مقدمه
کوره به محفظهای گفته میشود که میتواند حرارت لازم جهت پخت، ذوب مواد و انجام واکنشهای شیمیایی درخواستی را تامین کند و تحت کنترل کاربر باشد. در صنعت، کوره ها قلب تولید محسوب شده و بدون کوره ها عملا تولیدی صورت نمی گیرد. مکانیزم عملکرد کوره ها براساس کنترل دما و زمان بوه و با توجه به محصول پخت یا ذوب، کنترل دما و زمان تولید صورت میگیرد.
مهمترین قسمت کوره ها از مواد دیرگداز ساخته میشوند که بسته به نوع کوره و محصول انتخاب میشوند. کوره از لایههای مختلفی تشکیل میشود که لایه اول آن بدنه فلزی بوده و لایه درونی بسته به نوع کوره از لایههای مختلف دیرگداز سرامیکی تشکیل میشود.
صنعت فولاد از صنایع مادر محسوب شده و تجهیزات و کوره های مورد استفاده در این صنعت ۷۰% تولید نسوزها را به خود اختصاص داده است. علاوه بر تولید کنندگان در Steel Industry، برای تولید کنندگان مواد نسوز نیز آشنایی با انواع کوره های این صنعت مساله ضروری میباشد. انتخاب مناسب کوره و مواد نسوز برای ساخت آن روی خواص نهایی محصول تولیدی، مصرف انرژی و راندمان تولید تاثیر بسزایی دارد. بیشترین مصرف فراورده های نسوز در این تجهیزات کاربرد دارد، چرا که لایههای درونی کورهها از مواد دیرگداز و آجر نسوز پوشیده میشوند. با توجه به اهمیت این موضوع در این مقاله به معرفی کوره های متداول کاربردی در این صنعت به طور اجمال پرداخته شده است.
کوره القایی (Induction Furnace)
کوره های القایی به دلیل کارایی و دقت بالا در صنعت فولادسازی بسیار متداول هستند. این دسته از کوره ها با تامین محیط تمیز و کنترل شده از القای الکترومغناطیسی برای حرارت دهی و ذوب فلز استفاده می کنند. این فرایند به دلیل کاهش اتلاف انرژی و کنترل دقیق دمایی بسیار کارامد هستند. از مزایای اصلی کوره های القایی توانایی آنها در ذوب سریع فلزات است که باعث کاهش هزینه و زمان تولید میشود. به دلیل قابلیت در مدیریت انواع ترکیبات، این کوره ها برای تولید فولادهای با کیفیت بالا گزینه مناسبی هستند.
علاوه بر این، کوره های القایی سازگار با محیط زیست بوده و در مقایسه با کوره های صنعتی انتشار کمتری دارند. همچنین طراحی متراکم این کوره ها امکان ادغام آسان در خطوط تولید را فراهم کرده و این کوره ها را برای تاسیسات فولادسازی به گزینه ایده الی تبدیل کرده است. Fire bricks و جرم های نسوز متداول برای استفاد در کوره القایی عبارتند از : مواد آلومینا بالا ، منیزیایی ، سیلیسی و آلومینا سیلیکاتی
کوره بوتهای (Crucible Furnace)
کوره بوته ای به دلیل قابلیت برای ذوب فولاد در مقادیر کم، از اجزای اصلی صنعت فولادسازی به حساب میآید. این کورهها برای ذوب مواد اعم از آهنی و غیرآهنی در داخل بوته طراحی شدهاند که بوتهها از مواد نسوز مقاوم در برابر حرارت (آجر نسوز عایق) ساخته شدهاند. بسته به دمای کوره و مواد مذاب، انواع بوتههای گرافیتی، سیلیکون کاربایدی یا چدنی و… استفاده میشوند. بوتهها در دو حالت ثابت و متحرک طراحی میشوند.
یکی از مزایای اصلی کورههای بوتهای توانایی آنها در ذوب فلزات در مقادیر کم است. این مساله، این کورهها را برای کاربردهای تخصصی که در آن ترکیبات آلیاژی دقیق مورد نیاز است، گزینه ایدهآلی میکند. آنها معمولاً در بخش تحقیق و توسعه و همچنین در تولید محصولات فلزی با کیفیت بالا استفاده میشوند. این کورهها علیرغم کوچک بودن، انعطاف پذیری بالایی داشته و همین مساله تنظیم آنها را برای هر نوع سیستم ذوب فلزات امکانپذیر می سازد.
