آشنایی با کوره قوس الکتریکی
کوره قوس الکتریکی که به طور خلاصه به آن کوره EAF گفته می‌شود، یکی از پرکاربردترین کورههای ذوب فلزات به‌ویژه ذوب آهن و فولاد است. این نوع کوره در کارخانه‌های ذوب آهن و کارخانه‌های فولاد به وفور استفاده می‌شود و تکنولوژی خاص استفاده شده در آن باعث شده است که نسبت به بسیاری از کورههای ذوب آهن دارای مزیت و برتری باشد.
در این گزارش به بررسی کوره قوس الکتریکی و نحوه عملکرد آن پرداخته و مزایا و معایب استفاده از این نوع کوره ذوب آهن را بررسی کرده ایم.
آنچه در این مقاله میخوانید
کوره قوس الکتریکی (ِEAF) چیست؟
یکی از کورههای پراستفاده در کارخانه‌های فولادی و ذوب آهن کوره قوس الکتریکی تولید فولاد است. این کوره یکی از انواع کوره های تولید فولاد است که از انرژی الکتریکی برای ذوب آهن آلات استفاده می‌کند. در این کوره از میله کربنی عمودی به عنوان الکترود استفاده و همین موضوع باعث ایجاد قوس برای تولید گرمای لازم در کوره می‌شود؛ به همین دلیل به آن کوره قوس الکتریکی گفته می‌شود.
این مقاله را حتما بخوانید: کوره بلند ذوب آهن چیست؟ مزایا و معایب
این کوره مهم تولید آهن آلات در سال 1878 توسط هرولت اختراع شد و ساخت آن به اواخر قرن 19 میلادی برمی‌گردد. البته از آن سال‌ها تاکنون بارها تغییراتی در تکنولوژی استفاده شده در این کوره صورت گرفته است.
مزایا
کوره قوس الکتریکی تولید آهن آلات دارای مزایایی نسبت به برخی دیگر از کورههای ذوب فولاد است. از جمله مهم‌ترین مزایای این نوع از کوره ذوب آهن آلات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- این کوره‌ها به کاهش دور ریز آهن و فولاد کمک می‌کنند و از قراضه و دورریز انواع آهن و فولاد می‌توان به سادگی به عنوان شارژ در این کوره استفاده کرد.
- به علت انعطاف پذیری این کوره‌ها می‌توان در هر ابعادی از آن استفاده کرد و حتی امکان استفاده در تولید محدود و کارخانه‌های کوچکتر نیز وجود دارد.
- دمای این کوره‌ها می‌تواند بسیار بالا باشد و این موضوع به کیفیت محصول و بهتر شدن فرآیند کمک می‌کند.
معایب
البته این نوع از کوره‌ها دارای معایبی هم هستند. از جمله مهم‌ترین معایب کورههای قوس الکتریکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کیفیت محصول تا حد زیادی به کیفیت مواد اولیه مورد استفاده بستگی دارد.
- مصرف برق در این کوره‌ها به دلیل طولانی بودن مدت زمان مورد نیاز برای ذوب، بالا است.
- در این کوره‌ها احتمال بیشتری برای ورود ناخالصی به فولاد وجود دارد.
کارخانه هایی که در ایران از این کوره (ِEAF) استفاده می کنند
گروه ملی و صنعتی فولاد ایران و کارخانه‌های زیرمجموعه آن از کوره قوس الکتریکی تولید فولاد برای ذوب آهن آلات استفاده می‌کنند. اولین کوره از این نوع نیز در سال 1351 در این مجموعه احداث شده است. علاوه بر این گروه صنعتی، کارخانه فولاد خوزستان و شرکت فولاد آلیاژی ایران نیز از انواع مختلف این کوره‌ها برای ذوب استفاده می‌کنند.
انواع کوره قوس الکتریکی (ِEAF)
این کوره ها در کل به دو نوع کوره مستقیم و کوره غیر مستقیم تقسیم می‌شوند که هر یک از این روش‌ها برای محصولات خاصی کاربرد دارد. معمولا برای ذوب فولاد از کوره قوس الکتریکی مستقیم استفاده می‌شود. حرارت این مدل از انواع کوره تولید فولاد حتی می‌تواند تا 4000 درجه سانتی‌گراد نیز بالا برود.کورههای قوس الکتریکی مستقیم به سه نوع تک الکترود، دو الکترود و سه الکترود تقسیم می‌شوند.
در صورتیکه کارخانه بخواهد تولید فولاد را در تناژ بالا انجام دهد، مجبور به استفاده از کوره سه الکترود است. در این مدل کوره، قوس الکتریکی بین الکترود و شارژ برقرار و با گرمای حاصل از آن، آهن ذوب می‌شود.تفاوت انواع غیرمستقیم این کوره نیز در نحوه ایجاد قوس است. در نوع غیر مستقیم، قوس الکتریکی در بین دو الکترود ایجاد می‌شود و در ادامه، حرارت به شارژ منتقل و باعث ذوب می‌شود.
کورههای قوس الکتریکی دارای کابردهای چند منظوره هستند و فقط مختص تولید فولاد نیستند. برای نمونه، از انواع غیر مستقیم این کوره می‌توان برای تولید و ذوب فلزات غیر آهنی یا ذوب چدن نیز استفاده کرد. حرارت ایجاد شده در این کوره‌ها بالا است و می‌تواند هر نوع دمای ذوب برای فلزات مختلف را فراهم کند؛بر همین اساس این نوع از کوره‌ها را در کارخانه‌های غیر فولادی نیز به وفور می‌توان دید.
