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 میله های فولادی ساختاری ، بسیار رایج می‌باشد. در این مقاله، قصد داریم مروری جامع بر ماهیت و عملکرد این کوره‌ها داشته باشیم. بر همین اساس، پیشنهاد می‌کنیم جهت شناخت بهتر این کوره‌ها، ما را تا انتهای مطلب همراهی بفرمایید.
امروزه، انواع مختلفی از کوره ها ساخته شده‌اند که از برق به عنوان منبع انرژی برای ذوب و تصفیه فلز استفاده می کنند. کوره‌های قوس الکتریکی، کوره‌هایی هستند که از خواص الکتریکی برای اثرگذاری بر فلزاتی که در داخل یک ظرف عایق‌شده توسط مواد نسوز قرار دارند، استفاده می‌کنند. کوره های 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 1 تن (مورد استفاده در ریخته گری) تا ظرفیت 400 تن ، متفاوت می‌باشد.
لازم به توضیح است که کوره قوس الکتریکی، 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، مي باشد. کوره‌های قوس الکتریکی، به عنوان جایگزینی برای کوره های بلند سنتی به شمار آمده و نقش مهمی در تولید فولاد و فروآلیاژها ی مختلف (همچون فروسیلیس ، فرومنگنز ، فروسیلیکو منگنز ، شمش چدن و آهن اسفنجی ) در سطح جهان دارند. در کوره قوس الکتریکی، جریان الکتریکی از فولاد و سایر فلزات عبور کرده و در نتیجه خیلی سریع و به صورت کارآمد، فولاد تولید می‌شود. همچنین می توان از این نوع کوره برای فرآوری آهن، آلیاژهای فلزی و مواد معدنی استفاده کرد.
آنچه در ادامه خواهید خواند
انواع کوره‌های قوس الکتریکی و مراحل تولید فولاد در این کوره‌ها
این کوره‌ها در سه شکل رایج زیر موجود می‌باشند:
- 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. به عنوان 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 فرایند تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی، 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 کوره قوس الکتریکی
همانطور که قبلا به آن اشاره شد، از کوره قوس الکتریکی برای ذوب ضایعات فولاد به منظور تولید فولاد استفاده می‌شود. در این فرآیند، از انرژی الکتریکی برای ذوب ضایعات فولاد استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که در کوره‌های قوس الکتریکی، 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 می شود. کوره‌های قوس الکتریکی از سه بخش سقف، دیگ و اجاق تشکیل شده‌اند و می توان این کوره‌ها را به صورت هیدرولیکی کج نمود. این سه قسمت از کوره در سطح داخلی با مواد نسوزی پوشانده شده‌اند. علاوه بر این، دیوارهای بیرونی کف، مخزن و طاق دارای ساختاری فولادی هستند که معمولا توسط آب، خنک می شوند.
درست در کنار کوره قوس الکتریکی، ترانسفورماتور کوره قرار دارد که معمولا با روغن خنک می شود 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 می دهد و گرما و مواد مذاب موجود در آن را نگه می‌دارد. سقف کوره، معمولا قابل جابجایی است تا بتوان مواد اولیه را به کوره اضافه کرد. سه الکترود فلزی از سقف بیرون زده و هر کدام را می توان 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 کوره‌های قوس الکتریکی
ضایعات، مهم ترین منابعی است که حدود 80 درصد از کل مواد خام کوره قوس الکتریکی را تشکیل می دهد. کوره‌های قوس الکتریکی مدرن معمولا 150 تن در هر ریخته گری تولید می‌کند که حدود 90 دقیقه طول می کشد.
نحوه کار کوره قوس الکتریکی در ذوب فولاد
کوره های قوس الکتریکی با استفاده از الکترودهای گرافیتی خود، ضایعات فلزی و سنگ معدن را ذوب می کنند. هنگامی که برق به کوره می رسد، 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 می شود. در این کوره‌ها، بخش بزرگی از کل انرژی به انرژی حرارتی (تا 3500 درجه سانتیگراد) تبدیل می شود که منجر به ذوب شدن فلز مورد نظر می شود.
چه فلزاتی را می توان در کوره قوس الکتریکی ذوب کرد؟
کوره‌های قوس به طور گسترده‌ای در تاسیسات صنعتی برای ذوب آهن و فولاد استفاده می شوند. هر چند در ذوب مس، برنج، برنز و سایر آلیاژهای فلزی نیز از این کوره‌ها استفاده می شود. به عبارتی، عمده‌ترین کاربرد این کوره‌ها مربوط به ذوب فولاد، چدن، برنج، برنز، آلیاژهای نیکل و غیره می‌باشد.
به طور 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 می شوند. امروزه بسیاری از کارخانه‌ها، ترکیبی از این محصولات را تولید می کنند و تمایز بین آن‌ها، دیگر به خوبی مشخص نیست.
مزایا و معایت کوره قوس الکتریکی
یکی از مهمترین مزایای استفاده از کوره قوس الکتریکی، 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 کارخانه های فولادی می توانند 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. هنگامی که درپوش این کوره‌ها، برای افزودن مواد برداشته می شود، فولاد مذاب ممکن است به محیط اطراف پاشیده شود. همچنین این کوره ها به حجم زیادی از آب خنک کننده نیاز دارند.
