در فرآیند استخراج, تصفیه و ذوب مجدد, معمولاً راههائی وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحی می شوند و در این كوره ها عمل ذوب انجام می شود. در این جهت می توان از كوره بلند (كوره ای كه در آن اكسید آهن تبدیل به چدن می شود), كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسیژن خالص به فولاد تبدیل می شود . و كوره های دیگر بعنوان كوره های ذوب Melting نامیده می شود , در این درس بحث ما در روی كوره هائی كه برای استخراج فلزات استفاده می شود دور نمی زند مثل كوره های استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روی در زنجان .
در این درس كوره هائی كه مورد بررسی قرار می گیرند بیشتر كوره های مربوط به صنعت ریخته گری هستند. یعنی كوره هائی كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب می شود و با تنظیم آنالیز آنها مذاب برای ریخته گری قطعات آماده می شود .
اصطلاحاً به این كوره ها , كوره های دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) می گویند , كوره هائی كه در ریخته گری برای ذوب مجدد فلزات و آلیاژها استفاده می شوند به ترتیب می توانیم به شرح زیر نام ببریم:

1) كوره های بوته ای Crucible Furnaces
2) كوره های تشعشعی Radiation or Reverberatory Furnaces
3) كوره های ایستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces
4) كوره های برقی Electric Furnaces
5) كوره های با شعاع الكترونی Electron Furnaces
6) كوره های دیگر (استفاده از انرژیهای دیگر)


كوره های بوته ای:

همانطو كه از نام آنها پیداست برای عمل ذوب از بوته استفاده می شود . انتقال حرارت در این كوره ها بیشتر از طریق هدایت به مواد موجود در داخل بوته می رود .
حرارت به سه طریق منتقل می شود : 1- هدایت. 2- جابجائی. 3- تشعشعی

جنس بوته ها :
جنس بوته ها كه استفاده می كنند به شرح زیر است . بوته های آهن خالص- بوته های فولادی- بوته های چدنی- بو ته های شاموتی- بوته های گرافیتی- بوته های سیلیكون كاربایدی- بوته های دیگر
آهن خالص برای فلزاتی كه نقطه ذوب كمتری نسبت به آهن دارند و خوردگی كمتری دارند- از بوته های آهنی برای ذوب موادی كه نقطه ذوب آنها پائین تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتیگراد) است . منیزیم را مجبوریم در داخل این بوته ذوب كنیم چون با بهترین آجر نسوز نمی توان منیزیم را ذوب كرد و دلیلش میل تركیبی منیزیم با اكسیژن است كه اكسیژن نسوز را می كشد و نسوز متخلخل می شود.

آهن خالص تجاری:
چون آهن بصورت خیلی خالص بندرت یافت می شود , بیشتر از این آهن استفاده می شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصی اش 2/0-1/0% می باشد. آهن خالص تجاری را در دنیا برخی از شركتها تولید می كنند . از جمله شركت آرمكو و وستینگ هاوس در آمریكا تولید می كنند كه برای ذوب آلیاژهای با نقطه ذوب كم مثل روی , منیزیم , سرب و ... از این ورقها بوته درست كرده (بوته یكپارچه) استفاده می كنند (بوته را جوش نمی زنند بلكه با آهنگری درست می كنند بلكه پرس و گرم كاری)- از بوته های چدنی برای ذوب آلیاژهای روی , آلومینیوم و سایر آلیاژها با نقطه ذوب پائین استفاده می كنند بشرطیكه مشكل آهن در آن آلیاژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان می دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل می كند چون چدن دارای انتقال حرارت خوب است (بدلیل گرافیتهای لایه ای) و ارزان ریخته گری می شود . در ایران بیشتر از بوته های چدنی استفاده می شود .

بوته های فولادی :
از بوته های فولادی برای ذوب آلیاژها با نقطه ذوب كم و آلیاژهائی كه میل تركیبی زیادی نسبت به اكسیژن دارد مثل آلیاژهای منیزیم كه علاقه دارند اكسیژن مواد نسوز را بگیرند , استفاده می كنند . فولادهای معمولی خوردگی بیشتری دارند و مذاب آلیاژهای مختلف در آن تدریجاً آن را می خورند (یعنی بدنه را در خود حل می كنند).
بوته از جنس مواد نسوز دوام بیشتری در برابر پوسته پوسته شدن یعنی اكسید شدن دارد . آنالیز یك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نیكل و بقیه عناصر جزئی دیگر , از آلیاژهای دیگر نیز كه قیمت آنها گران است بعنوان بوته می توان استفاده كرد , از جمله آلیاژ 50% كرم و 50% نیكل یا آلیاژ 50% كرم و 50% نیكل و كمی نیوبیوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبی دارد) .

