مشخصات و ویژگی های کوره قوس الکتریکی
شرکت دانیلی از شرکت هایی است که در ساخت تجهیزات آهن آلات فعالیت دارد. در ایران نیز واحدهای مختلفی از تولید آهن آلات را بنا نموده است. ظرفیت کوره ها 180 تن فولاد مذاب است که تا 200 تن نیز می تواند بارگیری کند. قطر الکترودهای به کار رفته در کوره ها 24 اینچ می باشد و طوری طراحی شده است که در آینده الکترود 28 اینچی با کمترین تجهیزات جایگزین شود. کوره های قوس الکتریکی ترانس سه فاز به منظور تغییر ولتاژ ثانویه به کار برده می شود تا انرژی مورد نیاز کوره را از شبکه برق در سطح مناسب دریافت کند. الکترودهای استوانه ای از گرافیت جامد که از بالای سقف به داخل کوره آویزان است برای هدایت جریان الکتریکی به داخل شارژ استفاده می شود. اساس و اصول طراحی کوره توسط هرولت در سال 1890 بیان شده است.
کوره های اولیه به وسیله دو الکترود یا بیشتر توسط هرولت به کار گرفته شد. جریان الکتریکی از طریق قوس الکتریکی از یک الکترود به شارژ انتقال و سپس از شارژ عبور نموده و به وسیله الکترود دیگری عبور می کند. از طراحی کوره های الکتریکی باید بر روی ساختمان کوره به منظور به دست آوردن استحکام و عملیات مناسب با کمترین تجهیزات نگهداری تحت شرایط کار دائمی تاکید بیشتر کرد. در سال های اخیر به کوره هایی با قدرت بالا توجه زیادی شده است و مساله مهم در اندازه ظرفیت این کوره ها تکنولوژی محدود کردن شدت جریان الکتریکی آن ها می باشد.
از آنجایی که انرژی الکتریکی را نسبت به انرژی های دیگر راحت تر می توان تولید نمود محققین تولیدکننده آهن آلات ابتدا در آزمایشگاه به طرق مختلف انرژی الکتریکی را به کار گرفته و سپس در صنایع تولید آهن آلات به طور گسترده از آن بهره گرفتند. انواع کوره های الکتریکی در صنعت به شرح زیر هستند:
در این روش حرارت به وسیله مقاومت الکتریکی تولید و به سه روش مختلف باعث گرم کردن مواد و سپس ذوب آن ها می شود.
جریان الکتریکی از میان مقاومت عبور می کند و حرارت تولید شده در مقاومت شارژ کوره از طریق تشعشع و جابجایی گرما ایجاد می کند. این چنین کوره ها برای عملیات حرارتی استفاده می شود و جهت ذوب آهن آلات به کار برده می شود.
جریان الکتریکی از یک ترانسفرمر ولتاژ پایین از خلال شارژ یا فولادی که باید ذوب شود عبور می کند و شارژ را گرم می کند. این طریق برای کار گرم استفاده می شود و برای ذوب آهن آلات مناسب نیست.
جریان الکتریکی از طریق یک میدان مغناطیسی در شارژ القا می شود و شارژ ذوب می شود که به دو نوع کوره های القایی فرکانس پایین و کوره های القایی فرکانس متوسط و بالا تقسیم می شود.
این روش اساسا شبیه ترانسفورمر می باشد که به عنوان سیم پیچ ثانویه به مدار و یک سیم پیچ با یک هسته فولادی به عنوان هسته مدار اولیه مورد استفاده قرار می گیرد.
جریان الکتریکی با فرکانس شبکه توسط سیستم های مبدل تبدیل و از میان یک سیم پیچ که در اطراف بوته پیچیده شده است عبور می کند و باعث ذوب شارژ می شود.
