کوره القایی بدون هسته

 

کوره القایی، یک کوره الکتریکی است که گرما را از طریق القای گرمایی به مواد اعمال می‌کند.

در سال ۱۸۳۱ میلادی مایکل فارادی )Faraday) با ارائه این مطلب که اگر از سیم پیچ اولیه‌ای جریان متغیری عبور کند، در سیم پیچ ثانویه مجاورش نیز جریان القاء می‌شود، تئوری گرمایش القایی را بنا نهاد. علت اصلی این پدیده القاء، تغییرات شار در مدار بسته ثانویه است که از جریان متناوب اولیه ناشی می‌شود. در گذشته بیشتر از کوره‌های سوخت فسیلی برای ذوب فلزات استفاده می‌شد. آلودگی محیط زیست، راندمان پایین، سروصدای زیاد، عدم یکنواختی مذاب، عدم توانایی ذوب فلزات دیرگداز و مسائلی از این قبیل، مشکلاتی بود که این کوره‌ها به همراه داشتند. تکنولوژی کوره القایی یک تکنولوژی استراتژیک و پرکاربرد است که از جمله در ذوب فلزات با استفاده از انرژی الکتریکی کاربرد دارد. زیربنای صنایع سنگین هر کشور، صنایع ذوب فلزات است. زیربنای صنایع ذوب نیز صنایع کوره سازی است؛ لذا از اینجا اهمیت صنایع کوره سازی به وضوح روشن می‌گردد. 

این نوع کوره شامل یک بوته دیر گداز میباشد که یک کویل مسی با قابلیت هدایت زیاد بدور آن پیچیده شده است و کویل با آب خنک میشود. برای جلوگیری از اتصالی حلقه های این سیم پیچ از نوارهای عایق استفاده می شود

 

 

⦁ روش کار کوره القایی

با عبور جریان متناوب از کویل مسی ، میدان مغناطیسی در داخل کویل به وجود میآید که این میدان مغناطیسی در اثر برخورد با سطح فلزات یا قراضه موجود در داخل کوره که در عمل هسته کوره  را میسازد، سبب به وجود آمدن جریان الکتریکی درهسته میگردد. جریان الکتریکی القایی با عبور از فلزات یا قراضه داخل کوره که دارای مقاومت الکتریکی میباشد سبب ایجاد حرارت میشود و این حرارت باعث ذوب فلزات یا قراضه می شود . در حقیقت کوره القایی را میتوان به عنوان یک مبدل جریان در نظر گرفت که کویل کوره مدار اولیه و هسته یا فلز داخل کوره داخل کوره مدار ثانویه را تشکیل میدهد. لازم به ذکر است که فلزداخل کوره بایستی هادی جریان الکتریسیته باشد در غیر این صورت گرمایی ایجاد نخواهد شد. جهت جریان در کویل با جهت جریان در مذاب عکس یکدیگرند و همین موضوع باعث تلاطم ذوب در کوره های القایی میشود که علت اصلی آن پایین بودن فرکانس کوره است و عمدتا در کوره های فرکانس برق شهر دیده میشود 

با افزایش فرکانس در کوره ها شدت این تلاطم کاهش مییابد بطوری که در کوره های فرکانس بالا حداقل تلاطم ذوب را مشاهده میکنیم. این کوره ها جهت ذوب فولاد مناسب هستند، زیرا کاهش تلاطم باعث کاهش میزان اکسیداسیون سطحی مذاب فولاد میگردد

 

مزایای کوره های القایی نسبت به سایر کوره ها

-  اپراتوری بسیار ساده بعلت وجود بخش کنترل کامل الکترونیک

-  عدم آلودگی و اکسیداکسیون بار به علت عدم وجود گاز و شعله اکسید کننده

- شروع به کار سریع و عدم نیاز به پیش گرم یا ذوب اولیه

   - سرعت بالای انجام عملیات در مقایسه با سایر کوره ها

-  راندمان بسیار بالاترنسبت به کوره های سوختی

-  قابلیت تهیه آلیاژهای یکنواخت به علت چرخش داخل مذاب  

 - قابلیت تهیه و نگهداری ذوب در ظرفیت های مختلف

 - سادگی عمل تغذیه و تخلیه

-  امکان کنترل دقیق درجه حرارت

-  قابلیت ذوب قراضه

- ا شغال فضای کمتر نسبت به سایر کوره ها

-  عدم تاثیر بر آلودگی محیط زیست

 

کاربرد کوره های القایی در صنعت

 ساختمان و روش کار کوره القایی

کوره القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی کمتر و ... است . همچنین در کوره هایی که در آنها از روشهای دیگر ، غیر القاء استفاده می شود ، اندازه کوره القایی بسیار بزرگ بوده و زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی است . کوره القایی از نظر افزایش و تقلیل مصرف انرژی نسبت به سایر کوره ها دارای مزایای فراوانی می باشد . این کوره ها در ظرفیتهای مختلف قادر به ذوب از 15 کیلوگرم تا چندین تن می باشد.

درکوره القایی هیچ گونه فعل و انفعالی شیمیایی که باعث افزایش ناخالصی و تغییرات ترکیبی مذاب گردد ، انجام نمی شود و علاوه بر آن به دلیل عدم استفاده از الکترود نسبت به کوره های قوس الکتریک امکان ورود ناخالصی های مواد از طریق مکانیکی نیز امکان پذیر نیست و از نظر توزیع حرارت و کنترل ترکیب مطلوب می باشد و از نظر مسائل الکتریکی محدودیتی برای افزایش درجه حرارت ندارند

 

قسمتهای مختلف کوره القایی

 به طور کلی قسمتهای مختلف کوره القایی را می توان به بوته ، تاسیسات الکتریکی ، تاسیسات خنک کن ، تاسیسات حرکت بوته ، محل استقرار کوره ، تاسیسات تهویه تقسیم بندی کرد.

