کوره های ذوب القایی و کوره پاتیلی
امروزه ذوب القایی به صورت گسترده ای در تولید و ریخته گری فولادها و همچنین ذوب آلومینیوم، مس، روی و سایر انواع فلزات غیرآهنی استفاده می شود. از مزایای ذوب القایی به عنوان مثال می توان به راندمان بالای مواد و محیط پاک اشاره کرد که باعث تمایل تولیدکنندگان محصولات فلزی به کوره های ذوب القایی شده است.
در کوره های ذوب القایی، جریان الکتریکی القا شده توسط میدان مغناطیسی، ایجاد حرارت می کند و این حرارت باعث ذوب جسم (معمولا فلزات) می شود. فلز درون بوته ای قرار می گیرد که اطراف آن کلاف های مغناطیسی پیچیده شده است و. جریان موجود در کلاف های مغناطیسی، باعث ایجاد حرارت و ذوب فلزمی شود.
مهم ترین کوره های القایی , کوره های القایی بی هسته و کوره های القایی کانالی هستند.
در کوره القایی بدون هسته فلز درون یک پوشش نسوز که به وسیله کلاف احاطه شده است، نگهداری می شود. در این حالت کوره ذوب القایی مشابه یک ترانسفورماتور بدین ترتیب که فلز مانند یک کلاف ثانویه در ترانسفورماتور عمل می کند و با اعمال نیرو به کلاف اولیه احاطه کننده فلز، جریان های گردابی القا شده و تولید حرارت می کند. پس از ذوب فلز، هم زدن و همگن سازی به طور طبیعی و در اثر وجود نیروها و جریان های الکترومغناطیسی اتفاق می افتد. با انتخاب دقیق فرکانس و نیرو می توانند سرعت ذوب و همگن سازی را کنترل کرد.
کوره های القایی کانالی در گذشته عموما برای نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص کاربرد داشته اند، اما امروزه گاهی اوقات برای ذوب فلزات نیز به کار می روند. این کوره شامل یک القاگر (سلف) به عنوان منبع تولید انرژی است که از چندین رشته کلاف که توسط آب خنک می شوند، تشکیل شده است. این کوره ها تلاطم سطحی کمتری در بوته نگهداری فلز مذاب دارند، در نتیجه خروج گاز و مواد فرار با مشکل مواجه می شود. لذا جهت عملیات ذوب، کوره القایی بی هسته ترجیح داده می شود و کوره کانالی بیشتر به منظور نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص مورد استفاده قرار می گیرد.
استفاده از کوره های ذوب القایی در ظرفیت های پایین تر از 40 تن می تواند منجر به تولید مذاب با کیفیت مناسب و ارزان شود. از مزایای این نوع کوره ها می توان به اپراتوری و کارکرد آسان و همچنین افزایش راندمان ذوب فلز اشاره کرد. امکان راه اندازی و شروع به کار فوری کوره باعث کاهش در زمان رسیدن به دمای کارکرد می شود. وجود همگن سازی به صورت طبیعی و تولید مذاب پاک و عدم نیاز به سیستم های کنترل آلودگی با هزینه بالااز مزایای دیگر کوره های القایی محسوب می شود.
از دیگر نکات مثبت این کوره ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بهره وری بالای انرژی
- هزینه پایین سرمایه گذاری و تجهیزات جانبی
- عدم نیاز به فضای زیاد و توانایی افزایش سرعت ذوب در کوره های کوچک
- پایین بودن آلودگی صوتی به نسبت انواع دیگر کوره های ذوب به میزان قابل توجه
- مصرف کمتر مواد، به خصوص مواد نسوز و کاهش زمان تعویض پوشش های نسوز و عدم نیاز به مصرف الکترود گرافیتی
از طرف دیگر مهمترین اشکال کوره های القایی دشواری در فرآیند فسفرزدایی و انجام عملیات متالوژیکی ثانویه است. لذا در کنار این کوره ها جهت انجام فرآیند تصفیه و افزودن عناصر آلیاژی وجود کوره های پاتیلی لازم است. از دیگر معایب این کوره ها، ظرفیت پایین تر تولید به نسبت کوره های قوس الکتریک می باشد. همچنین در کوره های القایی باید از قراضه با کمترین آلودگی و مواد اکسیدی استفاده نمود که گاهی این مساله دشوار و باعث افزایش هزینه های اولیه می گردد.
