مباحث و مقالات مهم زیر مجموعه متالورژی استخراجی

انتخاب فرایند فولاسازی و تکنولوژی های ذوب ریزی مناسب برای محصولات فولادی با ارزش
تختال نازک ریختگی :
اولین کارخانه ریخته گری تختال نازک در سال 1989 در NUCORایالات متحده امریکا بر اساس تکنولوژی رشد یافته SMS آلمان تأسیس گردید که این تکنولوژی را با نام CPS یا تکنولوژی تولید تسمه فشاری می شناسند. این تکنولوژی به طور کامل در بیش از 30 کارخانه به کار گرفته شد که با تکیه بر آن سالیانه در حدود 50 میلیون تن تختال نازک تولید می شود. همچنین شرکت های وست آلپین (VAI) استرالیا و دانیلی ایتالیا نیز تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک خود را گسترش دادند. تکنولوژی شرکت وست آلپین را در حال حاضر با نام ریخته گری مستمر تختال نازک و تکنولوژی نورد یا به اختصار CONROLL می شناسند و این شرکت تختال هایی با ضخامت 125 میلیمتر و بالاتر تولید می کند. اما تکنولوژی شرکت دانیلی نیز به نورد مستمر تختال های نازک نرم یا FtSR معروف بوده و تختال هایی با ضخامت هایی بین 70 تا 90 میلیمتر تولید می کند.
امروزه دستگاه ریخته گری یک رشته ای تختال نازک و نورد نهایی استاندارد توانایی تولید بیش از 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم را در طی یک سال دارد. آخرین کارخانه که در جولای سال 2007 در Severcorr ایالات متحده شروع به فعالیت نمود به طور حتم بزرگترین واحد ریخته گری تختال نازک می باشد که محصولاتی با عرض 900 تا 1880 تولید می کند. این کارخانه توسط SMS-Dmage ساخته شده و به وسیله یک واحد ریخته گری تک رشته ای، یک کوره تونلی و شش جایگاه نورد تسمه گرم ، سالیانه در حدود 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم تولید می کند. همچنین یک خط روغنکاری و اسیدشویی ، یک خط نورد تاندم با ظرفیت تولید 3/0 میلیون تن در سال ، یک خط نورد تمپر و یک خط گالوانیزه با ظرفیت 4/0 میلیون تن در سال برای افزایش تولید از 17درصد به 18درصد برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو و مابقی برای دیگر کاربردهای نهایی مثل لوله ، محصولات ساختمانی و محصولات صنایع خودرو بدون روکش ، در این کارخانه نصب شده اند. SMS-Dmageکارخانه ای با سومین نسل تکنولوژی CSP نامیده می شود. آخرین نوآوری های ارائه شده در این تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک عبارتند از :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·طراحی قالب
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·دستگاه قالب گیری هیدرولیک لرزشی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از ترمزهای الکترومغناطیس (EMBR)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از descaler فشار بالا و راهنمای جانبی غلطکی(لبه خم کن) در فرایند نورد
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش مرکزی مایع دینامیک(LRC)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·قالب گیری پودری و SEN طراحی مجدد شده
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·سیستم خنک کننده آبی اسپری
سرعت ریخته گری برای تختال با ضخامت 55/50 میلیمتر 6 متر بر دقیقه بوده که در واحدهای ریخته گری تختال نازک متوسط رایج می باشد. در ابتدا در طی روش تولید تختال نازک فقط نوع تجاری فولادهای ساده کربنی ریخته می شد. هرچند اخیراً ، فروشندگان تجهیزات ادعا می کنند که تقریباً تمامی انواع فولادها ، شامل فولادهای کم کربن ، پرکربن و کربن متوسط ، انواع فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) برای خطوط لوله و همچنین فولادهایی برای استفاده در صنایع خودرو سازی از قبیل انواع بدون عناصر درون شبکه ای (IF) را می توان در این سیستم ریخته گری نمود. انواع فولادهایی که می توانند توسط روش های ریخته گری تختال نازک تولید گردند را در جدول شماره 10 مشاهده می کنید :
