کوره قوس الکتریکی چیست و چگونه کار میکند؟

ما هروز از کنار بسیاری از سازه‌های صنعتی، ساختمانی و … رد می‌شویم بی‌آنکه از خود بپرسیم این حجم از آلیاژها، فلزات و… طی چه پروسه‌ای تولید و ساخته می‌شوند؟! در واقع علی‌رغم اینکه نقش اینگونه مواد در ساخت زندگی‌ای بهتر برای ما بسیار سازنده و حیاتی هستند، اما چون وجودشان در سایه عادت و وفور کمرنگ شده است، گاهی به غلط تصور می‌کنیم که همه چیز به همان سادگی است که به نظر می‌آید!

فولاد، چدن، میلگرد آجدار و بسیاری از فلزها جرو آن دسته از آلیاژهای صنعتی هستند که طی پروسه‌ای بسیار سنگین، علمی و پیچیده به جهان صنعت عرضه می‌شوند. برای تولید این دسته از مواد نیاز به کوره قوس الکتریکی است. در واقع بدون این کوره‌های عظیم یک پای چرخ صنعت می‌لنگد، از این‌رو ما در این مطلب قصد داریم تا به زبانی ساده شما را با طرز کار و عملکرد کوره قوس الکتریکی آشنا کنیم.

نقش کوره قوس الکتریکی در صنعت چیست؟

کوره‌های قوس الکتریکی، ابزارهایی صنعتی در ابعاد و اندازه‌های مختلف هستند که از آن‌ها به منظور ذوب کردن انواع فلزات اعم از آهنی و غیر آهنی استفاده می‌شود. قوس الکتریکی سبب می‌شود پروسه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی به شکلی درست و علمی اتفاق افتاده تا مواد داخل کوره به‌طور کامل ذوب شوند. این تبدیل انرژی، قدرت ایجاد دمایی معادل ۷۰۰۰  درجه سانتی‌گراد را خواهد داشت، بدین ترتیب از آن، جهت تولید فولاد، چدن و برخی فلزات دیگر استفاده می‌شود.

انواع کوره های ریخته گری کدام است؟ | کلیک کنید!

هر کوره قوس الکتریکی یا EAF دارای سقف، آتش‌دان، دیواره‌های جانبی و الکترودها است. از کوره‌های قوسی کوچک جهت تولید چدن و از کوره‌های بزرگ‌تر به منظور تولید فولاد استفاده می‌شود. روند ایجاد حرارت در این کوره‌ها زمانی شروع می‌شود که منبع تغذیه به کاتد و آند متصل گردد. در این حالت یون‌ها در یک زمان از سمت کاتد به آند و از آند به کاتد شروع به  جابه‌جایی و حرکت می‌کنند؛ نتیجه این تکاپو و قوس الکتریکی ایجادشده بین مواد باردار و الکترودها، تولید حرارتی بسیار زیاد است که قادر است آهن خام، ضایعات و مشتقات آن را به راحتی ذوب کند.

کوره قوس الکتریکی چگونه کار میکند؟

به پروسه تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی، در کوره‌های قوس الکتریکی، سیکل tap-to-tap می‌گویند. این فرآیند طی پنج مرحله شارژ کوره، ذوب، بازیابی، سرباره زدایی و چرخش کوره اتفاق می‌افتد. همانطور که گفتیم هر کوره قوس الکتریکی دارای مخزن تحتانی و مخزن فوقانی نسوز و یک سقف است که می‌تواند به صورت هیدرولیکی کج شود.

در مرحله اول تولید فلزات به خصوص فولاد در کوره‌های قوس الکتریکی، ابتدا نیاز به کوره یا حوضچه جهت نگه‌داری مذاب فلز یا آهن است. در واقع کیفیت مواد تولید شده در این کوره وابسته به مواد اولیه مرغوب و افزودنی‌های مناسب آن است. از این‌رو معمولا در کوره‌های قوس از آهن قراضه و آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه شارژ استفاده می‌کنند. البته در ادامه فرآیند بسته به نوع محصول نهایی، به ماده اولیه مواد دیگری هم‌چون؛ فروآلیاژها، فروکربن‌ها، مواد سرباره زا و روان سازها بنا به نیاز اضافه می‌شود.

در هر کوره قوسی، آهن اسفنجی و آهن قراضه، به عنوان ماده اصلی شارژ، معمولا با ترکیب ۱۵ درصد قراضه و ۸۵ درصد آهن اسفنجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آهن و قراضه‌های آن توسط یک آهنربای الکترومغناطیسی داخل کوره ریخته می‌شوند. در این پروسه، الکترودها پس از قرار گرفتن در بالای کوره توسط بازوهای نگه دارنده در سقف کوره، بالا و پائین می‌روند تا از این طریق حرارت ایجاد شود.

