ما هي قصة اختراع فرن لافح؟
تم ابتكار أفران قديمة تم تحديثها على مر الوقت لاستعمالها لاستخلاص الفلزات وتذويبها وبالتالي يتم تصنيع المعدات والأمور المختلفة التي نستعملها في أمور حياتنا، من بين تلك الأفران التي تم ابتكارها من قبل الحضارات القديمة والمتعلقة بالفلزات هو فرن لافح، هو فرن عمودي على شكل مبنى ضخم ينتج معادن سائلة عن طريق تفاعل تدفق الغاز المتدفق إلى قاع الفرن تحت الضغط مع خليط من خام المعدن وفحم الكوك.
تاريخ اختراع فرن لافح واستعماله في الحضارات القديمة:
تم ابتكاره في السويد منذ القرن (12) م، واستعمل في الصين منذ حوالي القرن الخامس ق.م، في بداية الثمانينيات من القرن الماضي، وجدت أدلة أظهرت استعماله في فرنسا وذلك خلال القرنين 11 و 16 ميلادي، وقاموا باستعماله لاستخلاص الرصاص والنحاس والحديد والمعادن الأخرى، كما أظهرت أدلة قديمة لاستعماله في مصر، كما تم استعماله بشكل أساسي في العصور الوسطى.
تم إنتاج حوالي أربعة أطنان من الحديد الخام بشكل يومي وتم استهلاك أكبر كبيرة من الفحم من خلال فرن لافح، في السويد في منتصف القرن (17) م، تم تقدير كميات إنتاج الحديد لكميات تتجاوز (25000) طن بشكل سنوي، في أوروبا تم تطويره على مر القرون حيث كان عبارة عن أفران صغيرة استعملها الرومان وأصبح فيما بعد هياكل ضخمة، يتم تقليص المعدن الخام إلى كتلة شبه صلبة من الحديد تتكون من كميات صغيرة من الكربون.
تم إدخاله إلى إنجلترا حوالي عام 1500 م، وقامت باقي الحضارات فيما بعد باستخدامه للاستفادة من استخلاص الفلزات من ذاك الفرن، وبقي اعتماد مبدأ تسخين الهواء هو الأساس الذي يتم استعماله في فرن لافح في أوائل القرن التاسع عشر. حجم أفران لافح تبلغ حوالي (20 إلى 35) مترًا، لذلك عادةً ما يُسمّى بالفرن العالي، تم اعتماد فحم الكوك ليكون هو الوقود المخصص للاستخدام في الأفران بحلول منتصف القرن الثامن عشر.
حتى أواخر القرن (15) م، تم استعماله بكثرة في المناطق الموجودة في بلجيكا، يجب تمييزه عن الأفران الأخرى في أنّه تم تصميمه لإنتاج معدن منصهر يمكن استخلاصه من الفرن، في حين أنّ القصد الأساسي في الأفران الأخرى هو تجنب ذوبان المعادن ولمنع اختلاط الكربون في الحديد، قام العالي الصيني والمهندس دو شي بتطوير مبدأ عمل فرن لافح، كما تم العثور على العديد من الأمثلة في تونس توحي باستخدامه هناك وكذلك في أنطاكيا.
على الرغم من أنه لا يُعرف ولا يتوافر معلومات كافية عن استخدامه خلال العصور المظلمة، بقي الفرن العالي جزءًا مهمًا لاستعماله في استخلاص الفلزات، تتميز الأفران الحديثة بكفاءة عالية، بما في ذلك الاعتماد على أنظمة الاسترداد لاستخراج الحرارة من الغازات الساخنة الخارجة من الفرن، في الواقع أدت المنافسة الصناعية إلى تطوير مبدأ عمل الفرن وزيادة إنتاجيته، تم تطوير أشكال مختلفة من الفرن العالي، مثل الأفران الكهربائية، خاصةً في البلدان التي لا توجد فيها موارد محلية للفحم.
يعمل الفرن من خلال مبادل حراري وأكسجين، يجب مجموعة من عوامل الصهر حتى يتم استعمالها في تذويب الفلزات، كما أنه يتم تقليل الكربون عند درجة حرارة كبيرة حتى يتم تشكيل المعدن، يتكون الفرن من مواقد توجد في أسفل الفرن؛ أما في أعلى الفرن، يتم تسخينه إلى 900 درجة مئوية، ويتم ضخ الهواء حتى 1250 درجة مئوية، كما بالفرن يوجد فتحات متعددة بالقرب من الجزء العلوي من الفرن، حتى يتم انبعاث الغازات الخارجة من الفرن.
يتفاعل الهواء المسخن بقوة مع فحم الكوك يؤدي ذلك لإنتاج أول أكسيد الكربون، الذي يرتفع من خلال الفرن، ومع ارتفاع درجة حرارة ينتج عنها استخلاص الفلزات، الموقد هو عبارة عن هياكل بجدران سميكة ويجب أن تكون مبطن بكتل حرارية من النوع الكربوني، وذلك لحماية غلاف الفرن وللحفاظ على المعادن المقاومة للحرارة من الاحتراق.
بالنسبة للطبقة العليا من الفرن يجب أن تكون مليئة بكمية من فحم الكوك والحجر الجيري الذي يتم إدخاله في الأعلى في قمة الفرن لأعلى الموقد، عندما يشتعل فحم الكوك في القاع فذلك يؤدي إلى احتراق الهواء بسرعة ويتم بذلك اختزال أكاسيد الحديد أو أي معادن أو فلزات أخرى بواسطة الكربون وأول أكسيد الكربون من فحم الكوك، ثم يتم استخلاص الفلزات.
