انواع کوره آهن
امروزه فرایند تولید به روش متالورژی، سودآورترین و گسترده‌ترین زمینه فعالیت است. تجهیزات اصلی هر کارخانه متالورژی یک کوره فولادی است. تمام فرآیندهای مستقیم تولید در صنایع مختلف از جمله صنایع فولاد سازی ، تنها با کمک انواع کوره آهن و فولاد انجام می‌شود. در این مقاله قصد داریم به سه نمونه از رایج‌ترین و پرکاربردترین انواع کوره آهن و فولاد بپردازیم. به طور حتم، مطالعه این مقاله می‌تواند در بهبود شناخت شما از انواع کوره‌های ذوب مثمر ثمر باشد. بنابراین پیشنهاد می‌کنیم ما را تا انتهای مطلب همراهی فرمایید.
انواع کوره‌های آهن
به طور کلی، سه نمونه از رایج‌ترین انواع کوره آهن مورد استفاده در حوزه متالورژی را می‌توان به صورت زیر ارائه داد:
- کوره قوس الکتریکی
- کوره بلند
- کوره القایی
کوره قوس الکتریکی
امروزه، نوع اصلی کوره‌های آهن و فولادسازی، کوره‌های قوس دار می‌باشند. لازم به ذکر است که بهره وری این کوره‌ها بسیار بالا بوده و از راندمان بالایی برخوردار می‌باشند. در این کوره، قوس الکتریکی که در حین کار کوره ایجاد می شود عنصر اصلی گرما بوده و در نهایت به ذوب فلز منجر می‌شود.
به تعریفی کلی ، کوره قوس الکتریکی نوعی کوره صنعتی است که از جریان الکتریکی متناوب برای تولید گرما استفاده می‌کند. این کوره‌ها به عنوان جایگزینی برای کوره های بلند سنتی عمل کرده و نقش مهمی در تولید جهانی فولاد دارند. در کوره قوس الکتریکی، جریان الکتریکی از فولاد و سایر فلزات داخل آن عبور می‌کند و به تولید سریع و کارآمد فولاد منجر می‌شود. از این نوع کوره می‌توان برای فرآوری آهن، آلیاژهای فلزی و مواد معدنی نیز استفاده کرد.
در این کوره، یک ساختار سنگی سنگین، بدنه کوره را تشکیل داده و گرما و مواد مذاب موجود در آن را حفظ می‌کند. همچنین سقف بلوک معمولا قابل جابجایی است و بدین ترتیب می‌توان مواد اولیه لازم را در حین کار به کوره اضافه کرد. سه الکترود فلزی از سقف بیرون زده و هر کدام را می‌توان برای کنترل مسیر قوس الکتریکی تنظیم کرد. فلز تولید شده از طریق سوراخی که در یک طرف کوره، بالاتر از سطح فولاد مذاب قرار دارد از کوره خارج می‌شود. خوب است بدانید که اکثر مدل‌های کوره قوس الکتریکی بر روی یک سکوی شیب‌دار ساخته می‌شوند تا بدین ترتیب بتوان مواد نهایی را به راحتی در قالب‌های مجاور ریخت.
موارد کاربرد کوره‌های قوس الکتریکی
لازم به توضیح است که به طور سنتی، از کوره قوس الکتریکی برای تولید محصولات فولادی بلند، از جمله تیرها، میله های فولادی و خطوط لوله استفاده می‌شود. محصولات مسطح مانند ورق‌های فلزی یا فولادی معمولا با استفاده از کوره بلند سنتی تولید می‌شوند. امروزه بسیاری از کارخانه‌های فولادسازی، ترکیبی از این محصولات را تولید می‌کنند و تمایز بین این دو دیگر به وضوح مشخص نیست! در نظر داشته باشید که در حال حاضر، ذوب آهن و فولاد، غالبا با استفاده از یک ساختار گرمایشی مانند کوره فولادی قوس الکتریکی(که از اثر حرارتی برای ذوب استفاده کرده و راحت‌تر و کاربردی‌تر است) انجام می‌شود. اجزای اصلی کوره قوس الکتریکی عبارتند از: حمام ذوب، تثبیت کننده نیروی گرمایش قوس، سیستم باز و بسته شدن درب های کوره، جمع کننده سرباره اتوماتیک، سیستم ریختن آلیاژ مایع در ظروف حمل و نقل.
