کوره قوس الکتریکی

کوره قوس الکتریکی چیست؟

کوره قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace) برای ذوب فولاد مورداستفاده قرار می‌گیرد که به‌صورت مخفف EAF نامیده می‌شود. کوره‌ای است که با مواد با استفاده از یک قوس الکتریکی گرم می‌شود. این کوره‌ها اندازه‌های متفاوتی دارند که از کوچک‌ترینشان، چدن و از بزرگ‌ترین‌هایشان کوره‌های تولید فولاد را می‌توان نام برد. در بعضی از کوره‌های آزمایشگاهی گاهی دما به ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

کوره قوس الکتریکی کوره‌ای است که با مواد با استفاده از یک قوس الکتریکی گرم می‌شود. این کوره‌ها اندازه‌های متفاوتی دارند که از کوچک‌ترینشان، چدن و از بزرگ‌ترین‌هایشان کوره‌های تولید فولاد را می‌توان نام برد. در بعضی از کوره‌های آزمایشگاهی گاهی دما به ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

ابداع این روش مبتنی بر این بود که می‌توان برای ذوب فلزات از قوسی که بین الکترود افقی زده می‌شود، استفاده کرد. طرح زیمنس برای قوس الکتریکی غیرمستقیم چندین نوع بوده اما تنها، در سال 1890 بود که هر ولت طرح کوره‌های قوس الکتریکی مستقیم را ارائه کرد به‌طوری‌که تمام خصوصیات اساسی و بنیادی کوره‌های الکتریکی جدید را دربرمی‌گرفت.

در کوره‌های قوس الكتریكی، انرژی الكتریكی از طریق ایجاد قوس بین الكترودهای گرافیتی و شارژ فلزی و یا ایجاد قوس بین خود الكترودها، به حرارت تبدیل‌شده و موجب ذوب فلزات می‌گردد. به همین خاطر این کوره‌ها را بر دو نوع قوسی مستقیم (قوس به بار کوره) و قوسی غیرمستقیم (قوس بین الکترودها) تقسیم‌بندی می‌کنند.

اساس کار

شارژ کوره با استفاده از جراثقال آهنربایی یا توسط سبدهایی که کف آن‌ها چندتکه توسط طنابی به هم متصل شده‌اند صورت می‌گیرید هنگامی‌که سبدهای شارژ روی کوره قرار می‌گیرند، طناب در اثر حرارت سوخته و شارژ به درون کوره ریخته می‌شود.

الکترودها توسط سیستم موقعیت‌یابی خودکار بالا و پایین می‌روند .برای موقعیت‌یابی، از وینچ بالابر برقی یا سیلندرهای هیدرولیک استفاده می‌شود. سیستم تنظیم، جریان برق ورودی تقریباً ثابت در طی ذوب کردن شارژ را حفظ می‌کند حتی اگر قراضه زیر الکترودها در هنگامی‌که ذوب می‌شود جابجا شود. از دکل بازوی نگهدارندِ الکترودها برای انتقال جریان برق به الکترودها استفاده می‌شود.

ترانسفورمر برای محافظت از حرارت کوره در یک اتاق نصب می‌شود. بدنه نسوز چینی شده هم با سقف قابل جابجایی از سیستم برق جداشده است.

پایین کوره، با آجرهای نسوز و مواد نسوز بی‌شکل پوشیده شده است. کوره بر روی یک سکوی کج کردن ساخته‌شده است به‌طوری‌که فولاد مذاب را می‌توان به درون ظرف دیگری (پاتیل) برای انتقال به فرایند بعدی ریخت . برای جلوگیری از آلایندگی فولاد مذاب با نیتروژن و سرباره کوره‌های مدرن دارای مجرای تخلیه از کف در محل ناودانی تخلیه مذاب می‌باشند. در برخی از کارخانه‌های جدید، از روش‌های مختلف پیش گرم قراضه به‌منظور کاهش مصرف برق و افزایش بهره‌وری استفاده می‌شود.

دسته‌بندی کوره‌ها

کوره‌های قوسی را بسته به مسیری که جریان الکتریکی در این کوره‌ها طی می‌کند می‌توان به دودسته تقسیم نمود:

1. کوره‌ی قوسی غیرمستقیم: درصورتی‌که قوس الکتریکی بین الکترودها برقرار گردد، به آن کوره قوس الکتریکی غیرمستقیم گویند. حرارت ایجادشده در اثر این قوس از طریق تشعشع و جابجایی به شارژ منتقل گشته و موجبات ذوب آن را فراهم می‌نماید. این نوع کوره‌ها نسبت به این‌که توسط یک یا سه فاز تغذیه شوند، دارای دو یا سه الکترود بوده و بیشتر برای ذوب فلزات غیر آهنی و چدن مورداستفاده قرار می‌گیرند.

2. کوره‌های قوسی مستقیم: درصورتی‌که جریان الکتریکی از طریق قوس الکتریکی ایجادشده بین الکترود و شارژ به شارژ منتقل شود آن را کوره قوس الکتریکی مستقیم نامند. این کوره‌ها ممکن است با جریان برق یک، دو یا سه فاز کار کنند، جریان برق ممکن است از طریق قوسی که بین یک الکترود و شارژ ایجاد می‌شود به شارژ منتقل و پس از عبور از آن با ایجاد یک قوس الکتریکی دیگر به الکترود مجاور منتقل شود و یا احتمال دارد جریان الکتریکی پس از ورود به شارژ ( از طریق قوس الکتریکی که بین الکترود و شارژ برقرار است) با بدنه کوره منتقل و ازآنجا توسط یک الکترود دیگر (بدون ایجاد قوس) خارج شود.

