در ریخته گری فلزات، گرمای مورد نیازی که باید به فلز وارد شود تا به نقطه ذوب برسد از طریق کوره ها اعمال می شود. از کوره برای ذوب فلزات در مراحل اولیه فرایند ساخت و تولید محصولات مختلف استفاده می شود . هر کوره از فناوری های مخصوص متناسب با فرایند تولید استفاده می کند. در ریخته گری، کوره ذوب را به گونه ای طراحی می کنند که حرارت و سوخت کمتری را برای ذوب فلز مصرف کند. انواع کوره های ریخته گری را می توان مطابق شکل زیر دسته بندی نمود:
در این نوشته، به معرفی مختصر انواع این کوره ها پرداخته می شود:
کوره های بوته ای :
این کوره ها، ساده ترین و قدیمی ترین نوع از کوره های ذوب فلزات هستند. کوره های بوته ای معمولاً به دو صورت ثابت و گردان مورد استفاده قرار می گیرند. سوخت مناسب برای کوره های بوته ای، سوخت های فسیلی مایع و گاز می باشد. در میان سوخت های مایع، گازوئیل و مازوت و در سوخت های گازی، گاز شهری به طور وسیع تری مورد استفاده قرار می گیرند. هرچند مازوت یا نفت کوره از گازوئیل ارزان تر است و از ارزش حرارتی بیشتری نیز نسبت به آن برخوردار است ولی به دلیل گرانروی بالا به هنگام استفاده باید پیش گرم گردد، از طرف دیگر مازوت باعث ایجاد آلودگی زیست محیطی مي شود. لذا کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
مهم ترین مزیت ها و محدودیت های کوره های بوته ای از این قرارند:
مزیت ها:
۱- قابلیت ذوب فلزات و آلیاژهای مختلف به دلیل قابل تعویض بودن بوته
۲- سوخت مصرفی ارزان
۳- عدم تماس مستقیم مذاب با سوخت یا محصولات احتراق
۴- مناسب بودن برای واحدهای کوچک و برای تولید با مقادیر پایین
۵- سهولت تعمیر و نگهداری
محدودیت ها:
۱- پایین بودن ظرفیت ذوب
۲- پایین بودن راندمان حرارتی: به دلیل انتقال حرارت از طریق تشعشع و هدایت به مذاب، راندمان حرارتی پایین است و با توجه به نوع سوخت، بین ۱۵ تا ۳۰ درصد می باشد.
۳- کوتاه بودن عمر بوته ها به دلیل تغییرات شدید درجه حرارت (شوک حرارتی) و خوردگی بوته توسط مذاب
۴-محدودیت ذوب کردن فلزات و آلیاژهای با دمای ذوب بالا
کورهای بوته ای (زمینی):
کوره بوته ای در دو نوع متحرک و ثابت ساخته می شود:
الف ـ کوره بوته ای متحرک:
در این کوره ها، بوته ثابت است و برای تخلیه مذاب مجموعه ی کوره قابل خم شدن می باشد و به عبارت دیگر می توان با چرخاندن کوره، مذاب داخل بوته را در ظرف دیگری (بوته یا پاتیل) تخلیه کرد.
ب ـ کوره بوته ای ثابت:
در این نوع کوره، پس از ذوب شدن فلز، می توان بوته را از کوره خارج کرد و پس از انتقال آن به قسمت قالب گیری، عمل بارریزی را به وسیله بوته انجام داد.
اجزای تشکیل دهنده کوره های بوته ای عبارتند از:
بدنه فلزی: استوانه ای است که از یک ورق فولادی به ضخامت ۵ تا ۱۰ میلی متر ساخته شده است. در قسمت پایین این استوانه و به فاصله ۲۰۰ میلی متری از لبه ی پایینی آن، سوراخی به قطر تقریبی ۱۰۰ میلی متر وجود دارد که از آن مشعل یا فارسونگا عبور می کند.
صفحه ی فلزی کف کوره: ورقی است فولادی، هم قطر یا کمی بزرگ تر از قطر بدنه ی فلزی و ضخامت حداقل ۱۰ میلی متر که به بدنه فلزی جوش داده می شود. در وسط این صفحه، سوراخی وجود دارد که قطر آن مساوی قطر داخلی کوره است و در زیر این صفحه، چهار تکه لوله نیز جوش داده شده است.
