بخش اول : کوره کوپل

ذوب کوره کوپل برای تهیه انواع چدن معمولی و چدن چکش خوار مناسب می باشد. اصولا دو نوع کوره کوپل وجود دارد: کوره کوپل سرد دم و کوره کوپل گرم دم. کوره کوپل سرد دم با حرارت هوای محیط  و کوره کوپل گرم دم با هوای پیش گرم شده کار می‌کند. گرمای هوای پیش گرم شده به طور کلی به 400 تا 600 درجه سانتی‌گراد می رسد.  درباره اندازه کوره کوپل در رابطه با راندمان کوره می توان به 6920 Din رجوع نمود.

الف- کوره کوپل هوای سرد ( سرد دم)

1-      ساختمان

در شکل 1، شکل ظاهری یک کوره کوپل سرد دم نشان داده شده است. کوره کوپل از یک جدار استوانه‌ای فلزی تشکیل شده است که قسمت درونی آن از مواد دیرگدازی که معمولا  دارای خاصیت اسیدی یا بازی است، پوشیده شده است. 1 تا 2 سانتی‌متر پایین تر از دریچه ورود بار a جدار زرهی b قرار دارد که به خاطر خنثی کردن ضربات بار کوره کوپل ساخته می‌شود.

دمنده‌های c هوار را از دستگاه دم، لوله‌های هوا و چعبه‌ دم d به داخل کوره هدایت می کنند و در مجموع به کمک مقدار هوا، سرعت هوا را تعیین می‌نماید. این دمنده‌ها غالبا از چدن و به شکل چهارگوش یا گرد ساخته می شوند. مقدار و اندازه آنها بر حسب بزرگی کوره کوپل تعیین می شود.

 


a-     دریچه ورودی بار

b-     جدار زرهی

c-     لوله‌های دمنده

d-     جعبه دم

e-     تنوره کوره

f-       کف بوته

g-     مجرای تخلیه

h-     پیش گرمگاه

i-        گدازگاه

j-        آتشگاه

k-     بوته

 

شکل 1

 تعداد لوله‌های دمنده معمولا 4 تا6 عدد است که در یک ردیف هوا را از جعبه دم به داخل کوره کوپل انتقال می‌دهند.

 در بیشتتر کوره‌های کوپل دو ردیف لوله دمنده کار می‌گذارند، به طوری که تعداد آنها را بر جسب بزرگی کوره زیاد می‌کنند. در حالت عادی، لوله‌های دمنده را طوری کار می گذارند که تناسب سطح مقطع آنها به سطح مقطع کوره کوپل به نسبت 1 به 4 تا 1 به 6 برسد. دمنده‌ها در حالت عادی در ارتفاعی معادل  قطر داخلی کوره کوپل از کف کوره به بالا قرار می‌گیرند و اغلب آنها شیب ملایمی به طرف پایین کوره  دارند.

کوره کوپل فاولر دارای این ویژگی است که هدایت هوا در آن به وسیله شکافی صورت می‌گیرد که حلقه‌وار در داخل کوره کوپل نصب گشته  و فقط توسط دنده‌هایی مسدود شده است. در بالای کوره کوپل دودکشی وجود دارد که در بیشتر انواع آن یک جرقه‌گیر نصب شده است تا از خروج ذرات گداخته بار به خارج از کوره کوپل و در نتیجه امکان آتش سوزی جلوگیری شود.  یکی از کوره‌هایی که در اینجا قابل  ذکر است کوره ADS است که در بلژیک ساخته می شود و دارای پوششی بازی است.  ارجحیت کوره ADS در این است که کوره ADSدارای جدار داخلی نازکی است که با هر فرایند گداز جداره توسط لایه‌ای  از سرباره قلیائی جایگزین می‌گردد، به طوری که کوره ADS عملا بدون آستر مورد استفاده  قرار می‌گیرد.

1-      احتراق

 هوایی که از لوله‌های دمنده  به داخل کوره می رسد، خیلی زود  داغ می‌شود و پس از سوزاندن کک، آنرا به گاز کربنیک، (CO2) تبدیل می‌نماید.این عمل در سوختگاه انجام می‌شود.  شکل 2

اکسیژن هوا در ارتفاعی معادل با پنج برابر قطر متوسط قطعات  کک ( قطر متوسط کک بستگی دارد به مقدار هوای ورودی) می سوزد، در این مرحله مقدار گاز کربنیک به حد ماگزیمم خود می‌رسد.

شکل 2

واکنش Co 2 + C         2Co  که قبلا به کندی صورت می‌گرفت، در قسمت بالای سوختگاه تبدیل به یک واکنش تعیین کننده برای واکنش‌های بعدی می شود. بر خلاف واکنش‌های احتراق که گرمازا هستند واکنش (بودوار) گرماگیر است. آن قسمت از کوره کوپل که این واکنش در آن انجام می یابد منطقه احیاء نامیده می شود. واکنش‌های گرمازاو گرماگیر در قسمت‌های مختلف کوره کوپل باعث تغییر درجه حرارت می‌شوند. شکل 2 .

منحنی حرارت بعد از مقدار ماکزیمم به علت وجود بودوار که گرماگیر است و سیر نزولی پیدا می کند.

2-      سیر آهن در کوره کوپل

آهن در قسمت فوقانی تنوره در اثر تماس با گازهای متصاعد شده داغ می‌شود. هر چه نسبت سطح خارجی به حجم بیشتر باشد، به همان نسبت هم انتقال گرما از گازها بهتر صورت می ‌گیرد. بعد از آنکه آهن به تدریج به طرف پایین کوره کوپل سرازیر شد، در قسمت احیا یعنی در ابتدای گدازگاه ذوب می‌شود. (گدازگاه). قطرات مذاب از کک‌های داغ گذاشته، از قسمت زیرین محل احیا وارد سوختگاه می‌شود. حرارت آن در این محل بالاتر از نقطه ذوب می باشد و در اینجا تغییراتی در ترکیب شیمیایی آن به وجود می‌آید. در پایان همراه با سرباره تولید شده به بوته می‌رسد و از آنجا  مستقیما وارد حوضچه می گردد.

