فرهنگ
مدیر بازنشسته
امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون کشور در تمامی زمینه‌ها و نیز افزایش روند ساخت‌وساز در سراسر کشور، نیاز به فولاد و محصولات آن در کشور، روز به روز در حال گسترش میباشد.
در حال حاضر، به رغم آنکه بسیاری از کارخانه‌های فولاد فعال هستند، اما به دلیل کمبود بسیار شدید فولاد، دولت ناگزیر از واردات آن در حجم بسیار انبوه است. از این رو دولت نگاه ویژه‌ای به روش‌های تولید فولاد در قالب طرح‌های کوچک و زودبازده دارد.
یکی از جدیدترین و مدرن‌ترین روش‌های تولید شمش فولاد، استفاده کورههای القایی ذوب میباشد. هم اکنون بسیاری از کشورهای اروپایی از کورههای القایی جهت ذوب فلزات و تولید فولاد استفاده می‌کنند.
این کورهها استفاده از جریان برق، آهن قراضه و یا شمش فلزات را ذوب کرده و ماده مذاب حاصل پس از تخلیه در قالب‌های تعبیه شده
به صورت شمش فولاد تولید میشود. شمش فولاد تهیه شده از این روش در کارخانه‌های نورد جهت تولید انواع میلگرد، نبشی، ناودانی مورد استفاده قرار میگیرد. نکته قابل توجه در مورد کورههای القایی، سرعت ذوب‌گیری بسیار بالای آن در مقایسه با کورههای فسیلی (کورههای دوار) میباشد. از دیگر مزایای کورههای القایی نسبت به کورههای قدیمی میتوان به اشتغال فضای بسیار کمتر، عدم آلودگی محیط‌زیست، راندمان بسیار بالا و اپراتوری بسیار آسان اشاره کرد. کورههای القایی در ظرفیتهای متنوع از تناژ پایین تا بالا تولید میشوند که این امر موجب گردیده این صنعت جدید در مقیاس کارگاهی تا کارخانه‌ای قابل اجرا باشد. البته قابل ذکر است در مورد کورههای با ظرفیت بالا، میتوان از خطوط مداوم بیلت فولادی استفاده کرد. در این روش تولید ماده مذاب حاصل از کورههای القایی به خط مداوم ریختهگری منتقل شده و بیلت در اندازه‌های طویل از آن خارج میشود. استفاده از کورههای القایی به علت سرعت کارکرد بالا در صنایع قطعه‌سازی نیز گسترش فراوانی یافته است، به طوری که هم اکنون بسیاری از واحدهای ریختهگری و تولید قطعه در حال جایگزینی کورههای قدیمی با کورههای القایی می‌باشند که این امر در افزایش سوددهی این واحدها نقشی مهم و حیاتی دارد. با توجه به مطالب فوق میتوان نتیجه گرفت، تولید شمش فولاد و قطعات ریختهگری با استفاده از تکنولوژی کورههای القایی راهی مطمئن و پرسود در جهت جبران کمبود شمش فولاد و کاهش واردات آن است. البته استفاده از این روش هم اکنون سرعت و گسترش فراوانی یافته است و بسیاری از سرمایه‌گذاران به سمت این روش تولیدی گرایش یافته‌اند.
کورههای ذوب القایی در فولادسازی چه هستند؟
تحقیقات جدید و توسعه در تامین نیرو با فرکانسهای متغیر، بهبود در پوششهای نسوز، طراحی القاگر با توان بالا، بازیافت حرارت کوره و استفاده از سیستمهای کامپیوتری و اتوماسیون موجب بهبود راندمان کورههای ذوب القایی و تمایل به استفاده از آنها شدهاند. علاوه بر این، در سالهای اخیر با تکنولوژی کورههای القایی دوقلو که دارای دوبوته هستند، امکان افزایش راندمان و سرعت تولید مذاب فراهم شده است.
