بغض النظر عن طريقة الترتيب المستخدمة في نظام السلاح الثانوي، فإن السمة المشتركة بينها تتمثل في الأتمتة الميكانيكية التي تتيح تنفيذ عمليات تركيب المسبار، وإدخال السلاح إلى الفرن للمراقبة، ورفع السلاح، وفكّ المسبار، وغيرها. وبالنظر إلى أجهزة السلاح الثانوي في مصانع الصلب النموذجية داخل وخارج البلاد، ووفقًا لطريقة الترتيب العام للمعدات، يمكن تصنيفها تقريبًا إلى خمسة أنواع كما يلي:
1. الترتيب الثابت على الجانب المقابل؛
2. ترتيب دوار بنظام الدوران المتعاكس على الجانب المقابل لدوران الإطار أثناء التشغيل؛
3. ترتيب دوار متقابل بحيث لا يدور الإطار أثناء التشغيل؛
4. ترتيب دوار من نفس الجانب بحيث لا يدور الإطار أثناء التشغيل؛
5. الترتيب الجانبي العرضي المعاكس.
الجانب المتماثل والجانب المقابل المشار إليهما في الأنواع المذكورة أعلاه يُحدَّدان بالنسبة إلى موقع جهاز بندقية الأكسجين على أحد جانبي حوض الفرن. فإذا وُضِعَت البندقية الثانوية وبندقية الأكسجين على الجانب نفسه من حوض الفرن، فذلك يُعدّ «جانباً متماثلاً»؛ والعكس يُعدّ «جانباً متقابلاً». وتلائم كل طريقة من طرق الترتيب تقنيات مختلفة لصناعة الصلب وتصاميم مختلف ورش العمل، ولكل منها خصائصها الخاصة.
1 الترتيب الثابت على الجانب المقابل
يشير ترتيب السلاح الثانوي الثابت على الجانب المقابل إلى تثبيت مسار السلاح الثانوي على الجانب المقابل لسلاح الأكسجين في قوس الفرن. وقد اعتمد قسم الفولاذ المقاوم للصدأ لدى شركة باوستيل نظام AOD بسعة 120 طنًا وفق هذا الترتيب. أثناء التشغيل، يتم تركيب المسبار مباشرةً عند موقع الإدخال إلى الفرن، ثم إجراء القياس داخل الفرن؛ وبعد رفع السلاح وإخراج الصهيرة، يُفكّ المسبار مباشرةً عند موقع الإدخال.
تتمثل السمات الرئيسية لهذا الترتيب في:
(1) دورة عمل السلاح الثانوي قصيرة (عادةً ما تكون أقل من 100 ثانية)
من مزايا الدورة القصيرة أنه، حال فشل هذا الفحص بسبب عطل في المسبار أو في الإشارة أو غيرها من الأعطال، فإن سرعة الاستجابة عند إجراء الفحص التعويضي تُحدّد مدى تأثير ذلك على جودة المعدن السائل ودورة الصهر. بالإضافة إلى ذلك، وبما أن الفاصل الزمني بين الفحص الوسيط بالبندقية الثانوية والفحص النهائي لا يتجاوز عادةً نحو 3 دقائق، فإن طول دورة عمل البندقية الثانوية قد يؤثر بشكل مباشر على دورة الصهر.
(2) يمتاز الرافعة الثانوية بسعة رفع وخفض كبيرة
نظرًا لأن العمل على تركيب وفكّ المسبار في موقع إدخال البندقية الثانوية يتطلب، مهما كانت الأجهزة المستخدمة، الإبقاء على مسافة ارتفاع كافية بين الجزء العلوي من المعدات فوق فتحة قناة دخان التبخير الخاصة بالبندقية الثانوية والجزء السفلي من موصل المسبار، وذلك لتسهيل عملية التركيب والفك؛ فإن مسار الرفع والخفض للبندقية الثانوية الثابتة يزيد بنحو 2.5 إلى 3 أمتار مقارنةً بأسلوب ترتيب تركيب وفك المسبار في موقع بعيد.
