فرن الحث

الفرن الحثي هو فرن كهربائي يتم فيه تطبيق الحرارة عن طريق التسخين الحثي للمعادن . [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ] تتراوح} سعات الأفران الحثية من أقل من كيلوغرام واحد إلى مائة طن، وتستخدم لصهر الحديد والصلب والنحاس والألومنيوم والمعادن الثمينة .

تتمثل ميزة فرن الحث في عملية صهر نظيفة وفعالة من حيث الطاقة ومتحكم بها جيدًا، مقارنة بمعظم وسائل صهر المعادن الأخرى.

تستخدم معظم مصانع الصب الحديثة هذا النوع من الأفران، وتقوم العديد من مصانع صب الحديد باستبدال أفران القبة بأفران الحث لصهر الحديد الزهر ، حيث أن الأفران الأولى تنبعث منها كميات كبيرة من الغبار والملوثات الأخرى . ^{[ 4 ]}

لا تتطلب أفران الحث قوسًا كهربائيًا، كما هو الحال في فرن القوس الكهربائي ، أو احتراقًا، كما هو الحال في الفرن العالي . ونتيجة لذلك، لا تتجاوز درجة حرارة الشحنة (المادة التي تدخل الفرن للتسخين، والتي لا ينبغي الخلط بينها وبين الشحنة الكهربائية ) درجة الحرارة اللازمة لصهرها؛ وهذا يمنع فقدان عناصر السبائك القيّمة. ^{[ 5 ]}

إن العيب الرئيسي الوحيد لاستخدام فرن الحث في المسبك هو عدم وجود قدرة تكرير: يجب أن تكون مواد الشحنة خالية من الأكاسيد وأن تكون ذات تركيبة معروفة، وقد تفقد بعض عناصر السبائك بسبب الأكسدة، لذلك يجب إعادة إضافتها إلى المصهور.

في النوع عديم القلب، ^{[ 6 ]} يوضع المعدن في بوتقة محاطة بملف لولبي مبرد بالماء يعمل بالتيار المتردد . أما فرن الحث من النوع القنوي، فيحتوي على حلقة من المعدن المنصهر، تشكل لفة ثانوية واحدة تمر عبر قلب حديدي. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

يتكون فرن الحث من بوتقة غير موصلة تحتوي على شحنة المعدن المراد صهره، محاطة بملف من سلك نحاسي. يمر تيار متردد قوي عبر السلك، فيُولد الملف مجالًا مغناطيسيًا سريع الانعكاس يخترق المعدن. يُحفز هذا المجال المغناطيسي تيارات دوامية ، وهي تيارات كهربائية دائرية، داخل المعدن بفعل الحث الكهرومغناطيسي . ^{[ 9 ]} تعمل هذه التيارات الدوامية، التي تتدفق عبر المقاومة الكهربائية للمعدن، على تسخينه بفعل التسخين الجولي . في المواد المغناطيسية الحديدية ، مثل الحديد ، قد تُسخن المادة أيضًا بفعل التخلف المغناطيسي ، وهو انعكاس ثنائيات الأقطاب المغناطيسية الجزيئية في المعدن. بمجرد انصهار المعدن، تُسبب التيارات الدوامية تقليبًا قويًا للمصهور، مما يضمن مزجًا جيدًا.

تتمثل إحدى مزايا التسخين بالحث في أن الحرارة تتولد داخل شحنة الفرن نفسها بدلاً من تطبيقها عن طريق احتراق الوقود أو مصدر حرارة خارجي آخر، وهو أمر مهم في التطبيقات التي يمثل فيها التلوث مشكلة.

تتراوح ترددات التشغيل من تردد الشبكة الكهربائية (50 أو 60 هرتز ) إلى 400  كيلوهرتز أو أعلى، ويعتمد ذلك عادةً على المادة المراد صهرها، وسعة (حجم) الفرن، وسرعة الصهر المطلوبة. عمومًا، كلما قل حجم المصهور، زاد تردد الفرن المستخدم؛ ويعود ذلك إلى عمق الاختراق ، وهو مقياس للمسافة التي يمكن أن يخترقها التيار المتردد أسفل سطح الموصل . عند ثبات الموصلية، يكون عمق الاختراق أقل عند الترددات الأعلى، أي اختراق أقل للمصهور. أما الترددات المنخفضة، فقد تُحدث اضطرابًا أو تقليبًا في المعدن.

يمكن لفرن صهر حديد مُسخّن مسبقًا، يزن طنًا واحدًا، أن يُذيب الشحنة الباردة حتى تصبح جاهزة للصب في غضون ساعة. تتراوح قدرة مصادر الطاقة من 10  كيلوواط إلى 42  ميغاواط، مع أحجام صهر تتراوح من 20  كيلوغرامًا إلى 65  طنًا من المعدن على التوالي.

عادة ما يصدر فرن الحث العامل طنينًا أو أزيزًا (بسبب تقلب القوى المغناطيسية والانفعال المغناطيسي )، ويمكن للمشغلين استخدام درجة الصوت لتحديد ما إذا كان الفرن يعمل بشكل صحيح أو عند أي مستوى طاقة.

يوجد بطانة حرارية قابلة للاستبدال تُستخدم أثناء عملية الصب.

• فرن القوس الكهربائي - لنوع آخر من الأفران الكهربائية، يستخدم في المسابك الكبيرة وعمليات صناعة الصلب في المصانع الصغيرة

• براون، جون (2000). دليل فوسيكو لسبك الحديد (  الطبعة الحادية عشرة). بتروورث-هاينمان. ISBN 978-0750642842.

• "كيف تُسخّن أفران الحثّ محور الأرض؟" ، مجلة العلوم الشعبية ، نوفمبر 1943. مقال مفصل عن الأساسيات مع العديد من الرسوم التوضيحية.