فرآیند ذوب القایی روشی است که به وسیله جریانهای گردابی القا شده توسط میدان الکترومغناطیسی متغیر، در مادههادی الکتریسیته (معمولا فلزات) حرارت ایجاد نموده و فرآیند ذوب انجام میشود. اساس کار این روش مشابهترانسفورماتور است.
در حال حاضر، به رغم آنکه بسیاری از کارخانه‌های فولاد فعال هستند، اما به دلیل کمبود بسیار شدید فولاد، دولت ناگزیر از واردات آن در حجم بسیار انبوه است. از این رو دولت نگاه ویژه‌ای به روش‌های تولید فولاد در قالب طرح‌های کوچک و زودبازده دارد.
یکی از جدیدترین و مدرن‌ترین روش‌های تولید شمش فولاد، استفاده کورههای القایی ذوب میباشد. هم اکنون بسیاری از کشورهای اروپایی از کورههای القایی جهت ذوب فلزات و تولید فولاد استفاده می‌کنند.
این کورهها استفاده از جریان برق، آهن قراضه و یا شمش فلزات را ذوب کرده و ماده مذاب حاصل پس از تخلیه در قالب‌های تعبیه شده
به صورت شمش فولاد تولید میشود. شمش فولاد تهیه شده از این روش در کارخانه‌های نورد جهت تولید انواع میلگرد، نبشی، ناودانی مورد استفاده قرار میگیرد. نکته قابل توجه در مورد کورههای القایی، سرعت ذوب‌گیری بسیار بالای آن در مقایسه با کورههای فسیلی (کورههای دوار) میباشد. از دیگر مزایای کورههای القایی نسبت به کورههای قدیمی میتوان به اشتغال فضای بسیار کمتر، عدم آلودگی محیط‌زیست، راندمان بسیار بالا و اپراتوری بسیار آسان اشاره کرد. کورههای القایی در ظرفیتهای متنوع از تناژ پایین تا بالا تولید میشوند که این امر موجب گردیده این صنعت جدید در مقیاس کارگاهی تا کارخانه‌ای قابل اجرا باشد. البته قابل ذکر است در مورد کورههای با ظرفیت بالا، میتوان از خطوط مداوم بیلت فولادی استفاده کرد. در این روش تولید ماده مذاب حاصل از کورههای القایی به خط مداوم ریختهگری منتقل شده و بیلت در اندازه‌های طویل از آن خارج میشود. استفاده از کورههای القایی به علت سرعت کارکرد بالا در صنایع قطعه‌سازی نیز گسترش فراوانی یافته است، به طوری که هم اکنون بسیاری از واحدهای ریختهگری و تولید قطعه در حال جایگزینی کورههای قدیمی با کورههای القایی می‌باشند که این امر در افزایش سوددهی این واحدها نقشی مهم و حیاتی دارد. با توجه به مطالب فوق میتوان نتیجه گرفت، تولید شمش فولاد و قطعات ریختهگری با استفاده از تکنولوژی کورههای القایی راهی مطمئن و پرسود در جهت جبران کمبود شمش فولاد و کاهش واردات آن است. البته استفاده از این روش هم اکنون سرعت و گسترش فراوانی یافته است و بسیاری از سرمایه‌گذاران به سمت این روش تولیدی گرایش یافته‌اند.
کورههای ذوب القایی در فولادسازی چه هستند؟
امروزه ذوب القایی به صورت گستردهای در تولید و ریختهگری فولادها و همچنین ذوب آلومینیوم، مس، روی و سایر انواع فلزات غیرآهنی استفاده میشود. از مزایای ذوب القایی به عنوان مثال میتوان به راندمان بالای مواد و محیط پاک اشاره کرد که باعث تمایل تولیدکنندگان محصولات فلزی به کورههای ذوب القایی شده است.
