مکانیزم کار کوره های القائی

مقدمه :

 در حال حاضر انواع  و  اقسام  کوره های الکتریکی  جهت ذوب فلزات آهنی و غیر آهنی وانجام عملیات حرارتی ساخته شده و مورداستفاده قرار می گیرند. کوره های الکتریکی رانسبت به نحوه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی می توان به سه نوع تقسیم نمود:

1. کوره های مقاومتی.

2. کوره های قوس.

3. کوره های القائی.

1-     کوره های القایی

1-1- مکانیزم کار کوره های القائی.

با عبور جریان متناوب از کویل مسی دور کوره میدان مغناطیسی درداخل کویل به وجود میآید که این میدان مغناطیسی در اثر برخورد با سطح قراضه موجود  در داخل کوره که هسته را میسازد، سبب به وجود آمدن جریان الکتریکی درهسته میگردد. جریان الکتریکی القایی با عبور از هسته کوره که دارای مقاومت الکتریکی میباشد سبب ایجاد حرارت میشود در حقیقت کوره القایی را میتوان به عنوان یک مبدل جریان در نظر گرفت که کویل کوره مدار اولیه وهسته (قراضه) داخل کوره مدار ثانویه را تشکیل میدهد لازم به ذکر است که هسته کوره بایستی هادی جریان الکتریسیته باشد در غیر این صورت گرمایی ایجاد نخواهد شد.جهت جریان در کویل با جهت جریان در مذاب عکس یکدیگرند و همین موضوع باعث تلاطم ذوب در کوره های القایی میشود که علت اصلی آن پایین بودن فرکانس کوره است و عمدتا در کوره های فرکانس برق شهر دیده میشود .

با افزایش فرکانس در کوره ها شدت این تلاطم کاهش می یابدبطوری که در کوره های فرکانس بالا حداقل تلاطم ذوب را مشاهده میکنیم این کوره ها جهت ذوب فولاد مناسب هستند. زیرا کاهش تلاطم باعث کاهش میزان اکسیداسیون سطحی مذاب فولاد میگردد. در کوره های با سیستمهای جدیدتر 2 نوع فرکانس در اختیار داریم بطوری که در هنگام نیاز به تلاطم بیشتر وآلیاز سازی بهتر است با فرکانس پایین تر بهره برداری انجام شود ودر هنگام عدم احتیاج به تلاطم با فرکانس بالاتر میتواند کار کند.

1-2- کوره های القائی هسته دار

در کوره کانالی اولیه یا سیم پیچ کوره بدور یک هسته آهن لایه لایه که کانال را احاطه کرده و به بدنه کوره وصل میشود پیچیده شده. کانال امکان دار بشکل u وv یاw باشد این مسئله به طراحی کارخانه سازنده و نوع آلیاژی که باید ذوب شود بستگی دارد.بعضی از آلیاژها در کانال گیر میکنند، شکل کانال بایستی طوری طراحی شده باشد که با استفاده از یک سیخ بتوان هر نوع گرفتگی را از میان برد. در کانال گرما مستقیما بر روی فلز اثر میگذارد اما نیروهای مغناطیسی باعث میشوند که فلز از کوره بداخل کانال و بلعکس جریان پیدا کند فلز در کانال بمقدار زیادی گرم میشود .درجه حرارت فلز در کانال حدود 100درجه سانتیگراد بیش از درجه حرارت فلز مذاب در بدنه کوره است .چنانچه بخواهند کار را سرد شروع کنند بایستی ابتدا کوره را با استفاده از شعله گاز یا نفت گرم کرده وبعد فلز را بصورت سیال در آورند که بتواند کانال را پر کند و.

طی فرآیند اطراف کانال جریان داشته باشد. بدین ترتیب ،دراصل از کوره کانالی بمنزله واحد تولید گرمای زیاد و نگاهدارنده مذاب برای کوره های ذوب دیگر استفاده میشود.

1-3- کوره های القائی بدون هسته.

این نوع کوره شامل یک بوته دیر گداز میباشد که یک کویل مسی با قابلیت هدایت زیاد بدور آن پیچیده شده است. این کویل با آب خنک میشود،حلقه های این سیم پیچ با فیبر شیشه و پنبه نسوز(آزبست)عایق شده اند، لایه های عایق از اتصال کوتاه شدن جریان برق جلوگیری میکنند.کوره های بدون هسته معمولا بر مبنای فرکانس کارشان طبقه بندی میشوند.                                                       

1-4-تقسیم بندی کوره های القائی از لحاظ فرکانس :

1-4-1-  کوره های القائی با فرکانس پایین.

1-4-2-  کوره های القائی با فرکانس متوسط.

1-4-3-  کوره های القائی با فرکانس بالا.

1-4-4-  کوره های القائی با فرکانس متعدد

1-4-1-  کوره های القائی با فرکانس پایین.

