0
04136674922

آشنایی با کوره های ذوب القایی در ریخته گری

انسان با گذر از دوران ابزار سنگی و پس از شناخت فلزات، آن­ ها را به تسخیر خود درآورد و از عناصر پیرامون خود مانند آب، خاک و آتش به منظور پیشرفت خود در زندگی کمک گرفت. با گسترش نیازهای انسانی، تقاضا برای استخراج بیشتر و یافتن فلزات جدید در جهت ساختن وسایل و ابزارهای جدید افزایش یافت. این روند از دیرباز تاکنون ادامه داشته که شاهد این امر به ­وجود آمدن دوران عصرهای مفرغ و برنز بوده است. در واقع با گذشت قرون و اعصار تکامل و بهبود فرایندهای ذوب فلزات و ریخته­ گری آن­ ها را در زندگی انسان شاهد هستیم.

یکی از پیشرفت­ های مهم انسانی، ساخت انواع کوره ­های الکتریکی صنعتی بوده که امکان ذوب انواع فلزات را در زمانی کوتاه­ تر و در مکان ­هایی به مراتب کوچک­ تر فراهم ساخته است. این دستاورد، باعث ایجاد و راه ­اندازی کارخانه ­ها و کارگاه ­های کوچک بسیاری در سرتاسر دنیا در جهت ذوب فلزات و تولید انواع مختلف آلیاژهای فلزی شده است. استفاده از انرژی پاک برق و عدم استفاده از سوخت­ های فسیلی، سبب کم­تر شدن تاثیرات نامطلوب و مخرب محیط زیستی و مصرف کم­تر منابع محدود آبی شده است. این محاسن، هم به توسعه روز افزون انواع این کوره ها و هم به اشتغال نیروی انسانی در جوامع کمک کرده است.

 

 

کوره القایی

استفاده از القاء جریان در یک میدان مغناطیسی متغیر، روشی جهت گرمایش و ذوب مواد هادی جریان الکتریکی (معمولاً فلزات) است. در این فرایند، جریان­ های گردابی در داخل فلز تولید شده و مقاومت الکتریکی فلز منجر به گرمایش آن می­ شود.

 

نحوه عملکرد کوره القایی

سه عامل تلفات جریان گردابی یا فوکو، تلفات هیسترزیس و مقاومت یک ماده در برابر جریان القا شده به آن، موجب گرمایش و ذوب فلز می شوند و به عبارتی منبع گرمایش القایی هستند.

 

  • تلفات جریان گردابی

جریان موجود در کلاف­ های مغناطیسی، جریان­ های گردابی یا فوکو را در فلز القا می­ کند که با مقاومت الکتریکی قطعه کار باعث ایجاد حرارت و ذوب فلز می­ شود.

 

  • تلفات پسماند (هیسترزیس)

تلفات هیسترزیس تنها برای مواد مغناطیسی مثل فولاد و نیکل رخ می دهد. این پدیده نشان ­دهنده اصطکاک میان مولکول­ ها در زمانی می­ باشد که ماده ابتدا در یک جهت مغناطیسی شده و سپس در جهت دیگر مغناطیسی شود. با تغییر قطبیت مغناطیسی با توجه به جنس هسته، مقدار انرژی برای چرخش مگنت­ های کوچک داخلی ایجاد شده نیاز است. این انرژی شبیه اصطکاک است و موجب گرمایش ماده می ­باشد.

 

  • مقاومت ماده رسانا

عبور جریان از یک هادی با توجه به میزان مقاومت الکتریکی آن می­ تواند موجب به ­وجود آمدن حرارت در محل عبور جریان شود.

 

در فلزات فرومغناطیس نظیر آهن هر دو نوع تلفات جریان گردابی و هیسترزیس وجود دارد. چون فلز فرومغناطیسی وقتی در میدان مغناطیسی قرار می­ گیرد، خود خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و آهن­ربا می­ شود و با توجه به متغیر بودن میدان مغناطیسی، متناسب با فرکانس جهت میدان عوض شده و در نتیجه تولید حرارت (هیسترزیس) در قطعه کار می ­نماید. از سوی دیگر به ­واسطه القاء مغناطیسی، جریان­ های گردابی (فوکو) در قطعه کار القا می­ شود که این جریان­ های گردابی به ­واسطه حرکت در قطعه کار و مقاومت الکتریکی قطعه کار، مانند هر مقاومت الکتریکی معمولی ایجاد گرما می­­ کند.

پس به­ طور کلی ساز و کار کوره ­های القایی بدین صورت است که عبور جریان متناوب از داخل لوله ­های حلقوی مسی ­باعث ایجاد میدان مغناطیسی (شار) شده که با برخورد و هم­پوشانی این میدان با هسته داخلی که همان قراضه شارژ شده داخل بوته است و در اثر مقاومت الکتریکی که قراضه در زمان عبور جریان از خود نشان می­ دهد، تولید گرمای زیاد می­ نماید که این گرما باعث ذوب شدن قراضه خواهد شد.

در اصل می توان کوره القایی را یک مبدل جریان (ترانسفورماتور) در نظر گرفت که کویل مسی آن، مدار اولیه (سیم پیچ کوره) و قراضه که هادی جریان است، مدار ثانویه (سیم پیچ ثانویه) آن می­ باشد. جریان متناوب سبب می ­شود که جریان به مراتب بزرگ تری در بار کوره القا شود. کویل در کوره به شکل لوله و از جنس مس می ­باشد که دارای سطح مقطع به شکل­ های دایره، چهار گوش و یا D شکل می­ باشد که به ­وسیله دستگاه رول به ­صورت یک سری حلقه (سیم پیچ) در آمده است. در زمان بهره برداری، از داخل کویل آب حرکت می­ نماید که نقش خنک­ کننده را دارد و از تغییر شکل و ذوب شدن کویل به دلیل گرمای تولید شده جلوگیری می­ن ماید.