در کورههای ذوب القایی، جریان الکتریکی القا شده توسط میدان مغناطیسی، ایجاد حرارت میکند و این حرارت باعث ذوب جسم (معمولا فلزات) میشود. فلز درون بوتهای قرار میگیرد که اطراف آن کلافهای مغناطیسی پیچیده شده است و توسط جریان آب خنک میشوند. جریان موجود در کلافهای مغناطیسی، جریانهای گردابی یا فوکو (Eddy Current) را در فلز القا میکند که باعث ایجاد حرارت و ذوب فلزمی شود.
مهمترین انواع کورههای القایی، کوره القایی بیهسته (Coreless furnace) و کوره القایی کانالی (Channel Furnace) هستند.
در کوره القایی بدون هسته فلز درون یک پوشش نسوز که به وسیله کلاف احاطه شده است، نگهداری میشود. در این حالت کوره ذوب القایی مشابه یک ترانسفورماتور بدین ترتیب که فلز مانند یک کلاف ثانویه در ترانسفورماتور عمل میکند و با اعمال نیرو به کلاف اولیه احاطهکننده فلز، جریانهای گردابی القا شده و تولید حرارت میکند. پس از ذوب فلز، هم زدن و همگنسازی به طور طبیعی و در اثر وجود نیروها و جریانهای الکترومغناطیسی اتفاق میافتد. با انتخاب دقیق فرکانس و نیرو میتوانند سرعت ذوب و همگنسازی را کنترل کرد.
کوره های القایی کانالی در گذشته عموما برای نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص کاربرد داشتهاند، اما امروزه گاهی اوقات برای ذوب فلزات نیز به کار میروند. این کوره شامل یک القاگر (سلف) به عنوان منبع تولید انرژی است که از چندین رشته کلاف که توسط آب خنک میشوند، تشکیل شده است. این کورهها تلاطم سطحی کمتری در بوته نگهداری فلز مذاب دارند، در نتیجه خروج گاز و مواد فرار با مشکل مواجه میشود. لذا جهت عملیات ذوب، کوره القایی بیهسته ترجیح داده میشود و کوره کانالی بیشتر به منظور نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص مورد استفاده قرار میگیرد.
در حالی که کورههای ذوب القایی کانالی دارای فرکانس خطی هستند، کورههای بدون هسته میتوانند از هر سه نوع فرکانس خطی (60هرتز)، فرکانس متوسط (1200-200هرتز) و فرکانس بالا (بیش از 1200هرتز) باشند. با توجه به اینکه شروع به کار کورههای فرکانس خطی با شارژ ماده سرد بسیار آهسته است، استفاده از کورههای فرکانس متوسط و بالا مورد توجه بیشتری قرار دارد.
استفاده از کورههای ذوب القایی در ظرفیتهای پایینتر از 40تن میتواند منجر به تولید مذاب با کیفیت مناسب و ارزان شود. از مزایای این نوع کورهها میتوان به اپراتوری و کارکرد آسان و همچنین افزایش راندمان ذوب فلز اشاره کرد. امکان راهاندازی و شروع به کار فوری کوره باعث کاهش در زمان رسیدن به دمای کارکرد میشود. وجود همگنسازی به صورت طبیعی و تولید مذاب پاک و عدم نیاز به سیستمهای کنترل آلودگی با هزینه بالا از مزایای دیگر کورههای القایی محسوب میشود. از دیگر نکات مثبت این کورهها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
* عدم نیاز به فضای زیاد و توانایی افزایش سرعت ذوب در کوره های کوچک
* مصرف کمتر مواد، بهخصوص مواد نسوز و کاهش زمان تعویض پوششهای نسوز و عدم نیاز به مصرف الکترود گرافیتی
* پایین بودن آلودگی صوتی به نسبت انواع دیگر کوره های ذوب به میزان قابل توجه
* بهرهوری بالای انرژی
* هزینه پایین سرمایه گذاری و تجهیزات جانبی
از طرف دیگر مهمترین اشکال کورههای القایی دشواری در فرآیند فسفرزدایی و انجام عملیات متالوژیکی ثانویه است. در نتیجه وجود کورههای پاتیلی (Ladle Furnace) در کنار این کورهها جهت انجام فرآیند تصفیه و افزودن عناصر آلیاژی لازم است. از دیگر معایب این کورهها، ظرفیت پایینتر تولید به نسبت کورههای قوس الکتریک میباشد. همچنین در کورههای القایی باید از قراضه با کمترین آلودگی و مواد اکسیدی استفاده نمود که گاهی این مساله دشوار و باعث افزایش هزینههای اولیه میگردد.
