کوره قوس الکتریکی یا EAF، یکی از تجهیزات حیاتی در صنعت تولید فولاد است که با استفاده از قوس الکتریکی، مواد فلزی را ذوب می‌کند. این کوره‌ها در ایران با دو نوع سنتی (تخلیه از ناودان) و EBT (تخلیه از کف) به کار می‌روند. دمای ذوب و تخلیه در این کوره‌ها تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و در برخی موارد حتی به ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
مواد اولیه و کاربردها: آهن قراضه، آهن اسفنجی، شمش چدن کوره بلند، فروآلیاژهای آهک و فلورین از مواد اولیه مهم در تولید فولاد و چدن در کوره قوس الکتریکی هستند. در ایران، به دلیل فراوانی منابع گاز طبیعی، اغلب از آهن قراضه و آهن اسفنجی به صورت گندله یا خشته استفاده می‌شود.
عملکرد کوره قوس الکتریکی: در این کوره‌ها، مواد فلزی توسط قوس الکتریکی بین الکترودهای گرافیتی ذوب می‌شوند. آهن اسفنجی ابتدا در کوره قوس الکتریکی ریخته می‌شود و توسط قوس الکتریکی ذوب می‌شود. دمای بالای این کوره‌ها باعث تولید فولاد با درصد کربن پایین در زمان ذوب اولیه می‌شود. سپس فولاد ذوب شده در پاتیل ریخته می‌شود تا عملیات آلیاژسازی انجام شود. این عملیات شامل تنظیم میزان کربن، افزودن عناصر آلیاژی و یکدست‌سازی ترکیب فولاد است.
با بهره‌گیری از تکنولوژی کوره قوس الکتریکی، صنعت فولادسازی به بهبود کیفیت و سرعت تولید و همچنین مدیریت مواد اولیه دست یافته و یک گام مهم به سوی پایداری و بهینگی در فرآیند تولید فولاد برداشته است.
بدنه و اجزاهای حیاتی کوره‌های قوس الکتریکی: عملکرد و ساختار
کوره‌های قوس الکتریکی، سازه‌های پیچیده و حیاتی هستند که جهت تولید فولاد از قوس الکتریکی بهره می‌برند. اجزا الزامی این کوره‌ها عبارتند از:
بدنه کوره: بدنه کوره قوس الکتریکی به عنوان یک حمام بزرگ با بدنه‌ای فولادی طراحی شده است. این بدنه با مواد نسوز و مقاوم در برابر حرارت پوشش داده شده تا از نقطه ذوب بسیار بالایی که در این کوره‌ها ایجاد می‌شود، حفاظت کند.
سقف کوره: سقف کوره به شکل یک کلاهک طراحی شده و اغلب با لوله‌های آبگرد پوشانده شده است. این سقف به صورتی طراحی می‌شود که هم سبک باشد و هم دارای استحکام لازم باشد. سه سوراخ معمولاً در سقف قرار دارند که به عنوان مکان عبور الکترودها عمل می‌کنند.
دیوار جانبی کوره: دیوار جانبی کوره به صورت استوانه‌ای است و با مواد نسوز و لوله‌های آبگرد پوشیده شده است. این ساختار جانبی از کوره برای حفاظت از محیط خارجی و کنترل دما ارائه شده است.
کف یا بوته کوره: کف یا بوته کوره دارای حالت قوسی است و برخلاف سقف، عمق کمی دارد اما سطح آن زیاد است. این بخش از کوره به گونه‌ای طراحی شده است که مشترک مذاب با سرباره به بهترین شکل ممکن ترکیب شود.
کوره‌های قوس الکتریکی با این ساختار و اجزا، توانسته‌اند به عنوان یکی از ابزارهای اساسی در صنعت تولید فولاد به کار بروند و نقش مهمی در بهبود کیفیت و کارایی این صنعت ایفا کنند.
دیواره کوره یکی از قسمت‌های حیاتی ساختار است که باید از مواد مقاوم در برابر حرارت و فشار بالا ساخته شود. در این راستا، انتخاب مواد مناسب برای ساخت دیواره کوره بسیار حائز اهمیت است. موادی که برای دیواره کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر می‌باشند:
۱. آجر آلومینیوم: آجرهای آلومینیوم به عنوان یک ماده دواممند و مقاوم در برابر دماهای بالا شناخته می‌شوند. این آجرها به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی، به‌خصوص در دماهای بالا، به عنوان یک انتخاب مناسب برای دیواره کوره شناخته می‌شوند.
۲. آجر شاموت: آجرهای شاموت از جمله مواد مشهور در ساخت دیواره کوره هستند. این آجرها از مخلوط شاموت، سیلیکا، و سایر مواد معدنی تشکیل شده و مقاومت مناسبی در برابر دماهای بسیار بالا دارند. همچنین، مقاومت شیمیایی آنها نیز یکی از مزایای این مواد محسوب می‌شود.
۳. آجر منیزیت: آجرهای منیزیت نیز به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و ویژگی‌های عایق حرارتی مناسب، به عنوان یک گزینه مناسب برای دیواره کوره معرفی می‌شوند. این آجرها از مواد منیزیمی مانند منیزیم اکسید تشکیل شده‌اند.
