صهر المعادن

يطلق مصطلح الصهر على عمليّة تحويل المواد الصلبة كالمعادن إلى مواد سائلةٍ، ويكون ذلك باستخدام درجات حرارةٍ أعلى من درجات حرارة انصهار تلك المواد، وعادةً ما يتم صهرها لتنقيتها من الشوائب، أو لخلطها مع بعضها وتكوين الخلائط المعدنية التي تمتلك خصائص مختلفةٍ عن تلك التي تمتلكها المعادن الأصليّة، أو ربما لسكبها في قوالب خاصّة، وتصنيعها على شكل معدّاٍت ومنتجاتٍ معدنيّة، ويستخدم في عملية الصهر أفرانٌ خاصّةٌ، تصنع من مواد حرارية، وفي هذا المقال سوف نعرض بعض الأفران التي تسخدم في صهر المعادن.

تصنيف أفران الصهر حسب مصدر الطاقة المستخدم

كان الفحم الخشبيّ يستخدم كمصدرٍ لتوفير الطاقة الحراريّة اللازمة لعملية الصهر، ثمّ بدأ الفحم الحجريّ، وفحم الكوك يستخدمان تدريجيّاً لهذه الغاية، وأخيراً أصبحت مشتقات النفط، والطاقة الكهربائيّة هي الأكثر استخدماً، ولا زالت جميع هذه المصادر مستخدمة بنسبٍ متفاوتةٍ، وذلك حسب حجم المصنع الذي يقوم بعمليات الصهر، وكميات الإنتاج المطلوبة، وتصنف أفران الصهر حسب مصدر الطاقة المستخدم كما يلي:

أفران الوقود الصلب:

الفرن المقبّب: ويستخدم لصهر الحديد على وجه الخصوص، ويتكوّن من أسطوانةٍ طويلةٍ مصنوعةٍ من الفولاذ، نهايتها السفلية مثبتةً على قواعد مغلّفة بالآجر الحراريّ، بينما نهايتها العلويّة تتصل بالمدخنة، وبفتحة الملء التي يتمّ تزويد الفرن بالحديد، وفحم الكوك، ومساعدات الصهر من خلالها، فينصهر الحديد بفعل الحرارة الناتجة من احتراق الفحم، ويتجمّع الصهر في حوض الفرن الموجود في الجزء السفليّ منه، ثمّ يفرّغ في أحواض السكب.
الفرن العاكس للهب: يتكوّن هذا الفرن من حجرتين متجاورتين مصنوعتين من الآجر الحراريّ، ولهما سقفٌ واحدٌ، ويساعد شكله على توجيه اللهب من الحجرة الأولى التي تسمى الموقد أو المجمر، وهو المكان الذي يحرق فيه الفحم، إلى الحجرة الثانية التي تسمى حوض الفرن، ويستخدم هذا النوع من الأفران لصهر المعادن على اختلافها، إلّا أنّ استخدامه قلّ في هذه الأيام.

أفران الوقود السائل، والغازي:

فرن اللهب، الذي يتكوّن من حوضٍ طويلٍ مصنوعٍ من الآجر الحراريّ، والتربة الحراريّة، ويوجد في إحدى نهاية هذا الحوض قناة تسمّى قناة اللهب والتي يتمّ من خلالها خلط الغاز بالهواء لإشعاله، ثمّ نقله إلى حوض الصهر، وفي النهاية الأخرى المدخنة التي تخرج منها الغازات.
فرن البوتقة، ويتكون من أسطوانةٍ مجوفةٍ ومصنوعةٍ من الفولاذ، ولها فتحةٌ من الجهة العلويّة تتصل مع قناة اللهب من أحد جوانبها، حيث توضع المعادن المراد صهرها في بوتقة، وتوضع داخل الفرن، ثمّ يسلط اللهب على هذه البوتقة دون أن يلامس المعادن بشكلٍ مباشرٍ، ويستخدم هذا النوع من الأفران في المصانع ذات الإنتاج المحدود.

الأفران الكهربائية:

هي الأفران التي تعتمد على الطاقة الكهربائيّة في تسخين المعادن وصهرها، ويكون ذلك عن طريق واحدة من طرق التسخين التالية:

التسخين بالمقاومة الكهربائيّة، فمن الممكن أن يكون التسخين مباشراً أو غير مباشرٍ، فعند التسخين المباشر، يتكوّن الفرن من أسطوانةٍ مفرّغةٍ، ومثبتةٍ بشكلٍ أفقيّ على ما يسمى بالدحارج، وتوصل بالتيار الكهربائيّ عبر عمودٍ مصنوعٍ من الغارفيت ممدودٍ على طول محورها، ممّا يؤدّي إلى تسخين المعادن وصهرها، بينما في التسخين غير المباشر، فتستخدم بوتقةٌ مشابهةٌ لتلك التي تسخدم في أفران الوقود السائل، إلّا أنّها تكون مغلّفةً بمقاوماتٍ كهربائيةٍ تمدّها بالطاقة الحراريّة اللازمة.
أفران القوس الكهربائيّة، ويتكوّن هذا النوع من أسطوانةٍ ذات قاعدةٍ مقعرةٍ، وسقفٍ محدّبٍ يتمّ تزويد الفرن بالمعادن من خلاله، كما يتدلى منه ثلاثة إلكترودات مصنوعةٍ من الغرافيت الصلب، تتحرّك للأعلى والأسفل، منتجةً الحرارة التي تنصهر المعادن من خلالها.