همچنین استفاده از آهن اسفنجی بهعنوان شارژ کمکی برای تنظیم خواص شیمیایی در این کورهها موجب بهبود عملکرد کورههای 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 بهدست آمده تمیز و عاری از عناصر مضر خواهد بود.
قبل از ورود مواد فلزی به کوره آنالیز شیمیایی این مواد جهت دستیابی به مشخصات نهایی محصول، به دقت کنترل میشود. اگر میزان کربن، گوگرد و فسفر در شارژ فلزی بالا باشد، مقدار بیشتری آهن اسفنجی به کوره شارژ میشود، پس از اتمام 80درصد ذوب، نمونهای از کوره گرفته میشود و در صورتیکه مقدار کربن همچنان بالا باشد، مجددا نرمه آهن اسفنجی به کوره شارژ میشود.
از طرفی باید درنظر داشت به دلیل اینکه آهن اسفنجی دارای تخلل میباشد و همین عامل باعث مقاومت در عبور جریان میشود، جهت جلوگیری از مصرف بالای برق، حداکثر میتوان 60-50 درصد شارژ فلزی را به آهن اسفنجی اختصاص داد.
مهمترین انواع کورههای القایی، کوره القایی بیهسته (Coreless furnace) و کوره القایی کانالی (Channel Furnace) هستند.
در کوره القایی بدون هسته فلز درون یک پوشش نسوز که به وسیله کلاف احاطه شده است، نگهداری میشود. در این حالت کوره ذوب القایی مشابه یک ترانسفورماتور بدین ترتیب که فلز مانند یک کلاف ثانویه در ترانسفورماتور عمل میکند و با اعمال نیرو به کلاف اولیه احاطهکننده فلز، جریانهای گردابی القا شده و تولید حرارت میکند. پس از ذوب فلز، هم زدن و همگنسازی به طور طبیعی و در اثر وجود نیروها و جریانهای الکترومغناطیسی اتفاق میافتد. با انتخاب دقیق فرکانس و نیرو میتوانند سرعت ذوب و همگنسازی را کنترل کرد.
کوره های القایی کانالی در گذشته عموما برای نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص کاربرد داشتهاند، اما امروزه گاهی اوقات برای ذوب فلزات نیز به کار میروند. این کوره شامل یک القاگر (سلف) به عنوان منبع تولید انرژی است که از چندین رشته کلاف که توسط آب خنک میشوند، تشکیل شده است. این کورهها تلاطم سطحی کمتری در بوته نگهداری فلز مذاب دارند، در نتیجه خروج گاز و مواد فرار با مشکل مواجه میشود. لذا جهت عملیات ذوب، کوره القایی بیهسته ترجیح داده میشود و کوره کانالی بیشتر به منظور نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص مورد استفاده قرار میگیرد.
در حالی که کورههای ذوب القایی کانالی دارای فرکانس خطی هستند، کورههای بدون هسته میتوانند از هر سه نوع فرکانس خطی (60هرتز)، فرکانس متوسط (1200-200هرتز) و فرکانس بالا (بیش از 1200هرتز) باشند. با توجه به اینکه شروع به کار کورههای فرکانس خطی با شارژ ماده سرد بسیار آهسته است، استفاده از کورههای فرکانس متوسط و بالا مورد توجه بیشتری قرار دارد.