حرارت حاصله از قوس الکتریکی به دو روش کلی مورد استفاده قرار می گیرد که به صورت زیر می باشد:
قوس الکتریکی بین دو الکترود که در بالای شارژ در داخل کوره قرار دارد ایجاد می شود و حرارت حاصله از طریق تشعشع به شارژ انتقال می یابد و عمل ذوب انجام می شود. کوره های قوس الکتریکی غیر مستقیم به انواع کوره های تک فاز، دو فاز و سه فاز تقسیم می شوند که کوره های تک فاز شامل موارد زیر می باشند:
1- کوره غلطکی یا کوره افقی
2- کوره هایی برای عملیات مخصوص
گرم کردن مستقیم: قوس الکتریکی به طور مستقیم در میان شارژ برقرار می شود و حرارت حاصله باعث ذوب می گردد. در این روش ممکن است الکترود دوم خود شارژ باشد و قوس الکتریکی بین الکترود و شارژ برقرار شود و یا اینکه الکترود در بالای شارژ و یک الکترود در پایین شارژ منظور شود تا قوس بین دو الکترود برقرار شود. اصولا کوره قوس الکتریکی جریان مستقیم با الکترودهای مصرف شونده به کار برده می شود.
یک قوس الکتریکی جریان مستقیم که از یک کاتد گرافیتی به دست می آید منجر به انتقال حرارت کافی از حرارت تولید شده توسط قوس به طرف آند می گردد. در این جا آند شارژ کوره می باشد. مهم ترین مکانیزم انتقال حرارت به صورت جابجایی می باشد که مستقیما به طرف آند جریان می یابد. قوس الکتریکی جریان مستقیم دارای پایداری و انتقال حرارت بهتری نسبت به قوس جریان متناوب می باشد و لذا در فرایندهای متالورژیکی به کار گرفته می شود.
در مقایسه با مشعل های پلاسما همراه با الکترودهای فلزی خنک شونده با آب، الکترود گرافیتی قادر به عمل در قدرت بالاتر و جریان بیشتری می باشد. بنابراین از ترکیب منابع جریان مستقیم و الکتروهای گرافیتی شرایط قابل انعطاف تر و موفقیت آمیز تر برای عملیات متالوژیکی به دست می آید.
انرژی الکتریکی به سه روش ذکر شده جهت ایجاد حرارت در ذوب مواد در تولید آهن آلات به کار می رود
ولتاژ قوس تقریبا از دامنه جریان مستقل است و مشتمل بر سه جزء است که افت ولتاژ در ستون قوس تقریبا برابر 12 ولت بر سانتی متر است و افت ولتاژ آند و کاتد قوس ثابت است. بدین دلیل که قوس در جریان صفر خاموش می شود ضریب توان نقش مهمی در دوباره روشن شدن قوس دارد. برای اطمینان از عملکرد پایدار یک ضریب توان پایین لااقل در دوره بورینگ ذوب مناسب است. تولید آهن آلات توسط کوره قوس به گونه ای است که هر ذوب توسط ذوب دیگر با وقفه کوتاهی دنبال می شود. پس از ذوب اولیه و پس از دوره ذوب کوره چندین بار شارژ می شود تا بتوان حداکثر حجم را در پایان دوره تپ تا تپ کوره به دست آورد.
در حین هر ذوب در تولید آهن آلات توان کوره چندین بار به علت برخورد الکترود با قراضه محدودیت های انرژی مورد تقاضا، نگهداری و تعمیرات یا تست های نمونه برداری در حین تصفیه قطع و وصل می شود. این چرخه های بارگیری علاوه بر قطع هایی است که برای دوباره شارژ کردن لازم است. به علت حرکت تصادفی قوس الکتریکی و مواد شارژ شده، در طول قوس تغییراتی به وجود می آید که باعث نوسان های تصادفی در جریان می شود که این به نوبه خود نوسانات ولتاژ را درباس بار بالایی و در نتیجه در PCC باعث می شود.
همان گونه که قبلا اشاره گردید کوره قوس الکتریکی سه فاز AC یک بار غیر خطی متغیر با زمان است که می تواند باعث بسیاری از مسائل نظیر عدم تعادل فازها وجود هارمونیک های جریان و ولتاژ و هارمونیک های داخلی و نوسان ولتاژ در سیستم قدرت شود.
توصیف کار کوره وابسته به موارد زیر است:
مدل های موجود را می توان از نظر سه فاز یا تک فاز بودن در حوزه زمان یا فرکانس دسته بندی نمود. در اکثر مدل ها به دست آوردن مشخصه ولتاژ جریان مد نظر بوده است که در بعضی مدل ها پارامترهای دیگر قوس نیز وارد شده اند.