أوجه الاختلاف بين أنواع “الأفران الحرارية”

2002 موسوعة الكويت العلمية الجزء الثالث عشر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الأفران الحرارية أنواع الأفران الحرارية أدوات المخطوطات والكتب النادرة

الفرن حيز تسخين مغلق من جميع جوانبه، باستثناء فتحات الشحن والتفريغ والمراقبة للأشياء المراد تسخينها.

وهذا مخالف لمواقد التسخين المعروفة التي يتم فيها التسخين مكشوفا. ويهدف التسخين بطريقة الأفران إلى توزيع الحرارة على محيط الجسم المطلوب تسخينه توزيعا متجانسا تقريبا.

وتتنوع الأفران في أشكالها وأحجامها، ومستويات التسخين بها، والمهام المطلوبة في أثناء التسخين، إلا أنها تشترك في بعض السمات رغم اختلافها في البعض الآخر.

 

فأوجه تشابهها تكمن في كونها جميعا تحتوي على حيز أو غرفة مغلقة توضع بها الأشياء المطلوب تسخينها أو صهرها.

ويبطن هذا الحيز بمادة تتحمل درجات الحرارة التي يسخن إليها الفرن. وتغلف الأفران من الخارج بغلاف يمنحها مقاومة الإجهادات، ويحافظ على شكلها ومظهرها.

وتفصل البطانة الداخلية عن الغلاف الخارجي بمادة عازلة يختلف نوعها باختلاف غرض التسخين ودرجة الحرارة، وذلك للإقلال من الفقد الحراري، ومن ثم لتحسين كفاءة الفرن في التسخين.

 

كذلك تجهز جميع أنواع الأفران بأجهزة تحكم (ثرموستات) تستخدم عناصر استشعار لدرجة الحرارة تؤثر في مصدر توليد الحرارة (كهربائيا أو كيميائيا باحتراق وقود).

وتجهز الأفران أيضا بأجهزة قياس درجات الحرارة، وأحيانا تسجيلها مع الزمن كي يمكن برمجة عملية التسخين فيها بحسب ظروف التسخين المطلوبة.

أما عناصر الاختلاف بين أنواع الأفران فتشمل حجم الفرن الذي يتوقف على حجم المواد المطلوب تسخينها، وكذلك على مدى درجات حرارة التسخين، وعلى الغرض من التسخين: هل هو مقصور على تسخين للتجفيف أم يمتد التسخين إلى إنضاج الأطعمة والخبز.

 

أم إن الهدف من الفرن هو أساسا صهر مواد فلزية معينة، وتكوين أشابات (سبائك) أو مواد غير فلزية، وإجراء تفاعلات كيميائية حرارية لاستخلاص مواد جديدة، أو تحسين بعض الخواص في المواد المعروفة.

وفي أغراض أخرى يستفاد بالأفران في إجراء بعض المعالجات الحرارية للمواد لتغيير خواصها، أو تصنيع بعض المواد بطرق خاصة.

كذلك قد يكون الاختلاف في طرق التسخين باستخدام مصادر مختلفة، كالمصادر الكهربائية المعروفة بالتسخين بالمقاومة الكهربائية، والتسخين بالقوس الكهربائية، والتسخين بالموجات الكهربائية متناهية القصر (ميكروويڨ).

 

كذلك توجد أفران تستخدم الطاقة الشمسية أو محروقات الوقود (المنتجات البترولية والفحم). وبجانب ذلك تختلف الأفران في أساليب شحنها وتفريغها.

ويصعب حصر جميع أنواع الأفران المستخدمة في الحياة العملية على المستوى الفردي أو على مستوى الصناعة، إلا أنه يمكن إعطاء بعض الأمثلة الشائعة.

وسيتدرج هذا العرض بدءا بأفران درجات الحرارة المنخفضة نسبيا إلى تلك المرتفعة في درجات حرارتها.

 

أولا: أفران التجفيف:

تستخدم هذه الأفران غالبا في تجفيف المحاصيل الزراعية والمنتجات التي تحتوي على نسبة رطوبة عالية لخفضها أو التخلص مما بها من ماء.

وتعتمد أفران التجفيف على التسخين بالهواء الساخن المتجدد لتبخير المياه وتشبع الهواء الساخن بها ثم إزاحتها مع الهواء بتجديده.