استفاده از کورههای ذوب القایی در ظرفیتهای پایینتر از 40تن میتواند منجر به تولید مذاب با کیفیت مناسب و ارزان شود. از مزایای این نوع کورهها میتوان به اپراتوری و کارکرد آسان و همچنین افزایش راندمان ذوب فلز اشاره کرد. امکان راهاندازی و شروع به کار فوری کوره باعث کاهش در زمان رسیدن به دمای کارکرد میشود. وجود همگنسازی به صورت طبیعی و تولید مذاب پاک و عدم نیاز به سیستمهای کنترل آلودگی با هزینه بالا از مزایای دیگر کورههای القایی محسوب میشود. از دیگر نکات مثبت این کورهها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
* عدم نیاز به فضای زیاد و توانایی افزایش سرعت ذوب در کوره های کوچک
* مصرف کمتر مواد، بهخصوص مواد نسوز و کاهش زمان تعویض پوششهای نسوز و عدم نیاز به مصرف الکترود گرافیتی
* پایین بودن آلودگی صوتی به نسبت انواع دیگر کوره های ذوب به میزان قابل توجه
* بهرهوری بالای انرژی
* هزینه پایین سرمایه گذاری و تجهیزات جانبی
از طرف دیگر مهمترین اشکال کورههای القایی دشواری در فرآیند فسفرزدایی و انجام عملیات متالوژیکی ثانویه است. در نتیجه وجود کورههای پاتیلی (Ladle Furnace) در کنار این کورهها جهت انجام فرآیند تصفیه و افزودن عناصر آلیاژی لازم است. از دیگر معایب این کورهها، ظرفیت پایینتر تولید به نسبت کورههای قوس الکتریک میباشد. همچنین در کورههای القایی باید از قراضه با کمترین آلودگی و مواد اکسیدی استفاده نمود که گاهی این مساله دشوار و باعث افزایش هزینههای اولیه میگردد.
همچنین استفاده از آهن اسفنجی بهعنوان شارژ کمکی برای تنظیم خواص شیمیایی در این کورهها موجب بهبود عملکرد کورههای 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 بهدست آمده تمیز و عاری از عناصر مضر خواهد بود.
قبل از ورود مواد فلزی به کوره آنالیز شیمیایی این مواد جهت دستیابی به مشخصات نهایی محصول، به دقت کنترل میشود. اگر میزان کربن، گوگرد و فسفر در شارژ فلزی بالا باشد، مقدار بیشتری آهن اسفنجی به کوره شارژ میشود، پس از اتمام 80درصد ذوب، نمونهای از کوره گرفته میشود و در صورتیکه مقدار کربن همچنان بالا باشد، مجددا نرمه آهن اسفنجی به کوره شارژ میشود.
از طرفی باید درنظر داشت به دلیل اینکه آهن اسفنجی دارای تخلل میباشد و همین عامل باعث مقاومت در عبور جریان میشود، جهت جلوگیری از مصرف بالای برق، حداکثر میتوان 60-50 درصد شارژ فلزی را به آهن اسفنجی اختصاص داد.
تحقیقات جدید و توسعه در تامین نیرو با فرکانسهای متغیر، بهبود در پوششهای نسوز، طراحی القاگر با توان بالا، بازیافت حرارت کوره و استفاده از سیستمهای کامپیوتری و اتوماسیون موجب بهبود راندمان کورههای ذوب القایی و تمایل به استفاده از آنها شدهاند. علاوه بر این، در سالهای اخیر با تکنولوژی کورههای القایی دوقلو که دارای دوبوته هستند، امکان افزایش راندمان و سرعت تولید مذاب فراهم شده است.
فرآیند ذوب القایی روشی است که به وسیله جریانهای گردابی القا شده توسط میدان الکترومغناطیسی متغیر، در مادههادی الکتریسیته (معمولا فلزات) حرارت ایجاد نموده و فرآیند ذوب انجام میشود. اساس کار این روش مشابهترانسفورماتور است.
