کوره قوس الکتریکی

کوره قوس الکتریکی ابزاری پرکاربرد در ذوب قطعات آهنی و غیرآهنی محسوب می شود که با ویژگی هایی چون ایجاد حرارت بسیار زیاد و نرخ تولید بالا در صنایع ذوب ایران و جهان شناخته شده می باشد. کوره‌ قوس الکتریکی که به اختصار EAF نیز نامیده می شود دارای یک حمام مذاب بوده و در قسمت بالای آن الکترودهای کربنی تعبیه شده است.

کوره قوس الکتریکی

این الکترودها با شارژ کوره به سمت پایین حرکت کرده و جریان الکتریکی توسط ترنسفورمرها برقرار می‌شود. ترنسفورمر وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم‌پیچ و از طریق القای الکترومغناطیسی انتقال می‌دهد.

در این میان، قیمت آهن‌آلات به دلیل اهمیت بالای موادی چون قراضه و آهن اسفنجی در فرآیند کوره قوس الکتریکی اهمیت دارد. انتخاب صحیح قراضه می‌تواند تأثیر بسزایی در عملیات ذوب داشته باشد؛ به‌طوری که انتخاب نادرست ممکن است موجب شکستن الکترودها یا سرریز شدن فولاد مذاب گردد. علاوه بر قراضه، موادی همچون فروآلیاژ، فروکربن و روان‌ساز نیز به کوره ریخته‌گری اضافه می‌شوند که هر یک تأثیر خاصی بر فرآیند دارند. فروآلیاژها شامل آلیاژهای مختلف آهن هستند و با هدف دستیابی به ترکیب شیمیایی خاص در فولاد به‌کار می‌روند، در حالی که فروکربن‌ها اکسیژن‌زداهای قوی به شمار می‌آیند و در کوره قوس مستقیم کاربرد ویژه‌ای دارند.

در ادامه، به معرفی بیشتر کوره قوس الکتریکی خواهیم پرداخت.

ساخت کوره قوس الکتریکی

ساخت کوره‌ های قوس الکتریکی در سال ۱۸۷۸ به دست هرولت انجام گرفت. ابداع این روش مبتنی بر این بود که می‌توان برای ذوب فلزات از قوسی که بین دو الکترود افقی ایجاد می شود، استفاده کرد. البته بهتر است بدانید طرح ایجاد قوس الکتریکی توسط زیمنس ارائه شد اما هرولت آن را عملی کرد.

در مدل ابداعی هرولت کوره از برق سه فاز استفاده می‌کرد، در هر فاز جریان از یک الکترود عبور کرده و پس از ورود به حمام مذاب به الکترود دیگر انتقال پیدا می کرد در نتیجه حرارت حاصل به وسیله حمام گرفته شده و به دنبال آن فرسایش مواد نسوز به حداقل خود می‌رسید.

انواع کوره های قوس الکتریکی

کوره قوس از لحاظ عبور جریان الکتریکی به دو نوع مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می گردد.
کوره قوس الکتریکی مستقیم: این کوره در سه نوع تک الکترود، دو الکترود و سه الکترود تولید میشود که نوع سه الکترود جهت ذوب فولاد در تناژ بالا کاربرد دارد.
در این مدل کوره، قوس الکتریکی بین الکترود و شارژ برقرار می شود و با حرارت تولید شده ذوب صورت می گیرد، دمای کوره های قوس الکتریکی تا 4000 درجه سانتی گراد نیز در دسترس بوده و دارای بیشترین کاربرد در ساخت فولاد می باشد.

سختی فولاد vcn 200 هم می تواند در این موارد تاثیر گزار باشد.کوره قوس الکتریکی غیر مستقیم: قوس الکتریکی بین دو الکترود که در بالای شارژ داخل کوره تعبیه شده اتفاق می افتد و عمل ذوب از طریق حرارتی که به شارژ انتقال یافته صورت می گیرد.روش غیر مستقیم برای ذوب فلزات غیر آهنی یا ذوب فلز چدن کاربرد دارد.

نحوه عملکرد کوره قوس الکتریکی

آنچه که در فرآیند ذوب با این کوره ها اهمیت دارد، داشتن حوضچه مذاب از آهن و شارژ آهن اسفنجی است. حرارت زیاد و در نتیجه ذوب شدن مواد در کوره حاصل عبور جریان برق از الکترودهایی است که بر بالای جریان مذاب و یا در داخل آن قرار دارند.

در هر کوره سه الکترود از سقف عبور کرده و هر یک به فاز جریان برق متصل می باشند. در ادامه با حرکت نوسانی الکترودها طول قوس ایجاد شده تغییر یافته و ضروری است حرارت لازم برای ذوب تنظیم بگردد. در آخر با رسیدن به درجه حرارت 1550، ایجاد جرقه و ذوب قراضه ها، شارژ آهن اسفنجی به کوره آغاز شده و ولتاژ تا رسیدن به میزان مطلوب کاهش پیدا می کند.

 

کاربرد کوره قوس الکتریکی

کوره های EAF به دلیل بازدهی بالا در تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی کاربرد بسیار گسترده ای را دارا می باشند و در حال حاضر 30 درصد فولادهای جهان با این کوره ها تولید می گردند.
البته لازم به ذکر است که عوامل دیگری نظیر مجهز شدن کوره ها به مشعل های اکسیژن-سوخت، کنترل اتوماتیک ذوب و پالایش و… در استفاده از کوره های قوس الکتریکی در دهه های اخیر تاثیرگذار بوده است.
از جمله مواردی که با کوره قوس الکتریکی تولید می شوند شامل ناودانی، میله، تسمه، میلگرد آجدار، طیف وسیعی از گریدهای فولاد، گریدهای مورد استفاده در صنعت خودرو و… از جمله فولاد mo40 و فولاد ck45 می باشد.

