معرفی انواع کوره ها در متالورژی

[ghasem motamedi]

معرفی کوره القایی
کوره های ذوبالقایی در ظرفیتهای 5 - 10 - 20 - 50 - 100 - 200 - 300 - 500 کیلوگرم

اپراتوري بسيار ساده بعلت وجود بخش كنترل كامل الكترونيك

- عدم آلودگي واكسيداكسيون بار به علت عدم وجود گاز و شعله اكسيدكننده

- شروع به كار سريعو عدم نياز به پيش گرم يا ذوب اوليه

- سرعت بالاي انجام عمليات در مقايسهبا ساير كوره ها

- راندمان بسيار بالاترنسبت به كوره هاي سوختي

- قابليت تهيه آلياژهاي يكنواخت به علت چرخش داخل مذاب

- قابليت تهيه ونگهداري ذوب در ظرفيت هاي مختلف

- سادگي عمل تغذيه و تخليه

- امكانكنترل دقيق درجه حرارت

- قابليت ذوب قراضه

- اشغال فضاي كمتر نسبتبه ساير كوره ها

- عدم تاثير بر آلودگي محيط زيست
تكنولوژي كورة القايي يك تكنولوژي استراتژيك و پركاربرد است كه از جمله در ذوب فلزات با استفاده از انرژي الكتريكي كاربرد دارد.زيربناي صنايع سنگين هر كشور، صنايع ذوب فلزات است. زيربناي صنايع ذوب نيز صنايع كوره سازي است.لذا از اينجا اهميت صنايع كوره­سازي بوضوح روشن مي گردد.
در گذشته بيشتر از كوره هاي سوخت فسيلي براي ذوب فلزات استفاده مي شد . آلودگي محيط زيست، راندمان پايين، سروصداي زياد، عدم يكنواختي مذاب، عدم توانايي ذوب فلزات ديرگداز و مسائلي از اين قبيل، مشكلاتي بود كه اين كوره ها به همراه داشتند.
در چند دهة اخير توجه متخصصين و دست اندركاران كوره سازي بهاستفاده از انرژي الكتريكيدر اين زمينه جلب شد و نسل جديدي از كوره هاي الكتريكي بوجود آمد كه از اين ميان به دو مدل از كوره هاي ذوب مي توان اشاره نمود:

1-كوره­هايقوس الكتريك

2- كوره­هاي القايي

كوره هاي قوس الكتريك براي ذوب فولاد و به منظور فولادسازي مورد استفاده قرار مي­گيرد كه فعلاً بحث دربارة آن مورد نظر نيست. اما دربارة كوره هاي القايي و يا به عبارتي تكنولوژي گرمايش القايي، زمينة بحث بسيار گسترده و عميق است كه مختصري درباره آن صحبت مي­كنيم:

تكنولوژي گرمايش القايي در واقع توليد حرارت توسط ميدان متغير مغناطيسي قوي است كه توسط سيستمهاي مختلفي قابل توليد است.در گذشته اين ميدانها را توسط ژنراتورهاي ديناميكي توليد مي كردند. بدين شكل كه يك ژنراتور فركانس متوسط را با يك موتور سه فاز كوپل مي كردند و با اضافه كردن يكسري خازن در مدار رزونانس، جريان­هاي متغيري را در داخل كويل گرمكن بوجود مي آوردند. بر اين مبنا حرارت در قطعة قرارداده شده در كويل بوجود مي آمد.

با پيشرفت تكنولوژي "الكترونيك قدرت" و ساخته شدن سوئيچهاي سريع و قوي، نسل جديدي از ژنراتورها بوجود آمد كه اصطلاحاً به آنها ژنراتورهاي استاتيكي گفته مي­شود. در اين نوع ژنراتورها حركت مكانيكي وجود ندارد. به­اضافه اينكه كنترل قدرت ژنراتور بسيار دقيقتر و كاملتر ميسر است.
نكتة مهم ديگر اينست كهساخت كورة القايي يك كار تكنولوژي‌بر است.حداكثر 20 الي 30 درصد قيمت يك كوره, مواد به كار رفته در آن مي‌باشد و بقيه قيمت تكنولوژي آن است. به همين دليل است كه تكنولوژي آن را به ما نمي‌فروشند. البتهدولت ارزش اين تكنولوژي را درك نمي­كند و براي وام گرفتن، تنها ملك و زمين را به عنوان وثيقه قبول دارند و تكنولوژي را كه 50 ميليون دلار ارزش دارد به عنوان وثيقه قبول ندارند و براي آن ريالي ارزش قائل نيستند.
اهميت اين تكنولوژي در اين مطلب نهفته است كه زير بناي بسياري از تكنولوژيها و صنايع مي باشد و به عبارتي اكثر صنايع سنگين به نوعي به اين تكنولوژي وابسته اند. مطلب دوم اينكه اين تكنولوژي خود بسترساز بسياري از تكنولوژيهاي ديگر است كه به نوبة خود براي كشور مفيد خواهند بود. با توجه به نياز كشور به اين تكنولوژي به نظر مي رسد مي بايد نظر مسئولين مربوطه نسبت به اين صنعت بيشتر جلب گردد تا در آينده بتوانيم شاهد شكوفايي و رشد و ترقي روزافزون اين تكنولوژي در كشور باشيم.





مزاياي كوره هاي القايي نسبت به ساير كوره ها
-اپراتوري بسيار ساده بعلت وجود بخش كنترل كامل الكترونيك
-عدم آلودگي و اكسيداكسيون بار به علت عدم وجود گاز و شعله اكسيدكننده
-شروع به كار سريع و عدم نياز به پيش گرم يا ذوب اوليه
-سرعت بالاي انجام عمليات در مقايسه با ساير كوره ها
-راندمان بسيار بالاترنسبت به كوره هاي سوختي
-قابليت تهيه آلياژهاي يكنواخت به علت چرخش داخل مذاب
-قابليت تهيه و نگهداري ذوب در ظرفيت هاي مختلف
-سادگي عمل تغذيه و تخليه
-امكان كنترل دقيق درجه حرارت
- قابليت ذوب قراضه
- اشغال فضاي كمتر نسبت به ساير كوره ها
- عدم تاثير بر آلودگي محيط زيست
كوره هاي القايي
كوره هاي القايي در مقايسه با كوره هاي سوخت فسيلي داراي مزاياي فراواني از جمله دقت بيشتر ، تميزي و تلفات گرمايي كمتر و ... است . همچنين در كوره هايي كه در آنها از روشهاي ديگر ، غير القاء استفاده مي شود ، اندازه كوره بسيار بزرگ بوده و در زمان راه اندازي و خاموش كردن آنها طولاني است .
عبور جريان از يك سيم پيچ و استفاده از ميدان مغناطيسي براي ايجاد جريان در هسته سيم پيچ ، اساس كار كوره هاي القايي را تشكيل مي دهد . در اين كوره ها از حرارت ايجاد شده توسط تلفات فوكو و هيسترزيس براي ذوب فلزات يا هرگونه عمليات حرارتي استفاده مي شود .
نخستين كوره القايي كه مورد بهره برداري قرار گرفت از شبكه اصلي قدرت تغذيه ميشد و هيچگونه تبديل فركانسي صورت نمي گرفت . با توجه به اينكه افزايش فركانس تغذيه كوره موجب كاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان (تلفات) مي شود ، براي رسيدن به اين هدف ، در ابتدا منابع تغذيه موتور ژنراتوري مورد استفاده واقع گرديد .
هر چند با اين منابع مي توان فركانس را تا حدودي بالا برد ، ولي محدوديت فركانس و عدم قابليت تغيير آن و در نهايت عدم تطبيق سيستم تغذيه با كوره ، دو عيب اساسي اين سيستمها به شمار ميرفت . با توجه به اين معايب ورود عناصر نيمه هادي به حيطه صنعت موجب گرديد منابع تغذيه استاتيك جايگزين منابع قبلي شوند .
در سال 1831 ميلادي مايكل فارادي (Faraday) با ارائه اين مطلب كه اگر از سيم پيچ اوليه اي جريان متغيري عبور كند ، در سيم پيچ ثانويه مجاورش نيز جريان القاء ميشود ، تئوري گرمايش القايي را بنا نهاد . علت اصلي اين پديده القاء ، تغييرات شار در مدار بسته ثانويه است كه از جريان متناوب اوليه ناشي ميشود . نزديك به يكصد سال اين اصل در موتورها، ژنراتورها ، ترانسفورماتور ها ، وسايل ارتباط راديويي و ... بكار گرفته مي شد و هر اثر گرمايي در مدارهاي مغناطيسي به عنوان يك عنصر نا مطلوب شناخته مي شد .
در راستاي مقابله با اثرات حرارتي در مدارهاي مغناطيسي و الكتريكي از سوي مهندسين گامهاي موثري برداشته شد . آنها توانستند با مورق نمودن هستهِ مغناطيسي موتورها و ترانسفورماتورها ، جريان فوكو(Eddy Current) را كه عامل تلفات حرارتي بود مينيمم نمايند .
به دنبال آزمايشات فارادي ، قوانين متعددي پيشنهاد شد . قوانين لنز (Lenz) و نيومن (Neuman) نشان دادند كه جريان القاء‌ شده با شار القايي مخالفت كرده و به طور مستقيم با فركتنس متناسب مي باشد . فوكو (Focault) در سال 1863 در مقاله اي تحت عنوان "القاء جريان در هسته" (The Induction Of Current in Cores) كه توسط هويسايد (Heviside) منتشر گرديد نظريه اي راجع به جريان فوكو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژي از يك كويل به يك هسته توپر بحث نمود . علاوه بر افراد فوق ، تامسون (Thomson) نيز در ارائه نظريه گرمايش از طريق القاء سهم بسزايي داشت .
در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوكو و هيسترزيس به عنوان منبع گرمايش القائي از طرف مهندسين مطرح شد . همچنين در اوايل قرن اخير در كشورهاي فرانسه ، سوئد و ايتاليا بر اساس استفاده از خازنهاي جبران كننده توان راكتيو پيشنهاداتي براي كوره هاي القايي بدون هسته ارائه شد . در اين پيشنهادات بيشتر ذوب فلزات در فركانسهاي مياني مورد نظر بود .
دكتر نورث روپ (Northrup) ايده كوره با فركانس مياني را براي موارد صنعتي گسترش داد . در روزهاي نخستين ، بر اثر نبود امكانات از جمله خازنهاي با ظرفيت كافي و قابل اطمينان ، توسعه و پيشرفت متوقف شد . بعدها در سال 1927 كمپاني كوره هاي الكتريكي (Electrical Furnace CO. [EFCO.]) نخستين كوره الكتريكي با فركانس مياني را در شفيلد انگلستان و به منظور آهنگري و گرمادهي موضعي فلزات جهت اتصال به يكديگر ، نصب كرد .
بعد از اين ، تعداد و اندازه اين كوره ها رو به افزايش گذاشته است . لازم به ذكر است كه مزيتهاي ديگر كوره هاي القايي همچون دقت زياد براي گرم كردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحي سطحي در طي پيشرفتهاي بعدي ( در سالهاي جنگ جهاني دوم ) بيشتر آشكار شد . در گرمايش القايي عدم نياز به منبع خارجي گرم كننده ، تلفات گرمايي كمتر شده و تميزي شرايط كار تامين ميگردد . در اين روش همچنين نيازي به تماس فيزيكي بار و كويل نبوده و علاوه بر اين چگالي توان بالا در مدت زمان گرمايش كم به آساني قابل دسترس مي باشد .
در ابتدا كوره هاي القايي مستقيماً از شبكه قدرت تغذيه مي شدند كه بنوبه خود گام موفقي در استفاده از توان الكتريكي جهت عمليات حرارتي بحساب ميآمد .
از آنجائيكه تلفات فوكو و هيسترزيس با فركانس نسبت مستقيم دارند و اينكه ابعاد كويل كوره با بالا رفتن فركانس كاهش مي يابد ، مهندسين به فكر تغذيه كوره در فركانسهاي بالاتر از فركانس شبكه قدرت افتادند . اولين قدم در اين راه استفاده از فركانسهاي دو برابر و سه برابر كه از هارمونيكهاي دوم و سوم بدست مي آمدند ، بود .
اين هارمونيكها بر خلاف طبيعت مخرب خود در اين نوع كاربرد سودمند تشخيص داده شدند . پائين بودن راندمان در استفاده از هارمونيكهاي فوق موجب گرديد طراحان روش ديگري را مورد استفاده قرار دهند در اين مرحله سيستم موتورـژنراتور توسعه يافت كه با استفاده از اين سيستم توانستند فركانس تغذيه را تا صدها هرتز افزايش دهند . در كوره هاي القايي افزايش فركانس باعث كاهش عمق نفوذ جريان القايي ميگردد لذا در عمليات حرارتي سطحي كه سختكاري سطح فلز ، مورد نظر مي باشد از كوره هاي القايي با فركانس بالا استفاده مي شود .
با ورود عناصر نيمه هادي مانند تريستورها ، ترانزيستورها و موسفت ها به حيطه صنعت محدوديت فركانس و عدم تغيير آن ، در تغذيه كوره ها مرتفع شد .