چنانچه از نام آن پیداست، این فرکانس همان فرکانس شبکه است.استفاده از فرکانس شبکه ارزانترین راه برای نصب کوره بدون هسته میباشد، در این حالت به وجود مبدل فرکانس نیازی نیست. برای بار کوره فقط یک ترانسفورماتور موردنیاز میباشد. ترانسفورماتوری که در آن هسته ها از نظر مغناطیسی بحد اشباع در آمده اند یک جریان متغیر تولید میکند که شامل نوسانات زیادی میباشد. چنین کورهائی با 3یا9 برابر فرکانس شبکه کار میکنند. باید در کویل اولیه یک فیلتر کار گذاشته شود تا از بازگشت نوسانات به برق شبکه جلوگیری بعمل آید. کویلهای بصورت متوالی با سیم پیچ های اولیه قرارگرفته اند این فیلتر را تقویت میکنند کوره هائی که با فرکانس پائین کار میکنند نیازی بدستگاه تنظیم بار ندارند چون بار به محض ورود به طور مساوی بین سه فاز تقسیم می‌شود.

1-4-2-کوره های القائی با فرکانس متوسط :

فرکانس  برق  القا شده در این کوره ها بین 500 الی 10000 هرتز می باشد. بنابر این  دارای هزینه  سرمایه گذاری  اولیه  بیشتری  نسبت  به کوره های با فرکانس شبکه بوده و ظرفیت چنین کوره هایی از چند کیلوگرم  تا حدود 10 تن متغیر است. کار با این  کوره ها  ساده بوده و سرعت  ذوب آن  زیاد می باشد. این کوره ها را می توان  بدون  نیاز  به مذاب  اولیه  از حالت سرد بکار انداخت. این کوره ها بیشتر جهت تهیه چدنها و فولادهای مخصوص بکار می روند.

1-4-3-کوره القایی با فرکانس بالا:

در فرکانس 1000 هرتز و بالاتر، معمولاً از اصطلاح فرکانس زیاداستفاده می‌شود. برق از یک منبع سه فاز تأمین می‌شود. استفاده از مبدلهای فرکانس ثابت که با تریستور کار می‌کند یک نوآوری جدید محسوب می‌گردد. درمورد موتور ژنراتور، برقی که وارد کوره می‌شود توسط منبع میدان کنترل و به آلترناتور هدایت می‌گردد. مزایای مبدلهای ثابت بیش از موتور ژنراتور است. قسمتهای متحرک در این گونه مبدلها وجود ندارد و بین روشن کردن ژنراتور و شتاب یافتن آن اختلاف فاز پیش نمی‌آید. نیروی تلف شده کاهش پیدا می‌کند چون وقتی کوره کار نکند، موتور افت نداشته و برقی هم مصرف نمی‌‌شود.مزیت دیگری که مبدل ثابت دارد این است که خودش تنظیم می‌شود.ظرفیت دستگاهی که با ژنراتور تغذیه میشود مرتباً بایستی تنظیم شود تا ضریب توان برق ثابت نگهداشته شود ولی مبدل ثابت بطور خودکار فرکانس خود را عوض می‌کند،در این حالت ضریب توان ثابت نگهداشته شده و اپراتور کوره لازم نیست که خازنهای تنظیم‌کننده را تنظیم نماید.

1-4-4-کوره های القائی با فرکانس متعدد :

این نوع کوره ها معمولا دارای سه فرکانس متفاوت بوده و دارای مزایای هر دو کوره القائی  با فرکانس شبکه و متوسط می باشد. استفاده از این کوره ها برای کارگاههای  ریخته گری  کوچک  و  متوسط  مناسب  می باشد.   (  با  حذف محدودیت نگهداری  مذاب  در کوره های القائی با فرکانس شبکه)

1-5- انتخاب فرکانس:

مهمترین عاملی که در امر انتخاب فرکانس اثر می‌گذارند بشرح زیر می‌‌باشند.

1-5-1- مزایا و معایب استفاده از کوره های القائی :

1-5-1-1-مزایا

1. کار با این کوره ها ساده می باشد.

2.ذوب در این کوره ها بدون ایجاد سر و صدا و آلودگی انجام می گیرد برخلاف کوره قوس.

3. ترکیب مذاب  در این کوره ها به علت تلاطم ایجاد شده در اثر حوزه الکترومغناطیسی کاملا هموژن گشته و همچنین میزان از دست دادن عناصر نیز کم است.

4.   به علت اساس کار کوره های القائی و عدم وجود اتمسفر احتراقیانجام عمل ذوب در اتمسفر خنثی یا خلا با استفاده از این کوره ها امکان پذیراست.

5.   راندمان حرارتی این کوره ها بالاست.