نوع فولاد
شماره فولاد
انواع فولادهایی که پیش از این با روش تختال نازک ریخته می شدند
A
فولادهای غیر آلیاژی برای استفاده در لوله های تحت فرایند جوشکاری و لوله کشی ساختمان
1
فولادهای کم کربن و فوق کم کربن در کیفیت های DD و EDD
2
فولادهای میکروآلیاژی با استحکام بالاتر برای شکل دهی سرد و نورد سرد
3
فولادهایHSLA با افزایش مقاومت در برابر خوردگی جوی
4
فولادهای سیلیسی برای کاربردهای الکتریکی
5
فولادهای پرکربن و کربن متوسط
6
انواع فولادهای EDDبرای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو
7
فولادهای آلیاژی برای استفاده در فرایندهای عملیات حرارتی
8
فولادهای ضدزنگ فریتی
9
فولادهای خطوط لوله API-5L
10
فولادهای IF
11
ورق های فولادی فوق کم کربن برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو
12
فولادهای دوفازی و TRIP
13
فولادهای خطوط لوله بالاتر از X-80
14
فولادهای نوع پریتکتیک
15
جدول شماره 10 – طبقه بندی فولادهای ریخته شده به روش ریخته گری تختال نازک
مزیت های مهم در تکنولوژی ریخته گری تختال نازک
در مقایسه با دیگر فرایندهای متداول ریخته گری مستمر برای تولید کلاف های نورد گرم(HR) ، اینگونه استنباط می شود که تختال های نازک ریخته شده ( با ضخامتی بین 40 تا 70 میلیمتر) با توجه به ضرورت نورد گرم ، این سیستم به میزان قابل توجهی انرژی کمتری مصرف می کند.
مصرف انرژی در طی روش ریخته گری تختال نازک شامل انرژی حرارتی ، بین 150 تا kWh/t200 بوده و در مقابل میزان مصرف انرژی حرارتی در روش ریخته گری متداول ، در حدود 450 تا kWh/t500 می باشد.
بهبود در راندمان :
این موضوع را باید پذیرفت که روش ریخته گری تختال نازک در مقایسه با روش های متداول ریخته گری نورد گرم ، راندمان تولید را برای محصولات نورد گرم تخت افزایش می دهد . همچنین افزایش صرفه جویی در مصرف انرژی از 20/1 درصد به 30/1 درصد نیز از فولاد مذاب پاتیل تا تولید کلاف نورد گرم دست یافتنی می باشد.
دیگر مزایا :
دیگر مزایای بالقوه ی سیستم ریخته گری تختال نازک را می توان اینگونه برشمرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه های کلی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در نیروی انسانی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش فضای مورد نیاز
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه فرایند
فرایند ریخته گری تسمه به روش مستقیم (DSC) :
در سال1999 شرکتNUCOR / BHP/I HIیک واحد صنعتی با ظرفیت تولید 5/0 میلیون تن درسال در NUCOR ایالات متحده تأسیس نمود و روش تولید خود را به عنوان " فرایند ریخته گری تسمه" ارتقاء داد. همچنین شرکت Thyssen Krupp Steel / Usinor / VAI نیز فرایند های خود را به عنوان فرایند تسمه اروپایی توسعه بخشید. در این فرایند ، فولاد مذاب بین دو غلطک چرخنده مقابل هم ریخته می شود. دو صفحه سرامیکی جانبی به سمت سطوح پیشین غلطک های نورد فشار وارد می کنند و استخر فولاد مذاب را در بر می گیرند . یک پوسته فولادی بر روی هر دو سطح غلطک شکل می گیرد که توسط سطح محدب مذاب ایجاد می گردد . ضخامت پوسته افزایش پیدا کرده و به نقطه تماس یعنی کمترین فاصله بین غلطک ها می رسد، جایی که دو پوسته زمانی که از بین دو غلطک ریخته گری عبور می کنند، به هم متصل شده و تشکیل یک پوسته پیوسته ای را می دهند و در جهت پایین از قالب خارج می گردد. معمولاً محدوده سرعت ریخته گری بین 40 تا 130 متر بر دقیقه بوده که به ضخامت تسمه ، اندازه غلطک ریخته گری و ارتفاع استخر بستگی دارد.
