ارائه مطالب علمي، تخصصي و عمومي در مورد فولاد

انواع كوره هاي صنعتي و كاربرد آن

 به طور كلي به هر محفظه اي كه براي گرم كردن اجسام تا دماي مشخص استفاده مي شود كوره مي گويند. كوره ها بر اساس توان گرمايي و ظرفيت باري به دو نوع كوره هاي صنعتي و كوره هاي خانگي تقسيم بندي مي شوند.
 

كوره صنعتي چيست؟

 كوره هاي صنعتي با توجه به عملكردشان به دو دسته كلي تقسيم بندي مي شوند :

كوره هاي تر (كوره هاي ذوب)

كوره هاي هستند كه در آن اجسام تغيير فاز داده و از فاز جامد به فاز مايع تبديل مي شوند.كوره هاي

خشك (كوره هاي عمليات حرارتي)

كوره هاي را مي‌گويند كه در آن تمركز بر روي ريز ساختار اجسام است و تغيير فاز جامد به مايع رخ نمي دهد.

 روش ديگر تقسيم بندي كوره ها با توجه به نوع سوخت آن‌ها است كه شامل كوره هاي با سوخت جامد ، سوخت مايع ، سوخت فسيلي و سوخت الكتريكي است.

همچنين كوره ها را با توجه به اتمسفر آن ها نيز مي‌توان تقسيم بندي كرد كه شامل كوره هاي اتمسفر هواگرم ، اتمسفر گازگرم و اتمسفر خلاء است.

كوره هاي ذوب

1- كوره بلند

 كوره‌هاي بلند كه از نوع كوره هاي ذوب هستند، با حجم از ۷۰ مترمكعب تا ۵۰۰۰ متر مكعب طراحي مي‌شوند.

مهم‌ترين هدف واحد كوره بلند، توليد چدن مذاب از سنگ‌آهن معدني است به‌طوري‌كه بتوان آن را در بخش فولادسازي و يا كارگاه چدن‌ريزي استفاده كرد.

چين يكي از اولين كشورهايي است كه در قرن پنجم ميلادي وجود كوره‌هاي بلند ذوب فلزات در آن گزارش شده است.

بزرگترين كوره بلند ايران به حجم ۲۰۰۰ متر مكعب و در ذوب آهن اصفهان احداث شده‌است. كوره‌هاي بلند در دو نوع زنگدار و بدون زنگ ساخته مي‌شوند.

فناوري ساخت كوره بلندهاي ايران سابقاً توسط شوروي سابق و اخيراً توسط شركت پوسكو كره جنوبي وارد ايران شده‌است.

كوره‌هاي روسي اساساً زنگدار و كوره‌هاي كره‌اي با فناوري جديدتر و بدون زنگ ساخته مي‌شوند. در كوره‌هاي بدون زنگ شارژ مواد توسط تجهيزي دوار صورت گرفته و باعث مي‌شود مواد با نظم زيادي در كوره انباشته شود، لذا جريان هواي دم كوره به صورت يكنواخت در بين مواد نفوذ كرده و نهايتاً مصرف  كمتري به همراه خواهد داشت.
 

كوره بلند مدرن آهن

 سيستم cowper stove براي پيش گرم كردن هواي ورودي در كوره بلند بخش مهمي از روش مدرن توليد آهن است.

كوره‌هاي مدرن بسيار كارآمد هستند كه از جمله دلايل آن استفاده از سيستم بازيابي براي استفاده از گرماي گازهاي خارج شده از كوره بلند، افزايش فشار هوا و اينجكت پودر كك مي‌باشد.

علت ديگر آن افزايش مقدار اكسيژن ورودي به كوره است. اين عوامل باعث افزايش توليد آهن، مقدار گازهاي گرمازا و حجم كك مورد استفاده در كوره شده‌است.

فرايند درون كوره

 كوره بلند آهن به شكل يك برج بلند (به ارتفاع ۳۰ تا ۸۰ متر) است كه ديواره داخلي آن از آجر نسوز و ديواره خارجي آن از ورقه‌هاي فولادي ساخته مي‌شود تا امكان اضافه كردن مواد اوليه به صورت پيوسته وجود داشته باشد.

زيرا امكان خاموش كردن كوره براي كوتاه مدت وجود ندارد و اگر كوره اي روشن شود تا چند سال بايد به‌طور مداوم كار كند. كوره‌هاي بلند به صورت مداوم به وسيله لوله‌هاي آبگرد كه در اطراف آن قرار دارد خنك كاري مي‌شوند.