3-      توان گداز و درجه حرارت آهن

توان گداز و درجه حرارت آهن به مقدار هوای ورودی و کک بارگیری بستگی دارد. رابطه اصولی مقادیر در دیاگرام شبکه‌ای نشان داده شده است. ( رجوع شود به دیاگرام شکبه‌ای) درمقادیر ذکر شده، به ویژه در درجه حرارت آهن، درشتی قطعات رده‌بندی شده، جنس و اندازه قطعات  کک نیز  حائز اهمیت است ( رجوع شود به کک ریخته‌گری).

رابطه بین توان گداز، مقدار هوای ورودی و مقدار به کک به کمک رابطه‌ای از یونگ بلوت و هلر به دست می‌آید:

 در این رابطه :

S- توان گداز  ( ساعت – تن )

w-  مقدار هوای ورودی، ( دقیقه / متر مکعب)

k- مقدارکک (کیلوگرم /100 کیلوگرم آهن)

Nv – نسبت احتراق

-CO2 گاز کربنیک

CO – گاز کربن

فاکتور 45/4= مقدار هوایی که یک کیلوگرم کربن لازم دارد تا به گاز کربن تبدیل شود، نسبت = تبدیل 100 کیلوگرم آهن بر دقیقه تن آهن بر ساعت. بین درجه حرارت آهن، مقدار هوای ورودی، مقدار کک و نسبت احتراق  رابطه‌ای وجود ندارد. اما اصولا مشاهده می‌شود که حرارت آهن درست مثل توان گداز، هنگامی‌که مقدار کک بارگیری ثابت و مقدار هوا روبه فزونی است، بالا می رود و افزایش درجه حرارت آهن آنقدر ادامه می‌یابد تا به حد ماگزیمم برسد، بعد از آن، هر چه مقدار هوا بیشتر شود، درجه حرارت آهن کاهش می یابد، حرارت آهن با مقدار هوای ثابت و کک افزوده نیز بالا می‌رود.

لازم است، کار کوره کوپل طوری تنظیم شود که با  مقدار کک انتخاب شده (مورد نظر)، درجه حرارت آهن به حد ماگزیمم برسد. این وضعیت کوره کوپل را بهینه می‌گویند و به همین مناسب، مقدار هوای لازم و توان گداز حاصل را مقدار هوای بهینه و توان گداز بهینه می‌نامند. توان گداز بهینه می‌تواند با توجه به نوع رده‌بندی ساختمان کوره، مقدار کک و نغیره از 7 تا t/m2.h12 تغییر کند، در حالی که در این رابطه h بر حسب ساعت و m2 مقطعی از کوره در قسمت سوختگاه است که سطح دایره شکل آن معادل یک متر مربع باشد توان گداز باید در هر مورد به خصوص محاسبه شده و مقدار آن معلوم گردد. مقدار کک در کوره کوپل سرد دم بین 10 15٪ است.  مقدار هوای متناسب با بلندی توده کک است و می‌توان آنرا در رابطه بالا به عنوان تابعی از مقدار کک و توان گداز دانست، در حالی که ارزش نسب احتراق (nv) بر حسب تجربه تخمین زده می‌‌شود.  بهطور کلی درجه حرارت مذاب در کوره کوپل سرد دم بین 1400 تا 1500 در تغییر است که البته 1450 بیشتر معمول است.

4-      طرز کار کوره کوپل سرد دم

کوره کوپل سرد دم، ابتدا از طریق سوختن کک یا جریان هوا، گرم می‌شود. برای این که قبل از ورود بار فلزی کک سرخ شده و به حالت التهاب درآید، لازم است که دستگاه دم برای مدت کوتاهی روشن شود.  سپس زمانی عمل بارگیری کوره انجام می‌شود که بلندی کک بستر به حد لازم رسیده باشد. (بلندی لازم برای کک بستر معمولا برابر است با قطرداخلی کوره از سطح لوله‌های دمنده بالا). در این موقع مواد گداز آور را متناوبا یا یکجا بر روی آهن و کک اضافه می‌نمایند و به محض این که کوره پر شد، جریان هوا را برقرار می‌سازند. آهن مذاب در بوته کوره جمع می‌شود یا مستقیما به دخل حوضچه می ریزد.

5-      دستگاه‌های اندازه‌گیری برای کوره کوپل

برای آن که کار کوره کوپل با اطمینان کامل انجام شود، دستگاه‌های اندازه‌گیری مخصوصی لازم است. برای توزین هر یک از اجزا رده‌بندی، یک ترازوی ثابت یا متحرک به کار می رود. برای کنترل فرایند گداز ( توان گداز و حرارت آهن) دستگاه اندازه‌گیری مقدار هوا لازم است. خرابی‌های کوره کوپل مانند انسداد به وسیله فشارسنجی که غالبا در بدنه کوره کوپل کار می‌گذارند  مشخص می‌ شوند. کنترل درجه حرارت می‌تواند به وسیله  ترموکوپل یا به کمک آذرسنج صورت گیرد. معذالک باید توجه داشت که در اینجا آذرسنجهایی که اساس کار آنها بر طبق اندازه‌گیری انرژی تشعشعی تمام طول موجها و یا آذرسنجهایی که بر اساس اندازه‌گیری انرژی تشعشعی یک طول موج به خصوص کار می‌کنند برای اندازه‌گیری دقیق حرارت مناسب نیستند، زیرا اندازه‌گیری حرارت به وسیله این دستگاه‌ها به میزان تشعشع متغیر مذاب بستگی دارد. محاسبه دقیق درجه حرارت فقط به وسیله آذرسنجهایی که دارای فیلتر برای دو رنگ سبز و قرمز می باشد انجام می گیرد. این فیلتر باعث می شود که جسم به این دو رنگ مشاهده شود با تغییر تدریجی صفحه متحرک مدرجی که باعث مخلوط شدن این دو رنگ می‌شود رنگ سفید مایل به زردی ایجاد می‌شود که  نشان دهنده حرارت مذاب می باشد.