بوته های گرافیتی :
همانطور كه از نام این بوته ها پیداست , جنس این بوته ها از گرافیت می باشد . (می دانیم كه كربن در طبیعت به سه صورت دیده می شود : 1) كربن بی شكل : این كربن شكل بلوری ندارد و به آن كربن آمولف نیز می گویند . این كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسیژن , می سوزد و خاكستر از آن باقی می ماند. 2) كربن بصورت گرافیت : این نوع كربن بصورت بلوری (كریستالی) می باشد و بلوری آن طوری است كه دارای صفحات لغزش است و این صفحات می توانند روی هم براحتی بلغزند . بهترین آنها گرافیت چرب نقره ای است . این گرافیت ماده نسوز است و نقطه ذوبی در حدود بیش از 3000 درجه سانتیگراد دارد گرافیت راسب (رسوب یافته) شده در حین انجماد در چدنهای خاكستری از این نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور این نوع كربن بصورت یك هشت وجهی است ولی رنگی و شفاف است و با سختی 10 موهس سخت ترین ماده در طبیعت می باشد .
بوته های گرافیتی بدلیل اینكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافیت نیز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زیادی نیز برخوردار است هدایت خوبی داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدایت می كند.

طرز ساخت بوته های گرافیتی:
به این شكل است كه گرافیت را همراه با كمی قیر و مواد چسبی آغشته كرده و با فشار زیاد پرس می كنند سپس آن را در مدت زمان طولانی در محیط بسته ای دور از هوا می پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتیگراد) تا عمل تف جوشی (زینتر) روی آن انجام شود و به آرامی در كوره سرد می شود.

بوته های سیلیكون كارباید:
این نوع بوته ها از استحكام بیشتری برخوردارند و خود ماده سیلیكون كارباید در اثر حرارت , كمی منقبض و منبسط می شود . یكی از بهترین موادی است كه به شك حرارتی مقاوم است . برای ذوب چدن بیشتر از بوته های سیلیكون كاربایدی استفاده می شود چون چدن آلیاژیست از آهن- كربن- سیلسیم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد.

بوته های شاموتی:
این بوته ها از خاك رس نسوز ساخته می شود . از ریختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست می آید . البته درجه نسوز بوته های شاموتی بستگی به درجه خلوص شاموت دارد . بهترین ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهای مولیت در حداكثر خود قرار گیرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
مولیت نسوزی است كه تا دمای 1800 0C می تواند دوام بیاورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانیكی در دمای بالا نیز خوب است . در بوته های شاموتی آلیاژهای غیر آهنی و بندرت چدن ذوب می شود . معمولاً دوام بوته های شاموتی تا دمای 1650 0C است.

انواع كوره های بوته ای : Crucible Furnaces
الف) كوره بوته ای چرخان) 1- چرخان حول تقریباً كمی بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناودانی كوره ب) كوره بوته ای ثابت (زمینی)

 1- با سوخت جامد  این نوع كوره ها دو نوعند, یكی كوره سنتی است كه از سوخت جامد زغال سنگ یا كك برای عمل ذوب استفاده می كردند.این نوع كوره نیاز به برق نداشت و با هوای طبیعی كه از زیر كوره از لابه لای میله های كف به داخل كشیده می شد زغال سنگ یا ككها را مشتعل می ساخت . برای ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن می كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زیر حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (برای ذوب چدن در این كوره ها اول باید ككها را الك كرد یعنی ككها را دسته بندی كرد از درشت به ریز و پودر,كك درشت در زیر و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ریزها را در اطراف می ریزیم و بقیه را در بالا می گذاریم.

2- با سوخت مایعاین كوره كه برای ذوب 100-150 كیلوگرم چدن می باشد, سوخت این كوره ها از گازوئیل با ارزش حرارتی 9300 كیلو كالری بر لیتر درجه سانتیگراد یا مازوت با ارزش حرارتی 1100 كیلو كالری بر لیتر درجه سانتیگراد است و می توان با استفاده از بوته های گرافیتی در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهی(یك نوع مشعل ساده صنعتی كه از طریق یك لوله رابط به یك ونتیلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).