الف) بوته 

حاوی اسکلت فلزی کوره ، کویل ، جداره نسوز ،هسته ترانسفورمر، بوغها ، پلات فرم

ب)  تاسیسات الکتریکی

شامل دژنکتور، سکیونر، ترانسفورماتور، مبدل فرکانس ، خازنها ، چوکها ، کلیدهای کولر، مکنده ها وتابلوها ی کنترل

عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس کار کوره القایی را تشکیل می دهد . در کوره القایی از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود

 

لازم به ذکر است که مزیتهای دیگر کوره القایی همچون دقت زیاد برای گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفتهای بعدی ( در سالهای جنگ جهانی دوم ) بیشتر آشکار شد . در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم کننده ، تلفات گرمایی کمتر شده و تمیزی شرایط کار تامین میگردد در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیکی بار و کویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش کم به آسانی قابل دسترس می باشد .

در ابتدا کوره القایی مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که به نوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الکتریکی جهت عملیات حرارتی بحساب میآمد .

از آنجائیکه تلفات فوکو و هیسترزیس با فرکانس نسبت مستقیم دارند و اینکه ابعاد کویل کوره القایی با بالا رفتن فرکانس کاهش می یابد ، مهندسین به فکر تغذیه کوره القایی در فرکانسهای بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند . اولین قدم در این راه استفاده از فرکانسهای دو برابر و سه برابر که از هارمونیکهای دوم و سوم بدست می آمدند ، بود

 

از لحاظ سیستم قدرت می توان سیستم کوره القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :

الف ) سیستمهای منبع کوره القایی         (Supply Systems)

در این سیستمها که فرکانس کار آنها بین 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فرکانس نیست و با توجه به فرکانس کار ،‌عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود 10 تا 100 میلیمتر می باشد . همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز میرسد .

ب ) سیستمهای موتورـ ژنراتور کوره القایی   (Motor-Generator Systems)

فرکانس این سیستمها از 500 هرتز تا 10 کیلو هرتز می باشد . در این سیستمها تبدیل فرکانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای کوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد  همچنین در این سیستمها توان به وسیله ماشینهای 500 کیلو وات تامین میگردد و برای بدست آوردن توانهای بالاتر ، ‌از سری کردن ماشینها استفاده میشود . عمق نفوذ در این سیستمها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سیستمها منبع ، کمتر بوده و در حدود1 تا 10 میلیمتر است . این هارمونیکها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع کاربرد سودمند تشخیص داده شدند . پائین بودن راندمان در استفاده از هارمونیکهای فوق موجب گردید طراحان روش دیگری را مورد استفاده قرار دهند در این مرحله سیستم موتورـ ژنراتور توسعه یافت که با استفاده از این سیستم توانستند فرکانس تغذیه را تا صدها هرتز افزایش دهند.درکوره القایی افزایش فرکانس باعث کاهش عمق نفوذ جریان القایی میگردد لذا در عملیات حرارتی سطحی که سختکاری سطح فلز ، مورد نظر می باشد از کوره القایی با فرکانس بالا استفاده می شود .

با ورود عناصر نیمه هادی مانند تریستورها ، ترانزیستورها و موسفت ها به حیطه صنعت محدودیت فرکانس و عدم تغییر آن ، در تغذیه کوره ها مرتفع شد .

 

ج ) سیستمهای مبدل نیمه هادی کوره القایی   (Solid-State Converter Systems)

در این سیستمها فرکانس در محدوده HZ 500 تا KHZ100 بوده و تبدیل فرکانس به طرق گوناگونی صورت میپذیرد . در این سیستمها از سوئیچهای نیمه هادی استفاده میشود و توان مبدل بستگی به نوع کاربرد آن تا حدود MW 2 میتواند برسد .

د ) سیستمهای فرکانس رادیویی کوره القایی (Radio-Frequency System)

فرکانس کار در این سیستم در محدوده KHZ 100 تا MHZ 10 می باشد . از این سیستمها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود 1/0 تا 2 میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمرکز با سرعت تولید بالا استفاده میگردد.

پ) تاسیسات خنک کن کوره القایی

تاسیسات الکتریکی کوره القایی مثل ترانسفورماتور، خازن ها ، کلیدهای فشار قوی و تابلو مدار فرمان در محدوده ی زمانی خاصی می توانند کار کنند و اگر از حد معینی گرمتر شوند باعث ایجاد مشکلاتی در کوره القایی می گردند ، لذا این تاسیسات باید خنک گردند ، خنک کردن تاسیسات الکتریکی کوره القایی می تواند با فن ، ارکاندیشن یا کولرگازی صورت گیرد .کویل و بدنه کوره در کوره القایی ، پوسته ی اینداکتور ، پوسته خنک کن و گلوئی کوره در کوره های کانال دار نیز باید خنک شوند این قسمت ها عموما با آب خنک می گردند (برخی از کوره های القایی کوچک کانال دار بگونه ای طراحی می شوند که تمام قسمت های فوق الذکر یا قسمتی از آن با هوا خنک می شود ) و تاسیسات مخصوصی شامل مبدل های حرارتی ، پمپ ،برج خنک کن و غیره را دارا می باشد و معمولا مقصود از تاسیسات خنک کن همین قسمت می باشد.

ت) تاسیسات حرکت بوته کوره القایی

برای کوره القایی بزرگ هیدرولیکی و همچنین کوره القایی کوچک مکانیکی یا هیدرولیکی است و شامل جک های هیدرولیک ، پمپ هیدرولیک، مخزن روغن ، شیر ها ، فیلتر ها ، دیگر تاسیسات هیدرولیک و میز فرمان هیدرولیک یا سیستم های چرخ دنده ای دستی یا چرخ دنده ای موتوردار.

ث) محل استقرار کوره القایی

شامل اتاق محل استقرار بوته (furnace pit) ، فونداسیون ، چاله ی تخلیه ی اضطراری ،محل استقرار تاسیسات الکتریکی کوره القایی ، هیدرولیکی و خنک کن و محل استقرار تابلو های مدار فرمان ، تابلوی کنترل مدار آب و میز فرمان هیدرولیک می باشد.