ب: کوره‌های  کوپل هوای گرم (گرم دم)

1-      ساختمان

ساختمان کوره‌های کوپل گرم دم در اصل شبیه ساختمان کوره‌های کوپل سرد دم است. با این فرق که کوره کوپل گرم دم همیشه استوانه‌ای نیست. اولین کوره کوپل گرم دم در اینجا قابل ذکر است، به وسیله شورمن کامل شد.

شکل 3

کوره کوپل گرم دم به کمک گرم‌کننده‌هایی که به طریق بازگشتی هوا را گرم می‌کنند کار می‌کند شکل 3 یک کوره کوپل شورمن را نشان می‌دهد که به گرم کننده‌های جانبی آن متناوبا گاز گرم و هوا داده می‌شود. کوره کوپل گرم دم ، امروزه به ندرت مورد استفاده  قرار می گیرد. یکی دیگر از کوره‌های کوپل گرم دم که امروزه به ندرت مورد استفاده  قرار می گیرد، کوره فرائن کنشت است.

گازهای گرم کوره به لوله‌هایی که دور تا  دور کوره فرائن کنشت را در بر گرفته‌اند وارد می شود و آنها را گرم می‌نماید. از طرف دیگر، در جهت عکس حرکت گازها که از پایین به بالا است، هوای سرد از کنار لوله‌های حامل گاز گذشته، وارد کوره فرائن کنشت می شود. حرارت هوا هنگام ورود به کوره فرائن کنشت به 100 تا 150 می‌رسد.

شکل 4

 هوای سرد در اغلب کور‌ه‌‌هایی که امروزه متداولند، به وسیله رکوپراتور (گرم‌کننده‌های هوا که طریق رکوپراتیو هوا را گرم کی‌کنند) گرم می شود.  برای گرم کردن هوا غالبا از حرارت گازهای گلوگاه استفاده  می شود، به طوری که گازهای گلوگاه را به وسیله دستگاه مکنده به رکوپراتور می رسانند تا در آنجا عمل انتقال گرما از گازها به هوای سرد صورت گیرد.

عمل مکیدن  گازهای خروجی ممکن است به سه صورت انجام گیرد:

الف- کمی پایین تر از دریچه ورود بار ( شکل 5)

 ب- کمی بالاتر از سوختگاه ( شکل 6)

ج- کمی بالاتر از دریچه ورود بار ( شکل 7)

 برای پیش گرم کردن هوا در حالت الف و ج از حرارتی استفاده  می‌شود که در اثر واکنشهای شیمیایی تولید شده است در صورتی که در حالت «ب» هوا بدون دخالت واکنش شیمیایی یعنی فقط به کمک گرمای محسوس گازهای کوره کوپل گرم می شود. گذشته از آن کوره‌های کوپل گرم دمی وجود دارند با رکوپراتورهایی که گرمای آنها از خارج از کوره  تامین می‌شود (شکل 8) و به حرارت ایجاد شده از سوختن گاز داخل کوره بستگی ندارند. امتیاز این نوع کوره‌ها در این است که آسانتر تنظیم می‌شوند.

 شکل 5

برای ثابت نگهداشتن شکل داخلی کوره اکثرا از یک سیستم خنک کننده‌ آبی نیز استفاده  می شود که جنس لوله‌های آن معمولا مسی است. در کنار کوره‌های معمولی که دارای آستراسیدی هستند و در آلمان ساخته می شوند در فرانسه و بلژیک هم در سالهای اخیر کوره‌هایی به نام کوره‌های کوپل متالوژیکی متداول شده است.

شکل 9 یک چنین دستگاهی را که با رکوپراتورهای لوله‌ای و مارپیچی مجهز است، نشان می‌دهد. این کوره‌ها در بعضی موارد با سرباره بازی کار می‌کنند و اغلب در قسمت پایین دارای آستر خنثی هستند، در حالی که در بالای سوختگاه اصولا فاقد آستر دیرگداز می باشند.

به علت آن که این کوره‌های از خارج به وسیله آب خنک می‌شوند، در طرف داخلی بدنه آنها لایه‌ای از آهن و سرباره تشکیل می‌شود  که بر حسب شدت خنک کنندگی آب، دارای ضخامت معینی می‌شود و به جای آستر دیرگداز به کار می‌رود.

شکل 6

این کوره‌ها برعکس کوره‌های سرد دم متداول که فرایند گداز آنها به مدت دو شیفت طول می‌کشد، می‌توانند برای مدت طولانی تری کار کنند.

شکل 7 شکل 8 شکل 9

 2 – عمل احتراق

عمل احتراق در اصل مانند احتراق در کوره‌های سرد دم است، اما ختلاف اصلی در این است که سوختگاه در کوره کوپل گرم دم، به علت استفاده  از هوای پیش گرم شده به سطح دمنده‌ها نزدیکتر می شود. با کوچک شدن گدازگاه، حرارت کوره گرم دم از حد ماکزیمم کوره سرد دم تجاوز می‌کند و در نتیجه واکنش بودوار، شدیدتر صورت می‌گیرد. در چنین شرایطی نسبت احتراق در کوره‌‌های گرم دم کوچکتر می‌شود.