این نوع کوره‌ها محدودیت آنچنانی از نظر مواد اولیه ندارند و می‌توان بر اساس نوع کارخانه از مواد اولیه متفاوتی استفاده کرد.
تفاوت کورههای قوس الکتریکی با کوره قوس القایی
تفاوت‌های عمده‌ای بین کوره قوس الکتریکی و کوره قوس القایی وجود دارد. برای نمونه، در نوع القایی این کوره‌ها امکان تولید فولاد خالص‌تر بیشتر است و به‌ویژه در تولید با حجم بالا، قوس القایی کاربرد بهتر و بهینه‌تری خواهد داشت. کورههای القایی برق کمتری نیز مصرف می‌کنند و از نظر مصرف انرژی بهینه‌تر هستند.
از سوی دیگر فرآیند تولید فولاد در کورههای قوس الکتریکی در دو مرحله اتفاق می‌افتد که باعث کیفیت بیشتر محصول نهایی می‌شود. در حالت کلی تفاوت اصلی را باید در محصول و نوع فرآیند دانست.
فرآیند تولید فولاد در کورههای قوس الکتریکی
در بیشتر موارد از آهن اسفنجی یا قراضه آهن به عنوان ماده اولیه برای کوره قوس الکتریکی تولید فولاد استفاده می‌شود، اما فرآیند این کوره تنها با این ماده اولیه تکمیل نمی‌شود و باید به این ماده اولیه فرو آلیاژهای آهک و فرولین نیز اضافه شود.دمای این کوره‌ها بسیار بالا است و این موضوع سبب می‌شود که فولاد با کربن نسبتا پایین در همان ابتدا ذوب شود.
البته برای محصول نهایی، این ماده ذوب شده داخل کوره پاتیلی ریخته می‌شود تا کار آلیاژسازی روی محصول انجام و شمش نهایی تولید شود. وظیفه آهک در این فرآیند، اقدام به عنوان کمک ذوب است. آهک باعث می‌شود که تصفیه متالورژیکی روی مواد اولیه صورت گیرد و با تشکیل سریع سرباره‌ها، فولاد هر چه بیشتر خالص شود؛ هرچند که میزان آهک و دیگر فروآلیاژهای استفاده شده بسته به نوع ذوب متفاوت است.
این مقاله را حتما بخوانید: مزایا و معایب ورق گالوانیزه
در کوره قوس الکتریکی فولاد برای انجام فرآیندهای ذوب، تصفیه و جداسازی، از دو روش بازی و اسیدی استفاده می‌شود. در روش اسیدی مهم است که از چه مواد اولیه‌ای استفاده شود و نمی‌توان به طور کامل فسفر و گوگرد را از مواد اولیه جدا کرد، اما روش بازی ساده‌تر است و این مواد تا حد زیادی از ماده اولیه جدا می‌شوند.
اجزای کورههای قوس الکتریکی
این کوره ذوب دارای اجزای مختلفی است و بیشتر این اجزا در نمونه‌های کنونی تفاوت چندانی با نمونه‌های ساخته شده اولیه ندارند. این کوره‌ها دارای یک بخش بزرگ و کم عمق برای جمع شدن مذاب هستند که به آن حمام کوره گفته می‌شود. این حمام دارای بدنه فولادی است و با مواد مقاوم و نسوز پوشش داده می‌شود.به علت دمای بالای این کوره‌ها و احتمال آسیب رسیدن به بدنه کوره و مواد نسوز، از لوله‌های عبور آب برای سرد کردن آن استفاده می‌شود.
این کوره‌ها دارای بوته، دیوار جانبی و سقف هستند. سقف کورههای قوس الکتریکی به صورت یک کلاهک سبک ساخته می‌شود و الکترودها در این قسمت از کوره کار گذاشته می‌شوند. تعداد سوراخ‌های سقف به تعداد الکترودهای کوره بستگی دارد.تجهیزات الکتریکی نیز بخش مهمی از این کوره را به خود اختصاص داده‌اند که از جمله آنها می‌توان به کلید قطع و وصل مدار، رآکتور، ترانسفورماتور و تنظیم کننده‌های الکترود اشاره کرد.
شارژ کورههای قوس الکتریکی
شارژ کوره قوس الکتریکی از طریق مواد اولیه و افزودنی‌هایی مانند فروآلیاژها تامین می‌شود. در برخی از کارخانه‌های فولادی به دلیل اهمیت بالای مواد اولیه، در تولید محصول با کیفیت از آهن اسنفجی استفاده می‌کنند، اما معمولا بیشترین مواد اولیه به قراضه آهن اختصاص دارد.
در صورت استفاده از قراضه و ضایعات در این کوره می‌بایست این ضایعات تفکیک و در انتخاب نوع آنها دقت شود تا محصول بهتری به دست آید. به عبارت دیگر نوع مواد اولیه می‌تواند در کیفیت ذوب و کیفیت شمش فولادی تاثیرگذار باشد.علاوه بر مواد اولیه، از موادی همچون فروآلیاژ، فروکرین و انواع روانساز نیز استفاده می‌شود.
این مواد به ماده اولیه اضافه می‌شوند تا در روند ذوب و بهبود کیفیت آن کمک کننده باشند. برخی از شرکت‌های فولادی برای شارژ کوره قوس الکتریکی تولید فولاد، از برگشتی‌های واحد ریخته‌گری نیز استفاده می‌کنند؛ چرا که پس از سرد شدن فولاد مذاب در قالب‌ها در واحد ریخته‌گری، ضایعات و اضافاتی وجود دارد که می‌تواند دوباره به درون کوره بازگشت داده شود.