از لحاظ سيستم قدرت ميتوان سيستمهاي القايي را به چهار دسته اساسي تقسيم نمود :
الف ) سيستمهاي منبع (Supply Systems)در اين سيستمها كه فركانس كار آنها بين 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز مي باشد احتياجي به تبديل فركانس نيست و با توجه به فركانس كار ،‌ عمق نفوذ جريان زياد بوده و حدود 10 تا 100 ميليمتر مي باشد . همچنين مقدار توان لازم تا حدود چندين صد مگا وات نيز ميرسد .
ب ) سيستمهاي موتورـژنراتور (Motor-Generator Systems)
فركانس اين سيستمها از 500 هرتز تا 10 كيلو هرتز مي باشد . در اين سيستمها تبديل فركانس لازم بوده و اين عمل بوسيله ژنراتورهاي كوپل شده با موتورهاي القايي صورت مي پذيرد . همچنين در اين سيستمها توان به وسيله ماشينهاي 500 كيلو وات تامين ميگردد و براي بدست آوردن توانهاي بالاتر ،‌ از سري كردن ماشينها استفاده ميشود . عمق نفوذ در اين سيستمها به خاطر بالاتر بودن فركانس نسبت به سيستمها منبع ، كمتر بوده و در حدود 1 تا 10 ميليمتر است .
ج ) سيستمهاي مبدل نيمه هادي (Solid-State Converter Systems)
در اين سيستمها فركانس در محدوده HZ 500 تا KHZ‌100 بوده و تبديل فركانس به طرق گوناگوني صورت ميپذيرد . در اين سيستمها از سوئيچهاي نيمه هادي استفاده ميشود و توان مبدل بستگي به نوع كاربرد آن تا حدود MW2 ميتواند برسد .
د ) سيستمهاي فركانس راديويي (Radio-Frequency System) فركانس كار در اين سيستم در محدوده KHZ 100 تا MHZ10 مي باشد . از اين سيستمها براي عمق نفوذ جريان بسيار سطحي، در حدود 1/0 تا 2 ميليمتر استفاده مي گردد و در آن از روش گرمايي متمركز با سرعت توليد بالا استفاده ميگردد
كوره هاي ذوب القايي در فولادسازي چه هستند؟


امروزه ذوب القايي به صورت گسترده اي در توليد و ريخته گري فولادها و همچنين ذوب آلومينيوم، مس، روي و ساير انواع فلزات غيرآهني استفاده مي شود. از مزاياي ذوب القايي به عنوان مثال مي توان به راندمان بالاي مواد و محيط پاك اشاره كرد كه باعث تمايل توليدكنندگان محصولات فلزي به كوره هاي ذوب القايي شده است.
در كوره هاي ذوب القايي، جريان الكتريكي القا شده توسط ميدان مغناطيسي، ايجاد حرارت مي كند و اين حرارت باعث ذوب جسم (معمولافلزات) مي شود. فلز درون بوته اي قرار مي گيرد كه اطراف آن كلاف هاي مغناطيسي پيچيده شده است و توسط جريان آب خنك مي شوند. جريان موجود در كلاف هاي مغناطيسي، جريان هاي گردابي يا فوكو (Eddy Current) را در فلز القا مي كند كه باعث ايجاد حرارت و ذوب فلزمي شود.
مهم ترين انواع كوره هاي القايي، كوره القايي بي هسته (Coreless furnace) و كوره القايي كانالي (Channel Furnace) هستند.
در كوره القايي بدون هسته فلز درون يك پوشش نسوز كه به وسيله كلاف احاطه شده است، نگهداري مي شود. در اين حالت كوره ذوب القايي مشابه يك ترانسفورماتور بدين ترتيب كه فلز مانند يك كلاف ثانويه در ترانسفورماتور عمل مي كند و با اعمال نيرو به كلاف اوليه احاطه كننده فلز، جريان هاي گردابي القا شده و توليد حرارت مي كند. پس از ذوب فلز، هم زدن و همگن سازي به طور طبيعي و در اثر وجود نيروها و جريان هاي الكترومغناطيسي اتفاق مي افتد. با انتخاب دقيق فركانس و نيرو مي توانند سرعت ذوب و همگن سازي را كنترل كرد.
كوره هاي القايي كانالي در گذشته عموما براي نگهداري فلز مذاب در يك دماي مشخص كاربرد داشته اند، اما امروزه گاهي اوقات براي ذوب فلزات نيز به كار مي روند. اين كوره شامل يك القاگر (سلف) به عنوان منبع توليد انرژي است كه از چندين رشته كلاف كه توسط آب خنك مي شوند، تشكيل شده است. اين كوره ها تلاطم سطحي كمتري در بوته نگهداري فلز مذاب دارند، در نتيجه خروج گاز و مواد فرار با مشكل مواجه مي شود. لذا جهت عمليات ذوب، كوره القايي بي هسته ترجيح داده مي شود و كوره كانالي بيشتر به منظور نگهداري فلز مذاب در يك دماي مشخص مورد استفاده قرار مي گيرد.
در حالي كه كوره هاي ذوب القايي كانالي داراي فركانس خطي هستند، كوره هاي بدون هسته مي توانند از هر سه نوع فركانس خطي (60هرتز)، فركانس متوسط (1200-200هرتز) و فركانس بالا(بيش از 1200هرتز) باشند. با توجه به اينكه شروع به كار كوره هاي فركانس خطي با شارژ ماده سرد بسيار آهسته است، استفاده از كوره هاي فركانس متوسط و بالامورد توجه بيشتري قرار دارد.
استفاده از كوره هاي ذوب القايي در ظرفيت هاي پايين تر از 40تن مي تواند منجر به توليد مذاب با كيفيت مناسب و ارزان شود. از مزاياي اين نوع كوره ها مي توان به اپراتوري و كاركرد آسان و همچنين افزايش راندمان ذوب فلز اشاره كرد. امكان راه اندازي و شروع به كار فوري كوره باعث كاهش در زمان رسيدن به دماي كاركرد مي شود. وجود همگن سازي به صورت طبيعي و توليد مذاب پاك و عدم نياز به سيستم هاي كنترل آلودگي با هزينه بالااز مزاياي ديگر كوره هاي القايي محسوب مي شود. از ديگر نكات مثبت اين كوره ها مي توان به موارد زير اشاره كرد:
* عدم نياز به فضاي زياد و توانايي افزايش سرعت ذوب در كوره هاي كوچك
* مصرف كمتر مواد، به خصوص مواد نسوز و كاهش زمان تعويض پوشش هاي نسوز و عدم نياز به مصرف الكترود گرافيتي
* پايين بودن آلودگي صوتي به نسبت انواع ديگر كوره هاي ذوب به ميزان قابل توجه
* بهره وري بالاي انرژي
* هزينه پايين سرمايه گذاري و تجهيزات جانبي
از طرف ديگر مهمترين اشكال كوره هاي القايي دشواري در فرآيند فسفرزدايي و انجام عمليات متالوژيكي ثانويه است. در نتيجه وجود كوره هاي پاتيلي (Ladle Furnace) در كنار اين كوره ها جهت انجام فرآيند تصفيه و افزودن عناصر آلياژي لازم است. از ديگر معايب اين كوره ها، ظرفيت پايين تر توليد به نسبت كوره هاي قوس الكتريك مي باشد. همچنين در كوره هاي القايي بايد از قراضه با كمترين آلودگي و مواد اكسيدي استفاده نمود كه گاهي اين مساله دشوار و باعث افزايش هزينه هاي اوليه مي گردد.
همچنين استفاده از آهن اسفنجي به عنوان شارژ كمكي براي تنظيم خواص شيميايي در اين كوره ها موجب بهبود عملكرد كوره هاي ذوب القايي شده است. با استفاده از آهن اسفنجي ميزان كربن مذاب براساس مشخصات خواسته شده قابل تنظيم بوده و باتوجه به اينكه در آهن اسفنجي عناصر و فلزات مضر وجود ندارد، فلز مذاب به دست آمده تميز و عاري از عناصر مضر خواهد بود.
قبل از ورود مواد فلزي به كوره آناليز شيميايي اين مواد جهت دستيابي به مشخصات نهايي محصول، به دقت كنترل مي شود. اگر ميزان كربن، گوگرد و فسفر در شارژ فلزي بالاباشد، مقدار بيشتري آهن اسفنجي به كوره شارژ مي شود، پس از اتمام 80درصد ذوب، نمونه اي از كوره گرفته مي شود و در صورتي كه مقدار كربن همچنان بالاباشد، مجددا نرمه آهن اسفنجي به كوره شارژ مي شود.
از طرفي بايد درنظر داشت به دليل اينكه آهن اسفنجي داراي تخلل مي باشد و همين عامل باعث مقاومت در عبور جريان مي شود، جهت جلوگيري از مصرف بالاي برق، حداكثر مي توان 60-50 درصد شارژ فلزي را به آهن اسفنجي اختصاص داد.
تحقيقات جديد و توسعه در تامين نيرو با فركانس هاي متغير، بهبود در پوشش هاي نسوز، طراحي القاگر با توان بالا، بازيافت حرارت كوره و استفاده از سيستم هاي كامپيوتري و اتوماسيون موجب بهبود راندمان كوره هاي ذوب القايي و تمايل به استفاده از آنها شده اند. علاوه بر اين، در سال هاي اخير با تكنولوژي كوره هاي القايي دوقلو كه داراي دوبوته هستند، امكان افزايش راندمان و سرعت توليد مذاب فراهم شده است.
فرآيند ذوب القايي روشي است كه به وسيله جريان هاي گردابي القا شده توسط ميدان الكترومغناطيسي متغير، در ماده هادي الكتريسيته (معمولافلزات) حرارت ايجاد نموده و فرآيند ذوب انجام مي شود. اساس كار اين روش مشابه ترانسفورماتور است.