3-      سیر آهن

رجوع شود به بخش یک

4-      توان گداز و موقعیت‌های حرارتی بار

 موقعیت حرارتی بار کوره کوپل گرم دم در اصل مانند کوره کوپل سرد دم است. در اثر ورود هوای پیش گرم شده به کوره کوپل گرم دم، حرارت بار آن ( در صورتی که مقدار کک در دو کوره ثابت باشد) از حرارت بار کوره کوپل سرد دم بیشتر می شود.

درصد مقدار کک را در کوره کوپل گرم دم، اغلب به 8 تا 12٪ می رسانند.  تحت این شرایط حرارت آهن به 1450 تا 1550 می‌رسد. در کوره‌های کوپل گرم دمی که جداره آنها بازی است، مقدار بیشتری کک به کار برده می‌شود. (15 تا 25٪). بدین جهت کربن دهی در کوره کوپل گرم دم بیشتر انجام می‌گیرد. و با این ترتیب می‌توان بار آنها را در مقایسه با بار کوره کوپل اسیدی از موادی که دارای کربن کمتری هستند انتخاب نمود. امتیاز دیگر کوره کوپل گرم دم این است  که به علت خاصیت بازی سرباره آنها، درصد گوگرد آهن پایین‌ می‌آید.

5-      طرز کار

رجوع شود به بخش 1

در آغاز ذوب، هوای گرم وجود ندارد، مگر آن که یک رکوپراتور با گرم کننده خارجی یا یک دستگاه گرم کننده دیگری موجود باشد. بالا رفتن درجه حرارت هوا با گرم شدن رکوپراتور به وسیله گازهای خروجی نسبت مستقیم دارد.

6-      دستگاه‌های اندازه‌گیری

دستگاه‌های اندازه‌گیری که در بخش یک برای کوره کوپل سرد دم ذکر شد، برای کوره‌‌ کوپل گرم دم تغییرات قابل توجهی پیدا می‌کنند، زیرا کوره کوپل گرم دم مراقبت و دقت بیشتری را لازم دارند.  آنالیز گاز در کوره کوپل گرم دم با کمک رکوپراتورهای مجهز به دستگاه‌های اندازه‌گیری خودکار تعیین می‌شود . اندازه‌گیری‌های پی در پی حرارت هوا  در ثابت نگه داشتن حرارت مورد نظر های تاثیر بسیار دارد، علاوه  بر آن این دستگاه‌های اندازه‌گیری حرارت تا حدی هم کار تنظیم کننده‌ها را انجام می‌دهند، یعنی در صورت بالا بودن حرارت هوای احتراقی در رکوپراتور جریان هوای سرد را باز می کنند و در صورت پایین بودن حرارت  هوا، دستگاه‌های گرم کننده ذخیره به کار می‌افتند.

بخش دوم : مواد نسوز در کوره کوپل

1-      بررسی عوامل تخریب مواد نسوز در قسمتهای مختلف کوره کوپل

عوامل  تخریب در کوره کوپل به طور کلی به سه بخش عمده مکانیکی، شیمیایی و حرارتی تقسیم می‌شوند مجموعه عوامل فوق‌الذکر و شدت و ضعف هر یک از عوامل در هر منطقه از کوره کوپل سبب انتخاب  نوع به خصوصی از مواد نسوز در کوره کوپل می‌شود در زیر به شرح منطقه ‌های مختلف کوره کوپل و عوامل تخریب هر منطقه می‌پردازیم.

1-1              پایه یا کف بوته کوره کوپل

در این قسمت تخریب مکانیکی فقط در هنگام اولین شارژ کوره کوپل وجود دارد. تخریب  حرارتی در هنگام ذوب و تخریب شیمیایی به ندرت اتفاق می‌افتد.

2-1 دیواره بوته کوره کوپل

 در این قسمت تخریب شیمیایی و حرارتی در اثر تماس مستقیم با سرباره و آهن مذاب وجود دارد.

3-1 منطقه ذوب ( گدازگاه) کوره کوپل

در این قسمت حداکثر تخریب شیمیایی و حرارتی به وجود می‌آید  لیکن میزان تخریب مکانیکی به حداقل می‌رسد در این قسمت به طور کلی درصد  عمده‌ای از تخریب  ایجاد می گردد.

4-1- منطقه پیش گرم ( پیش گرمگاه) کوره کوپل

در این قسمت از میزان تخریب شیمیایی و حرارتی کاهش یافته، لیکن تخریب مکانیکی شدیدا افزایش می‌یابد.

5-1- دهانه کوره کوپل

در این قسمت شدیدترین تخریب مکانیکی به علت شارژ مواد و کمترین تخریب حرارتی وجود دارد.

6-1- کانال‌های گاز کوره کوپل

در این قسمت به علت وجود حرارت تا C01200 و ترکیب گرد و غبار موجود در آنها انتخاب نوعی مواد نسوز می‌باشد که  قابلیت هدایت گرمایی آنها کم باشد تا بتواند باعث عدم انتقال حرارت به خارج گردد.

2-      مواد نسوز  در کوره کوپل اسیدی

1-2- آجر نسوز  سیلیسی

حاوی بیش از 93 درصد Sio2 و مقدار کمی آهک به عنوان چسب وزن مخصوص انواع آن بین 34/2 – 45/2 می‌باشد. این نوع آجر برای آستر کردن کوره کوپل به علت گرانی مقرون به صرفه نمی‌باشد.