دریچه ی زیر کوره: صفحه ای است فولادی به ضخامت ۱۰ میلی متر و به شکل دایره که قطر آن مساوی قطر سوراخ وسط صفحه ی فلزی کف کوره است و به وسیله لولا به آن متصل شده است. پس از چرخیدن حول محور لولا، کاملاً در وسط صفحه زیر کوره ای قرار می گیرد و با عبور دادن چند میله از داخل لوله های زیر صفحه ی فلزی کف کوره، این دریچه در محل خود مستقر می گردد و با خارج کردن این میله، دریچه باز می شود.
دیواره نسوز: برای دیرگداز بودن و جلوگیری از انتقال حرارت (تلفات حرارتی)، در داخل بدنه ی فلزی کوره، دیواره ای از مواد نسوز ساخته می شود. این دیواره از دو لایه تشکیل شده است: لایه ی آجری و لایه ی ماسه ای. لایه ی ماسه ای بین بدنه ی فلزی و لایه ی آجری قرار دارد.
درب کوره: از یک حلقه ی فولادی که آجرهای نسوز فرم دار در داخل آن چیده شده اند، تشکیل شده است. قطر این حلقه تقریباً به اندازه ی قطر خارجی کوره است. درب برای جلوگیری از اتلاف حرارت، روی دهانه کوره قرار می گیرد. به دلیل وزن زیاد آن، سیستم های گوناگونی برای قرار دادن آن بر روی دهانه کوره و یا برداشتن آن از روی کوره پیش بینی می شود.
دستگاه دمنده هوا (ونتیالتور): برای ایجاد حرارت در این کوره ها، باید سوخت و هوا با نسبت معینی مخلوط شود و بسوزد. هوای مورد نیاز به وسیله ونتیالتور تامیین می شود.
فارسونگا (مشعل): از یک لوله ی فولادی به قطر تقریبی ۸۰-۱۰۰ میلی متر با یک سر مخروطی تشکیل است. انتهای لوله ی سوخت در داخل آن قرار گرفته و یک سر آن به ونتیالتور متصل است و سر دیگر آن درون کوره است. عمل مخلوط شدن سوخت با هوا و پودر شدن سوخت، در داخل آن انجام می گیرد و به وسیله ی مشعل، مخلوط سوخت و هوا، به درون کوره پاشیده می شود و به همین دلیل به آن سوخت پاش نیز می گویند.
سوخت های مصرفی این کوره ها شامل سوخت های مایع نظیر مازوت، نفت سیاه، گازوئیل، نفت سفید و حتی روغن سوخته موتورهای احتراقی و سوخت های گاز طبیعی و مصنوعی می باشد. در قدیم از سوخت های جامد نیز در این کوره ها استفاده می شد. فشار هوای ایجاد شده به وسیله ی دستگاه دمنده، موجب می شود که سوخت به صورت پودر درآید. هر چه ذرات سوخت بیشتر پودر شوند، احتراق کامل تر انجام می شود. به همین دلیل، سوخت های گازی که تا مرحله ی مولکولی خرد شده اند، نسبت به سایر سوخت ها برتری دارند.
کوره های تشعشعی:
در این نوع کوره ها، شعله به صورت جریانی از روی سطح شارژ حرکت می کند و در اثر تشعشع شعله، شارژ ذوب می گردد. کوره های تشعشعی (انعکاسی) معمولاً در دو نوع ثابت و دوار مورد استفاده قرار می گیرند. کوره تشعشعی ثابت برای ذوب فلزات و آلیاژهای غیرآهنی به کار می رود.
کوره های تشعشعی نوع دوار به طور گسترده ای برای ذوب چدن با ظرفیت های ۳۰۰ کیلوگرم به بالا به کار می رود.
مهم ترین مزیت کوره های تشعشعی عبارتند از:
۱- ـ امکان تهیه مذاب با مقادیر زیاد (بالا بودن ظرفیت مذاب به ویژه در مقایسه با نوع بوته ای)
۲- برخورداری از راندمان حرارتی بیشتر
۳- توزیع یکنواخت درجه حرارت و ترکیب شیمیایی به دلیل به هم خوردن مذاب
محدودیت عمده این کوره ها نیز دشوار بودن کنترل واکنش های شیمیایی میان مذاب و محصولات احتراق می باشد، زیرا به دلیل تماس مستقیم که شعله با سطح مذاب دارد، مقداری از عناصر اصلی موجود در مذاب (کربن و سیلسیم در چدن ها) می سوزند.