قسمت هاي مختلف كوره القايي



به طور كلي قسمت هاي مختلف كوره هاي القايي عبارتند از :
الف : بوته
حاوي اسكلت فلزي كوره ، كويل ، جداره نسوز ، هسته ترانسفورمر، بوغها (yokos) پلات فرم ( سكو)
ب: تاسيسات الكتريكي
شامل دژنكتور، ***يونر، ترانسفورماتور، مبدل فركانس ، خازن ها ، چوك ها ، كليد هاي كولر ها، مكنده ها و تابلو هاي كنترل
ج:تاسيسات خنك كن:
تاسيسات الكتريكي كوره القايي مثل ترانسفورماتور، چوك ، خازن ها ، كليد هاي فشار قوي و تابلوي مدار فرمان در محدوده ي زماني خاصي مي توانند كار كنندو اگر از حد معيني گرمتر شوند باعث ايجاد مشكلاتي مي گردند ، لذا اين تاسيسات بايد خنك گردند ، خنك كردن تاسيسات الكتريكي مي تواند با فن اركانديشن يا كولر گازي صورت گيرد .
كويل و بدنه كوره در كوره هاي بوته اي و كويل ، پوسته ي اينداكتور ، پوسته خنك كن و گلوئي كوره در كوره هاي كانال دار نيز بايد خنك شوند اين قسمتها عموما با آب خنك مي گردند ( برخي از كوره هاي كوچك كانال دار بگونه اي طراحي مي شوند كه تمام قسمت هاي ذكر شده يا قسمتي از آن با هوا خنك مي شود) و تاسيسات مخصوصي شامل مبدل هاي حرارتي ، پمپ ، برج خنك كن و غيره را دارا مي باشد و معمولا مقصود از تاسيسات خنك كن همين قسمت مي باشد
د:تاسيسات حركت بوته :
براي كوره هاي بزرگ هيدروليكي و براي كوره هاي كوچك مكانيكي يا هيدروليكي است و شامل جك هاي هيدروليك، پمپ هيدروليك ، مخزن روغن ، شيرها ، ***** ها ، ديگر تاسيسات هيدروليك و ميز فرمان هيدروليك يا سيستم هاي چرخ دنده اي دستي يا چرخ دنده اي موتور دار
ه:محل استقرار كوره
شامل اتاق محل استقرار بوته (Furnace Pit) ، فونداسيون ، چاله تخليه اضطراري ، محل استقرار تاسيسات الكتريكي ، هيدروليكي و خنك كن و محل استقرار تابلو هاي مدار فرمان ، تابلوي كنترل مدار آب و ميز فرمان هيدروليك مي باشد .
و:تاسيسات تهويه
تاسيسات دوده و غبارگير ، بخصوص در كوره هاي بوته اي بزرگ را نيز مي توان از تاسيسات مهم به حساب آورد .
تاسيسات كوره هاي القايي

cable_selection_small.jpg

coils_and_cables_steve_photos_023_small.jpg

damaged_coil_4_small.jpg

hot_crucible_small.jpg

indexpagebusbar_small.jpg

same_finished_coil_2_small.jpg

small-melting_small.jpg

هر كدام از شش قسمت فوق مسائل و برنامه تعمير و نگهداري مخصوص دارد كه اين برنامه بسته به نوع كوره ( كانال دار ، بوته اي ) ظرفيت بوته ، فركانس كوره ( خطي،متوسط،بالا)، سيستم خنك كن كوره ، سيستم حركت بوته و نوع جداره ي نسوز تفاوت هايي داشته اما در اصول همساني زياد وجود دارد .
به طور كلي مسائل مربوط به كوره هاي القايي بوته اي و كانال دار از جمله عوامل موثر در كار كوره ، چگونگي كنترل خوردگي و سايش و ... با يكديگر تفاوت هايي دارند لذا بهتر است در اين بررسي هر كدام به صورت جداگانه مورد مطالعه قرار گيرند .

عوامل موثر دركار كوره هاي القايي



عوامل موثر در كار كوره



مهمترين عوامل موثر در بالا بودن راندمان كاري كوره عبارت است از : اجراي دقيق برنامه تعمير و نگهداري كوره ، شارژ مناسب ، اپراتوري صحيح ، وضعيت جداره نسوز .

اجراي دقيق برنامه تعمير و نگهداري كوره

كوره هاي القايي بسته به نوع آن ( كانال دار ، بدون هسته ) ، ظرفيت آن ، مقدار فركانس ، نوع سيستم خنك كن ، سيستم حركت بوته و نوع جداره نسوز برنامه
تعمير و نگهداري مخصوص به خود دارد و بايد به دقت اجرا شود ، اصول و خطوط كلي تعمير و نگهداري كوره القايي در قسمت هاي بعدي به آن خواهيم پرداخت
شارژمناسب

كوره هاي بدون هسته ذوب القايي با فركانس پايين تر از 250 هرتز تمام ذوب خود را تخليه نمي كنند تازمان شارژ بعدي كوتاه تر شود ، به علت وجود ذوب در اين كوره ها مواد شارژبايد عاري از روغن و رطوبت باشد در غير اين صورت خطر پاشش ذوب و قطعات شارژ جامد به بيرون از كوره وجود دارد ضمنا وجود روغن و ديگر مواد آلي باعث ايجاد دود در كارگاه مي شود سرد بودن سرباره نسبت به ذوب در كوره هاي القايي ضمن اينكه اين كوره ها را در امر احياي مداد اكسيدي ناتوان مي كنند باعث مي شود اين كوره ها نتوانند مقدار زياد مواد اكسيدي ، خاك و سرباره را تحمل كنند و وجود مقادير زياد مواد غير فلزي غير آلي باعث ايجاد پل بالاي ذوب بخصوص هنگام سرد بودن ذوب مي شود كه خود مي تواند مشكلاتي را در كار كوره ايجاد كند
ابعاد نامناسب شارژ نيز مي تواند هم مستقيما به جداره صدمه بزند و هم در ايجاد پل روي ذوب كمك نمايد.
اپراتوري صحيح

چرخش و تلاطم مذاب در كوره هاي القايي بدون هسته بخصوص با فركانس هاي پايين تر باعث مي شود تهيه ذوب با آناليز معين و همگن و درجه حرارت مشخص و يكنواخت ، ساده تر باشد .
با اين حال براي بالا رفتن راندمان و سلامت كوره اصولي در كار با كوره بايد رعايت كرد ، انتخاب شارژ مناسب ، دماي صحيح ذوب در مراحل مختلف فرآيند تهيه ذوب ، شارژ كوره به روش صحيح و مقادير معين ، توجه به تابلو هاي مدار فرمان و ابزار و وسايل هشدار دهنده و توجه به مسائل ايمني از جمله وظائفي است كه اپراتور كوره ( كوره دار) هنگام كار با كوره بايد رعايت كند ، اپراتوري كوره با توجه به نوع كوره ، ظرفيت آن ، نوع ذوب تهيه شده ، نوع شارژ جامد و پارامتر هاي ديگر تفاوت مي كند .
برنامه تعمير و نگهداري كوره ، انتخاب شارژ مناسب و اپراتوري صحصح از جمله دستور العمل هايي است كه معمولا فروشنده يا سازنده كوره همراه كوره ارسال مي كند و مي بايست جهت سلامت و بالا بودن راندمان كوره به آن ها عمل كرد .
وضعيت جداره نسوز :

جداره كوره هاي القايي مي تواند در اثر سايش مكانيكي به وسيله ذوب و شارژ جامد ، خوردگي شيميايي به وسيله سرباره ، ذوب و آتمسفر كوره شوكهاي مكانيكي و حرارتي كندگي و انهدام در اثر برخورد وتصادم با شارژ جامد ، شيوه شارژ نامناسب وغير متناسب بودن ابعاد و كيفيت شارژ ، درجه حرارت بيش از اندازه بالاي ذوب آسيب ديده يا نازك گردد (نصب و پخت نا صحيح جداره و هرگونه انفجار به هر دليلي داخل كوره نيز مي تواند باعث انهدام يا آسيب به جداره نسوز شود . ) ويا در اثر رسوب مواد غير فلزي ، غير آلي بر جداره ضخيم گردد كه در هر دو مورد براي كوره مضر مي باشد مورد اول ( نازك شدن جداره ) گر چه در مرحله اول باعث بالا رفتن توان گرمايي كوره مي شود ولي در مجموع عمر جداره پايين آورده و گاهي باعث توقف اضافي مي گردد . مورد دوم ( ضخيم شدن جداره ) باعث پايين آمدن راندمان كوره شده و گاهي در شارژ كردن نيز اخلال ايجاد مي كند ، براي شناخت علل ضخيم شدن جداره و نازك شدن جداره بر اثر فعلا و انفعالات شيميايي بايد ترمومتالورژي ذوب ، سرباره ، آتمسفر كوره و آستر نسوز را شناخت . به عنوان مثال وجود اكسيد هاي قليايي در ذوب الومينيم در كروه هاي با جداره آلومينيايي باعث اكسيد شدن آلومينيم مذاب و تشكيل آلومينا و رسوب آن بر جداره و نتيجه ضخيم شدن جداره مي گردد در صورتي كه وجود اكسيد هاي قليايي در كوره هاي با جداره سليسي باعث خوردگي شديد آستر نسوز مي گردد .
كنترل خوردگي و سايش