این تکنولوژی دارای مشخصه ها و مزیت های زیادی است ، و زمانی که برای کارخانه ها با مقیاس بزرگتر با ظرفیت 1 میلیون تن و بیشتر نصب شود جنبه های کیفیتی آن بسیار بالاست.
توضیحات
ظرفیت کارخانه بر حسب میلیون بر تن
نوع واحد صنعتی
موارد
برای تغذیه بازارهای محلی ، تولید محصولات با کیفیت ویژه وتأمین محصولات طویل
بین 5/0 تا 7/0
واحدهای فولادسازی
کوچک
نوع اول
معمولاً ظرفیت این چنین واحدهایی به محصولات فولادی پایین دستی از روش BOFِ یاEAF ریخته گری تختال نازک اختصاص داده می شود. سیستم ریخته گری متداول BOF– سیستم ریخته گری تختال متداول-واحد نورد steckelیا نورد ورق برای تولید ورق هایی با کیفیت بالا را نیز در برمی گیرد. سیستم ریخته گری تختال نازک – واحد نورد گرم ، امکان دوبرابر کردن ظرفیت را تا حدود 5/2 میلیون تن در سال به واسطه افزودن یک ذوب ریز و یک کوره تونلی فراهم می آورد.
2/1 تا 4/1
مجتمع فولادسازی متوسط
نوع دوم
مجتمع های فولادسازی ظرفیت بالا همواره از روش BOF سنتی –HSM استفاده می کنند. این چنین واحدهایی برای تولید با ظرفیت بسیار بالا و افزایش ظرفیت ایجاد می شوند
3 میلیون تن و بیشتر
مجتمع فولادسازی ظرفیت بالا
نوع سوم
جدول شماره 11 : ظرفیت تولید واحدهای مختلف فولادسازی
انتخاب روش فرایند تکنولوژی برای اقتصادی بودن تولید
امروزه نصب یک کارخانه مجتمع بزرگ فولادسازی بسیار هزینه بر است و دوره نصب تا بهره برداری آن طولانی می باشد . از این رو لازم است که تکنولوژی و فرایند قبل از اقدام به اجرای چنین پروژه ای به دقت بررسی و ارزیابی گردد. به دلیل پیدایش تکنولوژی های متعدد جدید در تولید فولاد و تکنولوژی ریخته گری مستمر ارزیابی فرایند بسیار ضروری می باشد. چنین ارزیابی هایی معمولاً شامل بررسی دستاوردهای گذشته ، شرایط کنونی و جنبه های آتی تکنولوژی در دست مطالعه بوده که در این رابطه باید معیارهای زیر مورد توجه قارا گیرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ظرفیت کارخانه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·انتخاب نوع تولید
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·امکان دسترسی به مواد اولیه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·در دسترس بودن انرژی مصرفی به میزان کافی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·میزان آلودگی زیست محیطی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ملاحظات هزینه ای
همچنین می بایستی در دسترس بودن تسهیلات زیر بنایی و تدارکات بهره برداری در طول ارزیابی تکنولوژی و انتخاب عملی آن مورد توجه قرار گیرد.
به منظور انتخاب تسهیلات تکنولوژی ممکن برای ظرفیت های کارخانه های فولادسازی مطلوب با توجه به نکات مطرح شده ، جدول شماره 2 را مطالعه نمایید.
برنامه ریزی تجهیزات
برنامه ریزی تجهیزات بر اساس نوع محصول مورد نظر ، برای سه مورد مختلف به شرح زیر می باشد:
نوع اول : واحدهای فولادسازی کوچک
کارخانه هایی در سراسر جهان با ظرفیتی تا 1 میلیون تن در سال ، در گروه واحد های فولادسازی کوچک قرار دارند. چنین کارخانه هایی معمولاً با استفاده از مواد اولیه در دسترس محلی و خدماتی از قبیل برق و انرژی های دیگر ، جهت تغذیه ی بازارهای خاصی بهره برداری می شوند. با توجه به سرمایه گذاری های نسبتاً پایین آن برای محصولات طویل مانند مفتول ، انواع میلگردها ، مفتول ها و محصولات ساختمانی متوسط ، با استفاده از روش ریخته گری پیوسته از نظر تولید می توانند اقتصادی باشند.
