کوره های الکتریکی
مزایای استفاده ازانرژی الکتریکی نسبت به سایر سوخت ها عبارتند از:
- گرمای حاصل از الکتریسیته را می توان به سهولت در اختیار قرار گرفت و در یک حالت نگه داشت و نیازی به ذخیره سوخت نیست.
- درجه حرارتهای زیادی که با سوختهای دیگر ممکن نیست بوسیله جریان الکتریکی میتوان ایجاد نمود.
- اتمسفر داخل کوره را میتوان به دلخواه به اتمسفر اکسیدی ویا احیایی یا خنثی تبدیل نمود.
- این سوختها در هنگام احتراق گوگرد ایجاد نمی کنند و بار کوره تمییز و سالم می ماندو در ترکیب عناصر ان تغییری ایجاد نمی شود.
- تغییرات زیاد و سریع در دما های مختلف همیشه مقدور است ودر ضمن چون خوردگی ناشی از وجود خاکستر رخ نمی دهد عمر کوره طولانی است.
به طور کلی کوره های الکتریکی بر اساس روش تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی به 4 دسته تقسیم می شوند:
1)کوره های مقاومتی
2)کوره های القایی
3)کوره های قوس الکتریکی
4)کوره های ماکروویو
کوره های مقاومتی
کوره هایی هستند که در اثر مرور زمان جریان الکتریسیته از یک مقاومت و تبدیل به گرما حرارت ایجاد میکند.مقاومت این کوره ها ممکن است فلزی یا گرافیتی باشد.در این کوره ها انرژی الکتریکی تقریبا به طور کامل به انرژی حرارتی تبدیل میشود.برای این کار یک یا چند مقاومت در این کوره ها به طورسری یا موازی به یکدیگر بسته شده اند وبه جریان الکتریسیته متصل می شود.این کوره ها به دو دسته تقسیم می شوند:
-کوره های مقاومتی با گرمایش مستقیم که فلز موجود در کوره نقش مقاومت را بازی می کند و در مسیر عبور جریان الکتریسیته واقع می شود و در اثر مقاومت ویژه خود گرم می شود که در این نوع دو الکترود از دو طرف به فلز جامد متصل شده ودر اثر عبور جریان الکتریسیته فلز را حرارت میدهد. استفاده از این روش برای همه فلزات ممکن نیست زیرا فلزاتی که هدایت الکتریکیشان زیاد و مقاومت الکتریکی انها کم باشد به این روش گرم و ذوب نمی شوند.
- کوره های مقاومتی با گرمایش غیر مستقیم در این نوع مقاومت موجود در کوره گرم شده و سپس مواد را گرم میگند مقاومت های مورد استفاده در داخل کوره در سقف یا دیواره یا هر دو تعبیه میگردد و گرمای ایجاد شده به روش تشعشع مواد را گرم مینماید.مقاومتهای فلزی تا دمایc 1550 و مقاومتهای دیگر از الیاژهای خاص تا1700درجه پاسخ گو می با شد .در صنعت سرامیک معمولا از کوره های مقاومتی غیر مستقیم که جنبه ازمایشگاهی دارد استفاده میشود.
معمولا تا دمای 1000 درجه از مقاومت های گرمایی الیاژ نایکروم که شامل نیکل و کروم و اهن استفاده میشود.الیاژ کنتال شامل اهن و کروم و الومینیوم و کبالت در دماهای بالاتر و هنگامی که دما به 1400 درجه برسد مورد استفاده قرار میگیرد.از sic جهت دسترسی به دماهای بالاتر از 1500 درجه و برای به دست اوردن دماهای خیلی بالاتر ازw استفاده میگردد که به دلیل تمایل به اکسایش بالا عمر ان کوتاه میباشد مناسبترین نوع مقاومتی که بتوان ان را به راحتی نقل و انتقال داد و با ان کار نمود مقاومتهای فلزی میباشد .به عنوان مثال اگر الیاز یک مقاومت که شامل 80%نیکل و20%کروم باشدتشکیل شود میتواند تا دمای 1100 درجه سرویس دهد.در صورتی که در کوره هایی که از لعابهای بدون سرب استفاده میشود به کار گرفته شود میتواند تا دمای 800 درجه سرویس دهد و عمر مفید ان 10 سال خواهد بود.