جداره كوره هاي بوته اي بسته به شرايط كاري ، نوع ذوب ، نوع جداره از نظر شيميايي و فيزيكي ، نحوه نصب ، رطوبت گيري و پخت آستر ، نوع و كيفيت شارژ جامد و نحوه شارژ مي تواند هنگام كار ضخيم گردد يا اينكه در اثر سايش ، فرسايش ، خوردگي شيميايي نازك گردد ، نازك شدن به مفهوم نزديك شدن جداره و نزديك شدن ذوب به كويل فوران مغناطيسي جذب شده توسط كويل افزايش پيدا كرده نتيجتا آمپري كه توسط كويل در يك ولتاژ معين كشيده مي شود با يك حجم ذوب معين ( درجه حرارت ذوب تاثير جزئي بر آمپر كشيده شده دارد ، به هر حال دقيق تر است كه درجه حرارت هم تقريبا جهت مقايسه يكسان باشد در كوره هايي كه فركانس متغيير است مقايسه بايد در يك فركانش مشخص صورت گيرد )در حالت جداره ي نو با حالت جداره خورده شده مقايسه گردد افزايش آمپر مشاهده خواهد شد . با اضافه شدن مقدار آمپر كشيده شده كه بيانگر جدب بيشتر فوران مغناطيسي توسط ذوب است خاصيت سلفي ( Inductive) مدار بيشتر مي شود و در نتيجه ضريب توان cosα از يك به سمت خاصيت سلفي منحرفف مي شود براي يك كردن ضريب توان نياز به مقدار خازن بيشتري در مدار مي باشد . بنابراين بهترين راه كنترل خوردگي جداره زماني كه ذوب داخل كوره مي باشد ، مشاهده مقدار جريان الكتريكي كشديه شده توسط كويل ، ضريب توان و مقدار خازن هاي داخل مدار و مقايسه آن ها با حالت جداره نو مي باشد . عكس مطالب فوق در هنگامي است كه جداره ضخيم گردد . بدين معنا كه با ضخيم شدن جداره ذوب از كويل دور شده و در نتيجه حجم فوران مغناطيسي جذب شده توسط ذوب كاهش مي يابد و بالتبع جريان كشيده شده توسط كويل كم مي شود و در نتيجه مدار خازني capacitive مي شود و ضريب توان از يك به سمت خازنيي منحرف مي گردد و براي يك كردن cosα نياز است مقداري خازن از مدار خارج شود . بنابراين با كنترل مداوم آمپر كشيده شده توسط كويل ضريب توان cos α و مقدار خازن در مدار براي تصحيح ضريب توان و مقايسه آن با حالت جداره نو مي توان دريافت كه جدراه نازك شده است و يا ضخيم . مقادير الكتريكي فوق را مي توان در رابطه زير خلاصه كرد:
R مقاومت حمام مذاب ( اهم )
V ولتاژ كوره ( ولت )
P توان كوره ( وات )
مقاومت حمامي زماني كه از مذاب پر است و درجه حرارت ذوب نزديك به درجه حرارت استفاده مي باشد و ولتاژ كوره در يكي از ولتاژ هاي بالا قرار دارد اندازه گيري مي شود ، اين اندازه گيري به طور مدارم از زماني كه كوره نو كوبي شده است انجام مي شود . كاهش مقاومت حمام به معناي نازك شدن جداره و نزديك شدن ذوب به كويل است و افزايش مقاومت حمام به مفهوم ضخيم شدن جداره و دور شدن ذوب از كويل مي باشد . معمولا اگر مقاومت حام 20 درصد كاهش يافت به مفهوم اين است كه جدازه نسوز نياز به تعمير دارد .
اين نكته را بايد ياد آور ساخت كه با نازك يا ضخيم شدن جداره بالانس فاز كوره هم غي متعادل شده و در نتيجه مقدار خازن در مدار براي متعادل كردن فاز ها نيز تغيير مي كند منتها جهت كنترل خوردگي يا ضخيم شدن جداره نياز چنداني به كنترل بالانس فاز نمي باشد . از طرفي با خورده شدن جداره يا ضخيم شدن آن مقدار حرارت منتقل شده به كويل تغيير يافته و در نتيجه گرماي آب عبوري از داخل كويل تفاوت مي كند و اختلاف دماي آب ورودي با آب خروجي تغيير مي كند . با نزديك شدن ذوب به كويل ، اختلاف دماي ورودي و خروجي افزايش و با دور شدن آب عوامل مهم ديگري نيز موثر هستند اين پارامتر به تنهايي نمي تواند معيار سنجش قرار گيرد و در جوار پارامتر هاي الكتريكي فوق الاشاره مي توان از آن بهره گرفت . در برخي از كارخانجات اين مفهوم اشتباه به وجود آمده است كه نزديك شدن ذوب به كويل را اهم متر كوره نشان مي دهد ، در صورتي كه اهمتر مقاومت الكتريكي جداره را تعيين مي نمايد و جداره سالم حتي با ضخامتي معادل كمتر از ضخامت اصلي داراي مقاومت الكتريكي به اندازه كافي بالائي است كه اهم متر نتواند تشخيص بدهد اگر جداره خيس باشد يا در اثر نفوذ ذوب به جداره ، اتصال كوتاه به وجود آمده باشد اهم متروضعيت را نشان مي دهد زماني كه اهم متر اعلام خطر مي نمايد ( در بعضي كوره ها اهم متر مقاومت الكتريكي تمام قسمت هاي تاسيسات الكتريكي كوره و بوته را همزمان كنترل مي كند در اين حالت بايد اول مشخص گردد كه اتصال كوتاه در بوته است يا تاسيسات الكتريكي و بعد تصميمات لازم اتخاذ گردد . ) چه از خيس شدن جداره و چه از اتصال كوتاه باشد بايد بلافاصله كوره تخليه گردد و در جهت رفع عيب تلاش شود . ياد آوري اين نكته ضروري است كه در زمان پخت جداره مقاومت الكتريكي جداره به خاطر وجود مختصري رطوبت در جداره پايين است كه اين مورد غير از موارد ياد شده در فوق مي باشد بنابراين مشخص است كه اهم متر خوردگي جداره را نشان نخواهد داد و هنگامي كه اهم متر مشخص مي كند مقاومت الكتريكي جداره پايين آمده است به مفهوم اعلان خطر است و بايد ذوب كوره بلافاصله تخليه گردد . پس مقاومت الكتريكي جداره جهت كنترل سلامت جداره بايد مرتب و مداوم بازرسي گردد ولي جهت كنترل نازك يا ضخيم شدن جداره در هنگام پر بودن كوره از ذوب بايد از ضريب توان cos α مدار ، آمپر كشيده شده توسط كويل و مقدار خازن تصحيح cosα بهره جست ، مشخص است در صورتي كه خوردگي جداره موضعي باشد يا در ناحيه اي خوردگي و در ناحيه اي ديگر افزايش ضخامت جداره به وجود آمده باشد نمي توان از طريق فوق الذكر كنترل دقيقي بر وضعيت جداره داشت ، چرا كه خوردگي موضعي كوچك گر جه مي تواند خطر آفرين باشد اما تاثير چنداني بر آمپر كشيده شده توسط كويل ندارد و در صورتي كه خوردگي در يك ناحيه با ضخيم شدن در ناحيه ديگر توام باشد به علت خنثي كردن اثر يكديگر باعث گمراهي كنترل كننده خواهد شد . بنابراين بايد جهت كنترل دقيق تر وضعيت جداره از روش هاي ديگر ي هم استفاده كرد در كوره هاي با فركانس بالاتر از 250 هرتز چون ذوب كوره پس از آماده شده كاملا تخليه مي گردد مي توان از مشاهده ي مستقيم نيز استفاده كرد و خوردگي هاي موضعي را تشخيص داد در كوره هاي با فركانس خط و فركانس سه برابر 150 يا 180 هرتز چون ذوب كوره كاملا تخليه نمي گردد ، مشاهده تمام كوره امكان ندارد اما قسمتهاي فوقاني را مي توان مشاهده كرد تا اينجا بايد خاطر نشان ساخت كه كنترل مطمئن و كاملتر بايد در فواصلي كه كوره تخليه مي گردد و جداره سرد مي شود مثل تعطيلات پايان هفته ، ابعاد بوته با دقت اندازه گيري گردد و از مقايسه آن با حالت نو ضخامت جداره به دست آيد ، بهترين راه اندازه گيري ضخامت جداره از طريق اندازه گيري شعاع بوته در نواحي مختلف مي باشد كه با مقايسه با شعاع بوته در حالت نو مي توان ضخامت جداره را در آن ناحيه به دست آورد و راجع به تعمير بوته تصميم گرتف ، برخي از تعمير كاران كوره قطر بوته را اندازه مي گيرند كه در مقايسه با اندازه گيري شعاع داراي دقت كمتري است ، به عنوان مثال اگر حد خوردگي چهار سانتي متر باشد و قطر اندازه گيري شده شش سانتي متر افزايش نسبت به حالت نو نشان دهد نمي توان دريافت كه اين 6 سانتي متر خوردگي به طور مساوي به دو طرف كوره تعلق داشته باشد يعني از هر طرف جداره سه سانتي متر خورده باشد چون اين احتمال وجود دارد كه مثلا از يك طرف پنج سانتي متر ( يك سانتي متر بيش از حد مجاز ) و از طرف ديگر يك سانتي متر ( سه سانتي متر كمتر از حد مجاز ) خورده شده باشد . بنابراين وقتي فرصت اندازه گيري به وجود مي آيد بهتر است شعاع بوته اندازه گيري شود تا اندازه بوته در هر ناحيه به دقت مشخص گردد . همراه با اندازه گيري شعاع يا قطر بوته در ارتفاع هاي مختلف بوته بايد ارتفاع بوته را نيز اندازه گرفت تا اگر از حد مجاز فراتر رفته باشد معلوم گردد براي اندازه گيري شعاع بوته يك شاقول در محل محور بوته آويزان مي گردد و فاصله ي آن با جداره در نواحي مختلف اندازه گرفته مي شود و در جداول مخصوص يادداشت مي گردد .
قسمت بالاي كوره بخاطر برخورد شارژ جامد دائم در معرض صدمه قرار دارد اين قسمت نيز از طريق اندازه گيري و مشاهده مستقيم مرتبا كنترل مي گردد .
کوره هاي القايي در مقايسه با کوره هاي سوخت فسيلي داراي مزاياي فراواني از جمله دقت بيشتر ، تميزي و تلفات گرمايي کمتر و ... است . همچنين در کوره هايي که در آنها از روشهاي ديگر ، غير القاء استفاده مي شود ، اندازه کوره بسيار بزرگ بوده و در زمان راه اندازي و خاموش کردن آنها طولاني است . عبور جريان از يک سيم پيچ و استفاده از ميدان مغناطيسي براي ايجاد جريان در هسته سيم پيچ ، اساس کار کوره هاي القايي را تشکيل مي دهد . در اين کوره ها از حرارت ايجاد شده توسط تلفات فوکو و هيسترزيس براي ذوب فلزات يا هرگونه عمليات حرارتي استفاده مي شود


کوره هاي القايي در مقايسه با کوره هاي سوخت فسيلي داراي مزاياي فراواني از جمله دقت بيشتر ، تميزي و تلفات گرمايي کمتر و ... است . همچنين در کوره هايي که در آنها از روشهاي ديگر ، غير القاء استفاده مي شود ، اندازه کوره بسيار بزرگ بوده و در زمان راه اندازي و خاموش کردن آنها طولاني است . عبور جريان از يک سيم پيچ و استفاده از ميدان مغناطيسي براي ايجاد جريان در هسته سيم پيچ ، اساس کار کوره هاي القايي را تشکيل مي دهد . در اين کوره ها از حرارت ايجاد شده توسط تلفات فوکو و هيسترزيس براي ذوب فلزات يا هرگونه عمليات حرارتي استفاده مي شود .