خوب است بدانید که این کوره دارای طراحی مدرن است. و به دلیل استفاده از آخرین راهکارهای فنی ، امکان افزایش بهره وری و کاهش زمان ذوب، کاهش مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی را امکان پذیر می‌کند. مهمترین مزایای فن آوری و ویژگی های متمایز کوره های قوس الکتریکی را می‌توان به این شرح ارائه داد:
- قابلیت بازیافت تمام ضایعات
- انعطاف پذیری فرآیند
- انجام دوره اکسیداسیون و کاهش ذوب
- توانایی کار بر روی فرآیند چند سرباره یا تک سرباره
- استفاده از منابع انرژی جایگزین مبتنی بر کربن، گاز طبیعی و اکسیژن
- سیستم کنترل الکترود هیدرولیکی پیشرفته
کوره بلند
کوره بلند ( یکی دیگر از انواع کوره آهن) ، یک کوره شفت عمودی است که با واکنش جریان هوای تحت فشار به پایین کوره با مخلوطی از سنگ معدن فلزی، کک و شار وارد شده به قسمت بالایی کوره، فلزات مایع تولید می‌کند. هدف استفاده از کوره بلند، انجام فرآیندهای ذوب فروآلیاژها (مانند: فروسیلیس ، فرومنگنز ،فروسیلیکومنکنز و … ) و چدن است. برای تولید این محصولات از مواد اولیه سنگ آهن استفاده می‌شود. ساختار کوره بلند به این صورت است که کوره بر روی پایه نصب شده و یک پوشش فولادی آن را از بیرون می‌پوشاند. پایه بسیار بلند است، قسمت سطحی و مقاوم در برابر حرارت آن، استامپ نامیده می شود. روکش نیز معمولا دارای ضخامت 4 تا 6 سانتی متر است که در داخل آن در امتداد دیواره‌ها، مواد نسوز وجود دارد.
لازم به ذکر است که تولید کوره بلند یکی از سخت‌ترین کارها در زمینه متالورژی است. اما در عین حال، این طراحی بیش از یک قرن است که دارای کاربرد می‌باشد. امروزه با توسعه و پیشرفت علمی و فناوری، طراحی کوره بلند اندکی تغییر یافته و جهت بهبود سرعت روند تولید، عناصر و قطعات مختلفی به آن اضافه شده است. علاوه بر این، بسیاری از حالت هایی که کنترل آنها در کوره‌ها دشوار است، خودکار شده اند.
کوره‌های القایی
کوره القایی ( یکی دیگر از انواع کوره آهن ) برای ذوب محتویات فلزات مختلف دارای کاربرد می‌باشد. لازم به ذکر است که برخی کوره‌های القایی را نوعی دستگاه گرمایش مقاومتی می‌دانند، اما تفاوت این کوره‌ها در نحوه انتقال انرژی به فلز گرم شده است.در کوره القایی، ابتدا انرژی الکتریکی به الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود، سپس دوباره الکتریکی شده و در نهایت به گرما تبدیل می شود. لازم به ذکر است که کوره‌های القایی به دلیل روش گرمایشی که دارند، پیشرفته‌ترین کوره‌های گازی و برقی (مفل، استیل، مینی کوره) هستند. در این کوره‌ها، از طریق القاء ، گرما در درون خود فلز تولید می‌شود و استفاده از انرژی حرارتی بیشترین کارایی را دارد. کوره های القایی به دو نوع با هسته و بدون هسته تقسیم می‌شوند. خوب است بدانید که کوره‌های القایی بدون هسته ، مدرن‌تر و مفیدتر می‌باشند، چرا که هیترهای با هسته، به دلیل نوع طراحی آنها، از قدرت محدودتری برخوردار می‌باشند. در حال حاضر نیز از انواع بدون هسته این کوره‌ها، به طور گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شود.
لازم به ذکر است که اصل گرمایش القایی، تبدیل انرژی میدان الکترومغناطیسی جذب شده توسط یک جسم گرم شده رسانای الکتریکی به انرژی گرمایی است. در تاسیسات گرمایش کوره القایی، میدان الکترومغناطیسی توسط یک سلف که یک سیم پیچ استوانه‌ای چند دور (سلونوئید) است، ایجاد می‌شود. یک جریان الکتریکی متناوب از سلف عبور کرده و در نتیجه یک میدان مغناطیسی متناوب متغیر با زمان در اطراف سلف ایجاد می‌شود. این اولین تبدیل انرژی میدان الکترومغناطیسی است که با اولین معادله ماکسول توصیف می‌شود.
جسمی که قرار است گرم شود در داخل یا نزدیک سلف قرار می‌گیرد. شار تغییر (در زمان) بردار القای مغناطیسی ایجاد شده توسط سلف به جسم گرم شده نفوذ کرده و میدان الکتریکی را القا می‌کند. خطوط الکتریکی این میدان در یک صفحه عمود بر جهت شار مغناطیسی قرار دارند و بسته هستند، یعنی میدان الکتریکی در جسم گرم شده دارای شخصیت گردابی است. بر اساس قانون اهم، تحت تاثیر میدان الکتریکی، جریان‌های رسانایی (جریان‌های گردابی) به وجود می‌آیند. این دومین تبدیل انرژی میدان الکترومغناطیسی است که توسط معادله دوم ماکسول توصیف می‌شود.
در یک جسم گرم شده، انرژی میدان الکتریکی متناوب القایی به طور برگشت ناپذیر به گرما تبدیل می‌شود. چنین اتلاف حرارتی انرژی، که منجر به گرم شدن جسم می شود، در اثر جریان های رسانایی (جریان های گردابی) شکل می‌گیرد. این سومین تبدیل انرژی میدان الکترومغناطیسی است و نسبت انرژی این تبدیل توسط قانون لنز-ژول توصیف می‌شود.