2-2- آجر نسوز Deva

مانند آجری سیلیسی می‌باشد که به صورت خام مصرف می‌گردد.

3-2- ماسه سنگ طبیعی

بیشتر مورد استفاده  در کارگاه ریخته‌گری می‌باشد.

4-2 – سنگ  کوارتز و زیرکون

به صورت خاک نسوز  و خاک نسوز افشان مورد استفاده  قرار می گیرد. زیرکون حاوی 66 درصد Zro2 و 33 درصد Sio2 می باشد.

5-2- خاک نسوز کوارتزیت

این نوع مواد نسوز که جهت کوبیدن آستر و یا افشاندن مواد آستر به کار می‌روند دارای مشخصات ذیل می باشند.

Al2o3     Fe2o3       Mgo + Cao   Seger Kegel

33-30          ٪5/0 – 2/0        ٪5/3 – 5/0      ٪7 – 4    مخصوص کوبیدن

33-30          ٪5/0 – 2/0        ٪5/3 – 1         ٪8 – 5    مخصوص کوبیدن

 6-2- سنگهای شاموتی

سنگهای شاموتی حاوی ٪45 – 15 آلومین و مقدار کمی ٪6  - 5 اکسید آهن و اکسید کلسیم و حدود ٪70 – 50 سیلیس می باشد.  یکی از مشخصات عمده سیلیس که در موقع کاربرد آن به عنوان مواد نسوز باید مورد توجه قرار گیرد افزایش حجم آن در اثر افزایش درجه حرارت می باشد و این به علت تغییر فاز در مقاطع  مختلف حرارتی می‌باشد.  تغییرات حجمی و درجه حرارت‌های تغییر فاز  به شرح زیر می‌باشد.

شیشه کوارتزی (کریستوبالیت)                  (تریدیمت)                       (کوارتز)            (کوارتز)

C0 1725                              C0 1470                       C0 870             C0 573

 

٪ افزایش حجم

وزن مخصوص

 

-

65/2

کوارتز

3/14+

32/2

کریستو بالیت

2/17+

26/2

تریدیمیت

4/20+

20/2

شیشه کوارتزی

 

3-      مواد نسوز در کوره کوپل بازی

در ساختمان این نوع کوره ها می‌توان از آستر با مواد خنثی و یا مواد نسوز بازی استفاده  نمود.

1-3- خاک نسوز کربن‌دار

این خاک در مقابل تاثیرات شیمیایی حرارتی سرباره مقاومت بسیاری دارد خاصیت چسبندگی در این خاک توسط قطران تامین می‌گردد.

2-3- آجر سلیسیوم کاربید

این ماده نسوز حاوی 40 الی 90 درصد Sic می‌باشد.

3-3 دولومیت

خاک دولومیتی که حاوی اسید منیزیم و اکسید کلسیوم Cao است دارای تجزیه شیمیایی به شرح زیر می باشد:

Cao             40%     , 38%  Fe2o3 + AL2o3 = 11% Sio = 11%

4-3 منیزیت (پری کلاس)

قسمت اعظم  این خاک نسوز از Mgo تشکیل شده و بقیه عناصر شامل AL2o3 و Cao و Sio2 می‌باشد.

5-3- کرم منیزیت

 این نوع سنگ مقاومت زیادی در مقابل سرباره‌های ذوب فولاد که حاوی مقدار زیادی اکسید آهن هستند، دارد لیکن در کوره‌های کوپل به علت گرانی آن مصارف زیادی ندارد.

بخش سوم: اطلاعات تکمیلی

1-   بهبود توان گداز در کوره‌های کوپل گرم دم از طریق افزایش حرارت هوای گرم در دمنده‌ها تا 0c 600 . برای این که در کوره کوپل از انرژی و مخارج صرفه‌جوئی کرد،  باید از مقدار کک بارگیری کاست و به مقدار قراضه فولاد ارزانتر در رده‌بندی  اضافه نمود. این مشکل جدیدی نیست، اما با پیشرفت و تکامل تکنیک باید طوری حل شود که هم از نظر تکنیکی و هم از نظر اقتصادی رضایت بخش باشد. در رده‌بندی یک کوره کوپل  مقدار کک بارگیری به وسیله دو معیار تعیین می‌شود،  مقدار کک مورد نیاز برای ذوب و مقدار کک مورد نیاز برای عمل کربن‌دهی.

معیار اول تعیین کننده مقدار گرمایی که برای دستیابی به حرارت مورد نیاز آهن لازم است، این مقدار کک مورد نیاز در مورد کوره کوپل سرد دم به حداکثر مقدار خود می‌رسد. با استفاده  از هوای گرم،  مقدار کک کاهش می‌یابد  و در حقیقت این کاهش مقدار با ثابت ماندن توان گداز و هوای  0c 600 در دمنده‌ها به حدود 50٪ خواهد رسید.  در صورتی که در این کار از کاهش مقدار کک بارگیری صرفنظر شود، می‌توان توان گداز را از طریق افزایش مقدار هوا تا حدود 80٪  بهبود بخشید.

