دانلود تحقیق کوره های الکتریکی

تولید و ذوب آلومینوم در مقادیر زیاد و برای اجتناب از اکسیداسیون مذاب و جلوگیری از ورود گازهای ناشی از احتراق سوختگیهای فسیلی و افزایش کیفیت مذاب آلومینوم کوره های الکتریکی در انواع کوره های مقاومتی بوته ای ، روبرو کوره های القائی مورد استفاده قرار می گیرند .

مکانیسم اصلی کوره های مقاومتی استفاده از گرمای حاصل از مقاومت میله ( الکترودهائی ) در مقابل عبور جریان می باشد .

معمولا مقاومت ها از نیکروم ( نیکل ، کرم ، آهن ) و کرومل ( اهن ، کروم ، آلومینوم ) ساخته می شوند .

در نوع کوره های مقاومتی بوته ای که با ظرفیت حداکثر 500 کیلوگرم به کار می روند ، بوته از چدن خاکستری ساخته می شود و قدرت الکتریکی این کوره معمولا 40 تا 80 کیلو وات می باشد.

کوره های روبرو الکتریکی و بوته ای مقاومتی تفاوت چندانی با آنچه در قسمت های قبل گفته شد ندارند و فقط تفاوت عمده در منبع حرارتی است که الکتریکی و مقاومتی بوه و از این رو کنترل حرارت و کیفیت محصول بهتر و مطلوب تر می باشد.

در بعضی از کوره های مقاومتی بوته از فلز ساخته می شود و مکانسیم را طوری تهیه می کنند که بوته مرکز و هسته اصلی مقاومت و ایجاد حرارت باشد.

1-3-2 کوره های القائی کوره های القائی از نظر افزایش ظرفیت و تقلیل مصرف انرژی نسبت به کوره های مقاومتی دارای مزایائی می باشند.

این کوره ها در ظرفیت های مختلف قادر به ذوب 15کیلوگرم تا چندین تن آلومینوم هستند.

در این کوره ها هیچ گونه فعل و انفعال شیمیائی که باعث افزایش ناخالصی و تغییرات ترکیبی مذاب گردد، انجام نمی شود و علاوه بر آن به دلیل عدم استفاده الکترود امکان ورود ناخالصی های مواد از طرق مکانیکی نیز امکان پذیرنیست و از نظرمسائل الکتریکی محدودیتی برای افزایش درجه حرارت ندارند.

تا سال 1950 فقط کوره های القائی با فرکانس زیاد مورد استفاده قرار می گرفت که از نظر نیاز به تاسیسات و ژنراتور ها و همچنین ظرفیت بسیارکم ، از نظر سرمایه گذاری و هزینه تمام شده مقرون به صرفه نبود.

در سال 1950 استفاده از کوره های القائی با فرکانس کم ( 50 تا 60 سیکل ) بدون هسته و کانال جریان ( ساده ) آغاز گردید که بنحو قابل ملاحظه ای هزینه سرمایه گذاری و قیمت تمام شده تقلیل پیدا کرد و افزایش ظرفیت و کارآئی آنها به سرعت بالا رفت بطوریکه امروز کوره هائی باظرفیت 70 تن چدن و 500/17 کیلو وات قدرت در مورد کوره های القائی با هسته و کانال جریان و 260 تن و 4000 کیلو وات قدرت در مورد کوره های القائی ساده مورد استفاده قرار می گیرد .

کوره های القائی به سه دسته : کوره های فرکانس کم بدون هسته و کانال جریان کوره های فرکانس کم با هسته و کانال جریان و کوره های فرکانس زیاد، تقسیم می شوند که استفاده از دو نوع اول رو به افزایش می باشد.

کوره های القائی نوع اول بسیار ساده و مشتمل بر بوته و سیم پیچ های جریان است که به وسیله آب همواره خنک می شوند در حالی که در کوره های نوع دوم مذاب بین دو قطب اصلی ( هسته ) جریان پیدا می کند .

تفاوت عمده این دو نوع کوره در استفاده از جریان برق و تبدیل به انرژی حرارتی می باشد.

کوره های نوع اول بیشتر در مورد ذوب شمش و قطعات بکار می روند و کوره های نوع دوم برای فوق ذوب ، تصفیه ، کنترل و نگاهداری مذاب مورد استفاده واقع می شوند و راندمان حرارتی و الکتریکی آنها زیادتر است و همان گونه که از شکل 4-2 استنباط می گردد منطقه ذوب آنها بسیار کوتاه می باشدو از این رو درجه حرارت و سرعت حرکت مذاب به حدی باید باشد تا درجه حرارت لازم در تمام قسمت های بوته تامین گردد.

اشکال عمده دیگر در کوره های القائی با هسته و کانال جریان درآنست که این کوره ها همواره برای شروع نیاز به مذاب دارند که در کنار کانال های جریان قادر به تشکیل هسته های القائی باشند .