ج) تاسیسات تهویه کوره القایی

تاسیسات دوده و غبارگیر، بخصوص در کوره القایی بزرگ را نیز می توان  از تاسیسات مهم کوره به حساب آورد.

 

انواع کوره القایی

1) کوره القایی فرکانس بالا

2) کوره القایی فرکانس متوسط

3) کوره القایی فرکانس پایین                                           

4) کوره القایی ذوب در خلاء

 

⦁ کوره های القائی با فرکانس پایین

چنانچه از نام آن پیداست، این فرکانس همان فرکانس برق شهر است. استفاده از فرکانس برق شهر ارزانترین راه برای نصب کوره بدون هسته میباشد، در این حالت به وجود مبدل فرکانس نیازی نیست. برای بار کوره فقط یک ترانسفورماتور موردنیاز میباشد. ترانسفورماتوری که در آن هسته ها از نظر مغناطیسی به حد اشباع در آمده اند یک جریان متغیر تولید میکند که شامل نوسانات زیادی میباشد. چنین کورهائی با ۳ تا ۹ برابر فرکانس برق شهر کار میکنند. باید در کویل اولیه یک فیلتر هارمونیک کار گذاشته شود تا از بازگشت نوسانات به برق شهر جلوگیری بعمل آید. کویلهایی که بصورت متوالی با سیم پیچ های اولیه قرارگرفتهاند این فیلتر را تقویت میکنند. کورههائی که با فرکانس پائین کار میکنند نیازی به دستگاه تنظیم بار ندارند چون بار به محض ورود به طور مساوی بین سه فاز تقسیم می‌شود.

⦁ کوره های القائی با فرکانس متوسط

فرکانس برق القا شده در این کوره ها بین ۵۰۰ الی ۱۰۰۰ هرتز میباشد. بنابر این دارای هزینه سرمایه گذاری اولیه بیشتری نسبت به کوره های با فرکانس برق شهر بوده است. کار با این کوره ها ساده بوده و سرعت ذوب آن زیاد می باشد. این کوره ها را میتوان بدون  نیاز  به مذاب اولیه از حالت سرد بکار انداخت. این کوره ها بیشتر جهت تهیه چدنها و فولادهای مخصوص بکار می روند.

⦁ کوره القایی با فرکانس بالا

در فرکانس ۱۰۰۰ هرتز و بالاتر، معمولاً از اصطلاح فرکانس زیاد استفاده می‌شود. برق از یک منبع سه فاز تأمین می‌شود.

⦁ کوره های القایی با فرکانس متعدد

این نوع کوره ها معمولا دارای سه فرکانس متفاوت بوده و دارای مزایای هر دو کوره القائی با فرکانس شبکه و متوسط میباشد. استفاده از این کورهها برای کارگاههای ریخته گری کوچک و متوسط  مناسب می باشد. (با حذف محدودیت نگهداری مذاب در کوره های القائی با فرکانس شبکه)

در صنعت با توجه به مزایای کوره های فرکانس متوسط، معمولا از این کوره ها جهت تولید فولاد یا چدن استفاده می شود.

یک دسته بندی دیگر برای کوره های القایی، نوع طراحی آنهاست به طوری که کلا دو نوع طراحی وجود دارد

کوره های القایی مدار سری و کوره های القایی مدار موازی

کوره های القایی مدار سری یعنی آن دسته از کوره ها که خازن و کویل به صورت سری در مدار قرار میگیرند و در کوره های مدار موازی به صورت موازی

 

طرز کار کوره القایی

در کوره القایی حرارت لازم برای ذوب فلز به وسیله ایجاد جریان القایی حاصل از یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس کم یا زیاد تامین می گردد.که جریان برق از یک شبکه یک مدار اولیه هدایت می شود و یک میدان مغناطیسی غیر دائمی ایجاد می کند . میدان مغناطیسی  غیر دائمی نیز به نوبه خود یک نیروی الکتروموتوری در بار کوره القایی به وجود می آورد . این نیروی نیروی الکتروموتوری القایی شدت جریان نامنظمی به داخل کوره القایی می فرستد . این شدت جریان نامنظم مطابق قانون ژول فلز داخل کوره القایی را گرم میکند.شرط اینکه انرژی الکتریکی تبدیل شده به انرژی حرارتی برای ذوب بار داخل کوره القایی کافی باشد این است که قطر بار کوره القایی(d) که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد یک حد مینیمم داشته باشد قطر بار کوره القایی باید بزرگتر از نصف طول موج باشد     d>p.3.14  p= راه نفوذ    = مقدار نفوذ

مسئله فوق برای فرکانسهای پایین اهمیت زیادی دارد چون فرکانسهای پایین به قطر نسبتا زیاد بار احتیاج دارند .

 

کوره القایی فرکانس کم = شارژ با قطر بزرگ

کوره القایی فرکانس زیاد = شارژ با قطر کوچک

 

این مسئله در کوره القایی با فرکانس کم اشکلاتی بوجود می آورد چون باید بار کوره را از قطعات درشت انتخاب کرد . داخل کوره القایی بوسیله ماده دیر گداز احاطه شده در حقیقت منطقه ذوب کوره را تشکیل می دهد و اصطلاحا آن را بوته ذوب می نامند اطراف بوته توسط لوله های مسی بطور مارپیچ احاطه گردیده است.

وظیفه کویل مسی آن است که جریان القایی (معمولا 1000تا 30000 سیکل بر ثانیه ) را بر روی فلز و یا مذاب محتوی بوته اعمال نماید در اثر عبور جریان القایی (که خود توسط ژنراتورهای مخصوص در مورد کوره القایی با فرکانس بالا به وجود می اید) از کویل مسی و القاء آن در سطح فلز درون بوته جریان الکتریکی بالایی در سطح فلز به وجود آمده این جریان تولید حرارت زیاد در نتیجه منجر به ذوب سریع فلز می گردد همواره در جریان کار کوره القایی آب در داخل کویل مسی جریان دارد تا از ذوب آن که در اثر حرارت حاصل از جریان القایی ایجاد می گردد جلوگیری شود .