از این مسئله نتیجه می‌شود که با افزایش حرارت هوای گرم در دمنده‌ها تا  0c 600 یا مخارج کاهش می یابد و یا در صورتی که امکانات رده بندی مواد و بارگیری  اجازه دهد،  می‌توان به افزایش ظرفیت قابل توجهی نائل آمد. کاهش مقدار کک بارگیری در صورتی که کک بستر به قدر کافی باشد باعث می‌شود که بتوان  مقدار قراضه فولاد را که از آهن خام ارزانتر است تا حدود 75٪ زیاد کرد. در این جا معلوم می‌شود که تا چه اندازه مخارج ذوب را  کاهش داد، به خصوص این که کک ریخته‌گری یک منبع انرژی گرانقیمت است.  امروز به علت وجود دستگاه‌های مدرن این امکان وجود دارد که حرارت 600 درجه‌ای هوای گرم را در حین فرایند گداز کاملا ثابت نگه‌داشت. شکل 10

 استوانه کک بستر در کوره کوپل به صورت ستونی عمل می‌نماید که به کمک آن بار فلز در ارتفاع  لازم نگه داشته می‌شود.  در این حالت سطح فوقانی کک بستر قسمت تحتانی گدازگاه را تشکیل می دهد.

ارتفاع کک بستر بستگی دارد به : قطر داخلی کوره کوپل، فاصله بین سطح دمنده‌ها با ارتفاع سرباره و کف کوره ( سیفون هم سطح با کف) ( سیفوت فشار) و علاوه بر آن به مقدار کک‌بارگیری، جنس و اندازه قطعات کک، مقدار و حرارت هوا، فشار هوا، و اجزا رده‌بندی در صورتی که شرایط ذوب ثابت باشد، استوانه‌ کک بستر نیز ثابت خواهد ماند. بین ارتفاع کک بستر ( منطقه چکیدن مذاب) با میزان جذب کربن مذاب رابطه مستقیمی وجود دارد.  نوع شارژ (رده‌بندی) و ارتفاع کک بستر ( منطقه چکیدن مذاب) مقدار کربن را در آهن مذاب تعیین می‌کند. تغییرات بهینه در شرایط ذوب ارتفاع به رده‌بندی صحیح، و فاصله دمنده‌ها از کف کوره کوپل و یا سطح فوقانی سرباره، یعنی به ارتفاع منطقه چکیدن مذاب دارد. به وسیله هوای پیش گرم شده و به کمک ککی که به مصرف سوخت می رسد، گرمایی بیشتری در کوره کوپل ذخیره می شود و مورد استفاده  قرار می‌گیرد. هر چه حرارت هوای گرم  افزایش یابد به همان نسبت هم مقدار گرما بیشتر شود. به همین مناسبت توان موثر گرمایی دستگاه کلا نیز افزایش می‌یابد.  با افزایش حرارت هوای گرم نه فقط به حرارت منطقه اکسیداسیون افزوده می‌شود،

شکل 10

الف- حرارت گاز سوختنی (a)

ب- حرارت هوای گرم در پشت گرم کننده ( رکوپراتور ) پیشین (b)

ج- حرارت هوای گرم در پشت گرم کننده ( رکوپراتور ) اصلی c

د- حرارت هوای گرم در دمنده‌ها

ح- حرارت گاز خروجی در پشت گرم کننده‌های  (رکوپراتورهای) اصلی e

و- حرارت گاز متصاعد کوره کوپل در سطح بار f

ز- مقدار هوای گرمی که به کوره وارد می‌شود. G (mn 3/ h * 80)

ه. مقدار هوای سردی که وارد گرم کننده‌ها ( رکوپراتورها) می‌شود (h ) ( m n 3/ h * 120) .

بلکه همزمان  آن حرارت گازهای خروجی کوره نیز، همانطور که شکل  2 هر دو منحنی مربوطه را نشان می‌دهد، افزایش می یابد.

در نتیجه سوخت بهتر، منطقه اکسیداسیون کوچکتر می‌شود، یعنی در صورت ثابت ماندن دیگر شرایط ذوب ، ارتفاع کک بستر کمتر می‌شود. شکل 11.

در صورتی که ارتفاع دمنده‌ها به مقدار  افزایش یابد . شکل 12 ، ارتفاع کک بستر نیز به همان مقدار زیاد می‌شود.

افزایش حرارت گازهای خروجی باعث انتقال منطقه احیا به قسمتهای بالاتری در کوره کوپل میشود و در نتیجه  مقدار گاز کربن موجود در این گاز بیشتر از گازهای خروجی کوره‌هایی است که حرارت هوای پیش گرم شده آنها کمتر باشد.  ازدیاد گاز کربن را می‌توان از طریق افزایش مقدار هوا به شرط ثابت ماندن مقدار کک بدین ترتیب خنثی نمود  که برای هر کیلوگرم  کک اکسیژن بیشتری به کوره کوپل عرضه شود. این عمل باعث تشدید ذوب و افزایش  توان گداز نیز می‌گردد.  با استفاده  از این طریقه نه تنها حرارت گازهای خروجی به علت حرارت بیشتر هوای پیش‌گرم شده افزایش می‌یابد بلکه عمل احتراق نیز شدیدتر شده و باعث کاهش مقدار اضافی گاز کربن نیز می‌گردد.

همزمان با آن در نتیجه افزایش مقدار هوای پیش‌گرم شده، منطقه اکسیداسیون نیز وسیعتر می شود و این بدان معنی است که عمل ذوب تشدید شده و توان گداز در اثر بهتر شدن توان موثر گرمایی و ثابت ماندن ارتفاع کک بستر افزایش می‌یابد. ذوب در کوره کوپلی که حرارت هوای گرم دمنده‌های آن 0c600  است، نسبت به ذوب در کوره کوپلی که هوای گرم دمنده‌های آن کمتر است، دارای امتیازهای زیر می باشد:

مذاب  با  درجه حرارت بیشتری خارج می‌گردد.

-         توان موثر گرمایی بهتر و کاهش مصرف کک ( برا هر تن آهن)

-         توان گداز بیشتر

-         سوختگی کمتر آهن، سیلیسیوم  و منگنز.