 

ثانيا: أفران الطهي:

أفران إنضاج الأطعمة؛ منها صغير الحجم للاستخدام المنزلي، ومنها كبير الحجم للفنادق والمؤسسات الكبيرة. وتتعدد وسائل التسخين فيها، فمنها ما يستخدم الغاز الطبيعي والبوتاجاز (بروبان + بوتان).

وقديما كان يستخدم الكيروسين في هذه الأفران إلا أن عهده قد انقضى بسبب مشاكل تلويثه للبيئة. كذلك تستخدم الكهرباء في التسخين، إما بالمقاومة الكهربائية لملفات تشع حرارتها في أرجاء الفرن، أو باستخدام الهواء المسخن بالكهرباء.

أو باستخدام الموجات الكهربائية عالية التردد المعروفة بالموجات المتناهية الصغر (ميكروويڨ)، التي تتميز عن طرق التسخين الأخرى بنفاذيتها العالية، ومن ثم بتغلغل الحرارة بسرعة إلى قلب الطعام وتجانس إنضاجه.

 

ثالثا: أفران إنتاج الحراريات:

تسمى «قمائن» وهي في جوهرها أفران تولد الحرارة في داخلها وتسري إلى الخارج. وهي تستخدم لحرق الطوب (أي لتحويل اللبن إلى الآجر الأحمر)، والأواني الفخارية والخزفية (السيراميك)، والصينيي (البورسيلان).

كذلك توجد أفران لصهر الزجاج، وتشكيل مصهوره بعد ذلك إلى ألواح أو أنابيب أو قوارير أو زجاجات وغير ذلك من المنتجات الزجاجية. وكذلك أفران حرق الأسمنت الدوارة.

 

رابعا: أقران المعالجات الحرارية:

فيها تسخن المشغولات إلى درجات حرارة معينة – بحسب مادتها وتكوينها – بمعدلات يمكن التحكم فيها.

ويتم ذلك في غرفة الفرن التي قد تحتوي على الهواء الجوي العادي أو جو غاز مختزل أو غاز خامل. وقد يكون الحيز مفرغا لمنع الأكسدة في أثناء التسخين.

ويتم التحكم في دورة التسخين والتبريد بحيث يمكن إكساب المشغولات لدونة أو صلادة معينة، أو حتى يمكن تخليصها من إجهادات داخلية بها.

 

خامسا: أفران الاستخلاص والتحويل:

نورد هنا بعض الأمثلة المهمة من هذه الأفران:

1- الفرن العالي (اللافح):

يستخلص فيه الحديد الخام من أصل الحديد الغفل الخارج من باطش الأرض، الذي يكون – في أغلب أنواعه – من أكاسيد الحديد.

وينتج الفرن الحديد الخام الذي يحول في أفران أخرى إلى حديد صب (زهر) أو حديد صلب (فولاذ). ونلاحظ أن هذا الفرن لا تقتصر مهمته على التسخين، بل تمتد إلى تفاعلات كيميائية حرارية تؤدي إلى استخلاص الحديد الخام.

 

2- فرن التقليب لصناعة الصلب:

يتكون هذا الفرن من غرفة مبنية بالطوب الحراري بها حوض كبير مبطن بالطين الحراري. ويولد التسخين في غرفة احتراق مجاورة باستخدام الفحم الحجري أو المازوت أو وقود غازي.

وتمر الغازات الساخنة فوق شحنة الفرن المكونة من الحديد الخام الناتج من الفرن العالي (اللافح) مضافا إليه بعض من غفل الحديد (أكسيد الحديد) لاختزال نسبة الكربون،

 

3- فرن القوس الكهربائية:

في هذه الأنواع من الأفران تتولد الحرارة اللازمة للصهر بتوليد قوس كهربائية إما مباشرة بين إلكترودات وشحنة الفرن أو بطريقة غير مباشرة بتوليد القوس بين إلكترودين تنتقل الحرارة منهما إلى الشحنة بالإشعاع. أفران المقاومة الكهربائية:

في هذه الأفران تتولد الحرارة من جراء مرور تيار كهربائي عبر الشحنة مباشرة. وعلى قدر مقاومة الشحنة لمرور التيار الكهربائي تكون الحرارة المتولدة بها، والتي تناسب درجة حرارة انصهار الشحنة المطلوب صهرها والتي يجب أن تكون موصلة للكهرباء بمقاومة معينة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]