به هنگام گرم شده بار کوره القایی مسئله ”اثر کناره های“ بوضوح دیده می شود (به این ترتیب که بار کوره القایی در مناطق نفوذ امواج بیشتر از سایر قسمتها انرژی حرارتی را جذب می کند ) حسن این مسئله در این است که بازده تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی در کناره های کوره القایی و بار بیش از سایر قسمتهای آن است این عمل گذشته از موارد فوق در اثر بوجود آوردن حرکت در حمام به انتقال حرارت در کوره القایی کمک کرده و بازده ذوب را بالا می برد .در کوره القایی به علت قدرت دریافت زیاد سیم پیچها گرم شده بار به سرعت عملی شده و زمان ذوب تا حد زیاد پایین می اید گذشته از آن اتلاف حرارتی در کوره القایی کمتر از سایر روش ها است .

 

کوره القایی فرکانس بالا

کوره القایی کانالی (هسته دار) نیز به طور گسترده ای در صنایع ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد در کوره القایی کانالی کویل القاء کننده در داخل حمام مذاب (در قسمتی محدودی از بوته) قرار می گیرد . از آنجا که به هم خوردن مذاب در اثر ایجاد جریان القایی ، تنها به منطقه ای در اطراف کویل القاء کننده محدود می گردد و تحت چنین شرایطی ، در صورت افزودن مواد جامد فلزی (شارژ یا عناصرآلیاژی ) ذوب و جذب شدن آنها نمی تواند به خوبی صورت گیرد کوره القایی کانالی بیشتر به عنوان نگهدارنده مذاب و افزایش دادن فوق ذوب به کار می رود

کوره القایی با فرکانس بالا معمولا شامل یک ژنراتور به قدرت 5 تا 1000 کیلووات است که فرکانس معمولی را به 10000 می رساند . اصول کلی ساخت کوره القایی با کور ه القایی فرکانس کم تفاوت چندانی نمی کند جز آنکه برای تامین انرژی و فرکانس به ژنراتورها و ترانسفورماتورها قوی نیازدارد و ظرفیت آنها کم و محدود می باشد و حداکثر از 35 کیلوگرم الومینیوم تجاوز نمیکند .

کوره القایی با فرکانس بالا معمولااز سیستم یک فاز تغدیه می شوند ویک خازن و ژنراتور برای عرضه راندمان انرژی در سیستم 3 فاز درآنها بکار گرفته می شود بوته ها و مواد نسوز در داخل کوره القایی بایستی دو پارامتر متضاد را شامل شوند اول آنکه برای انتقال جریان و القاء ان نازک و از قابلیت انتقال برخوردار باشند و دوم آنکه به اندازه کافی ضخامت داشته باشند تا از استحکام زیاد برخوردار باشند که معمولا این ضخامت را 8 درصد قطر بوته منظور می کنند .

 

کوره القایی فرکانس پایین

کوره القایی با فرکانس پایین به دلیل بی نیازی از مولد یا ژنراتور با فرکانس بالا و در نتیجه پایین بودن قیمت اولیه آن ، به طور وسیعی در صنایع ریخته گری به کار می روند . کوره القایی فرکانس پایین دارای دو جفت کویل مسی القایی می باشد و ظرفیت آنها حدود 100 تا 2500 کیلوگرم آلومینیوم می باشد سیم پیچهای کویل مسی که در آنها آب جریان دارد مهمترین عامل انتقال الکتریسیته به حرارت می باشد . در کوره القایی بخصوص در انواع آن که با فرکانس پایین کار می کنند همواره لازم است در بوته مقداری مذاب نگهداری گردد تا در مراحل افزودن شارژجامد به مذاب شارژبا سرعت زیادی انجام گیرد ، اصولا هنگامی کوره القایی فرکانس پایین را خالی از مذاب می کنند که نیاز به تعمیر داشته باشد .

کوره القایی فرکانس پایین اکثرا به صورت ناودانی ساخته می شوند . کوره القایی فرکانس پایین دارای یک هسته (مداراولیه) بسته ای هستند که ناودان .حمام مذاب (مدار ثانویه) به صورت حلقه ای دور این هسته قرار می گیرد . تعداد ناودانها می تواند یک یا دو عدد باشد .در کوره القایی فرکانس پایین چون فرکانس پایین است باعث افزایش تلاطم در مذاب می گردد به طور کلی هر چه فرکانس کاهش یابد تلاطم افزایش می یابد به همین جهت افزایش شارژ و مواد کمکی در کوره القایی فرکانس پایین به سهولت انجام می گیرد . در نتیجه کوره القایی فرکانس پایین را می توان برای ذوب ، نگهداری مذاب و افزایش فوق ذوب استفاده نمود .

 

کوره القایی بوته ای در خلاء

عموما برای ذوب فولاد روشهای زیادی وجود دارد که یکی از انواع آنها را می توان ذوب در کوره القایی بوته ای در خلاء نامید. کوره های بوته ای ذوب وپاتیل هر دو در داخل محفظه خلاء قرار می گیرند . در کوره القایی غلیان حمام مذاب سبب می شود تا عمل گاز زدایی بخوبی انجام گیرد ، در هر صورت اشکالات زیر هم وجود دارد.

1 ) گاز های درونی مواد نسوز نیز به بیرون کشیده می شوند .

2 ) هادی های الکتریکی و عایق بندی آنها ایجاد اشکال می کنند .

3 ) عایق کردن سیمها ، سیمها و مدار اولیه ایجاد اتصال می کند .

