فرن دوار

هذا مصنوع من صفيحة فولاذية طرية ملفوفة ، عادة ما بين 15 و 30 ملم (0.6 و 1.2 بوصة) ، ملحومة لتشكيل أسطوانة قد يصل طولها إلى 230 مترًا (750 قدمًا) وقطرها إلى 6 أمتار (20 قدمًا) .      

تُحدد الحدود العليا للقطر بميل الغلاف للتشوه تحت وزنه إلى مقطع عرضي بيضاوي، وما يترتب على ذلك من انحناء أثناء الدوران. أما الطول فليس بالضرورة محدودًا، ولكن يصبح من الصعب التعامل مع التغيرات في الطول عند التسخين والتبريد (عادةً ما تتراوح بين 0.1 و 0.5% من الطول) إذا كان الفرن طويلًا جدًا.

يُستخدم الغلاف الحراري لعزل الهيكل الفولاذي عن درجات الحرارة العالية داخل الفرن، وحمايته من الخصائص المُسببة للتآكل لمادة المعالجة. قد يتكون هذا الغلاف من طوب حراري أو خرسانة حرارية مصبوبة، أو قد لا يُستخدم في مناطق الفرن التي تقل درجة حرارتها عن 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت) . يعتمد اختيار المادة الحرارية على درجة الحرارة داخل الفرن والتركيب الكيميائي للمادة المُعالجة. في بعض العمليات، مثل صناعة الإسمنت، يُطال عمر الغلاف الحراري بالحفاظ على طبقة من المادة المُعالجة على سطحه. يتراوح سُمك الغلاف الحراري عادةً بين 80 و300 ملم (3 إلى 12 بوصة) . يتميز الغلاف الحراري النموذجي بقدرته على تحمل فرق درجة حرارة يصل إلى 1000 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت) أو أكثر بين سطحيه الساخن والبارد. يجب الحفاظ على درجة حرارة الغلاف أقل من حوالي 350 درجة مئوية (662 درجة فهرنهايت) لحماية الفولاذ من التلف، ويتم استخدام الماسحات الضوئية بالأشعة تحت الحمراء المستمرة لإعطاء إنذار مبكر عن "النقاط الساخنة" التي تشير إلى فشل المواد المقاومة للحرارة.        

تتكون الإطارات، التي تُسمى أحيانًا حلقات التوجيه، عادةً من قطعة فولاذية حلقية مصبوبة، مصقولة بسطح أسطواني أملس، تُثبّت بشكل غير محكم على هيكل الفرن عبر مجموعة متنوعة من الترتيبات الشبيهة بالكراسي. يتطلب هذا تصميمًا مبتكرًا، إذ يجب أن يُلائم الإطار الهيكل بإحكام، مع السماح في الوقت نفسه بالتمدد والانكماش الحراري. يتحرك الإطار على أزواج من البكرات الفولاذية، مصقولة أيضًا بسطح أسطواني أملس، وتفصل بينها مسافة تعادل نصف قطر الفرن تقريبًا. يجب أن تدعم هذه البكرات الفرن، وأن تسمح بدوران سلس قدر الإمكان. عند انقطاع التيار الكهربائي، يتأرجح الفرن المصمم هندسيًا بشكل جيد كالبندول عدة مرات قبل أن يستقر. يبلغ وزن فرن نموذجي بأبعاد 6 × 60 مترًا (20 × 197 قدمًا) ، بما في ذلك المواد الحرارية والتغذية، حوالي 1100 طن (2,400,000 رطل) ، ويُحمل على ثلاث عجلات ومجموعات من البكرات موزعة على طول الفرن. قد تحتوي أطول الأفران على 8 مجموعات من البكرات، بينما قد لا تحتوي الأفران القصيرة والصغيرة جدًا على أي منها. تدور الأفران عادةً بسرعة تتراوح بين 0.5 و2 دورة في الدقيقة. أما أفران مصانع الإسمنت الحديثة فتعمل بسرعة تتراوح بين 4 و5 دورات في الدقيقة. يجب أن تكون محامل البكرات قادرة على تحمل الأحمال الساكنة والحية الكبيرة، ويجب حمايتها بعناية من حرارة الفرن ودخول الغبار. ولأن الفرن مائل، فإنه يحتاج أيضًا إلى دعامات لمنعه من الانزلاق عن بكرات الدعم. عادة ما تمنع بكرات التثبيت (أو الدفع) العلوية والسفلية التي ترتكز على جانب الإطارات الفرن من الانزلاق عن بكرات الدعم.        

عادةً ما يُدار الفرن بواسطة ترس محيطي واحد يحيط بجزء بارد من أنبوب الفرن، ولكن في بعض الأحيان يُدار بواسطة بكرات مُدارة. يرتبط الترس عبر سلسلة تروس بمحرك كهربائي متغير السرعة . يجب أن يتمتع هذا المحرك بعزم دوران ابتدائي عالٍ لبدء تشغيل الفرن مع حمل لا مركزي كبير. يحتاج فرن بأبعاد 6 × 60 مترًا (20 × 197 قدمًا) إلى حوالي 800 كيلوواط للدوران بسرعة 3 دورات في الدقيقة. تتناسب سرعة تدفق المواد عبر الفرن طرديًا مع سرعة الدوران؛ لذا يلزم وجود محرك متغير السرعة للتحكم في ذلك. عند التشغيل بواسطة البكرات، يمكن استخدام محركات هيدروليكية. تتميز هذه المحركات بقدرتها على توليد عزم دوران عالٍ للغاية. في العديد من العمليات، يُعد ترك الفرن الساخن ثابتًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي أمرًا خطيرًا. قد تؤدي فروق درجات الحرارة بين الجزء العلوي والسفلي من الفرن إلى تشوهه وتلف المواد الحرارية. لذلك، من الممارسات الشائعة توفير محرك احتياطي للاستخدام أثناء انقطاع التيار الكهربائي. قد يكون هذا محركًا كهربائيًا صغيرًا مزودًا بمصدر طاقة مستقل، أو محرك ديزل . يقوم هذا المحرك بتدوير الفرن ببطء شديد، ولكن بما يكفي لمنع حدوث أي ضرر.       

قد يتم تبادل الحرارة في الفرن الدوار عن طريق التوصيل ، أو الحمل الحراري ، أو الإشعاع ، وذلك بترتيب تنازلي حسب الكفاءة. في العمليات ذات درجات الحرارة المنخفضة، وفي الأجزاء الباردة من الأفران الطويلة التي تفتقر إلى مسخنات مسبقة، يُزود الفرن غالبًا بمبادلات حرارية داخلية لتشجيع تبادل الحرارة بين الغاز والمادة الخام. قد تتكون هذه المبادلات من مغارف أو "رافعات" تدفع المادة الخام عبر تيار الغاز، أو قد تكون عبارة عن حشوات معدنية تسخن في الجزء العلوي من الفرن، وتنقل الحرارة إلى المادة الخام أثناء دورانها أسفل سطح المادة الخام. يُفضل استخدام النوع الأخير حيث قد تتسبب الرافعات في تراكم كميات كبيرة من الغبار. أما المبادل الحراري الأكثر شيوعًا فيتكون من سلاسل معلقة على شكل ستائر عبر تيار الغاز.