‏الصناعات الحرارية الكهربائية (الكهرو حرارية )

‏تحتاج كثير من المنتجات الصناعية التي تصنع عند درجة حرارة عالية الى استخدام فرن كهربائي . يمكن للأفران الكهربائية ان تنتج حرارة عالية تصل الى 4100 ‏مئوية . وقد يتباين هذا مع اعلى درجات الحرارة التي تنتجها افران الاحتراق التجارية والتي تصل الى 1700 مئوية .

‏لدرجة الحرارة العالية نتائج مضاعفة : زيادة سرعة التفاعل ، وتوطيد ظروف جديدة للتوازن . وقد ادت هذه الظروف الجديدة للتوازن الى انتاج مركبات لم تكن معروفة قبل الفرن الكهربائي . وتعد كربيدات السليكون والكلسيوم نماذج من المنتجات الجديدة المتشكلة على هذا النحو .

‏يقدم الفرن الكهربائي ضبطا اكثر دقة وتركيزا للحرارة وتكون الخسارة الحرارية اقل مما هو محتمل في الانماط الاخرى من الافران. يعود ذلك لنقص غاز المداخن وارتفاع تدرج درجة الحرارة بين مصدر الحرارة والكتلة المسخنة. الفرن الكهربائي انظف واكثر ملائمة في العمل من فرن الاحتراق . وهو يعمل بتيار متناوب ذي أمبيرية عالية ، وفولطية معتدلة عادة ، في حين تحتاج الصناعات الالكتروليتية الى تيار مستمر .

‏النماذج الرئيسية للأفران الكهربائية هي : الفرن القوسي Arc ، والفرن بالحث Inducation ، وفرن المقاومة Resistance ‏، وفرن البلازما Plasma  .

‏ينتج الفرن القوسي الحرارة عن طريق قوس كهربائي يقع بين الكترودين او اكثر من الغرافيت او الكربون عادة وقد تستهلك او لا تستهلك اثناء التشغيل ، او بين الألكترودات وشحنة الفرن . الفرن نفسه عاده عبارة عن غلاف اسطواني مبطن بماده مقاومة للصهر . ولا منحصر استخدامه للصناعات التي صمم من اجلها .

‏مجري حالما تصنيع حوالي 20 ‏% ‏من الإنتاج العالمي للفولاذ في افران الحث والقوس الكهربائية . كما يجري ايضا انتاج السبائك الحديدية في هذه الافران . ويتم التشغيل عادة في هذه العمليات بالطريقة المتقطعة . اما الافران القوسية القائمة الغاطسة (submerged one shaft furnaces) فتعمل بتلقيم المواد الصلبة من الاعلى بشكل متواصل وبزل هذه المواد دورما بعد انصهارها وجمعها في الاسفل . وتستخدم هذه الافران لإنتاج عنصر الفوسفور وكربيد الكلسيوم .

قد تستخدم أفران الحث فقط من أجل مواد التوصيل كالمعادن ، حيث تتحول الطاقة الكهربائية الى حرارة بوساطة تيار مستحدث ينشأ في الشحنة . يمكن اعتبار الفرن كمحول ، يتألف الملف الثانوي فيه من شحنة معدنية والملف الأولي من وشيعة ثقيلة من النحاس ترتبط بمصدر للطاقة . تعمل أفران الحث بترددات من 60-500000 هرتز (Hz) ، ولكن الأفران التي تستخدم للمعالجات الحرارية الكهربائية بمقياس تجاري لا تستخدم عادة ترددات أعلى من 6000 هرتز . نحصل على أثر التسخين بخفض شدة المجال عندما يزداد التردد . يجب وضع الشحنة حول قلب (لب) حديدي في الفرن ذي التردد المنخفض ، ولكن هذا القلب ليس ضرورياً في الأفران ذات التردد العالي . عند إتمام شحن المادة للفرن يجب أن تكون هناك مقاومة معينة لازمة للتسخين ويتم التسخين بشكل مباشر عن طريق المقاومة وذلك عند إضافة مواد عالية المقاومة الى الشحنة وإلا فيجب التسخين بصورة غير مباشرة . تستخدم أفران المقاومة التي تعمل بطريقة متقطعة لإنتاج كربيد السليكون وإلكترودات الغرافيت . وتستخدم أفران المقاومة المستمرة ذات الجذوع العمودية لتكليس الأنثراسيت anthracite من أجل إنتاج كربون توصيل لبناء كاثودات خلايا الألمنيوم . وغالباً ما تستخدم الأفران القوسية وأفران المقاومة في الصناعة الكهربائية الكيميائية (الكهرو كيميائية) .

اما فرن البلازما القوسي فهو فرن غازي سخن كهربائيا وينتج درجة حرارة عالية ( 3730 ‏- 4730 ‏ مئوية ) . ويمكن تقريبا استخدام اي غاز في هذا الفرن ويعتبر الغاز قوسا كهربائيا يشتعل باستمرار بين الكترودين ويتأين جزئيا . وعندئذ يدخل الغاز المسخن المتأين ( البلازما ) الى حجرة التفاعل . اقترح هذا الجهاز لتحويل خامة الحديد ، ولكنه لم يستخدم كثيرا على الصعيد التجاري بسبب ارتفاع كلفته . مع ذلك ، اصبح عامل الكلفة اقل اهمية بسبب التشديد على مراقبة البيئة وسلامة العمل .