المنت کنتال که در درجه های نسبتا بالا به کار گرفته میشود شامل 37.5%کروم
و 7.5%آلومینیم و53%آهن و2%کبالت میباشد ومیتواند به مدت دو سال تا دمای 1250درجه سرویس دهد.
مزیت این المنت ها مقاومت خوب انها در برابر ترکیبات گوگردی گازی شکل می باشد.اما شرایط احیا در کوره های الکتریکی برای المنت های کنتال مضر است.المنت های Sicبرای درجه حرارت های بالاتر از1500cاز رایج ترین نوع مقاومت های مصرفی می باشد.این مقاومت ها معمولا به صورت میله,لوله ویا صفحاتی ساخته شده ولی از معایب آن عمر کوتاه کاری آن می باشد به همراه قیمت بالای ان.به همین دلیل در مقیاس صنعتی کاربرد ان کم وبیشتر به عنوان کارهای تحقیقاتی استفاده میگردد.مهمترین دلیل کاهش عمر المنتهای sicدر برابر اکسیزن است که در محیط کوره مورد حمله قرار گرفته و تبدیل به سیلیس و دی اکسید کربن میگردد.این واکنش دو مساله در پی دارد :
اولا: در نتیجه این عمل مقاومت الکتریکی افزایش یافته و ولتاز بالاتری را برای کسب همان بازدهی حرارتی که سابقا به دست امده مورد نیاز است.
ثانیا :هنگام تبدیل sic به کریستوبالیت افزایش حجمی15% بوجود می اید.
المنتهای دی سیلسیوم مولیبدن میتوانند تا دمای 1650 درجه سرویس دهند و در بازار به نام تجاری سوپر کنتال شناخته میشود.در این المنت ها میزان مصرف انرزی با افزایش دما کاهش میابد و بدین مناسبت همراه کوره هایی که دارای این نوع المنتها هستند تنظیم کننده ولتاز به کار می رود.
کوره های قوس الکتریکی
با ایجاد جرقه الکتریکی مواد گرم و ذوب میکنند این کوره ها برای ذوب کردن اهن و فولاد به کار میرود.ساختمان این کوره ها شبیه یک ظرف استوانه ای که خارج ان از فولاد و داخل ان از چند لایه مواد نسوز پوشیده شده .سقف و کف ان قوسی شکل و دو الکترود زغالی از سقف ان اویزان میباشد جریان برق به وسیله کابلهای مسی ضخیم به انتهای بالایی الکترودها متصل شده بسته به ظرفیت کوره و تعداد الکترود ها از جریان برق تک فاز یا سه فاز متناوب استفاده میشود.الکترودها راپی درپی به جریان برق متصل میکنند و بدین ترتیب بین انتهای پایینی الکترودها قوس الکتریکی حاصل میشود که در نتیجه فلز را ذوب میکند.ارتفاع الکترودها از کف کوره ها توسط یک اهرم تنظیم میشود.برای ایجاد جرقه انها را تا انتهای معینی پایین میاورد و طول الکترود ها در حدود دو متر و قطر انها10-70 سانتیمتر میباشد واز جنس گرانیت ساخته میشود.اجر های نسوز بسیار عالی که دارای الومینای زیادی هستند جهت سقف کوره قوس الکتریکی استفاده میگردد.
کوره های ماکروویو
طول امواج ماکروویو در محدوده امواج رادیو و تلویزیون و مادون قرمز 1000-1 میلیمتر میباشد.وقتی امواج به اجسام برخورد میکنند 3 حالت وجود دارد یا جذب میگردد یا عبور میکند یا منعکس میگردد.امواج ماکروویو از قانون اپتیک تبعیت میکنندو به خط مستقیم سیر میکننداین امواج به دلیل طول موج بلند با بافت ماکروسکوپی جسم سر و کار دارند.فلزات امواج را منعکس میکنند واز این خاصیت در رادار استفاده میگردد اما در بعضی مواد مثل mgo,Al2o3,Sio2و اکثر شیشه ها در مقابل این امواج مقداری را جذب و مقداری را عبور میدهند که با اضافه نمودن ناخالصی باعث جذب کامل این امواج میشود.
پایان
مزایای استفاده ازانرژی الکتریکی نسبت به سایر سوخت ها عبارتند از:
- گرمای حاصل از الکتریسیته را می توان به سهولت در اختیار قرار گرفت و در یک حالت نگه داشت و نیازی به ذخیره سوخت نیست.
- درجه حرارتهای زیادی که با سوختهای دیگر ممکن نیست بوسیله جریان الکتریکی میتوان ایجاد نمود.
- اتمسفر داخل کوره را میتوان به دلخواه به اتمسفر اکسیدی ویا احیایی یا خنثی تبدیل نمود.
- این سوختها در هنگام احتراق گوگرد ایجاد نمی کنند و بار کوره تمییز و سالم می ماندو در ترکیب عناصر ان تغییری ایجاد نمی شود.
- تغییرات زیاد و سریع در دما های مختلف همیشه مقدور است ودر ضمن چون خوردگی ناشی از وجود خاکستر رخ نمی دهد عمر کوره طولانی است.
به طور کلی کوره های الکتریکی بر اساس روش تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی به 4 دسته تقسیم می شوند:
1)کوره های مقاومتی
2)کوره های القایی
3)کوره های قوس الکتریکی
4)کوره های ماکروویو
کوره های مقاومتی
کوره هایی هستند که در اثر مرور زمان جریان الکتریسیته از یک مقاومت و تبدیل به گرما حرارت ایجاد میکند.مقاومت این کوره ها ممکن است فلزی یا گرافیتی باشد.در این کوره ها انرژی الکتریکی تقریبا به طور کامل به انرژی حرارتی تبدیل میشود.برای این کار یک یا چند مقاومت در این کوره ها به طورسری یا موازی به یکدیگر بسته شده اند وبه جریان الکتریسیته متصل می شود.این کوره ها به دو دسته تقسیم می شوند:
-کوره های مقاومتی با گرمایش مستقیم که فلز موجود در کوره نقش مقاومت را بازی می کند و در مسیر عبور جریان الکتریسیته واقع می شود و در اثر مقاومت ویژه خود گرم می شود که در این نوع دو الکترود از دو طرف به فلز جامد متصل شده ودر اثر عبور جریان الکتریسیته فلز را حرارت میدهد. استفاده از این روش برای همه فلزات ممکن نیست زیرا فلزاتی که هدایت الکتریکیشان زیاد و مقاومت الکتریکی انها کم باشد به این روش گرم و ذوب نمی شوند.
- کوره های مقاومتی با گرمایش غیر مستقیم در این نوع مقاومت موجود در کوره گرم شده و سپس مواد را گرم میگند مقاومت های مورد استفاده در داخل کوره در سقف یا دیواره یا هر دو تعبیه میگردد و گرمای ایجاد شده به روش تشعشع مواد را گرم مینماید.مقاومتهای فلزی تا دمایc 1550 و مقاومتهای دیگر از الیاژهای خاص تا1700درجه پاسخ گو می با شد .در صنعت سرامیک معمولا از کوره های مقاومتی غیر مستقیم که جنبه ازمایشگاهی دارد استفاده میشود.
معمولا تا دمای 1000 درجه از مقاومت های گرمایی الیاژ نایکروم که شامل نیکل و کروم و اهن استفاده میشود.الیاژ کنتال شامل اهن و کروم و الومینیوم و کبالت در دماهای بالاتر و هنگامی که دما به 1400 درجه برسد مورد استفاده قرار میگیرد.از sic جهت دسترسی به دماهای بالاتر از 1500 درجه و برای به دست اوردن دماهای خیلی بالاتر ازw استفاده میگردد که به دلیل تمایل به اکسایش بالا عمر ان کوتاه میباشد مناسبترین نوع مقاومتی که بتوان ان را به راحتی نقل و انتقال داد و با ان کار نمود مقاومتهای فلزی میباشد .به عنوان مثال اگر الیاز یک مقاومت که شامل 80%نیکل و20%کروم باشدتشکیل شود میتواند تا دمای 1100 درجه سرویس دهد.در صورتی که در کوره هایی که از لعابهای بدون سرب استفاده میشود به کار گرفته شود میتواند تا دمای 800 درجه سرویس دهد و عمر مفید ان 10 سال خواهد بود.
المنت کنتال که در درجه های نسبتا بالا به کار گرفته میشود شامل 37.5%کروم
و 7.5%آلومینیم و53%آهن و2%کبالت میباشد ومیتواند به مدت دو سال تا دمای 1250درجه سرویس دهد.
مزیت این المنت ها مقاومت خوب انها در برابر ترکیبات گوگردی گازی شکل می باشد.اما شرایط احیا در کوره های الکتریکی برای المنت های کنتال مضر است.المنت های Sicبرای درجه حرارت های بالاتر از1500cاز رایج ترین نوع مقاومت های مصرفی می باشد.این مقاومت ها معمولا به صورت میله,لوله ویا صفحاتی ساخته شده ولی از معایب آن عمر کوتاه کاری آن می باشد به همراه قیمت بالای ان.به همین دلیل در مقیاس صنعتی کاربرد ان کم وبیشتر به عنوان کارهای تحقیقاتی استفاده میگردد.مهمترین دلیل کاهش عمر المنتهای sicدر برابر اکسیزن است که در محیط کوره مورد حمله قرار گرفته و تبدیل به سیلیس و دی اکسید کربن میگردد.این واکنش دو مساله در پی دارد :
اولا: در نتیجه این عمل مقاومت الکتریکی افزایش یافته و ولتاز بالاتری را برای کسب همان بازدهی حرارتی که سابقا به دست امده مورد نیاز است.
ثانیا :هنگام تبدیل sic به کریستوبالیت افزایش حجمی15% بوجود می اید.
المنتهای دی سیلسیوم مولیبدن میتوانند تا دمای 1650 درجه سرویس دهند و در بازار به نام تجاری سوپر کنتال شناخته میشود.در این المنت ها میزان مصرف انرزی با افزایش دما کاهش میابد و بدین مناسبت همراه کوره هایی که دارای این نوع المنتها هستند تنظیم کننده ولتاز به کار می رود.
کوره های قوس الکتریکی
با ایجاد جرقه الکتریکی مواد گرم و ذوب میکنند این کوره ها برای ذوب کردن اهن و فولاد به کار میرود.ساختمان این کوره ها شبیه یک ظرف استوانه ای که خارج ان از فولاد و داخل ان از چند لایه مواد نسوز پوشیده شده .سقف و کف ان قوسی شکل و دو الکترود زغالی از سقف ان اویزان میباشد جریان برق به وسیله کابلهای مسی ضخیم به انتهای بالایی الکترودها متصل شده بسته به ظرفیت کوره و تعداد الکترود ها از جریان برق تک فاز یا سه فاز متناوب استفاده میشود.الکترودها راپی درپی به جریان برق متصل میکنند و بدین ترتیب بین انتهای پایینی الکترودها قوس الکتریکی حاصل میشود که در نتیجه فلز را ذوب میکند.ارتفاع الکترودها از کف کوره ها توسط یک اهرم تنظیم میشود.برای ایجاد جرقه انها را تا انتهای معینی پایین میاورد و طول الکترود ها در حدود دو متر و قطر انها10-70 سانتیمتر میباشد واز جنس گرانیت ساخته میشود.اجر های نسوز بسیار عالی که دارای الومینای زیادی هستند جهت سقف کوره قوس الکتریکی استفاده میگردد.
کوره های ماکروویو
طول امواج ماکروویو در محدوده امواج رادیو و تلویزیون و مادون قرمز 1000-1 میلیمتر میباشد.وقتی امواج به اجسام برخورد میکنند 3 حالت وجود دارد یا جذب میگردد یا عبور میکند یا منعکس میگردد.امواج ماکروویو از قانون اپتیک تبعیت میکنندو به خط مستقیم سیر میکننداین امواج به دلیل طول موج بلند با بافت ماکروسکوپی جسم سر و کار دارند.فلزات امواج را منعکس میکنند واز این خاصیت در رادار استفاده میگردد اما در بعضی مواد مثل mgo,Al2o3,Sio2و اکثر شیشه ها در مقابل این امواج مقداری را جذب و مقداری را عبور میدهند که با اضافه نمودن ناخالصی باعث جذب کامل این امواج میشود.
پایان