نخستين کوره القايي که مورد بهره برداري قرار گرفت از شبکه اصلي قدرت تغذيه ميشد و هيچگونه تبديل فرکانسي صورت نمي گرفت . با توجه به اينکه افزايش فرکانس تغذيه کوره موجب کاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان (تلفات) مي شود ، براي رسيدن به اين هدف ، در ابتدا منابع تغذيه موتور ژنراتوري مورد استفاده واقع گرديد . هر چند با اين منابع مي توان فرکانس را تا حدودي بالا برد ، ولي محدوديت فرکانس و عدم قابليت تغيير آن و در نهايت عدم تطبيق سيستم تغذيه با کوره ، دو عيب اساسي اين سيستمها به شمار ميرفت . با توجه به اين معايب ورود عناصر نيمه هادي به حيطه صنعت موجب گرديد منابع تغذيه استاتيک جايگزين منابع قبلي شوند .

در سال 1831 ميلادي مايکل فارادي (Faraday) با ارائه اين مطلب که اگر از سيم پيچ اوليه اي جريان متغيري عبور کند ، در سيم پيچ ثانويه مجاورش نيز جريان القاء ميشود ، تئوري گرمايش القايي را بنا نهاد . علت اصلي اين پديده القاء ، تغييرات شار در مدار بسته ثانويه است که از جريان متناوب اوليه ناشي ميشود . نزديک به يکصد سال اين اصل در موتورها، ژنراتورها ، ترانسفورماتور ها ، وسايل ارتباط راديويي و ... بکار گرفته مي شد و هر اثر گرمايي در مدارهاي مغناطيسي به عنوان يک عنصر نا مطلوب شناخته مي شد . در راستاي مقابله با اثرات حرارتي در مدارهاي مغناطيسي و الکتريکي از سوي مهندسين گامهاي موثري برداشته شد . آنها توانستند با مورق نمودن هستهِ مغناطيسي موتورها و ترانسفورماتورها ، جريان فوکو(Eddy Current) را که عامل تلفات حرارتي بود مينيمم نمايند .

به دنبال آزمايشات فارادي ، قوانين متعددي پيشنهاد شد . قوانين لنز (Lenz) و نيومن (Neuman) نشان دادند که جريان القاء‌ شده با شار القايي مخالفت کرده و به طور مستقيم با فرکتنس متناسب مي باشد . فوکو (Focault) در سال 1863 در مقاله اي تحت عنوان "القاء جريان در هسته" (The Induction Of Current in Cores) که توسط هويسايد (Heviside) منتشر گرديد نظريه اي راجع به جريان فوکو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژي از يک کويل به يک هسته توپر بحث نمود . علاوه بر افراد فوق ، تامسون (Thomson) نيز در ارائه نظريه گرمايش از طريق القاء سهم بسزايي داشت .

در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوکو و هيسترزيس به عنوان منبع گرمايش القائي از طرف مهندسين مطرح شد . همچنين در اوايل قرن اخير در کشورهاي فرانسه ، سوئد و ايتاليا بر اساس استفاده از خازنهاي جبران کننده توان راکتيو پيشنهاداتي براي کوره هاي القايي بدون هسته ارائه شد . در اين پيشنهادات بيشتر ذوب فلزات در فرکانسهاي مياني مورد نظر بود .

دکتر نورث روپ (Northrup) ايده کوره با فرکانس مياني را براي موارد صنعتي گسترش داد . در روزهاي نخستين ، بر اثر نبود امکانات از جمله خازنهاي با ظرفيت کافي و قابل اطمينان ، توسعه و پيشرفت متوقف شد . بعدها در سال 1927 کمپاني کوره هاي الکتريکي (Electrical Furnace CO. [EFCO.]) نخستين کوره الکتريکي با فرکانس مياني را در شفيلد انگلستان و به منظور آهنگري و گرمادهي موضعي فلزات جهت اتصال به يکديگر ، نصب کرد . بعد از اين ، تعداد و اندازه اين کوره ها رو به افزايش گذاشته است . لازم به ذکر است که مزيتهاي ديگر کوره هاي القايي همچون دقت زياد براي گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحي سطحي در طي پيشرفتهاي بعدي ( در سالهاي جنگ جهاني دوم ) بيشتر آشکار شد . در گرمايش القايي عدم نياز به منبع خارجي گرم کننده ، تلفات گرمايي کمتر شده و تميزي شرايط کار تامين ميگردد . در اين روش همچنين نيازي به تماس فيزيکي بار و کويل نبوده و علاوه بر اين چگالي توان بالا در مدت زمان گرمايش کم به آساني قابل دسترس مي باشد .

در ابتدا کوره هاي القايي مستقيماً از شبکه قدرت تغذيه مي شدند که بنوبه خود گام موفقي در استفاده از توان الکتريکي جهت عمليات حرارتي بحساب ميآمد .

از آنجائيکه تلفات فوکو و هيسترزيس با فرکانس نسبت مستقيم دارند و اينکه ابعاد کويل کوره با بالا رفتن فرکانس کاهش مي يابد ، مهندسين به فکر تغذيه کوره در فرکانسهاي بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند . اولين قدم در اين راه استفاده از فرکانسهاي دو برابر و سه برابر که از هارمونيکهاي دوم و سوم بدست مي آمدند ، بود .

اين هارمونيکها بر خلاف طبيعت مخرب خود در اين نوع کاربرد سودمند تشخيص داده شدند . پائين بودن راندمان در استفاده از هارمونيکهاي فوق موجب گرديد طراحان روش ديگري را مورد استفاده قرار دهند در اين مرحله سيستم موتورـژنراتور توسعه يافت که با استفاده از اين سيستم توانستند فرکانس تغذيه را تا صدها هرتز افزايش دهند . در کوره هاي القايي افزايش فرکانس باعث کاهش عمق نفوذ جريان القايي ميگردد لذا در عمليات حرارتي سطحي که سختکاري سطح فلز ، مورد نظر مي باشد از کوره هاي القايي با فرکانس بالا استفاده مي شود . با ورود عناصر نيمه هادي مانند تريستورها ، ترانزيستورها و موسفت ها به حيطه صنعت محدوديت فرکانس و عدم تغيير آن ، در تغذيه کوره ها مرتفع شد .


از لحاظ سيستم قدرت ميتوان سيستمهاي القايي را به چهار دسته اساسي تقسيم نمود :

الف ) سيستمهاي منبع (Supply Systems)
در اين سيستمها که فرکانس کار آنها بين 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز مي باشد احتياجي به تبديل فرکانس نيست و با توجه به فرکانس کار ،‌ عمق نفوذ جريان زياد بوده و حدود 10 تا 100 ميليمتر مي باشد . همچنين مقدار توان لازم تا حدود چندين صد مگا وات نيز ميرسد .

ب ) سيستمهاي موتورـژنراتور (Motor-Generator Systems)
فرکانس اين سيستمها از 500 هرتز تا 10 کيلو هرتز مي باشد . در اين سيستمها تبديل فرکانس لازم بوده و اين عمل بوسيله ژنراتورهاي کوپل شده با موتورهاي القايي صورت مي پذيرد . همچنين در اين سيستمها توان به وسيله ماشينهاي 500 کيلو وات تامين ميگردد و براي بدست آوردن توانهاي بالاتر ،‌ از سري کردن ماشينها استفاده ميشود . عمق نفوذ در اين سيستمها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سيستمها منبع ، کمتر بوده و در حدود 1 تا 10 ميليمتر است .

ج ) سيستمهاي مبدل نيمه هادي (Solid-State Converter Systems)
در اين سيستمها فرکانس در محدوده HZ 500 تا KHZ‌ 100 بوده و تبديل فرکانس به طرق گوناگوني صورت ميپذيرد . در اين سيستمها از سوئيچهاي نيمه هادي استفاده ميشود و توان مبدل بستگي به نوع کاربرد آن تا حدود MW 2 ميتواند برسد .

د ) سيستمهاي فرکانس راديويي (Radio-Frequency System)
فرکانس کار در اين سيستم در محدوده KHZ 100 تا MHZ 10 مي باشد . از اين سيستمها براي عمق نفوذ جريان بسيار سطحي، در حدود 1/0 تا 2 ميليمتر استفاده مي گردد و در آن از روش گرمايي متمرکز با سرعت توليد بالا استفاده ميگردد

[ghasem motamedi]

کوره هوفمن:
کورهٔ هوفمن یا کورهٔ هوفمان (Hoffmann kiln) یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. این کوره در سال ۱۸۵۶ توسط فردی به همین نام ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال و مواد دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات ثابت و آتش متحرک است.

◄ چگونگی پخت محصولات در کورهٔ هوفمن:
کورهٔ هوفمن، تونل طویلی است که به شکل حلقه یا بیضی ساخته می‌شود و با استفاده از دیواره‌ها یا تیغه‌هایی به اتاقک‌هایی تقسیم می‌شود. اتاقک‌های کورهٔ هوفمن از کانال دریچه‌ها یا درهایی که در تیغه‌های جداکنندهٔ اتاق‌ها تعبیه شده‌است، با یکدیگر در ارتباط هستند. هر یک از اتاق‌ها نیز یک درب خروجی به بیرون دارند که برای بارگیری و تخلیهٔ کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این درها خمیره یا قمیره می‌گویند. اندازهٔ کورهٔ هوفمن با استفاده از این درها بیان می‌شود؛ مثلا یک کورهٔ ۳۲ قمیره‌ای، کوره‌ای است با ۳۲ درب که هر درب به یک اتاقک برای چیدن آجرها (یا سایر محصولات) مرتبط است. [محل استقرار سوخت‌پاش‌ها نیز در سقف قرار دارد.
در کورهٔ هوفمن، محصولات قبل از آنکه مستقیما توسط آتش پخته شوند، با حرارت سایر اتاقک‌ها گرم می‌شوند که اصطلاحا پیش‌گرمایش نامیده می‌شود. این حرارت همراه با گاز خروجی اتاقک پخت و از طریق دریچه‌هایی که قبلا تعبیه شده‌است حرکت می‌کند و به اتاق‌های مجاور وارد می‌شود و محصولات موجود در آن‌ها را پیش‌گرم می‌کند. زمانی که در یک اتاق، عملیات پخت در جریان است، در اتاقک مقابل (دورترین اتاق)، عملیات تخلیه و بارگیری در جریان است. این کار با استفاده از دری که اتاقک به بیرون کوره دارد انجام می‌شود. ضمن بار گیری، هوای خنک نیز وارد کوره می‌شود که به وسیلهٔ آتش موجود در اتاقک پخت و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بین اتاق‌ها مکیده می‌شود. بنابراین هوا از اتاق‌هایی که عملیات پخت قبلا در آنها صورت گرفته‌است حرکت می‌کند و باعث خنک شدن محصولات پخته‌شده می‌شود. به این ترتیب در حلقهٔ کورهٔ هوفمن دو جریان هوا وجود دارد؛

هوایی که در نیم‌دایرهٔ اول، از اتاق پخت به سمت بیرون جریان دارد و اتاق‌های بعدی را پیش‌گرم می‌کند.
هوایی که در نیم‌دایرهٔ مقابل، از بیرون به سمت اتاقک پخت جریان دارد و اتاق‌های قبلی را خنک می‌کند.
با اتمام عملیات پخت در اتاق پخت، در اتاق روبرویی حلقهٔ هوفمن نیز عملیات بارگیری تمام می‌شود و درب آن به بیرون بسته می‌شود. در این مرحله، مشعل‌ها از سقف اتاق پخت به سقف اتاق بعدی منتقل می‌شوند و درب اتاق روبرویی این اتاق (اتاق پخت جدید) برای تخلیه و بارگیری گشوده خواهد شد.

