فرن الكوبولا فرن عمودي يصهر حديد الزهر بحرق فحم الكوك. يُستخدم منذ أكثر من قرن، وما زال من أرخص الطرق لإنتاج كميات كبيرة ومتواصلة من الحديد السائل. في تركيا تحولت معظم المسابك إلى أفران الحث بسبب قوانين الانبعاثات والتحكم في التحليل الكيميائي.
طريقة العمل
يتكون الفرن من غلاف فولاذي مبطن بمواد حرارية. يُشحن من الأعلى على طبقات: فحم الكوك والحديد الخام والخردة وخردة الفولاذ والحجر الجيري. يُنفخ الهواء من الفتحات السفلية فيحترق الفحم وتصهر الحرارة المعدن. يتجمع الحديد السائل في الأسفل ويُسحب بشكل مستمر أو على دفعات. يكوّن الحجر الجيري الخبث الذي يُزال من فتحة منفصلة.
النفخ البارد والنفخ الساخن
في كوبولا النفخ البارد يُنفخ هواء الجو مباشرة. التصميم بسيط والتكلفة منخفضة، ويبلغ استهلاك الفحم نحو 10–15% من وزن الشحنة المعدنية.
في كوبولا النفخ الساخن يُسخن الهواء إلى 400–600 درجة مئوية بحرارة غازات المدخنة. ينخفض استهلاك الفحم وترتفع حرارة المعدن ويمكن استخدام نسبة أكبر من خردة الفولاذ. الاستثمار والصيانة أغلى، ويسترد تكلفته عند الإنتاج الكبير.
المزايا
- صهر متواصل بكميات كبيرة: 5–20 طناً في الساعة وأكثر.
- لا يحتاج قدرة كهربائية كبيرة، وقد يكون الخيار الوحيد حيث تكون الشبكة محدودة.
- يتحمل الخردة الرخيصة والصدئة.
العيوب
- انبعاثات عالية من الغبار وغازات المدخنة، ومن الصعب جداً الحصول على تصريح بيئي اليوم دون مرشحات ومعالجة للغاز.
- التحكم في التركيب الكيميائي أصعب من فرن الحث. يضيف الفحم الكبريت، فيحتاج الحديد المرن إلى إزالة الكبريت.
- غير كفء في الإنتاج القصير أو القليل، فبعد إشعاله يجب أن يعمل لفترات طويلة.
- تغيير السبيكة بطيء.
الكوبولا أم الحث
يعتمد القرار على ثلاثة أسئلة:
- كم طناً وكم ساعة تصب يومياً؟ في نوبتين وأكثر من 10 أطنان في الساعة بشكل متواصل تبقى الكوبولا منافسة. في الإنتاج الأصغر أو المتقطع يتفوق الحث.
- ما هي القدرة الكهربائية المتاحة وسعرها؟ يستهلك فرن الحث 550–650 كيلوواط ساعة للطن. هل يمكن رفع قدرة الشبكة وكم يستغرق ذلك؟
- ماذا تصب؟ في الحديد المرن والسبائك يعطي فرن الحث دقة أكبر في التحليل.
يمكن أيضاً الجمع بين الاثنين: الصهر في الكوبولا ثم الحفظ والسبك في فرن حث.
التحول من الكوبولا إلى الحث
أكثر البنود التي تُنسى عند التحول:
- المحول وخلايا الجهد المتوسط ورفع قدرة الشبكة
- نظام التبريد بدائرة مغلقة
- تحضير الشحنة: فرن الحث يحتاج حجماً ونظافة مختلفين لمواد الشحن
- تدريب العاملين على تلبيد البطانة وتشغيل الفرن
تعد زينيس حساب القدرة واختيار الفرن وخطة المحول والتبريد معاً. ويمكن خفض الاستثمار إلى النصف تقريباً بفرن حث مستعمل؛ راجع مجموعة الصهر في صفحة المعدات المستعملة.
أسئلة شائعة
كم فحماً يستهلك فرن الكوبولا للطن؟
نحو 10–15% من وزن الشحنة المعدنية في النفخ البارد، وأقل في النفخ الساخن.
هل ما زالت أفران الكوبولا مستخدمة في تركيا؟
نعم في بعض مسابك الحديد الرمادي ذات الإنتاج الكبير، لكن معظم الاستثمارات الجديدة أفران حث.
هل يحتاج فرن الكوبولا إلى تصريح بيئي؟
نعم، فحدود الغبار وغازات المدخنة تتطلب مرشحات وقياسات. يجب إدراج التصريح في خطة الاستثمار من البداية.
