بِسم الله الـــــــرَحمـــن الـــــرحیم
ذوب وپالایش آهن اسفنجی در کوره قوس الکتریکی
تاریخچه
اختراع اولیه کوره قوس الکتریک به سال 1808 برمی گردد. همفری دیوی (1829ـ1778) متوجه شد که اگر دو سر سیم یا ترمینال مثبت و منفی یک مدار الکتریکی با جریان ولتاژ برق بسیار بالا را به یکدیگر نزدیک کنیم، یک قوس الکتریکی بوجود می آید. این قوس که یک نور شدید و درجه حرارت بسیار بالایی تولید می کند، می تواند جرقه را به دلخواه ایجاد کند
مقدمه:
در ٢٠ سال گذشته از کوره های قوس الکتریکی برای ذوب قراضه و سنگ های تغلیظ شده پرآهن استفاده گردیده است. موفقیت آمیز ترین کاربرد این کوره ها تغذیه پیوسته با مواد مستقیما" احیاء شده به تنهایی و یا همراه با قراضه بدون کاهش توان الکتریکی بوده است.
طبق تحقیقات امکان کاهش خوردگی در جداره کوره تا حدود ٢٧ درصد در شرایطی که آهن اسفنجی بطورپیوسته به کوره تغذیه می شده، بوده است.
همین نتایج حاکی از آن است که تغذیه مخلوطی از ٧٥درصد آهن اسفنجی و مابقی قراضه باعث تقلیل زمان ذوب از ٣ ساعت برای صددرصد قراضه به 1/٥الی ٢ ساعت گردیده است.
مشخصات کوره
این کوره ها، کوره هایی هستند که با ایجاد جرقه الکتریکی وجریان الکتریکی مواد را گرم و سپس ذوب می کنند.
در این روش گاز طبیعی (CH4) عامل احیای سنگ معدن آهن است و درکشورهایی با منابع غنی گاز طبیعی مانند ایران مورد توجه است؛ سهم فولاد خام تولیدی از این روش در دنیا در حدود 7 درصد است .
این کوره ها برای ذوب کردن، نرم کردن، تصفیه و تهیه آهن و فولاد به کار می روند.
ساختمان این کوره شبیه یک ظرف استوانه ای است که خارج آن از فولاد و داخل آن از چند لایه مواد نسوز پوشیده شده است.
سقف و کف این کوره قوسی شکل است
یک یا سه الکترود زغالی از سقف آن آویزان است.
بسته به ظرفیت کوره و تعداد الکترودها از جریان برق تک فاز یا سه فاز متناوب استفاده می شود.
الکترودها پی در پی به جریان برق متصل می شوند و به این ترتیب بین انتهای پایینی الکترود و فلز مذاب یا سرباره قوس یا جرقه حاصل می شود.
به همین جهت همواره مقداری فلز در ته کوره ها باقی بماند
طول الکترودها 2 متر و قطر آن ها بین 10 تا 70 سانتی متر و از جنس گرافیت یا کک نفت ساخته می شود.
سیستم تنظیم کوره قوس الکتریکی (EAF)
سیستم تنظیم کوره قوس الکتریکی بر روی برخی از پارامترهای عملکرد کوره از قبیل انرژی ورودی، مصرف انرژی الکتریکی، مدت زمان برقراری جریان الکتریسیته، میزان مصرف الکترود، تنش وارده بر تجهیزات، تشعشع قوس و پوشش نسوز کوره، تاثیرگذار است. بنابراین سیستم تنظیم باید برای دستیابی به نتایج فرآیند بهینه تطبیق یابد .
انواع کوره های قوس الکتریکی
در این کوره ها برای ایجاد حرارت از قوس الکتریکی ( یا بین دو الکترود و یا بین الکترود و شارژ ) استفاده می کنند. کوره های قوس الکتریک از لحاظ مسیری که جریان الکتریسیته طی می کند به دو دسته تقسیم می شوند :
1- کوره های قوس غیر مستقیم بیشتر برای ذوب فلزات غیر آهنی و حداکثر چدن کاربرد دارند و کمتر برای ذوب فولاد از آنها استفاده می شود.