نوع ونتیلاتور یا دمنده هوا بستگی به ظرفیت كوره انتخاب می شود , معمولاً دمنده هائی كه پس از ساخت بالانس شده اند را در این كوره ها قرار می دهند (در تهران ,مظفریان و در تبریز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزی است , از تكه لوله های 40 اینچی یا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتیمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش می زنیم .قطر داخلی 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلی بدنه می باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست می آید. و در كف بدنه رول شده رینگ می زنیم و میله های در جای خالی رینگ جوش می دهیم رویش آجر نسوز با كمی شیب قرار می دهیم تا سرباره ها بیرون رود, بعد كف بوته قرار داده می زنیم كه كف بوته می تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائین به بالا نسوز كاری می كنیم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوری می گذاریم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.

از كوره های تشعشعی ثابت برای ذوب آلیاژهای غیر آهنی مخصوصاً آلومینیوم استفاده می كنند , در این كوره ها شعله مستقیماً به مذاب نمی خورد , زیرا اگر مستقیماً به مذاب بخورد موجب اكسیده كردن آن می شود.

كوره های تشعشعی نیمه چرخان :
از این كوره ها نیز برای ذوب آلیاژهای غیر آهنی استفاده می كنند و موقع تخلیه مذاب , كوره چرخانده می شود یا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحویل می گیرد.
در این كوره ها نیز سعی می شود شعله به دیواره ها برخورد كرده و برخورد مستقیم با مذاب نداشته باشد.

كوره های دوار :
كوره های دوار كه برای ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولی در حال حاضر در دنیا بیشتر انگلیسی ها از آن استفاده می كنند . یك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده این نوع كوره ها است.
Rotary Furnace كه با ظرفیت های 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومینیوم می سازد . سوخت این نوع كوره ها گاز , گازوئیل و مازوت است . كوره هائی با ظرفیت كمتر با دست و كوره های با ظرفیت بیشتر به كمك جراثقیل شارژ می شوند. كوره روی جكهای مربوطه به اندازه 45 درجه بلند می شود و بعد از شارژ دوباره به جای خودش بر می گردد. جداره نسوز این كوره ها برای ذوب چدن , خاك نسوز سیلیسی و برای ذوب آلیاژهای آلومینیوم خاك نسوز آلومینائی است . ساختمان این كوره ها : این كوره ها شامل یك اسكلت فلزی كه به شكل یك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روی استوانه و مخروط ها به یكدیگر متصل می شود .

به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روی استوانه دو غلطك وصل می شود. غلطكهای محرك , كوره را با سرعت یك دور در دقیقه می چرخانند 1 r.p.m و در ایران با سرعت تقریباً 2 r.p.m درست می شود .

در كشور كوره های دوار توسط بعضی از افراد ساخته می شود , یكی از سازندگان خوب این كوره ها در تهران (ایران ذوب) كه كوره هائی با ظرفیت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را می سازد .
اولین كوره كه در ایران در تسلیهات ارتش تهران توسط مهندس پسیان و مهندس گرنسر آلمانی ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ایران ظرفیت 500 Kg در ریخته گریهای چدن زیاد استفاده می شود , زیرا خاك نسوز داخل آن خاك سیلیسی بودهو قابل تهیه در داخل كشور است .
چون بوته های گرافیتی گران است , بیشتر از این كوره ها در ایران استفاده می شود. در یك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف دیگر دودكش است , در بعضی از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالی خارج می شود و در تعدادی از آنها نیز دود توسط كانالهائی به زیرزمین كارگاه كشیده شده و از گرمای آن برای پیش گرم كردن هوای ورودی استفاده می كنند .
تجربه نشان می دهد كه به راحتی می توان با استفاده از گرمای دود , هوای ورودی را حدود 250- 350 درجه سانتیگراد گرم كرد. این عمل باعث می شود راندمان حرارتی كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتیگراد مذاب داغتر بیرون بیاید. (می توانیم ونتیلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)

طرز بهره برداری از كوره : ابتدا كوره را روشن می كنند و كوره را به دوران در می آورند تا كاملاً بطور یكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت دیده و گرم شود و تا آن مدتی روشن می كنیم كه نسوزهای داخل كوره از حرارت اشباع شود.


www.smsm.ir

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در شنبه ۴ دی ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |