کوره قوس الکتریکی
کوره قوس الکتریکی، یک ظرف استوانهای شکل است که سوخت رایج آن را ضایعات فولادی تشکل میشود. استفاده از این کورهها جهت تولید مینی فولاد و همچنین تولید محصولات فولادی مانند میلهها و میلههای فولادی ساختاری، بسیار رایج است. در این مقاله، قصد داریم مروری جامع بر ماهیت و عملکرد این کورهها داشته باشیم.
امروزه، انواع مختلفی از کورهها ساخته شدهاند که از برق بهعنوان منبع انرژی برای ذوب و تصفیه فلز استفاده میکنند. این کورهها از خواص الکتریکی برای اثرگذاری بر فلزاتی که در داخل یک ظرف عایق شده توسط مواد نسوز قرار دارند، استفاده میکنند. کورههای قوس در سال 1904 توسط هرولت فرانسوی طراحی شدند. این کورهها در حال حاضر بیشترین استفاده را در صنایع فولاد داشته و اندازه آنها از ظرفیت یک تن (مورد استفاده در ریختهگری) تا ظرفیت 400 تن، متفاوت است.
لازم به توضیح است که این کوره، نوعی کوره صنعتی است که از جریان الکتریکی متناوب برای تولید گرما استفاده میکند. در این کورهها، پديده تشكيل قوس الكتريكي بر پايه عبور جريان بين دو الكترود، با يك محيط يونيزه، معمولا هوا، است. کورههای قوس الکتریکی، بهعنوان جایگزینی برای کورههای بلند سنتی به شمار آمده و نقش مهمیدر تولید فولاد و فروآلیاژهای مختلف (همچون فروسیلیس، فرومنگنز، فروسیلیکو منگنز، شمش چدن و آهن اسفنجی ) در سطح جهان دارند. در این کوره، جریان الکتریکی از فولاد و سایر فلزات عبور کرده و در نتیجه خیلی سریع و به صورت کارآمد، فولاد تولید میشود. همچنین میتوان از این نوع کوره برای فرآوری آهن، آلیاژهای فلزی و مواد معدنی استفاده کرد.
مراحل تولید فولاد در این کورهها و انواع آن
این تنورها در سه شکل رایج زیر موجود است:
- کوره قوس زیر آب
- کوره قوس غیر مستقیم
- کوره قوس مستقیم
در هر یک از انواع کوره قوس الکتریکی، انتقال حرارت به فلز، به روش خاصی انجام میشود. بهعنوان مثال، در کورههای قوس زیر آب، مواد در نتیجه عبور جریان الکتریکی از خود جرم ، گرم میشوند.
شکل رایج این کورهها، به این صورت است که یک استوانه فولادی با روکش نسوز بوده و دارای سه الکترود (میله کربن) است که از سقف کوره وارد میشود. لازم به ذکر است که فرآیند تولید تنور فوق، به این شرح است:
- جریان الکتریسیته، وارد کوره می شود.
- یک جریان الکتریکی قوی بین الکترودهای قوس، پرش کرده و گرمای شدیدی تولید میشود.
- بار ذوب شده و واکنشهای شیمیایی لازم انجام میشود.
- مواد آلیاژی اضافه می شود.
- و در نهایت، از نوک کوره، فولاد مذاب جریان مییابد.
شایان ذکر است که امروزه در سطح کشورهای جهان، بخش قابل توجهی از فولاد، توسط کوره قوس الکتریکی تولید میشود. این کورهها نسبت به کورههای سنتی، هزینه ساخت کمتری داشته و انعطاف پذیرتر میباشند.
ساختار و شمایل کوره
همانطور که قبلاً به آن اشاره شد، از کوره قوس الکتریکی برای ذوب ضایعات فولاد بهمنظور تولید فولاد استفاده میشود. در این فرآیند، از انرژی الکتریکی برای ذوب ضایعات فولاد استفاده میشود. لازم به ذکر است که در کورههای فوق، یک قوس الکتریکی بین مواد خام و الکترودها ایجاد میشود. در اثر ایجاد این قوس، گرمای زیادی آزاد شده و در نهایت موجب ذوب شدن ضایعات فولاد میشود. کورههای قوس الکتریکی از سه بخش سقف، دیگ و اجاق تشکیل شدهاند و میتوان این کورهها را به صورت هیدرولیکی کج نمود. این سه قسمت از کوره در سطح داخلی با مواد نسوزی پوشانده شدهاند. علاوهبر این، دیوارهای بیرونی کف، مخزن و طاق دارای ساختاری فولادی هستند که معمولاً توسط آب، خنک میشوند.
درست در کنار کوره قوس الکتریکی، ترانسفورماتور کوره قرار دارد که معمولا با روغن خنک میشود و جهت محافظت از گرما، درون یک محفظه قرار گرفته است. این سیستم از یک واحد هیدرولیک برای حرکت الکترودها و مکانیسم بلند کردن طاق، یک سیستم خنک کننده آب، یک سیستم هوای فشرده و یک سیستم استخراج گازهای تولید شده تکمیل شده است.