حرایت ایجادشده در اثر یاین قوس از طریق تشعشع و جابجایی به شارژ منتقل گشته و موجبات ذوب آن را فراهم می‌نماید. این نوع کوره‌ها نسبت به این‌که توسط یک یا سه فاز تغذیه شوند، دارای دو یا سه الکترود بوده و بیشتر برای ذوب فلزات غیر آهنی و چدن مورداستفاده قرار می‌گیرند.

• الف. با دو الکترود و جریان برق تک فاز
• ب. با سه الکترود و جریان برق سه فاز

مشخصات کوره

• سوخت کوره گاز طبیعی است.
• قدرت حرارتی کوره 7000000 کالری در ساعت است.
• دارای 48 مشعل گازی در یک‌طرف کوره است.
• ماکزیمم تولید در ساعت 250 تن است.
• قابلیت بالا بردن دما تا 1000 درجه سانتی‌گراد.
• کنترل آسان دما اتمسفر کوره.
• قابلیت نگهداری لوله‌ها در داخل کوره همراه با چرخاندن .
• هزینه نگهداری پایین .
• قابلیت ردیابی دقیق لوله‌ها در داخل کوره.
• قابلیت پایش وضعیت داخل کوره در حین کار.

تجهیزات مکانیکی کوره:

1. 1. اسکلت کوره (steel structure)
2. 2. میزهای گامی (walking beam unit) و سایر تجهیزات مربوط به انتقال لوله در داخل کوره
3. 3. سیستم سوخت و احتراق کوره (gas pipe system & air combustion)
4. 4. ایستگاه هیدرولیک , پنوماتیک وگریسکاری
5. 5. سیستم خنک کاری کوره
6. 6. کابین فرمان کوره
7. 7. نسوزهای داخل کوره

عملیات تولید باEAF

کوره با قراضه بارگیری می‌شود. پس از قرار دادن قراضه در داخل کوره دوباره سقف کوره‌بسته شده و عملیات ذوب کردن انجام می‌گیرد. الکترودها بر روی قراضه پایین آمده و قوس زده می‌شود و سپس الکترودها به لایه قراضه خردشده در بالای کوره فشار وارد می‌کنند. ولتاژ انتخابی برای این سطح از عملیات معمولاً کم است. ولتاژ پایین سقف و دیوارها را از گرمای بیش‌ازحد و آسیب از قوس محافظت می‌کند.

پس از رسیدن به پایین کوره ، الکترودها می‌توانند کمی بالا آورده شوند و موجب افزایش طول قوس و از این‌رو بالا بردن توان ذوب کردن گردند. این موضوع به تشکیل حتی سریع‌تر حوضچه مذاب کمک می‌کند. کوره‌های مدرن با برخی ویژگی‌های اضافی طراحی می‌شوند. در این کوره‌ها اکسیژن به داخل قراضه دمیده شده و گاهی اوقات گرمای شیمیایی توسط مشعل‌های اکسیژن – سوخت نصب‌شده روی دیوار کوره تأمین می‌شود. هر دو فرایند به ذوب کردن قراضه سرعت می‌بخشند.

تشکیل سرباره که در سطح فولاد مذاب شناور می‌شود بخش مهمی از فرآیند ساخت فولاد است. سرباره نه‌تنها به‌عنوان پوشش عایق حرارتی عمل می‌کند، بلکه فرسایش مواد نسوز را هم کاهش می‌دهد. مواد نسوز بازی در کوره باعث سرباره پفکی می‌شود و امکان دستیابی به بازده حرارتی بیشتر و پایداری بهتر قوس و بازدهی الکتریکی را فراهم می‌کند.

هنگامی‌که قراضه به‌طور کامل ذوب شد اغلب سبد دیگری از قراضه به کوره شارژ و ذوب کردن انجام می‌شود. پس‌ازاینکه شارژ دوم به‌طور کامل ذوب شد، عملیات تصفیه برای کنترل و تصحیح ترکیب شیمیایی فولاد انجام می‌گیرد و فوق گذار از دمای انجماد برای آماده‌سازی جهت تخلیه کوره به آن داده می‌شود. هنگامی‌که دما و ترکیب شیمیایی درست باشد، با کج کردن ،کوره فولاد به پاتیل پیش گرم شده‌ای تخلیه می‌گردد.

کوره‌هایی با جریان متناوب سه الکترود گرافیتی متحرک دارند. گرم کردن و ذوب فلز توسط انرژی تابشی از برقراری قوس بین الکترودها و فلز انجام می‌شود و دما در منطقه قوس به c ◦۴۰۰۰ می‌رسد برقراری یکنواخت قوس با استفاده از حرکت الکترودهای حامل جریان در جهت عمود بر سطح مذاب تنظیم می‌شود. تنظیم انرژی تابشی توسط کوتاه و بلند کردن طول قوس با حرکت الکترودها امکان‌پذیر است.