سه نکته فوق گنجایش کوره القایی بوته ای را محدود می کنند کوره القایی بوته ای اکثرابرای تهیه آهن خالص و فولادهای آلیاژدار عالی در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند . در صنعت از این نوع کوره ها  به علت بالا بودن هزینه تولید استفاده چندانی به عمل نمی آید .فولاد تولید شده در کوره القایی بوته ای به علت  خالص بودن ( گاز کمتر، اضافات کمتر) جز بهترین فولادها محسوب می شوند . عملیات ذوب  در فشارهای پایین ( 10-5 )  تا (10-4 ) عملی می باشد .

در اثر ذوب در خلاء مقدار اکسیژن به سرعت پایین می آید ، در صورتی که مقدار ازت بالا باشد به علت وجود داشتن عناصری نظیر آلومینیوم – کرم وتیتان به آهستگی کاهش می یابد.

 

 

 حرکت حمام مذاب کوره القایی

 میدان الکترومغناطیسی در داخل مذاب نیرویی ایجاد می کند که سبب حرکت حمام مذاب می شود . حرکت حمام مذاب سبب می شود که عناصر آلیاژی بخوبی در داخل مذاب پخش شوند ترکیبات و دما نیز یکسان شوند عیب حرکت حمام در این است که دیوار ه های کوره القایی در اثر چسبیدن مذاب روز به روز کلفت تر می شوند در اثر سرد بودن سرباره و حرکت حمام مذاب در بالای کوره القایی گنبدی از مذاب بوجود می آید بلندی این گنبد از روی فرمول زیر محاسبه می شود

 

•   h=3.16/(p.f)1/2 χ N χ 1/Ϋ

h = بلندی گنبد

P = ضریب هدایت مخصوص بر حسب امگامیلیمتر مربع بر متر

f = انرژی وارده بر سطح     kw/cm2

N = نیروی الکتریسیته در واحد سطح    kw/cm2

Ϋ= وزن مخصوص   kg/m3

هرچه فرکانس کوره القایی کمتر باشد به همان نسبت گنبد تشکیل شده بلند تر می شود از آنجاییکه ارتفاع گنبد نباید از حد ماکزیمم تجاوز کند پس باید در کوره القایی با فرکانس کم مقدارN کم نگه داشته شود . برای جلوگیری از تشکیل گنبد در کوره القایی با فرکانس بالا کوره ها را تا 25 درجه مایل نگه می دارند این عمل سبب خوردگی زیاد جداره کوره القایی می شود اگر در چنین کوره هایی گنبد تشکیل شده به علت مایل بودن کوره القایی مقدار زیادی سرباره لازم خواهد بود.

 

عوامل موثر در کار کوره القایی

مهمترین عوامل موثر در بالا بردن راندمان کاری کوره القایی عبارت است از : اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره القایی ، شارژ مناسب ، اپراتوری صحیح ، وضعیت جداره نسوز .

الف ) اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره القایی

کوره القایی بسته به نوع آن ( کانال دار ، بدون هسته ) ، ظرفیت آن ، مقدار فرکانس ، نوع سیستم خنک کن ، سیستم حرکت بوته و نوع جداره ی نسوز برنامه تعمیر و نگهداری مخصوص به خود دارد و باید به دقت اجرا شود اصول و خطوط کلی تعمیر و نگهداری کوره القایی در قسمت های بعدی خواهد آمد.

 

ب ) شارژمناسب کوره القایی

کوره القایی بدون هسته ذوب القایی با فرکانس پایین تر از 250 هرتز تمام ذوب خود را تخلیه نمی کنند تا زمان شارژ بعدی کوتاه تر شود . بعلت وجود ذوب در کوره القایی بدون هسته مواد شارژ باید عاری از روغن و رطوبت باشد در غیر این صورت خطر پاشش ذوب و قطعات شارژ جامد به بیرون از کوره القایی وجود دارد ضمنا وجود روغن و دیگر مواد آلی باعث ایجاد دود در کارگاه می شود . سرد بودن سرباره نسبت به ذوب در کوره القایی ضمن اینکه این کوره ها را در امر احیای مواد اکسیدی ناتوان می کند باعث می شود کوره القایی نتوانند مقدار زیاد مواد اکسیدی ، خاک و سرباره را تحمل کنند و وجود مقادیر زیاد مواد غیر فلزی غیر آلی باعث ایجاد پل بالای ذوب بخصوص هنگام سرد بودن ذوب می شود که خود می تواند مشکلاتی را درکار کوره القایی ایجاد کند.

ابعاد نامناسب شارژ نیز می تواند هم مستقیما به جداره صدمه بزند و هم در ایجاد پل روی ذوب کمک نماید.

 

پ ) اپراتوری صحیح کوره القایی

چرخش و تلاطم ذوب در کوره القایی بدون هسته به خصوص با فرکانس های پایین تر باعث می شود تهیه ذوب با آنالیز معین و همگن و درجه حرارت مشخص و یکنواخت ، ساده تر شود .

با این حال برای بالا رفتن راندمان و سلامت کوره القایی اصولی را در کار با کوره القایی باید رعایت کرد انتخاب شارژ مناسب ، دمای صحیح ذوب در مراحل مختلف، فرآیند تهیه ذوب ، شارژ کوره القایی به روش صحیح ، اضافه کردن مواد آلیاژی و دیگر مواد افزودنی در زمان های صحیح و مقادیر معین ، توجه به تابلو های مدار فرمان وابزار و وسائل هشدار دهنده و توجه به مسائل ایمنی از جمله وظائفی است که اپراتور کوره القایی ( کوره دار ) هنگام کار با کوره القایی باید رعایت کند ، اپراتوری کوره با توجه به نوع کوره القایی ظرفیت آن ، نوع ذوب تهیه شده، نوع شارژ مواد جامد و پارامتر های دیگر تفاوت می کند .

برنامه تعمیر و نگهداری کوره القایی ،انتخاب شارژ مناسب و اپراتوری صحیح از جمله دستور العمل هایی است که معمولا فروشنده یا سازنده کوره القایی همراه کوره ارسال می کند و می بایست جهت سلامت و بالا بودن راندمان کوره القایی به آن ها عمل کند.