لازم به توضیح است که در این کورهها، یک پوسته سنگی سنگین، بدنه کوره را تشکیل میدهد و گرما و مواد مذاب موجود در آن را نگه میدارد. سقف کوره، معمولا قابل جابهجایی است تا بتوان مواد اولیه را به کوره اضافه کرد. سه الکترود فلزی از سقف بیرون زده و هر کدام را میتوان برای کنترل مسیر قوس الکتریکی تنظیم کرد. خوب است بدانید که اکثر مدلهای کوره قوس الکتریکی نیز بر روی یک پلت فرم کج ساخته میشوند، تا مواد نهایی به راحتی در قالبهای مجاور تخلیه شوند.
میزان تولید
ضایعات، مهمترین منابعی است که حدود 80 درصد از کل مواد خام کوره قوس الکتریکی را تشکیل میدهد. کورههای قوس الکتریکی مدرن معمولا 150 تن در هر ریختهگری تولید میکند که حدود 90 دقیقه طول میکشد.
نحوه کار در ذوب فولاد
این تنورها با استفاده از الکترودهای گرافیتی خود، ضایعات فلزی و سنگ معدن را ذوب میکنند. هنگامی که برق به کوره میرسد، جریان الکتریکی، بین دو الکترود برق دار و به الکترود خنثی متصل به زمین جریان مییابد.
در فرآیند عملیات کورههای قوس الکتریکی، از انرژی الکتریکی و شیمیایی برای ذوب بار استفاده میشود. در این کورهها، بخش بزرگی از کل انرژی به انرژی حرارتی (تا 3500 درجه سانتیگراد) تبدیل میشود که منجر به ذوب شدن فلز مورد نظر میشود.
چه فلزاتی را میتوان در کوره قوس الکتریکی ذوب کرد؟
کورههای قوس بهطور گستردهای در تأسیسات صنعتی برای ذوب آهن و فولاد استفاده میشوند. هر چند در ذوب مس، برنج، برنز و سایر آلیاژهای فلزی نیز از این کورهها استفاده میشود. به عبارتی، عمدهترین کاربرد این کورهها مربوط به ذوب فولاد، چدن، برنج، برنز، آلیاژهای نیکل و… است.
بهطور سنتی، کوره قوس الکتریکی برای تولید محصولات فولادی بلند، از جمله تیرها، میلههای فولادی و لولهها استفاده میشود. محصولات تخت، مانند ورق فلز یا ورق فولاد، معمولا با استفاده از کوره بلند سنتی تولید میشوند. امروزه بسیاری از کارخانهها، ترکیبی از این محصولات را تولید میکنند و تمایز بین آنها، دیگر به خوبی مشخص نیست.
مزایا و معایت
یکی از مهمترین مزایای استفاده از کوره فوق، توانایی آن در تولید فولاد، تنها با استفاده از ضایعات فلزی است. کارگران، ضایعات را روی سقف کوره میریزند، ضایعات در این بخش ذوب شده و برای تشکیل فولاد جدید مورد استفاده قرار میگیرند. این ویژگی به پایین نگه داشتن هزینه مواد و همچنین به حداکثر رساندن بازیافت و کاهش مصرف انرژی کمک شایانی میکند. این کورهها همچنین کوچکتر از کوره بلندهای سنتی هستند و نیاز به سرمایه گذاری اولیه کمتری دارند. این بدان معنی است که کارخانههای فولادی میتوانند در صورت نیاز به صورت محلی ساخته شده و به کاهش هزینههای مربوط به حمل و نقل کمک کنند.
از معایب این کورهها نیز میتوان به این مورد اشاره کرد که کوره قوس الکتریکی ذاتا خطرات زیادی را برای کارگران به همراه دارد. هنگامیکه درپوش این کورهها، برای افزودن مواد برداشته میشود، فولاد مذاب ممکن است به محیط اطراف پاشیده شود. همچنین این کورهها به حجم زیادی از آب خنک کننده نیاز دارند.
رکن کلیدی در صنعت فولاد
کورههای قوس الکتریکی بهعنوان یکی از ارکان اصلی تولید فولاد در جهان مدرن، تحولی اساسی در صنعت متالورژی ایجاد کردهاند. این فناوری، با تکیه بر مزیتهای اقتصادی و زیستمحیطی، بهویژه در مقایسه با روشهای سنتی مانند کورههای بلند، جایگاه خود را بهعنوان یک روش کارآمد و انعطافپذیر تثبیت کرده است.
این کورهها با ترکیب مزایای اقتصادی، زیستمحیطی و انعطافپذیری تولید، بهعنوان یک فناوری کلیدی در آینده صنعت فولاد مطرح هستند. با این حال، برای افزایش سهم آنها در بازار، نیاز به حل چالشهای ایمنی، بهبود کیفیت محصول و تضمین تأمین پایدار مواد اولیه وجود دارد. در صورت تحقق این شرایط، EAFها میتوانند نقش محوری در گذار به سمت صنعت فولاد سبز ایفا کنند.