در کوره های القائی ساده شکل 5-2 که با تغییرات بسیار جزئی در اغلب کارخانجات مورد استفاده قرار می –گیرند، سیم پیچ های مسی ( کویل ) که در داخل آنها آب جریان دارد مهمترین عامل انتقال جریان الکتریسیته به حرارت می باشد و به دلائل الکترو مغناطیسی اندازه های کوچک این نوع کوره ها از راندمان مطلوب برخوردار نیستند .

این کوره ها معمولا با فرکانس 1000 سیکل کار می کند و انتقال مذاب به قسمت های مختلف با شدت و تحت تاثیر جریان انجام می گیرد.

کوره های القائی با فرکانس زیاد معمولا شامل یک موتور ژنراتور به قدرت 5 تا 1000 کیلو وات است که فرکانس معمولی را به 10000 می رساند.

اصول کلی ساخت این کوره ها باکوره های القائی ساده کم فرکانس تفاوت زیادی ندارند جز آنکه برای تامین انرژی و فرکانس به ژنراتورها و ترانسفورماتورهای قوی نیاز دارد و ظرفیت آنها نیز کم و محدود می باشد و حداکثر از 35 کیلوگرم آلومینوم تجاوز نمی کند.

کوره های با فرکانس زیاد معمولا از سیستم یک فاز تغذیه می شوند و یک مخزن و ژنراتور برای عرضه راندمان انرژی در سیستم های 3 فاز در آنها بکار گرفته می شود ، فاکتور انرژی این کوره ها معمولا 2/0 و به وسیله سلف و یا مخزن بزرگ به 1/0 تصحیح می شود که معمولا قیمت این مخزن قیمت کل دستگاه می باشد.

ولتاژ لازم برای کورهای کوچکتر (2000 کیلوواتی ) تا 800 ولت و برای کوره های بزرگ تا 2600 ولت می رسد .

از این رو وجود ترانسفور مرهای تبدیل ولتاژ و جریان ضروری است .

بوته ها و مواد نسوز در داخل کوره های القائی بایستی 2 پارامتر متضاد را مشمول شوند اول آنکه برای انتقال جریان و القاء آن نازک و از قابلیت انتقال برخوردار باشند و دوم آنکه به اندازه کافی ضخامت داشته باشند تا از استحکام برخوردار گردند ، که معمولا این ضخامت را 8% قطربوته منظور می کنند.

بوته در سیستم کوره های القائی با کوبیدن مواد نسوز در داخل کوره انجام می گیرد و ماکزیمم چگالی مواد نسوز مورد نیاز است ، مواد نسوز معمولا از منیزیت ،mgo آلومین و مخلوط آنها و گاه سیلیس sio2 و مواد چسبی جامد ( پودر ) ترموست تشکیل می شود ( اسید بوریک ).

مخلوط ماسه و چسب که بدون رطوبت در اطراف یک ورقه فولادی ( شکل داخلی بوته ) کوبیده می شوند در جریان شارژگرم شده و از استحکام زیاد برخوردار می گردند .

قبل ازریختن و کوبیدن مواد نسوز ، از مواد عایق برای جلوگیری از اتصال سیم پیچ ها استفاده می کنند و بعد از کوبیدن سطح آزاد رویش را معمولا با چسب های زودگیر ( سیلیکات سدیم ) پوشش می دهند .

در کوره های القائی با هسته و کانال جریان معمولا بدنه کوره بوسیله 10 تا 15 سانتیمتر نسوز آلومینیا پوشش داده می شود .

کانال ها و میله های اصلی جریان و حوزه ذوب از مخلوط پرکلین ، آلوندم ، خاک نسوز و پودر باریت به صورت محلول مایع ( تقریبا خمیری ) پوشش می شوند و پس از خشک شدن مورد استفاده قرار می گیرند ( معمولا 24 ساعت ).

کوره های القائی با فرکانس زیادنیز درد و نوع بوته متحرک باظرفیت 5/2 کیلوتا 30 کیلو گرم آلومینوم و نوع بوته ثابت با ظرفیت تا 500 کیلوگرم بکار می روند .

بوته این کوره ها مانند کوره های بوته ای از خاک نسوز و گرافیک ساخته می شوند و قبل از ذوب درون کوره جای می گیرند.

بخش سوم فعل و انفعالات شیمیای در مذاب ( ترکیبات و گازها ) آلومینوم فلزیست که بخصوص در حالت مذاب قابلیت فعل و انفعال شیمیائی و حلالیت فیزیکی با بسیاری از عناصر را دارد.

این عنصر به سهولت نسبت به مواد محیط خود مانند هوا ، محصولات سوخت ، قالب ، مواد آلیاژی و سایر عناصر که برای مقاصد خاص به آن افزوده می گردد واکنش نشان می دهد ، و نتایج این واکنش به صورت ترکیبات فلزی ، ترکیبات غیر فلزی ( اینکلوژن ها ) و گازهای حاصل و تخلخل در قطعه ریخته شده ظاهر می شوند که هر یک به نوعی خواص مکانیکی و ریخته گری فلز را تقلیل می دهند .

در این بخش ابتدا فعل و انفعالات موجود در آلومینوم مذاب و مواد محیطی آن و سپس هر یک از ترکیبات و محلول های ناخواسته مورد تشریح قرار می گیرند.

