترة قصيرة
بفضل المرونة الممتازة التي تتمتع بها البطانيات والوحدات المصنوعة من ألياف السيراميك، يمكن التنبؤ بمقدار الانضغاط، ولا حاجة لترك فواصل تمدد أثناء البناء. ونتيجة لذلك، يصبح البناء سهلاً وبسيطاً، ويمكن إنجازه بواسطة عمال مهرة.
5. التشغيل بدون فرن
من خلال اعتماد البطانة المصنوعة من الألياف الكاملة، يمكن تسخين الأفران بسرعة إلى درجة حرارة العملية إذا لم تكن مقيدة بمكونات معدنية أخرى، مما يحسن بشكل كبير من الاستخدام الفعال للأفران الصناعية ويقلل من استهلاك الوقود غير المرتبط بالإنتاج.
6. موصلية حرارية منخفضة للغاية
الألياف الخزفية عبارة عن مزيج من ألياف بقطر يتراوح بين 3 و5 ميكرومتر، لذا فهي تتميز بموصلية حرارية منخفضة للغاية. على سبيل المثال، عندما تصل درجة حرارة غطاء من ألياف الألومنيوم عالية الكثافة (128 كجم/م³) إلى 1000 درجة مئوية على سطحه الساخن، فإن معامل انتقال الحرارة فيه لا يتجاوز 0.22 واط/م.ك.
7. استقرار كيميائي جيد ومقاومة للتآكل الناتج عن تدفق الهواء:
لا تتأثر الألياف الخزفية بالتآكل إلا في حمض الفوسفوريك وحمض الهيدروفلوريك والقلويات الساخنة، وهي مقاومة للمواد المسببة للتآكل الأخرى. إضافةً إلى ذلك، تُصنع وحدات الألياف الخزفية عن طريق طي بطانيات الألياف الخزفية بشكل متواصل بنسبة ضغط محددة. وبعد معالجة سطحها، تصل مقاومتها للتآكل بفعل الرياح إلى 30 مترًا في الثانية.