لطالما استحوذت الرشاشات الثانوية ذات الترتيب الثابت على جانب المجرى على جزء من المساحة فوق الفرن، وهي مناسبة للحالات التالية:
يُعتمد أسلوب البناء غير المتصل في تشييد مواد التبطين لفرن القوس الكهربائي. ففي الأفران التي تُستخدم لصهر الفولاذ المقاوم للصدأ، ونظراً لسرعة استهلاك مواد التبطين وقصر مدة دورة تشغيل الفرن، ولتقليل تأثير إجراءات الصيانة على الإنتاج، يُعمَل عادةً باستبدال غلاف الفرن. إذ يُزال الغلاف القديم وهو في وضع التشغيل، ويُستبدل بغلاف جديد تم بناؤه وتجفيفه مسبقاً، مما يتيح استئناف الإنتاج على الفور؛ بينما يُنقل الغلاف القديم إلى موقع خارج خط الإنتاج لإجراء أعمال الفك والبناء والتجفيف، دون أن يؤثر ذلك في سير الإنتاج على الخط الرئيسي.
الفرن القائم على طريقة الإصلاح السفلي. في هذه الطريقة، يكون قاع الفرن قابلًا للتفكيك؛ إذ يُزال القاع أثناء الصيانة، وتُجرى أعمال نقل وتركيب المواد الحرارية من أسفل غلاف الفرن باستخدام معدات مثل عربة الصيانة.
الفرن القائم على طريقة الإصلاح البسيطة. تُستخدم هذه الطريقة في الأفران الصغيرة والمتوسطة ذات مستوى أتمتة منخفض. وعند إجراء الصيانة، يُقام سقالة مؤقتة يدوياً لتنفيذ أعمال بناء المواد المقاومة للحرارة؛
ينطبق هذا على الورش التي تضم أفرانًا ذات مقعد واحد أو مقعدين متجاورين ضمن نفس الممر. أثناء الإنتاج، يُوضع حامل مسدس الأكسجين في الموقع، مما يؤدي، إلى جانب حامل المسدس الثانوي، إلى إعاقة ممر النقل داخل ممر الفرن، ويحدّ من خطوط النقل اللازمة لنقل مسدسات الأكسجين الاحتياطية ولأعمال الصيانة الأخرى. وعند اعتماد الترتيب المجاور لأفران ذات مقعدين، ولتفادي تأثيرات الإنتاج والصيانة المتبادلة بين الفرنين، يتعيّن تخصيص أماكن لتخزين مسدسات الأكسجين الاحتياطية والخراطيم على جانبي ممر الفرن.
2 ترتيب دوار متعاكس على الجانب الآخر لدوران الإطار أثناء التشغيل
يتم ترتيب هذا النظام بحيث يُركّب إطار مسار رفع وخفض البندقية الثانوية على الجانب المقابل لبندقية الأكسجين، ويمكنه الدوران حول نقطة الارتكاز. وتتمثل عملية التشغيل في أن البندقية الثانوية تقوم بتركيب المسبار عند موقع الاستعداد، ثم تدور إلى موقع الإدخال تحت الفرن لإجراء الفحص، وبعد رفع البندقية تعود من موقع الإدخال إلى موقع الاستعداد لتفكيك المسبار.
تتميّز طريقة الترتيب هذه بأنها:
(1) دورة العمل طويلة نسبيًا
بسبب إضافة فترتي دوران وتحديد المواقع، يتراوح دورة العمل لهذا النوع من الترتيب بين 120 و160 ثانية.
(2) شوط رفع وخفض السلاح الثانوي قصير
يتطلب وضع الحد الأعلى للرمح الثانوي أن يكون الجزء السفلي من المسبار مرتفعًا فقط بما يكفي ليتجاوز المعدات الموجودة فوق فتحة الرمح الثانوي في قناة التبخير، مثل جهاز إغلاق النيتروجين، والباب المحكم، وجهاز كشط الخبث، وغيرها. ونظرًا لقصر مسار الحركة، فإن ارتفاع معدات الرمح الثانوي إجمالًا منخفض، مما يجعل متطلبات ارتفاع سقف قاعة الفرن غير مشدودة.
بفضل قابلية دوران الإطار، تزداد المرونة والقدرة على التكيف، مما يجعله مناسبًا للحالات التالية:
ورشة أفران التحويل المُرتبة جنبًا إلى جنب في نفس الامتداد، وتتكون من مبنى واحد أو أكثر. عند إجراء عمليات رفع واستبدال حربة الأكسجين أو صيانة المعدات، تُوضع الحربية الثانوية في موقف الانتظار، مما يتيح إخلاء ممر النقل.