لازم به ذکر است که جهت حرکت جریان القایی در کویل با جهت جریان در ذوب، عکس یکدیگر می ­باشد که این امر باعث تلاطم و حرکت گردشی ذوب در داخل بوته م ی­شود. هرچه فرکانس کاری پایین ­تر باشد، تلاطم ذوب در داخل بوته سرامیکی کوره بیشتر است که این امر به آلیاژسازی یکنواخت ­تر (مانند انحلال بیشتر و سریع­ تر کربن داخل ذوب در زمان تولید انواع چدن و یا انواع فرو آلیاژها در داخل انواع ذوب) کمک می­ نماید.

 

مزایای استفاده از کوره ­های القایی

مهم ­ترین مزایای استفاده از کوره القایی به شرح زیر است:

– به فضا و مکان وسیع جهت نصب و راه ­اندازی واحد تولید ذوب نیاز نیست.

– به منظور راه ­اندازی نسبت به روش ­های دیگر نیاز به سرمایه­ گذاری کلان ندارد.

– دارای کمترین میزان تولید سر و صدا در زمان بهره ­برداری است.

– تولید انواع آلاینده­ های زیست محیطی در آن در مقایسه با سایر روش­ه ا کمتر است.

– به زمان راه ­اندازی کوتاه ­تری نسبت به روش ­های دیگر نیاز دارد.

– مقدار مصرف مواد اولیه نسوز در آن نسبت به روش­ های دیگر کمتر است.

– مصرف انرژی آن پایین بوده و بهره ­وری بالایی دارد.

 

معایب استفاده از کوره ­های القایی

مهم­ترین معایب استفاده از کور ه­های القایی به شرح زیر است:

– دشواری و عدم توانایی کامل در انجام فرایندهای فسفر زدایی، گوگرد زدایی، کربن زدایی و به اصطلاح تصفیه ذوب (متالورژی ثانویه)

– ظرفیت تولید پایین ­تر نسبت به روش­ های دیگر

– نیاز به تعویض لایه نسوز فرسوده در زمان کوتاه ­تر نسبت به سایر روش­ ها

– نیاز به شارژ تمیز و عدم توانایی در استفاده از سنگ معدن

– انتخاب قراضه شارژی در ابعاد متناسب با ظرفیت کوره (نیاز به دسته­ بندی و برشکاری)

 

 

انواع کوره القایی

به ­طور کلی کوره­ های القایی از لحاظ شکل و وضعیت سیم­ پیچ به دو نوع با هسته فلزی (کانالی) و بدون هسته فلزی تقسیم ­بندی می­ شوند. نوع دیگر تقسیم ­بندی هم بر اساس فرکانس کاری کوره می­ باشد.

 

  • کوره القایی با هسته فلزی یا کوره کانالی

بوته این نوع کوره دارای کانال می­ باشد و یک هسته آهنی لایه ­لایه در داخل این کانال ­ها قرار داشته و دور آن را مواد عایق احاطه نموده است. در کانال، انرژی گرمایی تولید شده به ­وسیله نیروی مغناطیسی به ­طور مستقیم بر فلز پایه اثر می ­گذارد و هم­چنین نیروی مغناطیسی ایجاد شده باعث حرکت ذوب در جهت عکس میدان داخل کانال می­ شود. این نوع کوره در خطوط خودکار به منظور نگهداری ذوب و برای فلزات رنگین مانند مس، برنز و دیگر فلزات با نقطه ذوب پایین، جهت ذوب مورد استفاده قرار می ­گیرد.

لازم به ذکر است که در یک تقسیم ­بندی، این نوع کوره را می­ توان به سه زیر مجموعه تقسیم نمود:

– نوع هسته مستقیم

– نوع هسته عمودی

– نوع هسته غیرمستقیم

 

  • کوره القایی بدون هسته

در این نوع کوره القایی، استفاده از فرکانس بالاتر از فرکانس اصلی، اجازه افزایش قدرت القاء شده به شارژ، بدون نیاز به هسته مغناطیسی را خواهد داد. این نوع کوره القایی به ­طور کلی شامل اجزاء اصلی الکتریکی و الکترونیکی مانند ترانس، کلید اصلی قطع و وصل، خازن، بردهای الکترونیکی، بانک خازن، کلیدهای تغییر وضعیت بوته کوره، نشانگرهای مختلف و غیره می ­باشد. هرکدام از این اجزا یک وظیفه مهم در تبدیل، تنظیم و انتقال نیروی مغناطیسی مورد نیاز برای فرایند تولید ذوب را بر عهده دارد. از این کوره در صنایع تولید قطعات فلزی به روش ریخته­ گری استفاده زیادی می­ شود.

 

تقسیم ­بندی کوره­ های القایی بر اساس فرکانس مورد استفاده

در صنعت کوره ­های القایی بر اساس نوع کاربرد در چهار گروه فرکانسی مختلف ساخته می­ شوند که البته محدوده فرکانسی متفاوتی در منابع مختلف برای آن ذکر شده است. ذکر نوع فرکانس برای کوره القایی بدون هسته ضروری است. بر این اساس کوره ­های القایی را می ­توان به گروه­ های زیر تقسیم­ بندی کرد:

– فرکانس خط یا پایین (۵۰ یا ۶۰ هرتز)

– فرکانس متوسط (۱۵۰ هرتز تا ۱۰ کیلو هرتز)

– فرکانس ­های بالاتر از ۱۰ کیلو هرتز

– چند فرکانسی

ارسال دیدگاه