کوره های ذوب القایی در فولادسازی

 امروزه ذوب القایی به صورت گسترده ای در تولید و ریخته گری فولادها و همچنین ذوب آلومینیوم، مس، روی و سایر انواع فلزات غیرآهنی استفاده می شود. از مزایای ذوب القایی به عنوان مثال می توان به راندمان بالای مواد و محیط پاک اشاره کرد که باعث تمایل تولیدکنندگان محصولات فلزی به کوره های ذوب القایی شده است.

  

     در کوره های ذوب القایی، جریان الکتریکی القا شده توسط میدان مغناطیسی، ایجاد حرارت می کند و این حرارت باعث ذوب جسم (معمولافلزات) می شود. فلز درون بوته ای قرار می گیرد که اطراف آن کلاف های مغناطیسی پیچیده شده است و توسط جریان آب خنک می شوند. جریان موجود در کلاف های مغناطیسی، جریان های گردابی یا فوکو (Eddy Current) را در فلز القا می کند که باعث ایجاد حرارت و ذوب فلزمی شود.

 مهم ترین انواع کوره های القایی، کوره القایی بی هسته (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 می شود. در این حالت کوره ذوب القایی مشابه یک ترانسفورماتور بدین ترتیب که فلز مانند یک کلاف ثانویه در ترانسفورماتور عمل می کند و با اعمال نیرو به کلاف اولیه احاطه کننده فلز، جریان های گردابی القا شده و تولید حرارت می کند. پس از ذوب فلز، هم زدن و همگن سازی به طور طبیعی و در اثر وجود نیروها و جریان های الکترومغناطیسی اتفاق می افتد. با انتخاب دقیق فرکانس و نیرو می توانند سرعت ذوب و همگن سازی را کنترل کرد.
    کوره های القایی کانالی در گذشته عموما برای نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص کاربرد داشته اند، اما امروزه گاهی اوقات برای ذوب فلزات نیز به کار می روند. این کوره شامل یک القاگر (سلف) به عنوان منبع تولید انرژی است که از چندین رشته کلاف که توسط آب خنک می شوند، تشکیل شده است. این کوره ها تلاطم سطحی کمتری در بوته نگهداری فلز مذاب دارند، در نتیجه خروج گاز و مواد فرار با مشکل مواجه می شود. لذا جهت عملیات ذوب، کوره القایی بی هسته ترجیح داده می شود و کوره کانالی بیشتر به منظور نگهداری فلز مذاب در یک دمای مشخص مورد استفاده قرار می گیرد.
    در حالی که کوره های ذوب القایی کانالی دارای فرکانس خطی هستند، کوره های بدون هسته می توانند 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 کوره های فرکانس خطی با شارژ ماده سرد بسیار آهسته است، استفاده از کوره های فرکانس متوسط و بالامورد توجه بیشتری قرار دارد.
    استفاده از کوره های ذوب القایی در ظرفیت های پایین تر از 40تن می تواند منجر به تولید مذاب با کیفیت مناسب و ارزان شود. از مزایای این نوع کوره ها می توان به اپراتوری و کارکرد آسان و همچنین افزایش راندمان ذوب فلز اشاره کرد. امکان راه اندازی و شروع به کار فوری کوره باعث کاهش در زمان رسیدن به دمای کارکرد می شود. وجود همگن سازی به صورت طبیعی و تولید مذاب پاک و عدم نیاز به سیستم های کنترل آلودگی با هزینه بالااز مزایای دیگر کوره های القایی محسوب می شود. از دیگر نکات مثبت این کوره ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
    * عدم نیاز به فضای زیاد و توانایی افزایش سرعت ذوب در کوره های کوچک
    * مصرف کمتر مواد، به خصوص مواد نسوز و کاهش زمان تعویض پوشش های نسوز و عدم نیاز به مصرف الکترود گرافیتی
    * پایین بودن آلودگی صوتی به نسبت انواع دیگر کوره های ذوب به میزان قابل توجه
    * بهره وری بالای انرژی
    * هزینه پایین سرمایه گذاری و تجهیزات جانبی
    از طرف دیگر مهمترین اشکال کوره های القایی دشواری در فرآیند فسفرزدایی و انجام عملیات متالوژیکی ثانویه است. در نتیجه وجود کوره های پاتیلی (Ladle Furnace) در کنار این کوره ها جهت انجام فرآیند تصفیه و افزودن عناصر آلیاژی لازم است. از دیگر معایب این کوره ها، ظرفیت پایین تر تولید به نسبت کوره های قوس الکتریک می باشد. همچنین در کوره های القایی باید از قراضه با کمترین آلودگی و مواد اکسیدی استفاده نمود که گاهی این مساله دشوار و باعث افزایش هزینه های اولیه می گردد.
    همچنین استفاده از آهن اسفنجی به عنوان شارژ کمکی برای تنظیم خواص شیمیایی در این کوره ها موجب بهبود عملکرد کوره های 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 به دست 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 می شود. اگر میزان کربن، گوگرد و فسفر در شارژ فلزی بالاباشد، مقدار بیشتری آهن اسفنجی به کوره شارژ می شود، پس از اتمام 80درصد ذوب، نمونه ای از کوره گرفته می شود و در صورتی که مقدار کربن همچنان بالاباشد، مجددا نرمه آهن اسفنجی به کوره شارژ می شود.
    از طرفی باید درنظر داشت به دلیل اینکه آهن اسفنجی دارای تخلل می باشد و همین عامل باعث مقاومت در عبور جریان می شود، جهت جلوگیری از مصرف بالای برق، حداکثر می توان 60-50 درصد شارژ فلزی را به آهن اسفنجی اختصاص داد.
    تحقیقات جدید و توسعه در تامین نیرو با فرکانس های متغیر، بهبود در پوشش های نسوز، طراحی القاگر با توان بالا، بازیافت حرارت کوره و استفاده از سیستم های کامپیوتری و اتوماسیون موجب بهبود راندمان کوره های ذوب القایی و تمایل به استفاده از آنها شده اند. علاوه بر این، در سال های اخیر با تکنولوژی کوره های القایی دوقلو که دارای دوبوته هستند، امکان افزایش راندمان و سرعت تولید مذاب فراهم شده است.
    فرآیند ذوب القایی روشی است که به وسیله جریان های گردابی القا شده توسط میدان الکترومغناطیسی متغیر، در ماده هادی الکتریسیته (معمولافلزات) حرارت ایجاد نموده و فرآیند ذوب انجام می شود. اساس کار این روش مشابه ترانسفورماتور است.