يُعتمد في الأفران القائمة على التحويل أسلوب الإصلاح من أعلى برج الإصلاح، الذي يتميز بدرجة عالية من الميكنة. وعند إجراء أعمال الصيانة، تُوضع كلٌّ من مسدسات الأكسجين الرئيسية والثانوية في وضع الانتظار، ويُبعد عربة قناة الدخان، بينما تُنقل عربة الإصلاح إلى الموقع مباشرةً فوق الفرن، ثم يُرفع برج الإصلاح ويُثبت على عربة الإصلاح.
تفضّل مصانع الصلب الحديثة، نظرًا لعوامل متعددة تشمل الطاقة الإنتاجية، ترتيب أفران القوس الكهربائي بشكل متوازٍ بواقع فرنين أو أكثر؛ كما أن غلاف أفران القوس غالبًا ما يكون غير قابل للتفكيك، ويُعتمد في إنشاء بطانة الأفران عادةً طريقة الصيانة أثناء التشغيل باستخدام برج الصيانة. وعليه، يُعدّ استخدام الرشاشات الثانوية وفق هذا الترتيب من التجهيزات الشائعة جدًا في مصانع الصلب الحديثة، ومن أمثلتها: مصنع JFE فوكوياما الياباني، ومصنع كاوايتسو شيماموشي، ومصنع تيسن كروب الألماني، ومصنع لينتز النمساوي، وكذلك أكثر من 98% من مصانع الصلب المحلية التي تزوّد بأجهزة الرشاشات الثانوية.
3 ترتيب دوار متقابل بحيث لا يدور الإطار أثناء التشغيل
تتفق هذه الطريقة في تركيبها مع الترتيب القائم على الدوران الجانبي، إلا أنّ الفرق يكمن في أمرين: أولًا، لا تُوضع وحدة معالجة المسبار على منصة الورشة، بل على منصة صغيرة مثبتة على عربة غطاء الدخان المتحركة؛ وبذلك تُجرى عمليات تركيب المسبار وإزالته وإدخاله إلى الفرن في الموقع نفسه، مما يجعل دورة العمل قصيرة جدًا، إذ لا تتجاوز عادةً 100 ثانية. كما أنّ السلاح الثانوي والإطار لا يدوران أثناء التشغيل، وإنما يدوران فقط عند إجراء صيانة الفرن أو عند الحاجة إلى إخلاء ممر النقل؛ ثانيًا، يمتاز بسعة رفع كبيرة وطول أكبر لجسم السلاح.
هذا النمط يجمع في الواقع بين مزايا الطريقتين السابقتين؛ إذ يتميز بدورة عمل قصيرة، مما يتيح إخلاء ممر النقل فوق فرن الصهر. غير أن عيبه يتمثل في الارتفاع الكلي المرتفع لمعدات البندقية الثانوية. وإذا أدى هذا الارتفاع إلى التأثير على ارتفاع سقف صالة الفرن، يمكن حلّ هذه المشكلة من خلال اعتماد بكرات توجيه قابلة للتحريك لجسم البندقية، بما يسمح بتخفيض ارتفاع السكة وطول جسم البندقية.
تم تطبيق هذا النمط من الترتيب في مصنع واكاياما للصلب الياباني وفي قسم الفولاذ المقاوم للصدأ بشركة باوستيل، وذلك على أفران القوس الكهربائي للفولاذ الكربوني سعة 150 طنًا.
4 ترتيب دوار على الجانب نفسه بحيث لا يدور الإطار أثناء التشغيل
تتميّز هذه الطريقة في الترتيب بأن إطار الدوران الخاص بالبندقية الثانوية ودعامته الدوّارين يقعان على الجانب نفسه مع بندقية الأكسجين؛ وخلال التشغيل لا يدور إطار الدوران، كما أن تركيب وفكّ المسبار وإدخاله إلى الفرن يتمان في الموقع نفسه. وبالمقارنة مع الترتيب الدوار على الجانب المقابل، فإن ما يميّز هذه الطريقة، بالإضافة إلى جميع مزاياها، هو أن الترتيب على الجانب نفسه يوفّر دائمًا ممرًا مفتوحًا في جسر الفرن، مما يضمن عدم تأثير عمليات استبدال وصيانة بندقية الأكسجين الاحتياطية الخاصة بأفران أخرى أو أعمال الرفع والصيانة على سير الإنتاج. وقد صُمِّم إطار هذا النظام ليكون دوارًا، وذلك لهدف وحيد هو إفساح المجال لبرج إصلاح الفرن أثناء بناء بطانة الفرن من المواد الحرارية.