کوره کوپل:
این نوع کوره های استوانه ای شکل یکی از قدیمی ترین کوره های ذوب مورد استفاده در کاربردهای ریخته گری است.
داخل گنبد با خاک رس، آجر یا بلوک ردیف شده است که از داخل کوره در برابر سطوح بالاتر گرما، سایش و حتی اکسیداسیون محافظت می کند.ب رای ذوب فلز، اپراتورهای ریخته گری چندین لایه فروآلیاژ، کک و سنگ آهک را در کوره قرار می دهند. در این کوره، ذوب به صورت مداوم تهیه می گردد، به نحوی که مواد اولیه از قسمت بالا به داخل کوره شارژ شده و پس از ذوب شدن از قسمت پایین خارج می گردد.
کوره کوپل به طور وسیعی برای ذوب چدن ها در فرایند ریخته گری به کار می رود. شارژ این کوره ها شامل برگشتی انواع چدن ها، به همراه قراضه آهن و شمش چدن به دست آمده از کوره بلند می باشد.
سوخت این کوره ها، به طور عمده کک و در برخی از موارد سوخت های گازی می باشد.
قابل ذکر است که هر چند در این کوره ها، به دلیل تماس مستقیم مواد شارژ و سوخت، راندمان حرارتی در مقایسه با سایر کوره های با سوخت فسیلی بالا می باشد ولی کنترل ترکیب شیمیایی دشوارتر است.
کوره های الکتریکی:
در این کوره ها حرارت لازم برای ذوب فلز توسط انرژی الکتریکی تامین می گردد. کوره های قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace) و کوره های القایی (Induction Furnace) از نوع کوره های الکتریکی هستند.
اساس کار کوره قوس الکتریکی (EAF) به برقراری قوس الکتریکی بین بار کوره و الکترودهای گرافیتی، تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی و افزایش دمای کوره و در نهایت ذوب بار کوره مربوط است. ۳ عدد الکترود گرافیتی در قسمت بالای کوره های EAF تعبیه شده است که از سقف آن عبور کرده و هر یک به فاز جریان برق متصل می باشند و با شارژ کوره به سمت پایین حرکت کرده و جریان الکتریکی توسط ترنسفورمرها برقرار می شود. جریان الکتریکی با عبور از این الکترودها، باعث ایجاد قوس بین خود الکترودها و بین الکترودها و شارژ کوره شده و حرارت لازم برای ذوب کردن مذاب تامین میشود.
از این کوره ها بیشتر در ذوب فولاد استفاده می شود. برای فولادسازی در این کوره ها ابتدا قراضه آهن داخل کوره ریخته می شود. سپس هم زمان با ذوب قراضه ها، ترکیبی از آهن اسفنجی به همراه مواد سرباره ساز مانند آهک، کک، بنتونیت و دیگر مواد افزودنی به مذاب اضافه می شود. در نهایت فولاد مذاب پس از نمونه گیری، دمش اکسیژن، همگن سازی و آنالیزهای مختلف به دست می آید. سیکل فرایند تولید فولاد با این نوع از کورهها، غالباً کمتر از ۶۰ دقیقه به طول میانجامد. شمش های تولید شده به این روش کیفیت بهتر و در نتیجه قیمت بالاتری دارند، زیرا آنالیز آن ها دقیق تر است. حدود ۳۰ درصد تولید فولاد جهان در این کوره ها انجام می گیرد و در ایران نیز بیشترین مذاب فولاد با این روش تولید می شود.
از دلایل اصلی استفاده اصلی از این کوره ها در ذوب فولادها امکان تصفیه مذاب از ناخالصی های مضر، با ایجاد سرباره مناسب می باشد. زیرا در این کوره ها نسبت سطح مذاب به حجم آن بیشتر میب اشد و در نتیجه عمل تصفیه به خوبی صورت می گیرد. ظرفیت کوره های قوسی تا ۱۰۰ تن هم می باشد.