◄ انواع کورهٔ هوفمان:
کوره‌های هوفمان در چند مدل مختلف ساخته می‌شود:

کورهٔ حلقوی
کورهٔ زیگ‌زاگ (zig-zag)
کورهٔ بوکس (Bocks)
کورهٔ هاریزن (Harrizon)

اما معمولا به کورهٔ حلقوی، کورهٔ هوفمن اطلاق می‌شود.

[ghasem motamedi]

کورهٔ تونلی یا Tunnel Kiln یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. اولین کورهٔ تونلی در سال ۱۷۵۱ توسطی فردی به نام وینسنز ابداع شد [1] و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال، مواد دیرگداز و چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات متحرک و آتش ثابت است.

◄ ساختار کورهٔ تونلی:
کورهٔ تونلی یک تونل دراز و باریک است که کف آن ریل‌گذاری شده‌است و محصولات، با عبور از درون آن در معرض حرارت قرار می‌گیرند و پخته یا زینتر می‌شوند. محصولات برای عبور از کورهٔ تونلی می‌بایست بر روی واگن‌های مخصوصی چیده شوند. کورهٔ تونلی شامل سه مرحلهٔ پیش‌گرمایش، پخت و خنک‌کن می‌باشد. در ساده‌ترین نوع کورهٔ تونلی، مشعل‌های موجود در منطقهٔ پخت باعث گرم شدن هوای کوره می‌شود. این هوا با حرکت به سمت ورودی تونل (پیش‌گرمایش) آرام آرام حرارت خود را به واگن‌های این منطقه منتقل می‌کند و در نهایت از دودکش خارج می‌شود. از سوی دیگر هوای تازه از خروجی تونل وارد می‌شود و در مواجهه با واگن‌هایی که مرحلهٔ پخت را پشت سر گذاشته‌اند، آنها را آرام‌آرام خنک می‌کند و دمایش به تدریج افزایش می‌یابد تا به منطقهٔ پخت برسد و اکسیژن لازم برای احتراق مشعل‌های این منطقه را فراهم نماید. البته قسمتی از هوای گرم شده به بیرون از کوره هدایت می‌شود تا در خشک‌کن و بعضا برای تنظیم دمای هوای سالن تولید مورد استفاده قرار بگیرد. معمولا ۶۰درصد از طول کوره به منطقهٔ پخت، ۲۰درصد به منطقهٔ پیش‌گرمایش و ۲۰درصد به منطقهٔ خنک‌کن اختصاص دارد.
دمای مناطق مختلف کوره از طریق ترموکوبل و سیستم‌های کنترل اندازه‌گیری و تنظیم می‌شود. همچنین اتمسفر کوره نیز از نظر اکسیدی، احیایی یا خنثی بودن قابل کنترل است.



◄ مزایای کورهٔ تونلی:
استفاده از کورهٔ تونلی در مقایسه با سایر انواع کوره‌ها (کوره‌های سنتی، هوفمن و متناوب) دارای مزایایی است که برخی از آنها را می‌توان بدین شرح برشمرد:
کنترل مناسب‌تر دمای کوره و یکنواختی حرارت
افزایش کیفیت تولید
تشابه کیفی محصولات
افزایش سرعت تولید
کاهش نیروی انسانی
کاهش مصرف انرژی
کاهش آثار زیان‌بار زیست‌محیطی

◄ کاربرد کورهٔ تونلی در صنایع آجر و سفال:
کورهٔ تونلی یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌است که در صنایع آجر و سفال مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت‌های خام که قبلا از خشک‌کن تونلی عبور کرده‌ و بیشتر آب خود را از دست داده‌اند، وارد منطقهٔ پیش‌گرمایش می‌شوند و تا ۳۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌شوند. خشت‌ها سپس وارد منطقهٔ پخت می‌شوند و با توجه به نوع مواد اولیه، در دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند.

[ghasem motamedi]

کوره کوپل
کوره کوپل دارای مکانیسم عملکرد ساده بوده و بیشتر برای ذوب قراضه های چدنی استفاده میشود.همچنین نحوه کار این کوره با کوره بلند شباهت زیادی دارد با این تفاوت که کوره بلند برای احیائ سنگ معدن آهن استفاده میشود.این نوع کوره ذوب در اندازه های متنوع و با قدرت ذوب بین 100 تا چند ده تن چدن وجود دارد.


اجزاء کوره کوپل:
کوره کوپل به طور ساده به دو بخش اساسی تقسیم میشود:
• ساختمان اصلی
• بخشهای جانبی



ساختمان اصلی کوره:

• بدنه فلزی
• نسوز
• محل شارژ
• ورودی هوا

5. خروجی مذاب


بخشهای جانبی

محل توزین شارژ تصفیه گازهای خروجی
پیش گرم هوا ریل شارژ

بدنه:
بدنه کوره از جنس فولاد بوده و ضخامت آن در کورههای بزرگ به 30تا40 میلیمتر هم میرسد.بر روی بدنه محلهایی برای ورود مواد شارژ،هوای مصرفی،خروج سرباره و خروج مذاب تعبیه شده است.قسمت کف کوره به صورت درب بوده که برای تعمیر و خالی کردن مواد نسوز قبلی و جایگزینی مواد نسوز جدید استفاده میشود.همچنین این کوره به طور یکپارچه نبوده و این امکان را دارد که قسمتهای مختلف از یکدیگرجداشود.در دور بدنه یک قوطی فولادی به صورت کمربند قرار داده شده که هوای مصرفی کوره ابتدا وارد این قسمت شده و سپس وارد کوره میشود،این عمل برای یکنواختی در میزان هوای وارده به کوره از مجراههای موجود صورت میگیرد.

نسوز:
نسوز این نوع کوره ها بسته به نوع سرباره به دو دسته بازی و اسیدی تقسیم میشود.همچنین در حالت ایده ال در قسمتهای مختلف کوره از نسوزهای مختلف استفاده میشود به این صورت که در محل خروج مذاب یا محل ذخیره مذاب از نسوز با خواص مکانیکی متوسط استفاده شده اما در قسمتی که مجرای ورود هوا قرار دارد از نسوزهای با خواص مکانیکی بالاتر استفاده میشود زیرا این محلها به شدت در معرض هوای وارده قرار دارد. در قسمت کف کوره از نسوزهای کوبیدنی استفاده شده زیرا در هنگام تعویض نسوز کوره از این محل برای خروج مواد قبلی و جایگزینی مواد نسوز جدید استفاده میشود.

در این کورهها شارژ از یک دریچه که در روی بدنه در قسمت بالای کوره قرار دارد انجام میشود.
نحوه شارژ این کوره ها بدین صورت است که ابتدا مقدار معینی کک در کوره ریخته تا مقداری رمای کوره را بالا برده و برای ذوب آماده کند و سپس اقدام به ریختن متوالی قراضه چدن و فولاد و کک مینمایند.
بر روی جداره خارجی کوره سوراخ هایی وجود دارد که برای ورود هوا به داخل محفظه کوره تعبیه شده است،این سوراخ ها با یک محفظه به صورت کمربند پوشیده شده است که ابتدا هوا از دمنده به داخل این کمربند رفته و سپس وارد کوره میشود.این محفظه ایجاد شده نقش مهمی در یکنواختی هوای وارد شده به کوره را ایفا میکند.

محل خروج مذاب در پایین ترین قسمت کوره قرار دارد وبه دو صورت میباشد:
مذاب در خود کوره تجمع یابد سپس آنرا خارج کنند.
همزمان با ذوب مذاب را خارج می کنند.

در کارخانجات بزرگ مذاب تولید شده به داخل یک نگهدارنده ریخته میشود و پس از تجمع مقدار مناسب مذاب اقدام به تخلیه ان به پاتیل و ریخته گری میکنند

استفاده از گازهای خروجی از کوره در واحد های صنعتی بزرگ صورت گرفته و در واحد های کوچکتر عمومیت ندارد. نحوه این کار بدین صورت است که گازهای خروجی را به برج هایی که در داخل آنها اجرهای نسوز به صورت لانه زنبوری چیده شده هدایت میکنند،این کار به طور متوالی انجام میشود. در حالی که گازهای خروجی به داخل یکی از دو برج پیش گرم هدایت میشود در حالی که هوای لازم برای کوره از برج دیگر که به همین صورت پیش گرم شده است تامین میشود. این عمل به صورت متوالی ادامه دارد.

[ghasem motamedi]

كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.
Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.
جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .
ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .
در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .
اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودکه قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .
تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)
طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.

[ghasem motamedi]

اصول كار ک

در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) , كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .

در اين درس كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .

اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnace

) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :

1)كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces

2)كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces

3)كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces

4)كوره هاي برقي Electric Furnaces

5)كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces

6)كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)

1)كوره هاي بوته اي :

همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .

حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي

جنس بوته ها :

جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر

آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود-

آهن خالص تجاري:

چون آهن بصورت خيلي خالص بندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .

بوته هاي فولادي :

از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).

بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .

بوته هاي گرافيتي :

همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .

بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .

طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :

به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .

بوته هاي سيليكون كاربايد :

اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .

بوته هاي شاموتي :

اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).

موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .

انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces

الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوتهاي ثابت (زميني) ) 1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.

2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.

از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.

كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :

از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.

در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد.

كوره هاي دوار :

كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.

Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.

جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .

ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .

به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .

در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .

اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودهو قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .

تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)

طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.

[ghasem motamedi]

بهبود راندمان مصرف انرژی در كوره‌های قوس الکتریکی
سیستم تنظیم كوره قوس الكتریكی (EAF)
سیستم تنظیم كوره قوس الكتریكی بر روی برخی از پارامترهای عملكرد كوره از قبیل انرژی ورودی، مصرف انرژی الكتریكی، مدت زمان برقراری جریان الكتریسیته، میزان مصرف الكترود، تنش وارده بر تجهیزات، تشعشع قوس و پوشش نسوز كوره، تاثیرگذار است.

بنابراین سیستم تنظیم باید برای دستیابی به نتایج فرآیند بهینه تطبیق یابد. با این حال، غالبا تجربه نشان داده است كه این امر میسر نیست. سیستم تنظیم از ابتدای راه‌اندازی بدون هیچ‌گونه تغییری باقی می‌ماند و بهینه‌سازی مستمر صورت نمی‌پذیرد. دلیل آن می‌تواند عدم دانش فنی اپراتور یا سیستم‌های محدود باشد.

كف سربارهعلاوه بر بازده بالا از دمش گاز اكسیژن برای واكنش‌هایتصفیه، كف سرباره مهمترین فرآیند در پالایش مذاب است. محافظت از قوس با استفاده ازكف‌سازی سرباره برای انتقال نیروی الكتریكی بالا به فلز بدون آسیب‌رسانی به دیرگدازكوره ضروری است. میزان راندمان انرژی ورودی الكتریكی به روش‌های ورود آن بستگی داردو از 100 درصد برای گرمایش مقاومتی در داخل سرباره تا حدود 36 درصد اگر قوس بهسهولت در كوره بسوزد، تغییر می‌كند كه انرژی به واسطه ورود به اتمسفر و تشعشعآجرهای كوره تلف می‌شود. رفتار كف‌سازی سرباره به تركیب سرباره و تكنولوژی تزریقبستگی دارد.


مشعل لوله‌ای مجازی BSE

شبیه‌سازی مشعل و روش‌های تزریق می‌تواند با استفاده از مشعللوله‌ای مجازی VLB) BSE)انجام شود. مقدمات كوره اساس این شبیه‌سازی برای بهینه‌سازیتزریق مواد هم در مشعل و هم از طریق لوله دمش اكسیژن (lancing) است (برابر با دمشگاز اكسیژن). شبیه‌سازی نشان می‌دهد كه عملكرد VLB با استفاده از تكنیك CFD (الگوریتم دینامیك سیال) محاسبه شده است.


ذوب قراضه

نیازهای عملیاتی برای فرآیندهای ذوب همگن و متقارن است. بهدلیل نقاط سرد الكتریكی استفاده از مشعل برای ایجاد انرژی در مناطقی كه قوسالكتریكی به آنجا نمی‌رسد، بسیار حیاتی است. دلایل استفاده از مشعل به شرح زیر هستند:

* گرم كردن قراضه‌های سرد و حجم بزرگی از كوره

* ذوب قراضه‌های موجود در پایین ترین قسمت كوره

* اكسیژن آزاد free oxygen برای برش قراضه بعد از این كه قراضه برای اكسید شدن به دمای واكنش لازم رسید.

بامشعلی با شعله كوتاه قسمت‌های موجود در جلوی مشعل گرم می‌شوند اما حرارت به خوبی بهفواصل دور نمی‌رسد. شكل شعله به‌طور انعطاف‌پذیری می‌تواند برای یك فرآیند ذوب سریعتغییر كند. در روش شعله‌ای، جریان‌های گاز مایع و اكسیژن اكثرا به‌صورت استوكیومتریهستند. طی فرآیند دمش اكسیژن (lancing)، جریان اكسیژن متغییر است.

در مشعلحالت اول، حرارت ورودی برابر با 3 مگاوات و جریان اصلی اكسیژن h/3mN350 است. اگركوره مملو از قراضه سرد باشد این شعله در ابتدای فرآیند ضروری است و تمامی مناطقسرد باید گرم شوند. قراضه سرد به‌طور مستقیم در مقابل مشعل‌ها جای می‌گیرد. به دلیلساختار جعبه مسی بدنه مشعل، شعله به طور مستقیم در جداره جانبی آغاز می‌شود و ازاین رو هیچ نقطه سردی نمی‌تواند در پشت مشعل‌ها شكل بگیرد. با یك شعله ملایم قراضه می‌تواند پیش گرم شود.

با توجه به پیشرفت فرآیند ذوب، شكل شعله نیز تغییرمی‌كند. اكسیژن ثانویه ورودی زمانی كه اكسیژن اصلی كاهش یافت، افزایش می‌یابد. هدفانتقال گرما از VLB‌ها به سمت مناطق پایین‌تر كوره برای رسیدن به یك راندمان بالاتراست. در مناطق بالاتر كوره به بیش از این درجه حرارت، برای ذوب قراضه نیاز نیست واگر در حالت یك باقی بماند می‌تواند منتج به اتلاف انرژی از طریق گازهای خروجی شود. در این زمان جبهه ذوب قراضه در كوره پایین‌تر است و اكسیژن ثانویه با سرعت بالاتریگرما را در داخل مناطق پایین‌تر بدنه كوره به دنبال جبهه ذوب قراضه، متمركز می‌كند.

در مرحله آخر از عملكرد مشعل، جریان اصلی اكسیژن افزایش می‌یابد ( حالت مشعل 3). حتی تمركز شعله بیشتر و حرارت در مناطق پایین‌تر افزایش می‌یابد. دوباره جبهه فولاد مذاب به سمت پایین حركت می‌كند و مشعل‌ها یك راندمان بالای انرژیشیمیایی را ایجاد می‌كنند. سرعت گاز در نازل تقریبا به 350 متر بر ساعت می‌رسد كه با یك فاصله از شارژ نگه داشته می‌شوند.

در گام نهایی از عملكرد صرف مشعل،گرمای شعله از پایین مشعل به قراضه و سطح حمام مذاب منتقل می‌شود.


بین فرآیند ذوب و تصفیه

با افزایشدمای قراضه، دمای لازم برای واكنش آن با اكسیژن فراهم می‌شود. هنگامی كه این امراتفاق می‌افتد به‌منظور تهیه اكسیژن آزاد برای برش قراضه در بخش‌های پایینی وبالایی كوره، میزان دمش اكسیژن از نازل اصلی، بیشتر از مقدار استوكیومتری ضروریبرای واكنش با گاز مایع افزایش می‌یابد. این نوع از شعله، مشعل + دمش اكسیژن نامیده می‌شود.


شبیه‌سازی فرآیند تصفیه

طی فرآیند پالایش مذاب، میزان جریان اكسیژن بین 1300 و h/3mN 2700 امكان‌پذیر است.

درمثال شبیه‌سازی شده، برای ورود اكسیژن اصلی یك جریان h/3mN 1800 انتخاب شده است. هدف دستیابی به فرآیند كربن‌زدایی سریع و حرارت‌دهی برای رسیدن به دمای بارگیری است.

فرآیند دمش اكسیژن VBL نیز تحت شرایط كوره شبیه‌سازی شد.

كربنموجود در سرباره با اكسیژن واكنش نشان می‌دهد كه می‌تواند به این مناطق برسد و CO تشكیل می‌شود. منطقه اطراف جریان اكسیژن مملو از اكسیژن اضافی می‌شود و كربن بهداخل سرباره راه نمی‌یابد. غلظت اكسیژن در این منطقه برابر با 10 تا 15 درصد از كل جریان اكسیژن است، یعنی 85 تا 90 درصد از اكسیژنی كه می‌تواند به منطق واكنش رسیده و با كربن سرباره واكنش كند.


اندازه‌گیری میزان تصفیه

میزان بازده تزریق O2 را می‌توان با توجه به غلظت كربنموجود در فلز اندازه‌گیری كرد. میزان اكسیداسیون دیگر عناصر را نمی‌توان به‌طورمستقیم تعیین كرد، اگرچه در حدود 30 درصد از مقدار اكسیژن برای برخی تركیبات (آهن،سیلیسیم، منگنز) به‌كار می‌رود.

در این آزمون كل اكسیژن ورودی بااكسیداسیون كربن مقایسه شده است.

در شكل شماره 3 غلظت كربن گرمایی از هر دوكوره به شكل تابعی از زمان دمش نشان داده شده است. میانگین سرعت كربن زدایی با 5/6واحد در هر دقیقه به 2/0 درصد كربن رسیده است.

در نتیجه می‌توان این‌گونهدریافت كه در ناحیه بین 6/1 درصد كربن تا كمتر از 2/0 درصد كربن، كربن‌زدایی با یكسرعت ثابت انجام می‌شود. مذاب از كوره‌هایی شارژ شده با قراضه و چدن مذاب كه درآنجا غلظت كربن مورد نظر در حدود 5/0 تا 6/0 درصد برای فولادهای خطوط راه‌آهن است،تخلیه می‌شوند. دركمتر از 2/0 درصد كربن، سرعت كربن زدایی به دلیل وجود میزان كمتریاز كربن، كاهش می‌یابد و همچنین بازده تعیین شده VBL نیز با افت مواجهمی‌شود.

برای محاسبات، با فرض بر سوختن جزئی C به CO ،به عنوان مهمترینواكنش برای محاسبه بازده حداقل اكسیژن بدون آهن، سیلیسیم و غیره، مورد مطالعه قرارگرفت .

بازده دمشی2 O احتراقی C = 74 درصد

به دلیل كربن موجودپایین برای واكنش، بازده كربن اكسیژن دركمتر از 2/0 درصد كربن تا 40 درصد كاهشمی‌یابد و دركمتر از 1/0 درصد كربن، تا 20 درصد افت می‌كند. در این حالت آهن بیشتریذوب می‌شود.

[ghasem motamedi]

تاسیسات مشتریان

با وجودتكنولوژی BSE، ناشی از راندمان بالای مواد ورودی و انعطاف‌پذیری عملیاتی در این تكنولوژی، از نقطه نظر شیمیایی، عملكرد یك كوره بهینه شده ممكن است.

در حالحاضر در حدود 187 مانیپولاتور لوله اكسیژن استاندارد در حال بهره برداری هستند وعلاوه بر آن 19 مانیپولاتور لوله اكسیژن نوع 2 ( با یك سیستم نمونه برداری اتوماتیك دما) نیز نصب شده اند.

تزریق از جداره جانبی امكان عملكرد اتوماتیك شامل برنامه‌ریزی آزاد و تنظیم آزاد تمام جریان‌ها را فراهم می‌آورد.

از سال 1999 به طور كل در حدود 40 سیستم VLB درسرتاسر دنیا نصب شدند. كارایی بالای انرژیشیمیایی ورودی، افزایش تنوع همه سیستم‌ها برای پاسخگویی به نیاز مشتریان توأم باتكنیك‌های پیشرفته و قابل اطمینان، مزایای بهره برداری را به همراه داشته است.