۴. آجر منیزیا کرومیت: آجرهای منیزیا کرومیت نیز از جمله مواد مقاوم در برابر دماهای بالا و شرایط سخت کوره هستند. این آجرها دارای محتوای منیزیم اکسید و کرومیم اکسید هستند که باعث مقاومت آنها در برابر اثرات حرارتی و خوردگی می‌شود.
۵. مواد ویژه (جرم نسوز): استفاده از مواد ویژه نسوز مانند جرم نسوز در ساخت دیواره کوره می‌تواند به تقویت مقاومت در برابر حرارت و حفاظت از ساختار کمک کند. این مواد معمولاً از ترکیبات خاصی تشکیل شده‌اند که مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارند.
۶. ورق‌های فولاد خنک‌شونده با آب: در برخی موارد، برای تقویت ساختار و افزایش مقاومت در برابر حرارت، از ورق‌های فولادی خنک‌شونده با آب نیز می‌توان در دیواره کوره استفاده کرد. این ورق‌ها در تماس با سطح دیواره قرار گرفته و با فرآیند خنک‌شدن با آب، از حفظ استحکام ساختار کمک می‌کنند.
انتخاب مواد مناسب برای دیواره کوره باعث بهبود کارایی و دوام این ساختار حیاتی در صنعت فولادسازی می‌شود.
در صنعت فولادسازی، بر اساس حجم تولید و نوع فروآلیاژهای مورد استفاده، سه نوع اصلی الکترود به کار می‌روند:
الکترودهای زغالی:
معمولاً از زغال فلزی به عنوان مواد اصلی ساخته می‌شوند.
مورد استفاده در کوره‌های قدیمی‌تر و فرآیندهای کم‌حجم.
الکترودهای گرافیتی:
از گرافیت به عنوان ماده اصلی ساخته می‌شوند.
برای کوره‌های مدرن و تولیدات حجیم به کار می‌روند.
الکترودهای زینترشده:
حاوی مواد افزودنی مانند زیرکونیا هستند که مقاومت الکتریکی و مقاومت به حرارت را افزایش می‌دهند.
استفاده در شرایط خاص و نیازهای خاصی از جمله افزایش عمر کوره.
مصرف الکترودها: الکترودها دارای دو نوع مصرف هستند:
مصرف جانبی:
ناشی از اکسیداسیون الکترود و لاغر شدن ستون الکترود به‌سوی نوک آن است.
مصرف نوک الکترود:
ناشی از سایش نوک الکترود در تماس با مواد ذوب شده در کوره.
الکترودها به دلیل عواملی همچون اکسیداسیون و تصعید، در حین عمل ذوب در کوره قوس الکتریکی از بین می‌روند.
تعویض مرتب الکترودها ضروری است.
نکته مهم در اتصال الکترودها، جلوگیری از سستی اتصال و بهبود جریان الکتریکی است.
اتصالات سست باعث افت زیاد انرژی الکتریکی می‌شود؛ بنابراین، اتصالات باید محکم باشند اما بدون خطر ایجاد شکاف در ناحیه گردن الکترود.
به همین دلیل، متخصصان توجه دارند که اتصالات الکترودها را به دقت تنظیم و نگهداری کنند.
در این صنعت حیاتی، اهمیت اتصالات محکم و دقیق در صرفه‌جویی انرژی الکتریکی و بهره‌وری فرآیند ذوب بسیار بالاست.
در فرآیند کوره قوس الکتریکی، که یکی از مهم‌ترین مراحل فولادسازی مدرن است، مراحل زیر را می‌توان به شکل خلاصه توضیح داد:
۱. ورود ضایعات:
ضایعات فولاد از سه منبع اصلی (ضایعات خانگی، ضایعات صنعتی از کارخانه‌های مصرف‌کننده استیل، و ضایعات کهنه) به کمک جرثقیل وارد کوره می‌شوند.
۲. ایجاد قوس الکتریکی:
کوره شامل حمام دوار با سقف متحرک و سه الکترود گرافیتی به طول و عرض ۶ و ۴ متر است.
الکترودها درون کوره قرار گرفته و قوس الکتریکی ایجاد می‌شود، که با عبور جریان الکتریکی از طریق یک فلز، گرمای لازم برای ذوب شدن ضایعات فولاد را ایجاد می‌کند.
۳. افزودن مواد افزایش‌دهنده:
آهک (کلسیم اکسید یا کلسیم کربنات)، فلورسپار (کلسیم فلوراید)، و سنگ آهن به کوره افزوده می‌شوند.
این مواد با ترکیب سرباره کمک می‌کنند تا ضایعات ذوب شده را تشکیل دهند و از اکسیداسیون زیاد جلوگیری کنند.
۴. تخلیه و بازیافت:
بعد از تشکیل استیل مورد نظر، سرباره از کوره خارج شده و استیل مایع باقی‌مانده در داخل کوره به کمک فواصلی از کوره خارج می‌شود.
در مراحل بعدی، سرباره می‌تواند بازیافت شده و از آن آهن استخراج شود.
۵. پایان فرآیند:
با تخلیه کامل کوره و به‌دست آمدن فولاد، فرآیند کامل محقق می‌شود.
استیل به عنوان نهایی‌ترین محصول به فرآیندهای بعدی انتقال می‌یابد.
این روش کار در کوره قوس الکتریکی به ساختار پایدار، بهره‌وری افزوده و بهبود فرآیند بازیافت مواد نقش بسیار مهمی در صنعت فولادسازی امروزی دارد.