کوره کوپلا (Cupola Furnace)
کوره های کوپلا از قدیمیترین کورهها در صنعت فولادسازی است. این کوره های استوانهای عمدتا برای ذوب آهن استفاده میشوند و با مواد نسوز برای تحمل دماهای بالا روکش کاری می شوند. طراحی این کوره ها در طول سالها بدون تغییر مانده که نشان دهنده اثربخشی پایدار انهاست. این روش برای تولید مقادیر زیاد آهن مذاب کارآمد است و آن را برای ریختهگری هایی که نیاز به خروجی ثابت و قابل اعتماد دارند مناسب میسازد. علیرغم ظهور فناوری های جدید، این کورهها همچنان به دلیل سادگی و استحکام ارزشمند هستند.
این کوره ها در شرایطی که تولید چدن مذاب مطرح است بسیار مفید می باشند. نحوه کار این کوره های کوپلا شبیه کوره بلند بوده با این تفاوت که کوره بلند با هدف احیای سنگ آهن استفاده شده و کوره کوپلا برای ذوب قراضه های چدنی استفاده میشود.
کوره الکتریکی (Electric Arc Furnace)
کوره های الکتریکی از اسبابهای مدرن و انعطاف پذیر برای بازیافت و پردازش ضایعات فلزی هستند. این کوره ها با استفاده از انرژی الکتریکی گرمای لازم برای ذوب فلزات را فراهم میکنند. متداولترین نوع کوره الکتریکی، کوره قوس الکتریکیEAF میباشد. کوره قوس الکتریکی از طریق ذوب شدن بار کوره توسط قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترودهای گرافیتی و بار فلزی عمل مینماید. هنگامی که کوره با قراضه شارژ شد الکترودها پایین آورده شده و جریان الکتریکی از طریق ترانسفورمرها برقرار میگردد. سپس الکترودها بالا رفته و قوس الکتریکی از الکترود به فلز برقرار میشود. قوس الکتریکی ایجاد شده گرمای بسیار زیادی ایجاد میکند و همین حرارت سبب میشود که فرایند ذوب شارژ آغاز شود. نسوزهای قلیایی مقاومت خوبی برای دمای بالا و سیکل های حرارتی این کوره ها دارند.
کوره بلند (Blast Furnace)
کوره بلند از تجهیزات بزرگ صنعتی برای تولید فولاد است که با استفاده از سنگ آهن، کک و آهک، آهن مذاب بسیار زیادی را تولید میکند. کوره بلند به شکل دو مخروط ناقص ساخته میشود که از طرف قاعده بزرگ روی هم قرار میگیرند. بخش خارجی این کوره از فولاد و قسمت داخلی آن معمولا از مواد نسوز ساخته میشود که این مواد به صورت لایهای کامل بخش داخلی کوره بلند ذوب آهن را در بر میگیرد. از بالای کوره هوای گرم دمیده شده و این هوای گرم سبب احتراق کک در کوره (کمک به احیا) و در نتیجه ذوب مواد اولیه میشود. شارژ مواد اولیه از بالای کوره انجام شده و حضور مازوت و گاز طبیعی به فرایند احیا کمک می کنند.
از مزایای این کوره میتوان به هزینه پایین، بازدهی بالا، مصرف پایین انرژی و حجم بالای کوره اشاره کرد. طولانی بودن فرایند تولید، آسیب های زیست محیطی و وابسته بودن فرایند به کک و آهک از معایب این نوع کوره میباشد. در مناطق مختلف کوره بلند از انواع آجرهای نسوز آلومینایی یا آلومینا کروم و یا جرم های sic دار استفاده میشوند.
کوره اکسیژن بازی (Basic Oxygen Furnace)
کوره اکسیژن بازی از دسته کورههای مربوط به متالورژی ثانویه میباشد. فولاد بعد از ذوب، در صورت بالا بودن میزان کربن آن نیاز به فرایند متالورژی ثانویه برای تصفیه نهایی و دستیابی به کیفیت بالاتر و حذف ناخالصی ها دارد. این کوره براساس دمش اکسیژن در مذاب آهن کار میکند و هدف کاهش آهن و دیگر ناخالصی هاست. در این کوره آهن قراضه به کوره وارد شده و با آهن مذاب ذوب شده و این فرایند گرمای شدیدی تولید کرده و تبدیل مواد خام به فولاد با کیفیت را تسهیل میکند. راندمان تولید بالا، مصرف انرژی پایین و آلودگی محیطی به ترتیب از مزایا و معایب این کوره ها به حساب میآیند. استفاده از فراورده های نسوزهای منیزیا-کربن نیز برای این کوره بسیار متدواول شده است که به خاطر مقاومت به خوردگی منیزیا در برابر سرباره بازی و پایین بودن هدایت حرارتی و ترشوندگی گرافیت (کربن) میباشد.