6.   سهولت افزودن عناصر آلیاژی

1-5-1-2-  معایب :

1. پیچیدگی دستگاهها برای کوره های القائی با فرکانس متوسط  قیمت اولیه نسبتا بالایی را ایجاب می کند.

2. به دلیل وجود تلاطم و نیز سرد بودن مذاب در سطح فوقانی ایجادشرایط مناسب در سرباره به منظورتصفیه مذاب امکان پذیر نیست. به همین دلیل این کوره ها را بیشترمی توان برای مذاب بعضی از  فولادهای آلیاژی که نیاز به مرحله تصفیه ندارند بکار برد.

1-8- موارد ایمنی و مراقبت:

1-8-1- عایق کاری الکتریکی:

 حلقه های کویل نسبت به هم باید عایق کاری شوند تا از احتمال بروز جرقه ناشی از اتصال کوتاه که ممکن است منجر به سوراخ شدن کویل گرددجلوگیری شود.این مواد می بایست تا 250C° مقاومت نشان دهد در غیر این صورت سوختن همین موادو تبدیل آنها به مواد هیدروکربنی خود میتواند مثل هادی عمل کرده وموجبات اتصال کوتاه دو حلقه از کویل رابوجود آورد موادی از قبیل نوارهای شیشه ای ومواد پلاستیکی مرغوب وچسبهای پوششی اپوکسی ولایه های آزبست میتوانند بدین منظور استفاده شوند.

1-8-2- خنک کردن کویل :

سطح مقطع کویل از دو قسمت پروفیل تو پر جهت انتقال جریان الکتریسیته وقسمت دیگر پروفیل تو خالی جهت عبور جریان آب برای خنک کردن کویل که ناشی از انتقال حرارت ذوب میباشد .سیستم آب خنک کننده کوره ازیک سیستم بسته تشکیل میگرددکه آب گرم شده دور کویلها بوسیله پمپها ورادیاتورها و در مواردی دیگربوسیله روشهایی که آب بر روی لوله های مسی داخل خنک کننده میریزد خنک میگردد و مجددا دور کویل ودیگر تاسیسات برقی کوره به جریان در میآید .به منظور کاهش میزان رسوب در جداره داخلی کویل مسی که در نتیجه پایین آمدن انتقال حرارت دیواره کویل را به همراه دارد بهتر است که آب مداربسته کویل از آب مقطر انتخاب شود .

1-8-3- اندود کردن سطح کویل:

اندود کاری سطح کویل ضمن محافظت کویل در مقابل نفوذ ذوب و شوکهای حرارتی بعنوان یک صفحه لغزشی نیز بین کویل وجداره نسوز کوره عمل کرده ومانع انتقال فشارهای ناشی ازانبساط وانقباض جداره کوره به کویل میشود.جنس این لایه خمیری از خانواده سیمان نسوز ویا مخلوطی از70 %پودر سیلیس و30 % چسب دیر گداز آلومینات کلسیم میباشد ظخامت این لایه بستگی به ظرفیت کوره از3تا9 میلیمتر متغیر است خشک کردن لایه اندود میبایست آهسته در جریان هوای طبیعی ویا گرمای حاصل در گرم خانه ویا لامپهای حرارتی انجام گرددتا از ایجاد ترک در سطح لایه جلوگیری شود.

1-8-4- عایق کاری حرارتی:

 منظور جلوگیری از انتقال شدید حرارت از مذاب به کویل بوسیله ورقه های ایزو میکا وآزبستهای پارچه ای ویا آزبست های مقوایی استفاده می شود.

2-         جداره دیرگداز:

جداره های نسوز ودیرگداز میتوانند بصورت بوته های پیش ساخته و یا جرمهای کوبیدنی کاربرد بیشتری دارند. این جرمهای کوبیدنی متناسب با ظرفیت کوره ودرجه حرارت کوره و نوع مذاب کوره انتخاب میشوند .جرمهای کوبیدنی بطور کل بایستی دارای مشخصات زیر باشند :

 براحتی قابل نصب با شند،پس از کوبیدن از دانسیته بالا ویکنواختی بر خوردار باشند، حداقل جدایش در دانه بندی ولایه لایه شدن پس از کوبیدن را دارا باشند، از زمان زینتر پایینی برخوردار باشند، فوق گداز بالا احتیاج نداشته باشد،مقاومت در دمای بالا داشته باشد،حداقل تغییرات ابعادی در اثر انقباض وانبساط راداشته باشد،در مقابل عوامل خورنده مذاب وسرباره مقاومت مطلوب داشته باشد،هدایت حرارتی پایینی داشته باشد،در مقابل نیروهای مکانیکی ناشی از شارژ قراضه وعملیات سرباره گیری وتخلیه مذاب مقاومت داشته باشد،قابلیت تخریب خوبی باشد باشد.

ارائه شده توسط گروه مهندسی رادمهر

       www.radmehrgroup.ir