نظرًا لترتيبه على الجانب نفسه مع بندقية الأكسجين، لا يمكن وضع نقطة الدعم الدوراني إلا فوق معدات بندقية الأكسجين؛ وعند تواجد الإطار الدوار في وضع التشغيل، يُثبت الجزء السفلي لإطار المسار الرأسي الثابت على المنصة، بما يضمن صلابته.
بالإضافة إلى ذلك، يرتبط اختيار نقطة دخول المسبار الثانوي إلى الفرن بعوامل عدة، منها نوع الفرن، والسعة الاسمية للفرن القائم على التحويل، وتوزيع فتحات النفخ السفلي، وأبعاد فوهة الفرن، وكذلك الأبعاد الخارجية لمعدات المسبار الثانوي للأكسجين. ويتراوح عادةً البُعد بين موقع دخول المسبار الثانوي إلى مركز الفرن (موقع دخول مسبار الأكسجين) وبين 900 إلى 1400 ملم. وإذا تم ترتيب المسبار الثانوي على الجانب نفسه مع مسبار الأكسجين، فإن المساحة المتاحة لمعدات المسبار تصبح محدودة للغاية؛ ولذلك تكون أجهزة المسبار الثانوي—مثل جسم المسبار وإطار سكة الرفع—أقل حجماً وأكثر رشاقة عند الترتيب على الجانب نفسه. وبسبب هذه القيود المكانية، تزداد صعوبة تصميم المسبار الثانوي في حالة الترتيب على الجانب نفسه، ولا يُطبَّق هذا الترتيب إلا في شركة باوستيل داخل الصين.
5 ترتيب بحركة جانبية متقابلة
يتم ترتيب الرافعة الثانوية والرافعة الأكسجينية على جانبي معاكس، وتُدمَج سكة رفع الرافعة الثانوية مع منصة التحريك العرضي في الجزء العلوي. أثناء التشغيل، يُركّب المسبار عند موقع الانتظار، ثم ينتقل مع إطار التحريك العرضي إلى موقع الدخول إلى الفرن لإجراء الفحص؛ وبعد الانتهاء، يُرفع المسبار، ثم يُعاد تحريكه عرضياً إلى موقع الانتظار لتفكيك المسبار. وتتساوى دورة العمل ومسافة الرفع والإنزال مع تلك الخاصة بالترتيب الدوراني المقابل الذي يعتمد على دوران الإطار على الجانب المقابل. ويرجع السبب في اعتماد الترتيب العرضي أساساً إلى قيود الأبعاد الطولية لقناة الفرن. ففي العديد من مصانع الصلب التي كانت قد بدأت الإنتاج دون وجود مرافق للرافعة الثانوية، ولأنها لم تُخصّص عند الإنشاء مساحة كافية لنظام الرافعة الثانوية، فإن إضافة هذه المرافق لاحقاً وفق الترتيب الدوراني التقليدي لا يتيح مساحة كافية للتنفيذ. أما الترتيب العرضي فيتغلب بفعالية على هذا الصعوبة.
تتمثل الميزات الرئيسية لجهاز السلاح الثانوي ذي الترتيب الجانبي المتزاحف في: صغر مسافة الرفع والخفض للسلاح الثانوي، وقصر دورة العمل التي تتراوح بين 120 إلى 150 ثانية، وقلة المساحة التي يشغلها، مما يجعله مناسبًا لأفران القوس الكهربائي بمختلف طرق إصلاح الأفران، كما يمكن استخدامه في مصانع الأفران ذات المسافات الصغيرة جدًا بين الأعمدة، وهو ملائم بشكل خاص للمصانع القديمة التي تُضاف إليها أسلحة ثانوية.
تُستخدم طريقة الانزلاق الجانبي المتقابل في فرن القوس الكهربائي رقم 23 التابع لشركة هوجوفين الهولندية للصلب، وكذلك في أفران القوس الكهربائي بملحمة الصلب الثانية التابعة لشركة شينجيانغ الثامنة المحلية.
تغطي الأنماط الخمسة السابقة لترتيبات السلاح الثانوي بشكل أساسي جميع أنواع الترتيبات الشاملة المتوفرة، ولكل منها مزايا وعيوب، كما تختلف في مدى ملاءمتها للبيئات المختلفة. ويُعدّ اختيار أنسب خطة ترتيب في ظل الظروف المتنوعة هو الهدف المرجو.