مقارنة بين الفرن الأنبوبي عالي الحرارة والفرن الصندوقي: دليل لاتخاذ قرارات الشراء

من بين معدات المعالجة الحرارية المختبرية، تُعدّ أفران الأنابيب وأفران الصناديق نوعين شائعين من الأفران. ويواجه العديد من مسؤولي المشتريات سؤالاً عند الاختيار: أيّهما أنسب لاحتياجاتهم التجريبية والإنتاجية؟

تتميز أفران الأنابيب وأفران الصندوق بخصائصها الفريدة. يُسخّن فرن الصندوق بشكل أساسي في بيئة هوائية، وهو مناسب لمعالجة العينات الكبيرة أو الإنتاج على دفعات.فرن أنبوبي عالي الحرارةيُمكن التحكم في الظروف الجوية داخل الفرن، مثل إدخال غاز خامل أو إخلاء الهواء، وهو مناسب للمعالجة الحرارية للعينات الصغيرة. ويعتمد اختيار النوع المناسب على متطلبات العملية المحددة.

1. الشكل والبنية

شكلفرن أنبوبي عالي الحرارةهو أنبوبي الشكل. يتكون من أنبوب فرن مقاوم لدرجات الحرارة العالية، ويمثل الفراغ داخله منطقة التسخين. تشمل المواد الشائعة الاستخدام في صناعة أنابيب الفرن أنابيب الكوارتز وأنابيب الكوروندوم. تتوزع عناصر التسخين على طول المحور الطولي لأنبوب الفرن، وتُوضع العينة داخله لتسخينها. يتيح هذا التصميم تركيز منطقة التسخين بشكل نسبي. يحتوي أنبوب الفرن على حواف مانعة للتسرب في كلا طرفيه، مما يسمح بتفريغ الهواء أو إدخال غاز واقٍ.

حجرة فرن الصندوق مربعة الشكل. تتوزع عناصر التسخين حول تجويف الفرن. توضع العينة مباشرة في تجويف الفرن، ثم يُغلق الباب ويُشغل برنامج التسخين. العملية بسيطة نسبياً.

تختلف أفران الأنابيب من مختلف الشركات المصنعة من حيث التصميم الهيكلي. على سبيل المثال، فرن GSL-1100X-50-LVT من شركة شنيانغ كيجينغ، يتميز بتصميم هيكلي منفصل، حيث يمكن فصل جسم الفرن عن نظام التحكم. يتميز الغلاف المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بإمكانية تعديل الارتفاع، ويمكن وضع جسم الفرن أفقيًا أو رأسيًا أو مائلًا حسب متطلبات التجربة. يوفر هذا التصميم مرونة أكبر عند التعامل مع العمليات التي تتطلب زوايا محددة.

التوصية: إذا كانت العينة عبارة عن مسحوق أو حبيبات أو أجزاء صغيرة الحجم أو شرائط طويلة من المادة، فقد يكون فرن الأنبوب أكثر ملاءمة. أما إذا كان حجم قطعة العمل كبيرًا، أو إذا تم استبدال عينات بأشكال مختلفة بشكل متكرر، فقد يكون فرن الصندوق أكثر ملاءمة للاستخدام.

2. العملية المطبقة

تُستخدم أفران الأنابيب بشكل أساسي في عمليات المعالجة الحرارية التي تتطلب الحماية من الغلاف الجوي أو بيئة فراغية، بما في ذلك تصنيع المواد، والتلبيد الجوي، وأبحاث المحفزات، والتلدين، وتجارب الترسيب الكيميائي للبخار.

لنأخذ جهاز GSL-1100X-50-LVT من شركة شنيانغ كيجينغ كمثال. يُستخدم هذا الجهاز بشكل شائع في أبحاث المواد في الجامعات ومعاهد البحوث، وتجفيف وتلبيد مواد البطاريات، والمعالجة الحرارية لمساحيق السيراميك والمحفزات، وتلدين عينات المعادن الصغيرة، والمعالجة الحرارية الفراغية على مستوى البحث.

في الاستخدام الفعلي، تختلف قابلية فرن الأنابيب للتكيف مع العمليات المختلفة تبعًا للتكوين المحدد. تصل درجة حرارة التشغيل لفرن GSL-1100X-50-LVT إلى 1000 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة الحرارة القصوى 1100 درجة مئوية، ويُوصى بضبط معدل التسخين عند حوالي 10 درجات مئوية/دقيقة. بالنسبة للعمليات التي تتطلب عزلًا طويل الأمد أو منحنيات تسخين وتبريد معقدة، فهو مزود بوحدة تحكم قابلة للبرمجة مكونة من 50 جزءًا. يمكن للمستخدمين ضبط منحنى درجة الحرارة مسبقًا، وسيقوم الجهاز بتنفيذه تلقائيًا. تُعد إعدادات هذه المعلمات مناسبة على نطاق واسع لعمليات التلبيد والتلدين الشائعة في أبحاث المواد.

تُعد أفران الحجرة مناسبة للتسخين الدفعي للأجزاء الصغيرة أو قطع العمل الكبيرة، مثل الحرق، والصهر، والتلدين، والحرق الدفعي للسيراميك ومعالجة قطع العمل الكبيرة.

اقتراحات مرجعية: يمكنك تحديد أنواع العمليات المحددة قبل الشراء. إذا كان الإنتاج مستمرًا، ويتم معالجة المنتج نفسه بشكل متكرر، وتتطلب حماية الغلاف الجوي، فقد تكون أفران الأنابيب خيارًا أنسب. أما إذا كانت هناك أنواع متعددة من العمليات، ولم يكن حجم قطعة العمل ثابتًا، فقد يكون فرن الصندوق أكثر تنوعًا.