همچنین استفاده از آهن اسفنجی به عنوان شارژ کمکی برای تنظیم خواص شیمیایی در این کوره ها موجب بهبود عملکرد کوره های ذوب القایی شده است. با استفاده از آهن اسفنجی میزان کربن مذاب براساس مشخصات خواسته شده قابل تنظیم بوده و باتوجه به اینکه در آهن اسفنجی عناصر و فلزات مضر وجود ندارد، فلز مذاب به دست آمده تمیز و عاری از عناصر مضر خواهد بود.
میشود قبل از ورود مواد فلزی به کوره آنالیز شیمیایی این مواد جهت دستیابی به مشخصات نهایی محصول، به دقت کنترل اگر میزان کربن، گوگرد و فسفر در شارژ فلزی بالاباشد، مقدار کنترل شده ی آهن اسفنجی به کوره شارژ می شود، پس از اتمام 80درصد ذوب، نمونه ای از کوره گرفته می شود و در صورتی که مقدار کربن همچنان بالاباشد، مجددا نرمه آهن اسفنجی به کوره شارژ می شود و با کنترل سایر عناصر مهم در ساختار فولاد مثل سیلیس و منگنز مذاب حاصل را به آنالیز مورد درخواست و استاندارد می رسانند .. از طرفی باید درنظر داشت به دلیل اینکه آهن اسفنجی دارای تخلل می باشد و همین عامل باعث مقاومت در عبور جریان می شود، جهت جلوگیری از مصرف بالای برق، حداکثر می توان 60-50 درصد شارژ فلزی را به آهن اسفنجی اختصاص داد. تحقیقات جدید و توسعه در تامین نیرو با فرکانس های متغیر، بهبود در پوشش های نسوز، طراحی القاگر با توان بالا، بازیافت حرارت کوره و استفاده از سیستم های کامپیوتری و اتوماسیون موجب بهبود راندمان کوره های ذوب القایی و تمایل به . استفاده بیشتر از این نوع کوره ها گردیده است . علاوه بر این، در سال های اخیر با تکنولوژی کوره های القایی دوقلو که دارای دوبوته هستند، امکان افزایش راندمان و سرعت بیشتر تولید مذاب فراهم شده است.
پس از آماده سازی اولیه ذوب در کوره های القایی , جهت همگن سازی , آنالیز سازی و رسیدن دمای مذاب به دمای مطلوب ریخته گری ذوب حاصله به کوره ی پاتیلی منتقل شده و پس از اتمام مراحل فوق به واحد ریخته گری مداوم منتقل می گردد
اساس کار کوره پاتیلی دقیقا مشابه کوره قوس الکتریکی است تنها با این تفاوت که به جای استفاده از بدنه کوره قوس الکتریکی از خود پاتیل به عنوان بدنه کوره استفاده میشود بدین شکل که الکترودهای تعبیه شده در قسمت فوقانی این تجهیز وارد پاتیل حاوی مذاب شده و با ایجاد قوس الکتریکی دقیقا مشابه با الکترودهای جوشکاری عملیات ذوب و افزایش دما را انجام میدهد .
با توجه به اینکه در کوره های پاتیلی جریانهای فوکو برای ایجاد گرداب مذاب جهت همگن سازی وجود ندارد از تزریق گاز خنثی مثل آرگون یا نیتروژن برای به هم زدن مذاب و از طریق تزریق از کف پاتیل به درون مذاب استفاده می کنند .
کوره های القایی کانالی در گذشته عموما برای نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص کاربرد داشته اند، اما امروزه گاهی اوقات برای ذوب فلزات نیز به کار می روند. این کوره شامل یک القاگر (سلف) به عنوان منبع تولید انرژی است که از چندین رشته کلاف که توسط آب خنک می شوند، تشکیل شده است. این کوره ها تلاطم سطحی کمتری در بوته نگهداری فلز مذاب دارند، در نتیجه خروج گاز و مواد فرار با مشکل مواجه می شود. لذا جهت عملیات ذوب، کوره القایی بی هسته ترجیح داده می شود و کوره کانالی بیشتر به منظور نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص مورد استفاده قرار می گیرد.
استفاده از کوره های ذوب القایی در ظرفیت های پایین تر از 40 تن می تواند منجر به تولید مذاب با کیفیت مناسب و ارزان شود. از مزایای این نوع کوره ها می توان به اپراتوری و کارکرد آسان و همچنین افزایش راندمان ذوب فلز اشاره کرد. امکان راه اندازی و شروع به کار فوری کوره باعث کاهش در زمان رسیدن به دمای کارکرد می شود. وجود همگن سازی به صورت طبیعی و تولید مذاب پاک و عدم نیاز به سیستم های کنترل آلودگی با هزینه بالااز مزایای دیگر کوره های القایی محسوب می شود.
