کوره القایی

[saghar... 6,666]

ویژگی کوره القایی موجود در مرکز تحقیقات مهندسی و علم مواد:

ظرفیت ذوب: 10 کیلوگرم

اتمسفر: عدم امکان ایجادخلاء

بوته : از جنس گرافیت

 

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 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 درظرفیتهای مختلف قادر به ذوب از 0.5 کیلوگرم تا چندین تن می باشد.درکوره القایی هیچگونه 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 ازنظر توزیع حرارت و کنترل ترکیب مطلوب می باشد و از نظر مسائل الکتریکی محدودیتی برای افزایش درجه حرارت ندارند .

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 میباشد .

[saghar... 6,666]

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. 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 وجودمی اید) از کویل مسی و القاء آن در سطح فلز درون بوته جریان الکتریکی بالایی درسطح فلز به وجود آمده این جریان تولید حرارت زیاد در نتیجه منجر به ذوب سریع فلزمی 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 ”اثرکناره ای“ 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 کمتراز سایر روش ها است .

[saghar... 6,666]

کوره القایی فرکانس بالا:

کوره القایی کانالی (هسته دار) نیز به طورگسترده 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 . ازآنجا 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 جامدفلزی (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 معمولا از سیستم یک فاز تغدیه می شوند و یک خازن و ژنراتور برای عرضه راندمان انرژی در سیستم 3 فاز در آنها بکار گرفته می شود بوته ها و مواد نسوز در داخل کوره القایی بایستی دوپارامتر 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 شارژ جامد به مذاب شارژ با 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 میگیرد . 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 درخلاء:

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 و پاتیل 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 وجوددارد:

1. گازهای درونی مواد نسوز نیز به بیرون کشیده می شوند

2. هادیهای الکتریکی و عایق بندی آنها ایجاد اشکال می کنند

3. عایق کردن سیمها ، سیمها ومدار اولیه ایجاد اتصال می کند

سه نکته فوق گنجایش کوره القایی بوته ای را محدود می کنند کوره القایی بوته ای اکثرا برای 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 نمیآید .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 فشارهایپایین 10-5) تا(10-4 عملی می باشد .

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

[saghar... 6,666]

عوامل موثر در کار کوره القایی:

الف - اجرای دقیق برنامهتعمیر 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 مخصوصبه خود دارد و باید به دقت اجرا شود اصول و خطوط کلی تعمیر و نگهداری کوره القایی در قسمت های بعدی خواهد آمد

ب:شارژ مناسب 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 میکند باعث می شود کوره القایی نتوانند مقدار زیاد مواد اکسیدی ، خاک و سرباره را تحمل کنند و وجود مقادیر زیاد مواد غیر فلزی غیرآلی باعث ایجاد پل بالای ذوب بخصوص هنگام سرد بودن ذوب می شود که خود می تواندمشکلاتی 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 .

بااین 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 و ابزار و وسائل هشدار دهنده و توجه به مسائل ایمن یاز 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 راندمانکوره 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

[saghar... 6,666]

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 و عاری 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 ازشارژو 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. بالابودن قیمت اولیه و هزینه های جاری کوره القایی در مقایسه با کوره های قوس الکتریک

تفاوت کوره القایی فرکانس بالا و پایین:

پایین بودن قیمت اولیه کوره القایی با فرکانس پایین نسبت به کوره القایی با فرکانس بالا.

درکوره القایی با فرکانس بالا بدون نیاز به مذاب اولیه عمل ذوب صورت می گیرد.

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

4. درکوره القایی با فرکانس پایین نیازی به ژنراتور فرکانس بالا و مولد نیست .

5. ازکوره 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 والومینیوم استفاده می گردد.

[saghar... 6,666]

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 زیادبرخوردار 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)

همانطور که گفته شد تراکم خطوط نیرو در کناره دیواره بیشتر از سایرقسمتها 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 بیشتراست)

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 2درصد اسید بوریک به آن اضافه می شود .روی سیم پیچها ورقه نازکی از عایق به ضخامت 1تا 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 میکنند 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 از آنفاکتور 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 ونحوه 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.

منبعhttp://www.mserc.ir