2- کوره های قوس مستقیم که استفاده وسیعی در فولاد سازی دارند توانایی ایجاد درجه حرارت بسیار بالایی ( تا 4000 درجه ) دارند که صرف ذوب کردن شارژ می شود.
نحوه کار این کوره به این صورت است که ابتدا قراضه آهن را درون کوره می ریزند سپس الکترود ها را وارد کوره می کنند و به الکترودها ولتاژ بالا می دهند.با افزایش ولتاژ الکترودها، دمای بین آنها افزایش پیدا می کند و سر الکترودها به اندازه ای گرم می شود که رنگ آن زرد می شود
کوره های قوس مستقیم
هر ماده ای که بین الکترودها باشد و دمای ذوب آن کمتر از دمای بین دو الکترود باشد، ذوب
می شود. برای اینکه دمای بین الکترود زیاد شود و به الکترودها آسیبی نرسد،الکترود ها را ازکربن می سازند.
زمان کار این کوره ها بیشتر از ۳۰ دقیقه است.
بررسی استفاده از شارژ آهن اسفنجی در کوره های قوس الکتریکی از دیدگاه انرژی و تولید:
استفاده از شارژ آهن اسفنجی یا بریکت در کوره قوس می تواند تاثیرات مشخصی را در فرآیند ذوب نشان دهد.
در حقیقت با شارژ آهن اسفنجی در سبد قراضه آهن، سطح ناخالصی های موجود در شارژ کاهش یافته و سبب کاهش مقدار نیتروژن موجود در ذوب می شود.
کاهش نیتروژن در ذوب باعث می شود، تختال ها و بیلت های با کیفیت جهت تولید ورق های گرم، وایر و انواع محصولات دیگر را بتوان تولید کرد.
به طور کلی در صورتی که بخواهیم از آهن اسفنجی به عنوان شارژ در کوره قوس استفاده کنیم، لازم است به چند فاکتور به شرح زیر توجه شود:
ـ قیمت آهن اسفنجی
ـ سرمایه گذاری های لازم از جمله ایجاد نوار نقاله به منظوربرقراری شارژ پیوسته
ـ بهای حمل و انبار کردن آن
ـ بهره وری
ـ بهای جمع آوری و سرمایه گذاری جهت فرآوری سرباره
ـ بازدهی
ـ امکان برقراری سیستم تزریق کربن و اکسیژن
ـ فلاکس مورد نیاز
راهکار های مورد استفاده برای افزایش کارآیی
افزایش تولید انرژی الکتریکی و گسترش شبکه های برق
مجهز کردن کوره ها به مشعل های اکسیژن/سوخت
استقرار تاسیسات آبگرد در بدنه و سقف کوره ها
تغذیه مداوم بار
تنظیم خودکار و پالایش
تقسیم بندی کوره های قوس الکتریکی براساس توان مصرفی
الگوی انرژِی در کوره قوس الکتریکی
نمودار انرژِی الکتریکی – مصرف اکسیژن
دلیل استفاده از فلاکس در این نوع کوره ها
تقلیل اکسیداسیون مذاب
تصفیه آب
حفاظت سقف کوره در مقابل تشعشعات حرارتی مذاب
مزایا
امکان استفاده از آهن قراضه به عنوان بار
سرعت ذوب نسبتا زیاد
تنظیم مطلوب درجه حرارت و ترکیب شیمیایی بار
ذوب تحت خلاء و یا اتمسفر خنثی (چون محصولات احتراق نداریم)
معایب
ایجاد صدا و گرد و غبار زیاد (نا مطلوب بودن از نظر بهداشتی در محیط کار )
هزینه های تعمیر و نگهداری بالا که پس از هر بار ذوب ریزی باید کف وسقف کوره تعمیر شود. ( از نظر آجر نسوز )
نیاز به انرژی الکتریکی و مصرف خیلی زیاد آن
REFRENCES
کتاب فلزات استراتژیک ، تالیف: پروفسور ناصر توحیدی
COMMENTARY Understanding Electric Arc Furnace Operetions ; Publhshed by The ERPI Center for Materials Pro
Metallurgydata.blogfa.com
با تشکـــر از توجه شــما