کوره پرتو الکترونی (Electron Beam Furnace)
این نوع کوره از دسته کورههای الکتریکی است که از انرژی پرتو الکترونی با سرعت بالا برای گرمایش استفاده میکند. کوره پرتو الکترونی میتواند انرژی الکتریکی را به پرتو الکترونی پر انرژی تبدیل کرده و این پرتوها مواد موجود در کوره را با بمباران پرتوی به حالت ذوب در میآورد. این کوره دارای مزایایی از جمله سرعت گرمایش سریع، دمای بالا و راندمان حرارتی بالاست ولی هزینه بالای تجهیزات و دشواری نگهداری از معایب این نوع کوره است.
کوره تصفیه پاتیلی (Ladle Furnace)
کوره تصفیه پاتیلی نیز از دسته کوره های متالورژی ثانویه برای تصفیه فولاد از آلاینده ها و اکسیدها استفاده میشود. این فرآیند برای اصلاح فولاد مذاب، با استفاده از گرمایش قوس الکتریکی، گاززدایی خلاء و سایر روش ها برای حذف ناخالصی ها از فولاد به کار میرود. در کوره تصفیه LF، آهن حاوی آلایندههای مختلف (مانند گوگرد و فسفر) و اکسیدها در داخل کوره قرار گرفته و سپس با استفاده از الکترودها و همچنین جریان الکتریکی، این آلایندهها از آهن جدا شده و تصفیه میشوند.
کوره تصفیه LF از یک ملاقه فولادی بزرگ تشکیل شده است که در آن فولاد مذاب ریخته شده و یک یا چند الکترود گرافیتی در بالای ملاقه قرار دارند که جریان الکتریکی از طریق فولاد مذاب عبور میکند. این جریان الکتریکی باعث گرم شدن فولاد مذاب شده و باعث میشود که ناخالصیها به سطح فولاد مذاب شناور شوند . پس از گرم شدن فولاد مذاب، گاززدایی خلاء با قرارگیری فولاد مذاب در خلاء انجام میشود و هوا از آن خارج میشود. این امر باعث میشود که ناخالصیهای گازی از فولاد مذاب خارج شوند. پس از گاززدایی خلا ممکن است سایر روشها مانند دمیدن اکسیژن یا آرگون، یا افزودن مواد شیمیایی به فولاد مذاب برای حذف ناخالصیها از فولاد مذاب استفاده شود.
کوره پیشگرم نورد (Reheating Furnace)
کورههای پیش گرم یکی از تجهیزات اصلی نورد شمش است که از این کوره ها برای گرم کردن شمشها قبل از نورد با حرارت معین و رساندن شمش ها به دمای کار استفاده میشود. اندازه حرارت لازم برای گرم کردن شمشها به دمای اولیه آن بستگی دارد. دمایی که برای کورههای پیش گرم استفاده میشود به عوامل مختلفی بستگی دارد که این عوامل عبارتند از ابعاد شمش، شرایط نورد، نوع فولاد، تعداد مراحل نورد، دمای پایانی نورد و … است.
به لحاظ مکانیزم حرکتی شمش، دو نوع کوره پیش گرم وجود دارد: کوره پیش گرم پوشری و گامی. در نوع کوره پوشری نورد، شمشها یا بیلتها به صورت متوالی و با فشار یکدیگر به داخل کوره هل داده میشوند. این نوع کوره پوشری برای فرآیندهای پیوسته و با ظرفیت بالا مناسب است. یکی از معایب این کورههای پوشری این است که امکان سایش و تغییر شکل در مواد وجود دارد، به خصوص اگر مواد در دمای بالا به هم فشار داده شوند. در کورههای گامی از یک سیستم گامی یا متحرک برای جابجایی شمشها یا بیلتها در داخل کوره استفاده میکنند. مواد به صورت متناوب از یک محل به محل دیگر منتقل میشوند. این نوع کوره به دلیل جابجایی نرمتر و کنترل بهتر بر روی موقعیت مواد، مزیتهایی نسبت به کورههای فشار دهنده دارد .این سیستم معمولاً باعث کاهش سایش و افزایش یکنواختی در گرم شدن مواد میشود. این نوع کورههای گامی دقت و یکنواختی بیشتری در گرم کردن قطعات دارند و از این رو در صنایع پیشرفتهتر ترجیح داده میشوند. امروزه از جرم ها و قطعات پیش ساخته نسوز آلومینایی در این کوره استفاده میشوند.
جمعبندی
کورهها نقش کلیدی در صنعت فولاد دارند و انتخاب صحیح نوع کوره و مواد نسوز تأثیر مستقیمی بر بهرهوری، مصرف انرژی و کیفیت محصول نهایی دارد. شرکت فراورده های نسوز آذرشهاب تبریز با ارائه طیف گستردهای از فراوردههای نسوز، نیاز انواع صنایع فولادسازی را پوشش میدهد.