به طور خلاصه می‌توان گفت: اگر منطقه چکیدن مذاب که در اثر افزایش حرارت هوای گرم کوچکتر می‌شود، از طریق پایین آوردن کف کوره کوپل یا بالا بردن سطح دمنده‌ها وسعت یابد، به طوری که کربن دهی یا کاهش سوخت سیلیسیون در این منطقه

شکل 11

به طور دلخواه میسر گردد، مشاهده می شود که اگر صرفه‌جویی در کک با هوای گرم 450 درجه سانتی‌گراد 3٪ بوده است، در این حالت تا10٪  افزایش می یابد. کاهش مصرف کک برای حرارت هوای گرم  0c600 باعث بهبود یافتن توان موثر گرمایی می شود به شرط این که توان ثابت باشد.  

شکل 12

 نظر به این که کاهش مقدار کک بازدهی به میزان  10٪  حدود 10 تا 13٪ کاهش مقدار گاز کربن موجود گاز گلوگاه کوره کوپل را به همراه دارد. بنابراین گرمای محسوس برای سوزاندن گاز گلوگاه اهمیت بسزائی پیدا می کند، زیرا از گلوکاه کوره کوپل می‌تواند با حرارتی معادل 250 تا 300  و مقدار کربنی در حدود 8 تا 10٪ بدون اشکال در یک  مخزن صورت مقدار بخار آب در این گاز افزایش می یابد.  سوختن گاز خنک گلوگاه کوره که دارای 8 تا 10٪  کربن است، به کمک شعله گاز سنگین یا شعله نفت سبک انجام می‌گیرد. این امر به دلایل امنیتی  و خطر انفجار که مشکلات بسیاری را موجب می‌شود باید با دقت کافی انجام پذیرد. سوزاندن گاز گلوکاه کوره کوپل، در صورتی که آلودگی و گرد و غبار آن به وسیله  رطوبت گرفته شده باشد، زمانی بدون کمک شعله اضافی میسر خواهد بود که مقدار کربن آن از 8٪ بیشتر باشد. برای تعیین روش گرد و غبارگیری از گاز گلوگاه کوره کوپل باید دید که چه راهی با مشکلات کمتر مواجه می‌شود:

الف- گرد و غبارگیری گرم کننده که با گاز آلوده کوره کوپل کار کرده است.

ب- افزای درصد گاز معمولی

ج- کوره کوپل را طوری تنظیم کنند، که گاز گلوگاه بعد از خنک  شدن هم گاز کربن کافی در برداشته باشد.

مقدار گرمای حاصل از سوخت گاز گلوگاه  به طریقه استفاده  از رطوبت گردگیری شده و مقدار گاز کربن آن به میزان کافی باشد، می‌تواند حرارت هوای داخل گرم کننده‌ها  را آنقدر افزایش دهد که حرارت هوای پیش گرم شده در دمنده به 600 درجه سانتی‌گراد برسد.

ذوب در کوره کوپل زمانی ارزانتر تمام می شود که:

الف- مصرف کک تا حد امکان کاهش یابد.

ب- منطقه چکیدن مذاب کربن‌دهی، دلخواه را موجب شود.

ج- حرارت مورد نظر برا ذوب به وسیله حرارت هوای گرم تامین گردد.

د- مقدار بار فلز ارزان قیمت بیش از 50٪ باشد.

ح- به علت حرارت هوای گرم 0c600 در دمنده‌ها، ذخیره گرما و در نتیجه توان موثر گرمایی مجموع دستگاه ذوب افزایش یابد.

برای ریخته‌گر، به کار بردن یک دستگاه کوپل گرم دم که حرارت هوای گرم آن در دمنده‌ها 0c600 باشد، در رابطه با مخارج ذوب روش منطقی‌تری جهت  ذوب عرضه می‌کند ( در ضمن تمام مقررات مربوط به حفاظت محیط زیست نیز توجه شده است) .

2-      امکانات استفاده  از کندوله پیش احیا شده یا آهن اسفنجی بریکت شد در کوره کوپل

1-        طرح مطلب

کوشش‌های صنایع ریخته‌گری برای تهیه آهن، بدون استفاده  از کوره بلند به تولیدی منتهی می‌شود که به آن بر حسب شکل گندله پیش احیا شده یا آهن اسفنجی می‌گویند. روشهای گوناگون ذوب تحت مفهوم احیا مستقیم خلاصه می شوند و در مقابل روش معمولی استفاده  از کک در کوره بلند طریقه دومی را برای تهیه آهن ارائه می‌دهند.  عامل مشخص کننده روشهای گوناگون احیا مستقیم جدا کردن اکسیژن از ماده احیا شونده ( اکسید آهن) در حالت جامد می‌باشد، در حالتی که شکل ظاهری آن کاملا باقی بماند. وجود اختلاف دراین روشها به ترکیب شیمیایی عامل احیا و نوع ساختمان کوره بستگی دارد. 75 تا 98 درصد از محصولات احیا را فلز تشکیل می دهد. مابقی آن به صورت اکسید آهن و یا به صورت  مواد فرعی می باشد که جدا کردن آن از آهن چنانچه که در کوره بلند هم مشابه می‌شود میسر نیست. به علت جدا شدن اکسیژ=ن سنگ معدن، قطعات آهن اسفنجی یا گندوله پیش احیا شده دارای حفره‌هایی هستند که حجم آنها 50 درصد بوده در نتیجه سطح ویژه از 3 تا cm 2/cm 35/3 تا cm 2/cm3 35 افزایش می‌یابد، قابلیت هدایت گرما 3 تا 4 kcal / mhco کاهش می یابد .

افزایش سطح ویژه مشکلاتی از نظر محل و طرز نگهداری مواد ایجاد می‌کند که لزوم بریکت کردن برای جلوگیری از دوباره اکسید شدن را ایجاب می‌کند.