معمولاً کمترین ظرفیت این واحدهای کوچک صنعتی 600 هزار تن در سال بوده که می تواند با حداقل سرمایه گذاری ، حداقل سایت و محصولاتی طبق سفارش مشتری نصب گردد. این فرایندها بسیار متداول بوده و در اکثر کشورهای آسیایی و آمریکای شمالی این تکنولوژی به کار گرفته می شود. فولادهای تولید شده در این کارخانه ها دارای کاربردهای مخصوصی مانند محصولات ساختمانی از قبیل میلگردها و انواع تیرآهن که به صورت اقتصادی از شمش تولید می شوند ، بوده و دارای خواص برتر متالورژیکی می باشد. علاوه بر این میلگردهای فولادهای استحکام بالای کم آلیاژ می تواند با استفاده از شمش برای ساخت ساختمان های بلند و نیز ساخت پل ها استفاده شود. با بهره گیری هماهنگ و صحیح از ماشین های ریخته گری و تجهیزات پایین دستی ، محصولاتی با کمیت بهتر را می توان از طریق شارژ مذاب بدست آورد که در مصرف انرژی کاهش چشمگیری خواهد داشت.
نوع دوم : مجتمع های فولادسازی متوسط
کارخانه های مید سایز یا مجتمع های فولادسازی متوسط با ظرفیت سالیانه 2/1 تا 4/1 میلیون تن در سال از روش های BF-BOF-CC یا روش EAF-CC استفاده می کنند که در امر تولید انواع محصولات بسیار متداول و انعطاف پذیر می باشند و همچنین دارای توانایی تولید فولاد با مصرف انرژی کم و نیز در دسترس بودن تجهیزات متناسب پایین دستی و بالا دستی می باشند.
محصولات ورق ضخیم بالای 5 میلیمتر تا 3200 میلیمتر پهنا با کابردهای ساختمانی و زیر بنایی را می توان توسط روش سنتی BOF-CC به صورت اقتصادی تولید نمود. در این مجتمع های صنعتی ، واحد های نورد ورق با ظرفیت تولید 2/1 تن در سال نیز کاملاً رایج می باشد .همچنین با توجه به تقاضای کنونی محصولات فولادی مانند ورق های ضخیم Q&T ، API – 5Lتا بیش از X – 120 ، OCTGبرای نفت و گازهای طبیعی ، محصولات تولید شده در این واحدهای صنعتی کاربردهای خوبی در کارخانه های تصفیه ثانویه ، ماشین های ریخته گری تختال پیشرفته و همچنین واحدهای نورد ورق های عریض دارند که توسط سرمایه گذاران کنونی انتخاب می شود.
طبق گزارشات رسیده روش ریخته گری تختال نازک BOF می تواند برای تولید فولادهای IFبا مشخصات متالورژیکی قابل قبولی به کارگرفته شودکه در بخش های خودروسازی کاربرد دارد. به هر حال امروزه انواع مختلف فولادهای مهم را که در بالا به آنها اشاره کردیم می توان طبق درخواست مشتری در این واحدهای صنعتی تولید نمود.
نوع سوم : مجتمع های بزرگ فولاد سازی
مجتمع های فولادسازی سراسر دنیا به دلیل سرمایه گذاری های پایین و بهره برداری اقتصادی ، تولید انبوه ، اجاره معادن مواد اولیه به مدت طولانی ، مصرف انرژی پایین و جابجایی حداقل محصولات میانی کاربرد وسیعی دارند. معمولاً چنین مجتمع هایی بر اساس روش BF – BOF عمل می کنند و در کنار معادن یا نزدیک بندر ساخته می شوند. تجهیزات میان دستی بر اساس نیاز قالب بازار و یا نیاز بازارهای نوظهور مصرفی ایجاد می شوند.
ظرفیت فولادسازی مدولار بین این مجتمع های بزرگ صنعتی 2 تا 3 میلیون تن در سال بوده بوده و متعاقباً قابل افزایش است. ظرفیت نهایی چنین کارخانه هایی گاهاً تا 10 میلیون تن در سال نیز می رسد.
نتیجه گیری
فضای تجاری جهانی با توجه به ادغام شرکت ها و افزایش مالکیت ها یک وضعیت خشن و رقابتی برای ابقاء و پیشرفت را تجربه می کند. فقط شرکت هایی که قادرند محصولاتی با کیفیت بالا و در یک قیمت رقابتی را تولید کنند شانس باقی ماندن در صحنه را دارند. تکنولوژی تولید فولاد و ریخته گری کماکان نقش قالبی را در ارائه قیمت های رقابت آمیز در صنعت بازی می کنند. تکنولوژی های مختلف که در این مقاله مطرح شدند ، ابزار اولیه در تولید فولاد بر حسب قیمت ، کیفیت و حجم می باشند.
در قرن 21 در قاره آسیا ما شاهد یک رشد بی سابقه در بخش فولاد بودیم. افزایش مصرف فولاد نیز وابستگی زیادی به میزان پیشرفت ایجاد شده در بخش های گوناگون کاربرد آن پیدا کرده است.