یك كوره الكتریكی 100 تنی AC با تجهیزات انرژی شیمیایی جدید و تنظیمات جدید

تجهیزات نصب شده در این كوره شامل یكمانیپولاتور لوله اكسیژن نوع 2، VLB و تنظیم الكترود است. نتایج بدست آمده از اینتحقیق را در شكل 4 مشاهده می‌كنید . در این تحقیق عملكرد كوره به واسطه تغییر چینشقراضه، عملكرد ترانسفورماتور (مبدل) و تجهیزات انرژی شیمیایی بهینه‌سازی شده است. تركیب این سه تكنیك منتج به ایجاد یك اختلاف 19 درصدی كاهش در زمان برقراری جریانالكتریسیته و همچنین كاهش 12 درصدی در میزان مصرف انرژی با همان مقدار اكسیژن و گاز ورودی شده است.

در این تحقیقات روش چینش قراضه در كوره را تغییر دادیم بهطوری كه كارایی فرآیند ذوب بهبود یافته و امكان ورودی انرژی بالاتری را فراهم آوردو منجر به كم شدن تلفات طی دوره برقراری جریان شد و با نصب مانیپولاتور لوله اكسیژندر جلوی درب كوره و انژكتورهای جداره جانبی تشكیل سرباره كف‌آلود نیز بهبود یافت. علاوه بر آن به دلیل فقط نیاز به تزریق آهك در صورت بالا بودن میزان فسفر، مصرف آننیز با كاهش مواجه شد.

[ghasem motamedi]

چگونه راندمان كوره‌های قوس الكتریكی را بهبود دهیم؟

راندمان كاهش یافته در عملیات كوره‌های قوس الكتریكی از عدم بهینه‌سازی انرژی الكتریكی یا شیمیایی ورودی ناشی می‌شود. قرارگیری صحیح انژكتورها (نازل‌ها) در جداره كناری كوره، یك مانیپولاتور لولهlance manipulator در درب سرباره و تنظیم الكترود از عواملی هستند كه نقش مهمی را در كاهش برق مصرفی در واحد زمان، بهبود بهره‌وری و بازده و همچنین كاهش مصرف انرژی ایفا می‌كنند.

عملیات‌های كوره قوسی باید به‌گونه‌ای بهینه شود كه در شرایط معین، با توجه به حداقل مصرف مواد در كوره، حداكثر خروجی ممكن به‌دست آید. اعمال فرآیندهای بهبودهای مختلف در عملیات كوره قوس الكتریكی منتج به كاهش زمان بارگیری (TTT)، مصرف نیروی الكتریسیته و الكترود كمتر می‌شود.

امروزه مصرف انرژی الكتریسیته می‌تواند تا kWh/t/min 300 كاهش یابد و مدت زمان TTT نیز با توجه به مواد اولیه ورودی (قراضه، ضایعات آهنی، چدن مذاب و یا تركیبی از اینها)، نوع كوره (AC یا DC) و این كه آیا قراضه نیازی به پیش‌گرم شدن دارد، روش‌های ذوب فلز می‌تواند تا 30 دقیقه كاهش یابد. همچنین در این چالش فنی وسیع، افزایش انرژی شیمیایی ورودی و عملكرد كف سرباره دارای تاثیرات عمده‌ای در كاهش مصرف انرژی در هنگام برقراری جریان الكتریسیته هستند.

عوامل موثر در مصرفانرژی

جدول یك به‌طور مختصر اتلاف حرارتی معمولی به‌ازای هر تنفولاد مذاب در هر دقیقه از عملیات یك كوره قوس الكتریكی (EAF) را نشانمی‌دهد.

بیشترین تلفات حرارتی در طی فرآیند پالایش مذاب مشاهده می‌شود. مطابق با مقادیر به‌دست آمده از یكی از كوره‌های قوس الكتریكی در BSW,BSE، اتلافحرارتی در طی زمان توقف تقریبا K/m 3/3 محاسبه می‌شود. با یك ضریب حرارتی برابر با kWh/t/min 5/0، اتلاف انرژی میانگینی بالغ بر kWh/t/min 7/1 به‌دستمی‌آید.


.

[ghasem motamedi]

زمان قطع جریان الكتریسیته

بیشترینتلفات در زمان قطع برق(POFF) اتفاق می‌افتد كه طی زمان‌های تاخیر و تنظیم كوره رخمی‌دهد. طی این دوره‌های زمانی كوره محتوی ته‌بار مذاب، در حال سرد شدن است. دراكثر موارد زمان POFF كمتر از 30 دقیقه است كه طبق جدول یك اتلاف انرژی آن kWh/t/min 5/0 می‌شود. تلفات بیشتری نیز در زمانی كه كوره در انتظار بارگیریمی‌باشد، دیده شده است. هدف كلی، كوتاهتر كردن زمان POFF از طریق بهینه‌سازی تمامیفرآیندهایی است كه با زمان‌های از كارافتادگی خواسته یا ناخواسته و زمان‌های تنظیماضطراری مختل می‌شوند. توقف خواسته یا ناخواسته، مرتبط با نگهداری و تجهیزات بوده وزمان‌های تنظیم وابسته به كیفیت بهره‌برداری و محدودیت‌های تداركاتیهستند.


زمان‌های برقراری جریانالكتریسیته

تلفات متناسب با زمان ذوب هستند اما با عدم كاراییانرژی ورودی تلفات نیز افزایش می‌یابند. انرژی ورودی بهینه متضمن به حداقل رساندنتلفات ناشی از زمان بهره‌برداری كوتاه است اما علاوه بر آن، مصرف انرژی‌های ورودیمختلف، نیروی برق، اكسیژن و گازمایع را نیز به حداقل می‌رساند. انرژی‌های ورودیاولیه كوره EAF، الكتریكی و شیمیایی هستند در حالی‌كه انرژی‌های ثانویه می‌تواننداز طریق قراضه پیش‌گرم شده توسط یك محور استوانه‌ای یا نوار نقاله اضافهشوند.

تلفات می‌توانند از خنك‌كننده آبی كوره و از گازهای خروجی ناشی شونداما علاوه برآن انرژی الكتریكی ورودی ناكارآمد (به‌عنوان مثال به‌واسطه وجود كفسرباره اندك) یا استفاده از ابزارهای ناكارامد برای اعمال انرژی شیمیایی (مانندنازل‌ها و مشعل‌ها) نیز می‌توانند منجر به تلفات شوند. بیشترین تاثیرات در زمینهاتلاف انرژی مربوط به مواد ورودی به كوره كه اكثرا بازده معینی دارند، مقدار سربارهو همچنین نحوه ذوب است اما علاوه بر آن فرآیند آماده‌سازی شارژ قراضه از قبیلاندازه برش و روش چینش آنها در سبد، منتج به تفاوت‌های اساسی در مصرف انرژی كورهمی‌شود.

هدف از نصب تجهیزات انرژی شیمیایی، بهینه‌سازی انرژی ورودی ازمرحله ذوب تا تصفیه مذاب و همچنین به حداقل رساندن تلفات است. مضاف بر آن، درنتیجهكوتاه كردن زمان فرآیند، تلفات نیز كاهش می‌یابند.

در اكثر موارد، از دیگرتاثیرات عمده می‌توان به مواد خام ورودی كه بدون تغییر باقی می‌مانند اشاره كرد وفرآیند برای نوع مواد اولیه خاص باید بهینه شود.

این تجهیزات انرژی شیمیاییموجود در BSE برای تزریق اكسیژن، سوخت و مواد جامد به‌كار می‌روند كه شامل بخش‌هایزیر هستند:

ـ انژكتورهای درب سرباره با لوله‌های مصرفی

ـانژكتورهای جداره جانبی برای مواد جامد پودری

ـ انژكتورهای EBT جداره جانبیكه در یك زمان اكسیژن و مواد جامد را تزریق می‌كنند

ـ انژكتور لوله‌ای مایعمجازی (VLB) برای سوخت‌های مایع

در سرتاسر دنیا، انژكتورهای BSE به منظورتغذیه انرژی شیمیایی در كوره برای انواع مختلفی از مواد اولیه از آهن اسفنجی تا چدنمذاب به‌كار گرفته می‌شوند. برای دستیابی به بهترین كارایی در یك تاسیسات خاص هریكنیازمند طراحی ویژه‌ای هستند.


انرژی شیمیاییورودی

به‌منظور مصرف كمتر انرژی الكتریكی، برای یك ماده اولیهورودی مشخص، ورودی انرژی شیمیایی مؤثر، مهمترین عامل تاثیرگذار روی عملیات كوره ازذوب كردن همگن تا تصفیه سریع است.

در كوره‌هایی كه با 100 درصد قراضه شارژمی‌شوند، فرآیند ذوب می‌تواند تشدید شود و به واسطه مسلح بودن به یك عملیاتسوخت‌پاشی موثر، برای تمامی مواد اولیه ورودی، یك مذاب همگن حاصل می‌شود. در مرحلهتصفیه، برای دكربورایز كردن (كربن‌زدایی) مذاب ما به دمش گاز اكسیژن نیاز داریم كهاین دمش انرژی مضاعفی را ایجاد كرده، موجب هم زدن حمام مذاب و همگن‌سازی آن می‌شود. برای تولید یك كف سرباره مناسب كه برای ورود نیروی الكتریكی كارآمد ضروری است، وجودمسیرهایی برای پاشش كربن لازم است. مزیت تكنولوژی تزریق اكسیژنBSE، استفاده كارآمداز انرژی شیمیایی در طی مراحل ذوب و تصفیه مذاب برای دستیابی به یك كوره عملیاتی بابهره‌وری بالا است.


تزریق لوله‌ای با كاراییبالا

استفاده از یك لوله مانیپولاتور برای تزریق اكسیژن یا ذراتجامد، منتج به بازده بالای مواد مصرفی می‌شود. یكی از مشكلات موجود طی فرآیند ذوب،برش قراضه با لوله دمش اكسیژن در بخش‌های پایین‌تر كوره و ایجاد فعل و انفعال بینبار پاشنه چدن مذاب و قراضه است. علاوه بر آن، ناحیه درب سرباره نیز می‌تواند بااستفاده از لوله‌های دمشی اكسیژن تمیز شود. در مرحله تصفیه كه در فاز حمام تختانجام می‌شود، برای تسریع تصفیه و همزدن حمام مذاب، اكسیژن و كربن بین سرباره وفولاد مذاب تزریق می‌شوند. با این روش مواد جامد از قبیل سنگ آهك یا ذرات ریز آهناسفنجی را نیز می‌توان تزریق كرد و همچنین در مواقعی كه در تولید فولادهای مخصوصنیاز به افزایش میزان كربن باشد، تزریق كربن به داخل حمام مذاب با این ابزارامكان‌پذیر است.