تفاوت کوره قوس الکتریکی و کوره ذوب

آیا تفاوت های کوره قوس الکتریکی و کوره بلند را می دانید؟ هر کدام از این کوره ها مزایا و چالش هایی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم.

در کوره های قوس الکتریکی از ضایعات فولاد به عنوان مواد اولیه استفاده می کند و برق منبع اصلی انرژی برای ذوب ضایعات میباشد.

از مزایای کوره قوس الکتریکی می توان به این اشاره کرد که در این نوع کوره هزینه های اولیه کمتر و فضای کمتری اشغال می شود و نیز زمان کمتری برای تولید محصولات صرف می شود.

کوره قوس الکتریکی کوچکتر و کارآمدتر است. آنها به یک منبع کک ثابت نیاز ندارند. در عوض، از الکتریسیته ای که از طریق الکترود های گرافیتی حمل می شود برای ایجاد قوس استفاده می کنند. فلز مورد استفاده در کوره قوس الکتریکی معمولاً فولاد قراضه است. مدیریت دمای داخل سیستم آسان تر از کوره بلند است و باعث کارآمدتر شدن آن می شود. یکی دیگر از مزایای استفاده از فرآیند EAF این است که می توان انواع فولاد را ساخت.که این نوع ساخت باعث تفاوت قیمت فولاد در بازار آهن می شود.

کوره بلند نمادی از صنعت فلز است که بیشتر آن را می شناسند. از سنگ آهن به عنوان منبع مواد و از کک به عنوان منبع کربن در این کوره استفاده می شود. سنگ آهن و کک را ذوب می کنند تا بتواند آهن خام با محتوای کربن بالا تولید کنند و سپس برای حذف ناخالصی ها وارد مبدل می کنند.

کوره بلند نیاز به سرمایه گذاری بالایی در توسعه آن دارد و فضای بزرگی را اشغال می کند و مقدار زیادی دی اکسید کربن منتشر می کند.

از معایب کوره ذوب بلند می توان به این اشاره کرد که در این کوره کک برای ذوب سنگ آهن و ایجاد آهن خام استفاده می شود و سپس از اکسیژن برای تبدیل آهن خام به فولاد استفاده می شود. با این حال، این روش به دلیل نیاز مداوم به کک گاز CO2 بالایی تولید می کند.

کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) در صنعت فولاد نیازمند رعایت استانداردهای مختلفی برای اطمینان از ایمنی، کیفیت و بهره‌وری هستند. برخی از استانداردهای کلیدی شامل ISO 13578 برای الزامات ایمنی، ISO 50001 برای بهینه‌سازی مصرف انرژی، ISO 14001 برای مدیریت محیط زیست، و ISO 9001 برای مدیریت کیفیت می‌باشند. همچنین استاندارد IEC 60519 به تجهیزات حرارتی الکتریکی و IEEE 1020 به تجهیزات حفاظت الکتریکی اختصاص دارد.

این استانداردها به جنبه‌های مختلفی مانند طراحی، ساخت، ایمنی، و عملکرد تجهیزات در کوره‌های قوس الکتریکی می‌پردازند. رعایت این مقررات به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا فرآیندهای تولید فولاد را بهینه‌سازی کنند و محصولاتی با کیفیت و سازگار با محیط زیست ارائه دهند.

چه نکاتی در نگهداری کوره قوس الکتریکی باید رعایت شود

نگهداری صحیح کوره قوس الکتریکی (EAF) برای بهبود عملکرد و افزایش طول عمر آن ضروری است. نکات کلیدی شامل بازرسی‌های دوره‌ای برای شناسایی مشکلات فنی، بررسی و نگهداری نسوزهای داخلی و الکترودها، و مدیریت سیستم‌های خنک‌کننده و کنترل اتوماسیون است. این اقدامات به کاهش خرابی‌ها و بهینه‌سازی مصرف انرژی کمک می‌کنند.

علاوه بر این، مدیریت صحیح مواد مصرفی و ضایعات، آموزش کارکنان و رعایت پروتکل‌های ایمنی از اهمیت بالایی برخوردارند. ثبت و تحلیل داده‌های نگهداری نیز به شناسایی الگوهای خرابی و بهبود برنامه‌های پیشگیرانه کمک می‌کند، که در نهایت منجر به افزایش بهره‌وری و ایمنی کوره می‌شود.

اهمیت کوره قوس الکتریکی در صنعت فولادسازی و نقش فولاد حامیران

در پایان، می‌توان گفت که کوره قوس الکتریکی به عنوان یکی از تکنولوژی‌های پیشرفته در صنعت فولادسازی نقش مهمی در تولید فولادهای باکیفیت دارد. این کوره‌ها با کاهش مصرف انرژی و تولید کمتر گازهای گلخانه‌ای، راهکاری پایدار و موثر برای تأمین نیازهای صنعتی ارائه می‌دهند. در این مسیر، فولاد حامیران با ارائه محصولات متنوع و خدمات تخصصی، از جمله فولادهای صنعتی و ساختمانی، سهم ویژه‌ای در تأمین فولاد مورد نیاز صنایع کشور ایفا می‌کند.