3. التحكم في الغلاف الجوي

هذا فرق واضح بين نوعي الفرن وعامل رئيسي يجب مراعاته في قرارات الشراء.

لأن طرفي أنبوب الفرن يمكن إحكام إغلاقهما ويتمتعان بإحكام جيد للهواء،فرن أنبوبي عالي الحرارةيمكن إجراء المعالجة الحرارية في الفراغ أو في جو محدد، مثل إدخال النيتروجين أو الأرجون أو الهيدروجين. وهذا أمر بالغ الأهمية للتجارب التي تتطلب منع الأكسدة أو التي يجب إجراؤها في بيئات محددة.

يعتمد التأثير الفعلي للتحكم في الغلاف الجوي على تكوين نظام التفريغ ومكونات منع التسرب. يتضمن التكوين القياسي لجهاز GSL-1100X-50-LVT مضخة تفريغ ميكانيكية، ومقياس تفريغ رقمي، ووصلة تفريغ KF25، وشفة مانعة للتسرب من الفولاذ المقاوم للصدأ. بعد إتمام التركيب الأساسي، يمكن للمستخدمين إجراء تجارب المعالجة الحرارية بالتفريغ دون الحاجة إلى شراء ملحقات إضافية. يصل مستوى التفريغ الأقصى لهذا النظام إلى 10² تور. ويمكن تحسين مستوى التفريغ بشكل أكبر باختيار مضخة جزيئية. كما تُسهم مرشحات رذاذ الزيت في تقليل تأثير رذاذ الزيت المنبعث من مضخات التفريغ على بيئة المختبر.

عادة ما تعمل أفران الصندوق في بيئة هوائية، وتكون خاصية إحكام إغلاق الباب محدودة نسبيًا، مما يجعل من الصعب تحقيق تحكم دقيق في الغلاف الجوي.

التوصية: إذا كانت العملية حساسة للأكسدة أو تحتاج إلى إكمالها في ظل ظروف جوية محددة، فقد يكون فرن الأنبوب خيارًا أكثر ملاءمة.

4. توحيد التسخين ودقة التحكم في درجة الحرارة

تتميز منطقة التسخين في فرن الأنابيب بتركيزها العالي ودقة التحكم في درجة الحرارة العالية. يعتمد فرن GSL-1100X-50-LVT على نظام تحكم آلي PID، وهو مزود بوحدة تحكم قابلة للبرمجة مكونة من 50 جزءًا، بدقة تحكم في درجة الحرارة تبلغ ±1 درجة مئوية. عند اختيار وحدة تحكم يوروثيرم، تصل الدقة إلى ±0.1 درجة مئوية.

من أبرز ميزات تصميم هذا الجهاز استخدام معاير حرارة أوميغا ومزدوجة حرارية من النوع K. يمكن تركيب المزدوجات الحرارية داخل أنبوب الفرن من الحافة اليسرى، وقراءة درجة الحرارة في الوقت الفعلي عند موضع العينة باستخدام مقياس حرارة أوميغا. يحل هذا التصميم مشكلة شائعة تتمثل في احتمال وجود اختلافات بين درجة الحرارة المعروضة على المقياس ودرجة الحرارة الفعلية للعينة. توفر هذه الخاصية مرجعًا للتجارب التي تتطلب دقة عالية في درجة حرارة التفاعل، ومدة التثبيت، وقابلية تكرار العينة. في أبحاث المواد، غالبًا ما تعكس درجة الحرارة الفعلية على سطح العينة التأثير الفعلي للعملية بشكل أفضل من درجة الحرارة المعروضة داخل الفرن.

تعتمد أفران الصندوق عادةً على تصميم تسخين متعدد الجوانب، حيث يتم نقل الحرارة من اتجاهات متعددة، ويكون تجانس درجة الحرارة في تجويف الفرن أفضل بشكل عام.

اقتراحات مرجعية: إذا كانت العملية تتطلب تجانسًا عاليًا في درجة الحرارة، يُنصح بدراسة بيانات توزيع مجال درجة الحرارة في فرن الصندوق أولًا. أما إذا كانت هناك حاجة لحماية الغلاف الجوي، فقد يكون فرن الأنبوب أكثر ملاءمة.

5. حول شنيانغ كيجينغ

شركة شنيانغ كيجينغ متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع معدات المعالجة الحرارية للمختبرات. تشمل منتجاتها أنواعًا مختلفة مثل الأفران الأنبوبية عالية الحرارة، والأفران الصندوقية، وأنظمة الترسيب الكيميائي للبخار (أمراض القلب والأوعية الدموية). يقع مقر الشركة في شنيانغ، الصين، وتُصدّر منتجاتها إلى الأسواق الخارجية.

يُعدّ فرن GSL-1100X-50-LVT أحد نماذج خط إنتاج أفران الأنابيب من شركة شنيانغ كيجينغ. وقد حصل هذا الجهاز على شهادة المطابقة الأوروبية (رقم الشهادة M.2021.206.C67996) ويتوافق مع المعايير الدولية ذات الصلة. مدة التسليم القياسية هي 10 أيام عمل، وسعة التوريد 50 وحدة. ويُقدّم الجهاز مع ضمان لمدة عام واحد وخدمات صيانة مدى الحياة.

إذا كنتم ترغبون في معرفة المزيد من المعايير الفنية أو تحتاجون إلى اقتراحات لاختيار عملية محددة، يُرجى التواصل مع الفريق الفني لشركة شنيانغ كيجينغ. سيقدم مهندسونا حلولاً مرجعية بناءً على احتياجاتكم الفعلية.