به اين ترتيب سنگ آهن، سنگ آهك و كك با دستوري دقيق از بالاي كوره وارد مي‌شود. براي مدتي از ذغال سنگ استفاده شد كه به علت وجود گوگرد كه باعث شكننده شدن آهن مي‌شد منسوخ شد.

هواي گرم (با دمايي بين ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتي گراد) از پايين توسط شيپورك‌هاي دمنده (tuyeres) وارد و با كك يا همان كربن تركيب مي‌شود و باعث توليد منو كسيد كربن مي‌شوند و گرماي زيادي توليد مي‌كند.

شيپورك‌هاي دمنده هواي گرم به داخل كوره در لايه خارجي داراي پوششي از سراميك و در لايه داخلي داراي پوششي از مس (به علت ضريب انتقال حرارت بسيار خوب) هستند كه در معرض جريان آب به منظور خنك كاري قرار دارند.
 

2- كوره بوته اي

 ساده‌ترين شكل كوره‌هاي صنعتي از نوع بوته‌اي است. كوره بوته‌اي در واقع يك محفظه از جنس مواد نسوز است كه فلز يا مواد با حرارت جداره در آن ذوب مي‌شوند.

حرارت جداره به واسطه اشتعال سوخت‌هاي فسيلي تامين مي‌شود. اين نوع كوره‌ها معمولاً ارزان‌قيمت‌تر بوده و بازده حرارتي كمتري دارند.

از سوي ديگر كاربري اين دستگاه نيز ساده است و به راحتي و در كمترين مدت زمان قابل آموزش خواهد بود. اما نقطه ضعف اين كوره صنعتي در آن است كه دما در نقاط مختلف كوره يكسان نيست. از طرف ديگر به دليل اشتعال سوخت فسيلي، آلايندگي اين نوع كوره نيز زياد است.

3- كوره صنعتي مقاومتي

در كوره مقاومتي براي تامين حرارت كوره، به جاي استفاده از سوخت‌هاي فسيلي، از جريان الكتريسيته استفاده مي‌شود.

جريان برقي كه از المنت‌هاي حرارتي عبور مي‌كند، گرما توليد كرده و دماي كوره را بالا مي‌برد. تنظيم دما در اين نوع كوره صنعتي با دقت زيادي قابل انجام است و اپراتور مي‌تواند به سادگي درجه و شدت حرارت كوره را تنظيم كند.

اما نقطه ضعف اين كوره‌ نيز مصرف زياد برق و متعاقباً هزينه بالاي انرژي است. با توجه به سرعت پايين و هزينه بالاي انرژي كوره‌هاي مقاومتي براي ذوب فلزات مورد استفاده قرار نمي‌گيرند، اما گزينه خوبي براي نگهداري ماده مذاب در فرآيند خط توليد به شمار مي‌روند.

4- كوره القايي

كوره القايي دستگاهي است الكتريكي كه با اعمال ميدان الكترومغناطيس با فركانس و جريان بالا از طريق سيم پيچ مسي به قطعات فلزي دماي آن را به سرعت بالا برده و تا دماي ذوب و حتي بالاتر از آن مي رساند.

ظرفيت كوره‌هاي القايي از كمتر از يك كيلوگرم تا صد تن متغير بوده و براي ذوب آهن و فولاد ،مس، آلومينيوم و فلزات گرانبها كاربرد دارد.

مزيت اصلي كوره القايي فرايند ذوب تميز، كم مصرف و كنترل دقيق متالورژي ماده مذاب در مقايسه با بيشتر روش‌هاي ذوب فلز است.

كوره القايي باعث حركت مواد مذاب مي‌شود و از اين رو در مواردي كه بايد آلياژهاي مختلفي به مواد فلزي مذاب اضافه شود و تركيب به دست آمده يكنواخت شود، از كوره القايي استفاده خواهد شد.

البته تركيب مواد مذاب به اين شكل ممكن است مشكلاتي را به همراه داشته باشد، بنابراين كاربري كوره‌ صنعتي القايي مستلزم تجربه و مهارت بيشتري است.

امروزه بيشتر كارخانه‌هاي ريخته‌گري مدرن از اين نوع كوره‌ها استفاده مي‌كنند و كارخانه‌هاي ريخته‌گري ديگر نيز به دليل آلودگي بالاي كوره هاي بلند، در حال جايگزيني آنها با كوره‌هاي القايي هستند از آنجايي كه از قوس الكتريكي و احتراق استفاده نمي‌شود، دماي مواد بالاتر از حد لازم براي ذوب شدن آن نيست كه كمك مي‌كند عناصر آلياژي ارزشمند از دست نروند.