 

آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر خوردگی و حرارت:
آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارت محتوی حداقل 12% ‏کروم بوده و میتوانند به گونه ای رضایت بخش در دمای بالای ‏˚f‏1200 استفاده شوند. گروه آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ‏دارای عناصر آلیاژی بیشتری نسبت به انواع مقاوم در برابر ‏خوردگی میباشند این آلیاژها ترکیباتی از نیک، آهن و درصد ‏کمی از دیگر عناصر میباشند. نیکل و کروم عناصری هستند ‏که خاصیت مقاومت حرارتی را در قطعه به وجود میآورند. ‏قطعات ریختگی ساخته شده از این آلیاژها باید دارای دو ‏خاصیت اصلی زیر باشند:‏
‏1-‏ پایداری لایه سطی (مقاوم در برابر اکسیداسیون و ‏خوردگی) در محیطهای مختلف و تحت دمای سرویس ‏به اندازه کافی باشد. ‏
‏2-‏ از خواص مکانیکی و قابلیت انعطاف کافی برای استفاده ‏در دماهای بالا برخوردار باشند. آلیاژهای مقاوم در ‏برابر حرارت در جدول 1 همراه با اسامی آنها آورده ‏شده است. آلیاژهای مقاوم متداول در برابر حرارت را ‏میتوان توسط اسامی انستیتو ریخته گری الیاژها ‏‎(aci)‎‏ ‏که اینک شاخه ای از جامعه فولاد ریزان امریکا و ‏astm‏ میباشد شناسایی نمود.‏
در اسامی متعلق به موسسه ریختهگری آلیاژها از حرف ‏h‏ ‏برای آن دسته از مواد که در دماهای بالای ‏˚f‏1200 بکار ‏میروند استفاده میشود. حرف بعدی نشانگر مقدار اسمی نیکل ‏ترکیب میباشند که از ‏a‏ تا ‏x‏ تغییر میکند. ترکیب شیمیایی ‏آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارات با آلیاژهای کار ‏پذیر آن متفاوت است بنابراین در جدول 1 نزدیکترین شماره ‏aisi‏ از آلیاژهای کار پذیر آورده شده است . در شناسایی ‏قطعات ریختهگری همیشه باید از اسامی موسسه ریخته گری ‏آلیاژی و یا مشابه آن استفاده نمود. برای نامگذاری در سیستم ‏sae‏ به ابتدای عدد مربوط یه سیستم ‏aisi‏ عدد 70 برای ‏آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارت اضافه میشود مثلا ‏‏70310 معادل ‏hk‏ میباشد.‏
اثر نیکل
در آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت نیکل تا 7% میتواند وجود ‏داشته باشد. وظیفه اصلی آن ایجاد استحکام و چقرمگی در ‏زمینه میباشد. از نظر ریز ساختاری نیکل باعث افزایش تمایل ‏به تشکیل استنیت میگردد که در دماهای بالا محکمتر و ‏پایدارتر از فریت میباشد. نیکل همچنین باعث مقاومت در برابر ‏اکسیداسیون، کربوره شدن، نیترایدینگ و خستگی حرارتی ‏میگردد.‏
اثر کروم
میزان کروم در آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت از 10% تا ‏‏30% تغییر میکند. کروم باعث مقاومت در برابر اکسیداسیون ‏در دماهای بالا و محیطهای دارای سولفور میگردد. همچنین ‏رسوب کاربید کروم در زمینه باعث مقاومت در برابر خزش و ‏پارگی در دماهای بالا میشود. در بعضی از آلیاژها کروم باعث ‏اقزایش مقاومت در برابر کربوره شدن میگردد. این عنصر ‏همچنین باعث بهبود مقاومت در برابر عوامل خورنده دیگر در ‏دماهای عادی و بالا میگردد. کروم تشکیل فریت در ریز ‏ساختار را تشویق میکند.

