کوره قوس الکتریکی (به انگلیسی: Electric Arc Furnace) که به صورت مخفف EAF نامیده می‌شود، کوره‌ای است که مواد فلزی با استفاده از یک قوس الکتریکی ذوب می‌شود. این کوره‌ها اندازه‌های متفاوتی داشته و در ایران به صورت کورههای قوس الکتریکی سنتی (تخلیه از ناودان) و EBT (تخلیه از کف) استفاده می‌گردند. دمای ذوب و تخلیه در کورههای قوس در حدود ۱۶۰۰ درجه و در بعضی از کورههای آزمایشگاهی گاهی دما به ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
مهم‌ترین مواد اولیه برای تولید فولاد و چدن در کوره قوس الکتریکی عبارتند از آهن قراضه، آهن اسفنجی، شمش چدن کوره بلند، فرو آلیاژهای آهک و فلورین می‌باشد. در ایران عمدتاً از آهن قراضه و از آهن اسفنجی به صورت گندله یا خشته استفاده می‌گردد که می‌تواند به دلیل فراوانی واحدهای احیای مستقیم باتوجه به در دسترس‌بودن منابع گاز طبیعی در ایران باشد. نوع دیگری از ماده شارژ کوره در برخی کشورها، تغذیه مداوم آهن اسفنجی خشته‌شده گرم است.
کورههای قوس الکتریکی، از طریق ذوب شدن بار کوره توسط قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترودهای گرافیتی و بار فلزی، کار می‌کنند. در این روش، ابتدا آهن اسفنجی تولید شده در فرایند احیای مستقیم درون کوره قوس الکتریکی ریخته می‌شود تا ذوب گردد. دمای این کوره‌ها به حدی است که در همان ذوب اولیه فولاد با درصد کربن نسبتاً پایین تولید می‌شود. سپس فولاد تولیدشده درون کوره پاتیلی ریخته می‌شود تا در آنجا عملیات آلیاژسازی انجام شود. این عملیات شامل تنظیم کردن میزان کربن، اضافه کردن عناصر آلیاژی و یکدست‌سازی ترکیب فولاد است.
اجزا و ساختمان کورههای قوس الکتریکی
بدنه کوره قوس الکتریکی
کورههای قوس الکتریکی اساساً یک حمام بزرگ و کم عمق با بدنهٔ فولادی هستند. که با مواد نسوز مقاوم در برابر حرارت پوشش داده می‌شوند.
همچنین دما در این کوره‌ها بسیار بالا است (حدود ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) و تقریباً هیچ ماده نسوزی تحمل همچین دمایی را ندارد. به همین علت برای کاهش دما، بدنه و سقف این کوره‌ها را با لوله‌های آبگرد پوشانده شده‌است.
به‌طور کلی بدنهٔ کورههای قوس الکتریکی از سه بخش اصلی تشکیل شده‌است که عبارت‌اند از: کف یا بوته (heats)، دیوار جانبی (shell) و سقف (roof).
- سقف کوره (roof): به صورت یک کلاهک است و معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شود که هم سبک باشد و هم استحکام لازم را داشته باشد. در سقف کورههای قوس الکتریکی معمولاً سه سوراخ قرار دارند که این سه منفذ محل عبور الکترودها هستند. در کورههای قوس الکتریکی معمولاً سقف به گونه‌ای طراحی می‌شود که همراه با الکترودها قابل حرکت باشند.
- دیوار جانبی کوره (shell): عموماً به صورت استوانه‌ای هستند و با مواد نسوز و همچنین لوله‌های آبگرد پوشیده شده‌است.
- کف یا بوته کوره (heats): حالت قوسی شکل دارد و برعکس سقف آن عمقش نسبتاً کم و سطح آن زیاد است تا فصل مشترک مذاب با سرباره بیشترین مقدار باشد.
آجر های مورد استفاده در دیواره کوره
موادی که برای دیواره کوره میتوان استفاده کرد عبارت اند از:
- آجر آلومینی
- آجر شاموتی
- اجر منیزیتی
- آجر منیزیا کرومیتی
- مواد ویژه (جرم نسوز)
- ورق های فولاد خنک شونده با آب
تجهیزات الکتریکی در کوره قوس
تجهیزات الکتریکی از مهم‌ترین اجزای تشکیل دهندهٔ کورههای قوس الکتریکی می‌باشد؛ که از سه قسمت زیر تشکیل شده‌است:
- کلید قطع و وصل مدار
- راکتور و ترانسفور ماتور
- تنظیم کننده‌های الکترود
کلید قطع و وصل مدار
به‌خاطر مصرف خیلی زیاد انرژی در کورههای قوسی، این کوره‌ها به یک منبع الکتریکی فشار قوی متصل می‌شوند. در این میان کلید خودکار وظیفهٔ حساس و مشکلی دارد؛ زیرا که در هر ذوب کوره حدود ۵یا۶ دفعه برق قطع می‌گردد. در نتیجه ضروری است که از یک کلید قطع و وصل فوق‌العاده مقاوم استفاده شود.
راکتور و ترانسفورماتور کوره قوس
راکتور برای پایین آوردن نوسان‌ها و افزایش ناگهانی ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. راکتور از یک سیم پیچ ساده که جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند تشکیل شده‌است. جریان عبور کرده از سیم پیچ، ولتاژی را القا می‌کند که سبب ایجاد یک جریان مخالف در سیم پیچ مجاور می‌شود. به این ترتیب راکتور وارد خط شده و جلوی جریان را می‌گیرد و نتیجه باعث پایین آمدن نوسان‌ها می‌شود.
در قسمت دیگر مدار، تراسفورماتور قرار گرفته‌است، که مهم‌ترین قسمت تجهیزات الکتریکی می‌باشد.
تراسفورماتور اساساً یک وسیلهٔ الکترومغناطیسی است که میزان و جهت تغییر ولتاژ یک منبع جریان متغیر را، به میزانی که برای دستگاه مورد نیاز باشد، تنظیم می‌نماید. تراسفورماتور نیز اساساً از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل می‌شود. این دو سیم پیچ دارای یک مدار مغناطیسی مشترک هستند که آن دو را به هم متصل می‌نماید.
الکترودها در کورههای قوس الکتریکی
یکی دیگر از اجزای اصلی کورههای قوس الکتریکی الکترودها هستند. کار الکترودها انتقال جریان از بازوهای الکترود به بار کوره از طریق ایجاد قوس الکتریکی می‌باشد.
الکترودهای گرافیتی و زغالی از مهم‌ترین مواد مصرفی در کورههای قوس الکتریکی هستند. این الکترودها تأثیر زیادی در کیفیت مذاب و البته تولید محصول داشته و از نظر اقتصادی نیز سهم قابل توجهی از هزینه‌ها را به خود اختصاص می‌دهدند. برای تولید مذاب باکیفیت باید از الکترودهای با خواص مشخصی استفاده کرد.
همچنین یک الکترود خوب باید خواصی به شرح زیر داشته باشد:
- هدایت الکتریکی خوب
- مقاومت مکانیکی بالا
- مقاومت در مقابل اکسایش به ویژه در درجه حرارت بالا
- حاوی حداقل مواد مضر مانند گوگرد و …
- تهیه ارزان قیمت آن‌ها
انواع الکترود
در صنعت معمولاً براساس میزان تولید فولاد و فروآلیاژهای مورد نیاز، از سه نوع الکترود استفاده می‌شود که به ترتیب عبارتند از:
الکترودهای زغالی
الکترودهای گرافیتی
الکترودهای زینترشده
الکترودها به دو شیوهٔ زیر مصرف می‌شوند:
1. مصرف جانبی ناشی از اکسایش که به لاغر شدن ستون الکترود (به‌سوی نوک آن) می‌انجامد.
2. مصرف نوک الکترود.
داده‌های فراوانی دربارهٔ سایش نوک و جوانب الکترود یافت می‌شود که عموماً این داده‌ها را براساس آهنگ سایش برحسب کیلوگرم گرافیت در ساعت بر مترمربع بیان می‌شود.
نکاتی در ارتباط با الکترودها
همان‌طور که گفته شد در حین عمل ذوب در کوره قوس الکتریکی، الکترودها به‌دلایل مختلف از جمله اکسیداسیون، تصعید و شکستگی، از بین می‌روند. در نتیجه تعویض مرتب الکترودها ضروری می‌باشد. به همین جهت بخش انتهایی هر یک از الکترودها دارای یک سرپیچ گرد مخروطی شکل است، که داخل آن میتوان یک مغزی پیچ داد. به همین ترتیب الکترودها به یکدیگر پیچ شده و به‌طور پیوسته در داخل مذاب مصرف می‌شوند.
نکته‌ای که در ارتباط با اتصال الکترودها باید توجه داشت این است که اگر اتصال الکترودها سست باشد، جریان به جای اینکه از تمام الکترود عبور کند، تنها از مغزی رد می‌شود. به این ترتیب سست بودن اتصال الکترودها باعث افت زیاد انرژی الکتریکی می‌شود. البته باید توجه داشته باشیم که بیش از حد محکم کردن الکترودها نیز منجر به شکاف برداشتن آن در ناحیه گردن می‌شود. که به هیچ‌عنوان برای ما مطلوب نمی‌باشد. در نتیجه میتوان گفت، اهمیت اتصال‌های محکم در صرفه‌جویی انرژی الکتریکی می‌باشد.
روش کار در کوره قوس الکتریکی
در ابتدا ضایعات فولاد به کمک یک جرثقیل سقفی به کوره وارد می‌شوند. این ضایعات از سه منبع قابل تهیه هستند:
- ضایعات خانگی
- ضایعات صنعتی: از کارخانه‌هایی که استیل مصرف می‌کنند مانند کارخانه‌های خودروسازی
- ضایعات کهنه: مثل قوطی‌های کنسرو
این کوره از یک حمام دوار با سقف متحرک تشکیل شده است که ۳ الکترود گرافیتی در آن قرار دارند. این الکترودها وزن سنگین و ابعادی به طول و عرض به ترتیب 6 و 4 متر دارند. این نوع از کوره‌ها تا حجم ۱۰۰۰ تن فولاد را در خود جای می‌دهند.
بعد از اینکه ضایعات در کوره قوس قرار گرفتند، سقف متحرک بسته می‌شود و الکترودها در داخل کوره قرار می‌گیرند. قوس الکتریکی شامل عبور شوک جریان الکتریکی از طریق یک فلز است. گرمای ناشی از این قوس موجب ذوب شدن ضایعات خواهد بود. جهت تشکیل سرباره، مواد زیر را به کوره اضافه و با یکدیگر ترکیب می‌کنند:
- آهک: به شکل کلسیم اکسید یا کلسیم کربنات
- فلورسپار (کلسیم فلوراید): جهت مایع نگه داشتن سرباره
- سنگ آهن
زمانی که به ترکیب مورد نظر استیل دست پیدا کردند، سرباره را از کوره قوس الکتریکی خارج می‌کنند. در نتیجه، استیل مورد نیاز در کوره باقی می‌ماند که با تخلیه کوره به آن دست پیدا می‌کنند. در مراحل بعدی، سرباره را هم میتوان بازیافت و از آن آهن استخراج کرد.
فولاد
منابع
- THe History of Phosphorus, Arthur Toy
بدون دیدگاه