1-3 فعل و انفعالات عمومی در درجه حرارت ذوب آلومینوم ، فعل و انفعالات شیمیائی مختلف بین مواد اکسیدی و ترکیبات مختلف و آلومینوم و مواد آلیاژی آن انجام می گیرد که حاصل آن به صورت مواد جامد غیر فلزی ( اکسیدی ) و یا حباب های گازی در قطعه باقی می ماند .

1-1-3 فعل و انفعلات با هوا اکسیژن هوا و همچنین ازت موجود در آن مهمترین منشاء وجود ترکیبات غیر فلزی در مذاب آلومینوم هستند .

تمام عناصر حاصل از فعل و انفعال در حالت مذاب جامد بوده و تحت تاثیر قوانین استوک در مذاب شناور میشوند و به صورت مواد ناخواسته غیر فلزی در قطعه معایبی را ایجاد می کنند.

2-1-3 فعل و انفعالات با محصولات سوخت سوخت های فسیلی در تحت درجه حرارت اشتغال از صورت فرمولی زیر به ،، تجزیه می شوند.

سایر ترکیبات سوخت مانند ،، می توانند تا حدودی ازشدت اکسیداسیون بکاهد ولی اغلب آنان به صورت دیگری گازهای محلول در مذاب را افزایش می دهند.

بایستی توجه داشت که کلیه گازها مانند ،،،، در مذاب آلومینوم نا محلول می باشند و فقط هیدروژن در آن حل می گردد و نیز در اثر تجزیه کربن حاصل در فعل و انفعالات فوق در صورت وجود تیتان در مذاب با آن ترکیب شده و بصورت در ریز کردن دانه های آلومینوم ((grain refinerتاثیر شدید دارد .

3-1- 3 فعل و انفعالات با بخار آب (هوا ، قالب ) بخار آب از هر منبعی که حاصل شود با آلومینوم مذاب و با مواد آلیاژی آن ترکیب می شود که نتیجه آن علاوه بر ترکیبات اکسیدی وجود هیدروژن بصورت اتمی می باشد که در مذاب حل می گردد.

4-1-3 فعل و انفعالات با مواد نسوز مواد نسوز مورد استفاده در صنایع آلومینیم بیشتر از انواع گرافیت و ترکیبات سیلیسی می باشند تا امکان ترکیبات مختلف را کاهش دهد مواد نسوز اغلب از طریق مکانیکی شکسته و به مذاب آلومینوم افزوده میشوند.

ولی در درجه حرارتهای ذوب نیز وجود فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد.

به استثناء فعل و انفعال با سیلیس که هنوز مورد تایید کامل قرار نگرفته است فعل و لنفعالات دیگر در شرایط ذوب حاصل می گردند .

5-1-3 فعل و انفعال با هیدروژن هیدروژن تنها گاز قابل حل در آلومینوم مذاب می باشد و بدلیل آنکه حلالیت آن در حالت جامد بسیار کم است گازهای خارج شده از حلالیت بصورت حباب و تخلخل در قطعه ریخته شده خواص مکانیکی را به شدت تقلیل می دهند.

هیدروژن از طریق بخارآب و یا بصورت هیدروژن موجود در هوا و در تعادل حلالیت که G=0 می باشد و یا بعبارت دیگر که در آن و از آنجا که با توجه به ثابت بودن می توان نوشت که در آن عبارت است از تعداد اتم هیدروژن که تحت فشار در آلومینوم حل می شود و چون اغلب فشار برابر فشار اتمسفر می باشد .

و در هنگامی که فشار بیشتر از فشار اتمسفر باشد که چنانچه بجای تعداد اتم N درصد ترکیبی آن را بر 100 گرم مذاب منظور کنند و از معادلات ترمودینامیکی نیز معلوم است که : و در نتیجه در تحت هرفشار و درجه حرارت می توان درصد حلالیت ئیدروژن را در آلومینوم مذاب پیدا کرد.

در منحنی 1-3 حلالیت ئیدروژن در آلومینوم مذاب با توجه به افزایش درجه حرارت نشان داده شده است .

شکل 1-3 حلالیت ئیدروژن در آلومینیم مذاب همانگونه که عناصر آلیاژی در چگونگی فعل و انفعالات شیمیایی و افزایش ( تقلیل ) اکسیداسیون مذاب موثر می باشند در میزان حلالیت گاز ئیدروژن در مذاب نیز موثر هستند.

به طور مثال مس و سیلیسیم حلالیت ئیدروژن در آلومینوم را تقلیل می دهند ولی منیزیم حلالیت را تشدید می کند بطوریکه آلیاژی با 10% منیزیم دارای حلالیت تقریبا 2 برابر آلومینوم خالص است و 5% مس یا 6% سیلسیم نیز قادرند حلالیت ئیدروژن را تا 30 % کاهش دهند .

علاوه بر فعل و انفعالات فوق مواد ناخالصی و مواد غیر فلزی از طریق مکانیکی ، در جریان ذوب ، کاربرد وسائل ذوب حمل و نقل ، مواد قالب و ……..

نیز داخل مذاب رانده