 

ت ) وضعیت جداره نسوز کوره القایی

جداره کوره القایی می تواند در اثر سایش مکانیکی به وسیله ذوب و شارژ جامد خوردگی شیمیایی به وسیله سرباره ، ذوب و آتمسفر کوره القایی ، شوک های مکانیکی و حرارتی ، کندگی و انهدام در اثر برخورد و تصادم با شارژ جامد شیوه شارژ نامناسب و غیر متناسب بودن ابعاد و کیفیت شارژ ، درجه حرارت بیش از اندازه بالای ذوب آسیب دیده یا نازک گردد .(نصب و پخت ناصحیح جداره و هر گونه انفجار به هر دلیلی داخل کوره القایی نیز می تواند باعث انهدام یا آسیب به جداره نسوز شود و یا در اثر رسوب مواد غیر فلزی غیر آلی بر جداره ضخیم گردد که هر دو مورد برای کوره القایی مضر می باشد . مورد اول ( نازک شدن جداره ) گر چه در مرحله اول باعث بالا رفتن توان گرمایی کوره می شود ولی در مجموع عمر جداره را پایین آورده و گاهی باعث توقف های اضافی می گردد مورد دوم ( ضخیم شدن جداره ) باعث پایین آمدن راندمان کاری کوره القایی شده و گاهی در شارژ کردن نیز اخلال ایجاد می کند . برای شناخت علل ضخیم شدن جداره و نازک شدن جداره بر اثر فعل و انفعال شیمیایی باید ترمومتالورژی ذوب ، سرباره ، آتمسفر کوره القایی و آستر نسوز را شناخت به عنوان مثال وجود اکسید های قلیایی در ذوب آلومینیم در کوره القایی با جداره آلومینایی باعث اکسید شدن آلومینیم مذاب و تشکیل آلومینا و رسوب آن بر جداره و نتیجتا ضخیم شدن جداره می گردد در صورتی که وجود اکسید های قلیایی در کوره القایی با جداره سلیسی باعث خوردگی شدید آستر نسوز می گردد.

 

مزیتهای کوره القایی

1 ) توزیع درجه حرارت و ترکیب شیمیایی در سرتاسر مذاب به دلیل بهم خوردن مذاب

2 ) سهولت افزودن عناصر آلیاژی

3 ) امکان تهیه مذابی تمیز وعاری از آلودگی (به دلیل نحوه ایجاد حرارت در این کوره القایی ) قابل ذکر است که در هرحال ، دستیابی به مذابی تمیز و عاری ، مستلزم استفاده از شارژو قراضه تمیز می باشد .

4 )  تمیزی و عدم سرو و صدای حاصل از کار کوره القایی در مراحل ذوب

 

محدودیتهای کوره القایی

1 )  به دلیل وجود تلاطم و نیز سرد بودن مذاب در سطح فوقانی ، ایجاد شرایط مناسب در سرباره به منظور تصفیه مذاب ( خروج ناخالصی های مضر) امکان پذیر نیست به همین دلیل ،کوره القایی را بیشتر می توان برای مذاب بعضی فولادهای آلیاژی که نیاز به مرحله تصفیه ندارند به کار برد

2 )  لزوم استفاده از شارژ و قراضه تمیز در کوره القایی

3 )  بالا بودن قیمت اولیه و هزینه های جاری کوره القایی در مقایسه با کوره های قوس الکتریک

 

تفاوت کوره القایی فرکانس بالا و پایین:

1 )  پایین بودن قیمت اولیه کوره القایی با فرکانس پایین نسبت به کوره القایی با فرکانس بالا

2 )  در کوره القایی با فرکانس بالا بدون نیاز به مذاب اولیه عمل ذوب صورت می گیرد.

3 )  در کوره القایی با فرکانس پایین قابلیت بهم خوردن و اضافه کردن مواد نسبت به کوره القایی با فرکانس بالا بهتر صورت می گیرد .

4 )  در کوره القایی با فرکانس پایین نیازی به ژنراتور فرکانس بالا و مولد نیست .

5 ) از کوره القایی با فرکانس پایین برای ذوب تمام آلیاژهای آهنی و غیر آهنی می توان استفاده نمود ولی کوره القایی فرکانس بالا عموما برای ذوب آلیاژهای مس و الومینیوم  استفاده می گردد.

 

موارد فنی کوره القایی

در کوره القایی بوته با کوبیدن مواد نسوز در داخل کوره القایی انجام می گیرد که مواد نسوز معمولا از منیزیت و الومین و مخلوط آنها و گاه سیلیس و مواد چسبی جامد تشکیل می شود مخلوط چسب و ماسه که بدون رطوبت در اطراف یک ورقه فولادی (شکل داخلی بوته) کوبیده می شوند ، درجریان شارژ گرم شده و از استحکام زیاد برخوردار می گردند . قبل از ریختن و کوبیدن مواد نسوز از مواد عایق برای جلوگیری از اتصال سیم پیچها استفاده می کنند و بعد از کوبیدن ، سطح آزاد رویش را معمولا با چسپهای زود گیر ( سیلیکات سدیم ) پوشش می دهند

در کوره القایی با هسته و کانال جریان معمولا بدنه کوره القایی بوسیله 10 تا 15 سانتیمتر نسوز آلومینا پوشش داده می شود . کانال و میله های اصلی جریان و حوزه ذوب از مخلوط پرکلین ، آلوندم ، خاک نسوز و پودر باریت به صورت محلول مایع (معمولا خمیری) پوشش می شوند و پس از خشک شدن مورد استفاده قرار می گیرند ( معمولا24 ساعت)

 