 

استخراج فلزات (متالورژی استخراجی) :
دانشمندان ، مواد صنعتي را به سه گروه عمده فلزات، پلاستيك‌ها و سراميك‌ها تقسيم‌بندي كرده و فلزات را به عنوان بزرگترين گروه مواد صنعتي معرفي مي‌كنند.
در اين ميان علم متالوژي در برگيرنده هر كاري است كه روي فلزات و سنگ معدن‌هاي آنها انجام مي‌شود يعني متالوژي استخراجي با تهيه فلزات از سنگ معدن اولين قدمها را برمي‌دارد
متالوژي استخراجي حدفاصل بين مهندسي معدن و شاخه صنعتي متالوژي است. چرا كه تمامي موادي كه ما از آنها استفاده مي‌كنيم به صورت توده‌هاي سنگي كه داراي ناخالصي‌هاي زيادي هستند (عيارشان پايين است) در معادن قرار دارند و بايد بعد از كشف و استخراج به ياري تكنولوژي متالوژي استخراجي، مراحلي را طي كنند تا قابل مصرف گردند. يعني لازم است كه يك مهندس متالوژي با انجام يكسري فرآيندها مانند خردكردن سنگ معدن با دستگاههاي موسوم به سنگ‌شكن، تغليظ سنگ معدن با استفاده از روشهاي مغناطيسي و شناور سازي و عمليات ذوب و پالايش، عيار سنگ را بالا برده و سنگ را به صورت شمش كه تقريبا خالص است تحويل صنعت بدهد و سپس به ياري دانش‌ نظري و علمي متالوژي صنعتي، محصول فلزي قابل مصرف به طور مستقيم يا غيرمستقيم توليد گردد.

 

اصول كار كوره :
________________________________________
در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) , كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين جا كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .

اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :

1) كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces

2) كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces

3) كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces

4) كوره هاي برقي Electric Furnaces

5) كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces

6) كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)

1)كوره هاي بوته اي :

همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .

حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي

جنس بوته ها :

جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر

آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود-

آهن خالص تجاري:

چون آهن بصورت خيلي خالص بندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .

بوته هاي فولادي :

از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).

بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .

بوته هاي گرافيتي :

همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .

بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .

طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :

به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .

بوته هاي سيليكون كاربايد :

اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .

بوته هاي شاموتي :

اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).

موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .

انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces

الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوته اي ثابت (زميني) ) 1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.

2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.

از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.

كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :

از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.

در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد.

كوره هاي دوار :

كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.

Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.

جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .

ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .

به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .

در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .

اولين كوره كه در ايران در تسليحات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بوده و قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .

تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)

طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.