طول قوس و میزان حرارت تولید شده، ارتباط مستقیمی با طول الکترود دارد. پس از تولید حرارت، شارژ کوره از محل سقف که شکلی کلاهکی با وزنی نسبتا سبک دارد وارد کوره می‌شود. در مرحله بعد، محفظه تخلیه مذاب که قبل از شارژ کوره توسط گل نسوز بسته شده بود پس از انجام فرآیند ذوب و تصفیه، باز شده،  کوره خم شده و مذاب از داخل آن تخلیه می‌گردد. این مذاب‌ها به پاتیل‌های مخصوص انتقال می‌یابند تا به واحد ریخته‌گری ارسال می‌شوند. در آنجا نیز به به حالات مختلفی که مورد نیاز است تبدیل خواهند شد.

انواع کوره قوس الکتریکی کدام است؟

کوره‌های قوس الکتریکی بر اساس سرباره‌شان به دو دسته: قلیایی یا اسیدی تفکیک می‌شوند، اما در یک دسته‌بندی دقیق‌تر که مبنای آن نوع عبور جریان الکتریکی است، این کوره‌ها به دو گروه؛ کوره مستقیم و کوره غیر مستقیم تقسیم می‌شوند.

• کوره قوسی مستقیم

در کوره‌های قوسی مستقیم، تولید قوس توسط الکترود و شارژ انجام می‌شود تا با ایجاد حرارتی معادل ۴۰۰۰ درجه سانتی گراد مراحل ذوب انجام گردد. در کوره‌های الکتریکی قوسی با جریان مستقیم، به‌طور معمول از الکترودهای مصرف‌شونده استفاده می‌شود.

انواع کوره قوسی مستقیم:

1. تک الکترود
2. دو الکترود
3. سه الکترود

کوره‌های قوسی مستقیم در سه نوع: تک الکترود، دو الکترود و سه الکترود تولید می‌شو‌ند که نوع سه الکترود آن برای تهیه یا ذوب فلزات سنگین مانند فولاد در تناژهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• کوره قوسی غیر مستقیم

استفاده از کوره قوسی به روش غیر مستقیم معمولا جهت تولید یا ذوب فلزات غیر آهنی، چدن و … کاربرد دارد. در این روش، جهت شکل‌گیری قوس الکتریکی، دو الکترود در بالای شارژ کوره قرار داده‌ می‌شود تا از طریق حرارتی که به شارژ منتقل می‌شود فرآیند تولید مذاب حاصل گردد.

انواع کوره قوسی غیر مستقیم:

1. کوره‌های تک فاز
2. کوره‌های دو فاز
3. کوره‌های سه فاز

کوره‌های قوسی غیر مستقیم دارای انواع؛ کوره‌های تک فاز، کوره‌های دو فاز و کوره‌های سه فاز هستند که خود کوره‌های تک فاز به دو دسته؛ کوره‌هایی که جهت انجام عملیات‌های مخصوص به کار گرفته می‌شوند و کوره‌های افقی یا غلطکی تقسیم می‌شوند.

مزایای استفاده از کوره قوس الکتریکی کدام است؟

استفاده از کوره‌های قوسی در تهیه و ذوب فلزات گوناگون مزایایی به شرح زیر دارد:

• کاهش انرژی مصرفی برای تولید فلزاتی مانند فولاد و چدن
• امکان به‌کار بردن آهن قراضه تا میزان ۱۰۰ درصد
• کاهش زمان بین دو تخلیه
• انعطاف‌پذیری بالا در فرآیند کوره قوسی

کاربردهای کوره قوس الکتریکی:

• ذوب فلزات
• پروژکتورها
• چراغ‌های بزرگ
• فانوس‌های دریایی
• روشنایی‌های عمومی
• و…

جمع بندی

کشف و استفاده از قوس الکتریکی به عنوان پدیده‌ای طبیعی و فیزیکی، نقش غیر قابل انکاری در پیشبرد و پیشرفت ابعاد مختلف زندگی بشر داشته است، به طوری که امروزه این پدیده طبیعی، استفاده‌ و کاربردهای گوناگونی در تولیدات کارخانه‌جات، شرکت‌ها، تولیدی‌ها و حتی محیط‌های خانگی دارد.

اگر سوالی درباره قوس الکتریکی دارید، برای ما بنویسید.