جداره های کوره القایی

 جداره بازی ،  کوره القایی ،  جداره اسیدی

همانطور که گفته شد تراکم خطوط نیرو در کناره دیواره بیشتر از سایر قسمتها می باشد . اگر بخواهیم بازده کوره القایی را بالا ببریم باید جداره بوته را ، حتی الامکان نازک انتخاب کنیم ؛ انتخاب نازک جداره در کوره القایی اسیدی چندان مسئله ای نیست ولی در کوره القایی بازی اشکالات زیادی را به وجود می آورد ( یعنی که تحمل جداره اسیدی در مقابل نوسانات حرارتی نسبت به کوره القایی جداره بازی بیشتر است)

 

کوره القایی جداره اسیدی

سنگهای اسیدی در صنعت مطمئن ترین سنگها محسوب می شوند نسوز کوره القایی مرکب ازSIO2=98% ،fe2o3 ،AL2O3 تشکیل می شود . برای بهتر ساختن این نسوزها 2 درصد اسید بوریک به آن اضافه می شود .روی سیم پیچها ورقه نازکی از عایق به ضخامت 1 تا 2 میلیمتر پوشیده می شود . برای اینکه ضخامت جداره در تمام قسمتهای بوته یکسان باشد ،یک استوانه از فولاد داخل کوره القایی قرار می گیرد و فضای بین استوانه و سیم پیچ را با نسوز پر می کنند و می کوبند سپس کوره القایی را به آهستگی گرم می کنند تا ماده نسوز زینتر شود . زینتر حدود دو تا سه ساعت طول می کشد . جداره کوره القایی تا 250 شارژ را تحمل می کند .

 

کوره القایی جداره بازی

کوره القایی جداره بازی از نسوزهای منیزیتی همراه با سایر اضافات ساخته می شوند . وجود این نسوزها در کوره القایی مسئله دشواری است گذشته ازآن فاکتور زینتر نسوزه های بازی کمتر است و در درجات تولید فولاد در کوره القایی (دمای بالا) از حجم آنها کاسته می شود  در هر حال به کار بردن نسوزهای بازی در کوره القایی بسیار کوچک امکانپذیر است . عملیات گوگرد زدایی و فسفرزدایی با داشتن جداره بازی ممکن است .

 

کنترل خوردگی و سایش جداره کوره القایی

جداره کوره های بوته ای بسته به شرایط کاری ، نوع جداره از نظر شیمیایی و فیزیکی ، نحوه نصب ، رطوبت گیری و پخت آستر ، نوع و کیفیت شارژ جامد و نحوه شارژ می تواند هنگام کار ضخیم گردد یا اینکه در اثر سایش ، فرسایش خوردگی شیمیایی نازک گردد نازک شدن به مفهوم نزدیک شدن ذوب به کویل و ضخیم شدن به معنای دور شدن ذوب از کویل می باشد در نتیجه مقدار فوران مغناطیسی کم یا زیاد می شود که باعث کاهش سرعت در ذوب می گردد.

 

بتن دیرگداز کوره القایی

این روش به دلیل عدم صرفه اقتصادی و همچنین عدم دانش فنی آن در بین ریخته گران تجربی، برای تهیه جداره دیرگداز کورهای  زمینی استفاده نمی شود وفقط دراین مقاله بصورت یک طرح پیشنهادی ارائه گردیده است . دراین مقاله برروی بتن های دیرگداز تحقیقات گسترده ای در قالب یک مقاله مجزا انجام شده است .

به مخلوطی از سیمان , انواع  پر کننده  و  ذرات  ریز  و  آب  گفته  می شود که  در  درجه  حرارت معمولی  حالت  گیرش  دارد  و  تمام  موادی  که  شامل  سیمان  نیستند  می توان  شبه  بتن  (  concrete  type  ) بحساب  می آورند . لغت  بتن  بیان  کننده  عوامل  چسبا ننده ی  دانه های  ریز  هیدرولیکی  که  عمدتا  شامل  ترکیبی  از Fe2O3 , Al2O3 , Sio2  با   cao که  در  استاندارد های  مشخص  دارای  خواص  معینی  هستند  و  بعد  از  عمل  ترکیب  (بعد  از 28  روز )  به استحکام  فشاری  Psi 3200  می رسد  که  آن رابه  عنوان  مینیمم  استاندارد  در  نظر  می گیرند ,  مهمترین  بتن ها  در  این  رابطه  عبارتند  از :  بتن های سیمان  پرتلند , سیمان  کوره  بلند , آلومینا های  مختلف که  یکی  از مشخصه های  بارز همه ی  آن ها سختی  هیدرولیکی  آنهاست  و  کاربرد  این  بتنها  تا  منطقه  زینتر  شدن  آنهاست  .

 

مشخصات  استاندارد  بتن های  دیر گداز  عبارت  است  از:

 بتن های  دیر گداز  در  درجه  حرارتهای  معمولی  دارای  اتصالات  هیدرولیکی  هستند  و  وقتی  پخته  می شوند  از  مرحله ی  اتصال  هیدرولیکی  به  مرحله ی  اتصال  سرامیکی  تبدیل می شوند بدون  آنکه استحکام آن کاهشی  پیدا  کند , بر  طبق  این  استاندارد ها  مخلوط های  بتنی  ازنظر  کارخانجات  دیر گداز  مخلوطهای  خشک  شدنی  درهوا هستند  که  از  مواد  اولیه  مقاوم  در  برابر  حرارت  با  اندازه  بندیmm 30- 0  و  سیمان  تشکیل  شده اند  .

به  عبارت  دیگر  بتنهای  دیر گداز  عبارتند  از  : بتن هایی  که  خواص  مکانیکی  و  فیزیکی  آن  حتی  بعد  از  مدت  زمان  زیادی  که  در  حرارتهای  بالا تاحد  قابل  قبولی  باقی  بماند  .

 

 عاملهای چسباننده

عاملهایی  چسباننده ای  که  در  چنین  بتنهایی  بکار  می روند  ممکن  است  چسبهای  هیدرولیکی  (  معمولا سیمانها )  باشند  و یا چسبهای غیر هیدرولیکی ، بتن  پریکلاس  با  سیمان  سورل ( بتن ما گنزیا ) ,  چسب شیشه  .    در  کشور های  غربی  استفاده  از  چسبهای  هیدرولیکی  در بتن های  مقاوم  در  برابر  درجه  حرارت  بسیار رایج  است  و در  شوروی  استفاده  از عامل  چسباننده  چسب  شیشه  در  بتن های  دیر گدازنقش  مهمی  را  در  صنعت  ایفا  می کند . مواد  نوع  بتنی ( شبه  بتنی )  موادی  هستند  که  دارای  فسفات چسب  شیشه  و ماگنزیا  ( پریکلاس ) می با شند .

 

تقسیم بندی بتن های دیر گداز کوره القایی

بتن های  دیر گداز  را  می توان  بر اساس  درجه  حرارت  کار ، نوع  عاملهای  اتصال ( چسباننده )  و نوع مواد  پر کننده  تقسیم  بندی  نمود  :

1) تقسیم بندی بر اساس نوع بتن

نوع بتن 

درجه حرارت       

درجه حرارت کار

بتن با دیر گدازی بالا          

1790< 

1300<

بتن با دیرگدازی متوسط      

 

1790 1500  -  

1300 1100 -  

بتن با دیرگدازی  پایین        

1500> 

1100 200 - 

 

2)تقسیم  بندی  بر  اساس  نوع  اتصالات

 A - بتن های  دیرگداز ساخته  شده از بتن های  سرباره ( بتنهای کوره بلند با بتنهای آهن پرتلند (

 B- بتن های دیر گداز  ساخته  شده  از  سیمان  آلومینیایی ( بتن های آلومینیای بالا )

 C- بتن های  دیر گداز  با  عامل  چسباننده ی  چسب  شیشه ( بتنهای آلومینیای باریم )

D-  بتن های  دیر گداز  با  عامل  چسباننده ی  ماگنزیا

 E- اتصال های  شیمیایی  مانند  فسفاتها با  افزودن  اسید  فسفرین  به  مخلوط

 F- اتصال  هیدرولیک

 G- عاملهای  چسباننده ی  آلی  مثل  قیر , قطران , سولفیت لای

 

3 (تقسیم  بندی  بر  اساس  نوع  مواد  پر  کننده

A – بتن های  دیر گداز  با  مواد  پر  کننده ی  غیر  مقاوم  در  برابر  حرارت (خرده آجر , سرباره و ......)

 B- بتن  دیر گداز  با  شاموت ( خاک  نسوز  پخته  شده (

 C- بتن  دیر  گداز  با  آلومینات  بالا

 D- بتن های  دیر  گداز  با  کراندوم

 E- بتن  دیر  گداز  با  سیلیس

 G- بتن  دیر گداز  با  مگنزیا

 F- بتن های  دیر گداز  با  کرومیت – ماگنزیا

 H- بتن دیر گداز با کاربید سیلیسیم

 

ویژگیهای بتن دیر گداز 

تکنولوژی  بتن  دیر گداز  را  می توان  در  مقایسه  با  بتن  معمولی  یا  در  مقایسه  با  مواد  دیر گداز نشان داد .  برای  صاحبان  تکنولوژی  بتن  ویژگیهای  اصلی  در  استفاده  از  پر کننده های  دیر گداز  خاص  با مشخصات  معین  در  نظر  است  و  استفاده  از  پر کننده های  خیلی  ریز  مثل  خاک  نسوز  یا  استفاده  ازسیمان  آلومینیائی  یا  حتی  چسب های  غیر  معمول تر  دیگری  مثل  چسب  شیشه  و  فسفات .

 

انحراف از تکنولوژی  بتن  معمولا  خیلی  کم  بوده  و  در  خور  توجه  نیست . از  این  نقطه  اثر  به  سختی می توان  انتظار  داشت  که  بتن  دیر گداز مواد  تازه ای  را  عرضه  کند  در  حالی  که  مقادیر  مشخصی  در  استحکام  ساختمانی  برای  بتن  معمولی  اهمیت  دارد .  این  مقادیر  برای  بتن  دیر گداز  از  اهمیت  نا چیزی  برخوردار  است .   زیرا  تنشهای  حرارتی  که  در  بتن  در  حین  سرویس  و  کار  تحمل  می کنداساس  ساختار  آن  را  تغییر  می دهد  .

از  دید گاه  مهندسینی  که  با  مواد  دیر گداز  سروکار  دارند  بتن  دیر گداز  دارای  ویژگیهای  خاص  خود  در  نحوه ی  تولید  و  کاربرد  است  در  حالی  که  تکنولوژی  مواد  دیر گداز  را  می توان  اینطور  ترسیم  کرد  که  تهییه  مواد  به  شکل  دلخواه  در  آوردن  و  سپس  خشک  کردن  در  یک  زمان  طولانی  و  نهایتا  در  آتش  قرار  دادن  . در حالی  که  تکنولوژی  پیش ریختگی  بتن  دیر گداز عبارت  است  از  تهییه مخلوط و به  فرم  دلخواه  در  آوردن  با  ریختن  و لرزش  و  سپس  سخت  کردن  با  پرس  و  سر انجام  در  زمان کوتاهی  خشک  می شود . استحکام  مورد  نیاز  بدون  پخت  بدست  می آید  و  بدین  وسیله  ما  قادر  به تولید شکلهای  پیچیده  و مختلف  می باشیم  بدون  خطر  ترک  و  تغییر  فرم ,  مزایا  و  اهمیت  بتن  دیر گداز درکارخانجات  تکنو  حرارتی  را  می توان  از  نقطه  نظر  فنی  و  اقتصادی  ملاحظه  نمود  .اگر  چه  استفاده  از  این  مواد  گاهی  به  علت  مقدار  دما  محدود  می شود  وجود  بتن های  تولید  شده در مقیاس  وسیع  با  چسب  های  مخصوص  قابلیت  استفاده  از  آن را  در  دماهای خیلی  بالانشان  می دهد.