يك اشكال عمده در استفاده از كوره‌هاي القايي، نداشتن توان تصفيه است. مواد شارژ بايد عاري از محصولات اكسيداسيون بوده و داراي تركيب شناخته شده باشند و مقداري از عناصر آلياژي ممكن است به دليل اكسيد شدن از بين بروند (و بايد دوباره به مذاب اضافه شوند)در گذشته فركانس كاري كوره‌هاي القايي برابر ۶۰ هرتز (فركانس برق شهري آمريكا) بوده، اما با پيشرفت‌هاي بزرگ ايجاد شده در صنعت الكترونيك، روش‌هاي تبديل فركانس حالت-جامد، امروزه كوره‌هايي بسيار بهينه با فركانس‌هايي در محدوده ۷۰ تا ۱۰۰۰۰ هرتز نيز قابل توليد است

دو دسته‌بندي كلي براي كوره‌هاي القايي وجود دارد:

1- كوره القايي بدون هسته (Coreless Type)

2- كوره القايي كانالي (Channel Type)

در كوره القايي بدون هسته يا كورلس، بوته داراي آستر نسوز، به صورت كامل توسط يك كويل مسي خنك شونده توسط آب احاطه شده‌است، در حاليكه در كوره القايي نوع كانالي كويل فقط دور زائده اي از بوته پيچيده شده‌است كه به آن القاگر مي‌گويند.

از كوره‌هاي كورلس بيشتر براي ذوب و سوپرهيت كردن استفاده شده و از كوره‌هاي كانالي بيشتر براي سوپرهيت كردن، دوپلكس كردن و نگهداري مذاب استفاده مي‌شود.

5- كوره قوس الكتريكي

يكي ديگر از انواع كوره‌هاي ذوب، كوره صنعتي قوس الكتريكي(Electric Arc Furnace) است كه به صورت مخفف EAF ناميده مي‌شود.

كوره‌هاي قوس الكتريكي، از طريق ذوب شدن بار كوره توسط قوس الكتريكي ايجاد شده بين الكترودهاي گرافيتي و بار فلزي، كار مي‌كنند.

در اين روش، ابتدا آهن اسفنجي توليد شده در فرايند احياي مستقيم درون كوره قوس الكتريكي ريخته مي‌شود تا ذوب گردد.

دماي اين كوره‌ها به حدي است كه در همان ذوب اوليه فولاد با درصد كربن نسبتاً پايين توليد مي‌شود. سپس فولاد توليدشده درون كوره پاتيلي ريخته مي‌شود تا در آنجا عمليات آلياژسازي انجام شود.

اين عمليات شامل تنظيم كردن ميزان كربن، اضافه كردن عناصر آلياژي و يكدست‌سازي تركيب فولاد است.

اين كوره‌ها اندازه‌هاي متفاوتي داشته و در ايران به صورت كوره‌هاي قوس الكتريكي سنتي (تخليه از ناودان) و EBT (تخليه از كف) استفاده مي‌گردند.

دماي ذوب و تخليه در اين كوره‌ها در حدود ۱۶۰۰ درجه و در بعضي از كوره‌هاي آزمايشگاهي گاهي دما به ۳۰۰۰ درجه سانتي‌گراد مي‌رسد.مهمترين مواد اوليه براي توليد فولاد و چدن در كوره‌هاي قوس الكتريكي عبارتند از آهن قراضه ، آهن اسفنجي، شمش چدن كوره بلند، فرو آلياژهاي آهك و فلورين مي‌باشد.

در ايران عمدتاً از آهن قراضه و از آهن اسفنجي به صورت گندله يا خشته استفاده مي‌گردد كه مي‌تواند به دليل فراواني واحدهاي احياي مستقيم با توجه به در دسترس‌بودن منابع گاز طبيعي در ايران باشد.

كوره‌هاي قوس الكتريكي سرعت و دقت بالايي دارند و در كارخانجات بزرگ ذوب فلزات مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

اين كوره‌ها براي ذوب فلزاتي با دماي ذوب بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند. بنابراين براي فلزاتي با دماي ذوب پايين‌تر نظير آلومينيوم و منيزيم معمولاً كاربرد ندارند. براي ذوب تيتانيوم و فولاد، از كوره‌هاي صنعتي قوس الكتريكي استفاده مي‌شود.

.