مزیت های مهم این کوره ها در فولادسازی عبارتند از:
۱- امکان استفاده از قراضه های معمولی به عنوان شارژ
۲- حجم ذوب نسبتاً بالا
۳- امکان تصفیه مذاب
محدودیت اصلی در استفاده از این کوره ها عبارتند از:
۱- بالا بودن هزینه سرمایه گذاری ثابت و هزینه های جاری
۲- محدودیت استفاده از این کوره ها در ظرفیت های کم ذوب
از انواع دیگر کوره های الکتریکی، کوره های القایی هستند. در این کوره ها، حرارت لازم برای ذوب فلز، به وسیله ایجاد جریان القایی حاصل از میدان الکترومغناطیسی تامین می گردد. اساس کار کوره القایی (IF) به القای جريان الكتريكي توسط ميدان مغناطيسي در درون بوته کوره، ايجاد حرارت و در نهایت ذوب بار کوره مربوط است.
در این کوره ها، بار کوره درون بوته ای شارژ می شود كه سیم پیچی شده است. سیم پیچی با کویل های مسی انجام می شود. ولتاژ بالای موجود در کویل اصلی، باعث القای جریان بالا (جريان هاي گردابي يا فوكو) در بار شارژ شده میشود که به عنوان کویل ثانویه عمل میکند. به دلیل مقاومت الکتریکی موجود در فلز، این انرژی الکتریکی تبدیل به گرما شده و باعث ذوب شدن آن میشود. زمانی که فلز کاملاً ذوب شود، میدان مغناطیسی موجود باعث ایجاد یک خاصیت همزنی میشود. در کوره القایی همواره آب در داخل کویل مسی جریان دارد تا از ذوب آن جلوگیری شود.
کوره های القایی از بوته، تاسیسات الکتریکی، تاسیسات خنک کاری، تاسیسات حرکت و تخلیه و محل استقرار کوره و تاسیسات تهویه و غبارگیری تشکیل شده است که در ادامه اجزای مهم این قسمت ها معرفی می شود:
بوته کوره شامل اسکلت فلزی و جداره نسوز آن، کویل مسی، هسته ترانسفورمر، یوک، پلات فرم (سکو) و غیره می باشد. تاسیسات الکتریکی کوره شامل مبدل فرکانس یا اینورتور، ترانسفورماتور، خازن ها، چوک، تابلوهای کنترل، کلیدهای فشار قوی، دژنكتور، سكسيونر، باس بار و غیره است. تاسیسات خنک کاری کوره به منظور خنک کردن کویل های مسی و بدنه کوره با آب و تابلوي مبدل فركانس با آب مقطر شامل مبدل حرارتی، برج خنک کن، پمپ، یونیت آب DM، لوله ها و یونیت های گردش آب و غیره است. خنك كردن تاسيسات الكتريكي هم با فن، کولر و سيستم هاي تهويه مطبوع انجام می گیرد.تاسیسات حرکت و تخلیه و محل استقرار کوره شامل جک ها و یونیت هیدرولیک، میز فرمان، مخزن روغن، شیرها، سیستم چرخ دنده، فونداسیون و اتاق استقرار بوته، چاله تخليه اضطراري و محل های استقرار تاسيسات الكتريكي، هيدروليكي و خنك كن، تابلوها و غیره مي باشد. تاسیسات تهویه شامل غبارگیر می باشد.
کوره های القایی معمولاً به دو صورت هسته دار و بدون هسته مورد استفاده قرار می گیرند.
مزیت های مهم کوره های القایی:
۱- توزیع یکنواخت درجه حرارت و ترکیب شیمیایی در کل مذاب، به دلیل به هم خوردن مذاب
۲- سهولت افزودن عناصر آلیاژی
۳- عدم آلودگی و سر و صدای حاصل از کار کوره در مراحل ذوب
۴- قابلیت ساخت کوره هایی با ظرفیت پایین
محدودیت عمده در استفاده از کوره های القایی عبارت است از عدم امکان تصفیه مذاب از ناخالصی ها، که در این صورت باید از شارژ تمیز استفاده گردد. توضیح اینکه به دلیل وجود تلاطم و نیز سرد بودن مذاب در سطح فوقانی، ایجاد شرایط مناسب در سرباره به منظور تصفیه مذاب امکان پذیر نیست.
نوشته های مرتبط در عصر مواد:
- آشنایی با کوره های ذوب القایی در ریخته گری
- با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت اول: قالب ها
- خلاصه ای از فرایند تولید فروکروم در کوره قوس الکتریکی
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.