بریکت‌های معمولی به میزان دو برابر آهن اسفنجی پرس نشده، تراکم دارند.  قابلیت اکسیده شدن این بریکت‌ها تقریبا مانند قطعات قراضه هم اندازه خود می باشد.

مقدار انرژی لازم برای انجام کارهای متالوژیکی در کوره‌‌های کوپلی که با مواد پیش احیا شده بارگیری شده‌اند، به مقدار اکسیژن باقمیانده در مواد پیش احیا شده به میزان زنگ زدگی مقدار فرعی و درجه قلیائی آن در سنگ معدن بستگی دارد. اکسیژن باقی مانده در مواد پیش احیا شده به میزان 2 درصد به معنی آن است که درجه احیا در حدود 95 درصد بوده است. بیشتر مواد کانی که برای تهیه آهن اسفنجی مورد نظر می‌باشند درجه قلیائی آنها کمتر از 5/0 و مقدار مواد فرعی آنها در حدود 4 تا 8 درصد می باشد. هدف از این آزمایشها پیدا کردن جوابی برای این سوال است که تحت چه فرضیه ترموتکنیکی و متالوژیکی می‌توان بریکت‌های آهن اسفنجی و گندوله پیش احیا شده را در کوره‌های کوپل به کار برد.

در ضمن باید رابطه فیزیکی و متالوژیکی آنها را در هنگام ذوب با توجه خاص بدین مضوع سنجید که مقدار و ترکیب شیمیایی سرباره بر حسب نوع مواد فرعی در سنگ معدن تغییر پذیر می باشد.ازطرفی باید تحقیق شود که آهن اسفنجی به علت بالا بردن درجه خلوص آن تا چه مقداری می‌تواند جایگزین قراضه فولاد و حتی آهن خام گردد. چون مقدار کربن، سیلیسیوم و منگنز آهن اسفنجی کم است، بایستی تحقیق شود که غیر یکنواخت بودن رده‌بندی در رابطه با محصول نهایی، چه تاثیری بر روی ترکیب شیمیایی خواهد داشت.

علاوه بر آن باید روشن شود که زیادی جرم مخصوص توده آهن اسفنجی بریکت شده  با گندله‌‌های پیش احیا شده چه تاثیری  در عبور هوای کوره دارد و این امر در رابطه با پر منفذ بودن و کاهش یافتن قابلیت هدایت گرما در جسم، چه اثری روی انتقال گرما از گازهای کوره می‌گذارد.

سرانجام باید اثر ازدیاد مقدار سرباره را که توسط وجود مواد فرعی تشکیل  می‌شود، از نظر ترموتکنیکی ، متالوژیکی و تکنولوژیکی بررسی کرد. کاهش  مقدار عناصر کم غلظت در گدازه آهن به علت زیاد بودن درجه خلوص مواد پیشاحیا شده سبب استفاده  بیشتر این مواد برای تولید چدن با گرافیت کروی شده است.

2-        آماده سازی کوره کوپل جهت بارگیری و تخلیه

1-      روشن کردن کوره

بیشتر ریخته‌گری‌ها دست کم از دو کوره کوپل برخوردارند که به تناوب مورد استفاده  قرار می‌گیرند. در ریخته گری‌های کوچک که دارای یک کوره کوپل هستند، هر دو یا سه روز یکبار ریخته‌گری انجام می‌شود. کوره کوپل را که بعد از آخرین ذوب به خوبی بازسازی و خشک شده باشد، به وسیله  هیزم، گاز یانفت معمولی و ... گرم می‌کنند. چنانچه هیزم به کار ببریم،  ابتدا تراشه‌های هیزم یا تراشه‌ چوب را روی بستر ماسه‌ای (کف کوره) قرار می‌دهند، سپس کنده‌های هیزم و سرانجام روی کنده‌ها را مقداری کک بستر اضافه می‌کنند. آنگاه عمل سوختن آغاز می‌شود، از راه گلوگاه آنقدر کک اضافه می‌کنند تا ارتفاع کک بستر بلندی مورد نظر را تا بالای دمنده‌ها به دست آورد.  می‌توان در مصرف چوب صرفه‌جویی کرد، به شرطی که به جای قسمتی از آن، مقداری زغال سنگ جایگزین گردد. برای گرم کردن کوره کوپل به وسیله نفت، هنگام بارگیری کک، به کمک یک ماهیچه دوکی شکل که بعدا برداشته می شود مجرایی برای مشعل گازی یا نفتی ایجاد می‌کنند. دریچه‌ بازسازی ، دریچه تخلیه بار، دریچه بار و دمنده‌های هوا تا شروع ذوب اصلی باز باقی می‌مانند.  گداخته کردن کک بستر حداقل دو تا سه ساعت طول می‌کشد.آستر کوره کوپل به تدریج گرما را می گیرد و در پی ان حرارت به اعماق آستر نفوذ می کند و این چیزی است که برای گرم نگه داشتن آهن حائز اهمیت بسیاری است بعد از این که کک بستر در جلوی دمنده‌ها به گداخته سفید رنگی تبدیل شد به آن کک می‌افزایند تا به ارتفاع لازم برسد و سپس بارگیری را شروع می‌نماید.

توصیه  می شود که در روی کک بستر به میزان 50 کیلوگرم سنگ آهک اضافه کنند، تا تشکیل سرباره بهتر صورت گیرد.  اخیرات دمیدن کک بستر به مدت 15 دقیقه  پرس شده با زاویه  120 از راه دریچه تخلیه بار معمول شده است. بدین طریق کک بستر از کف به بالا داغتر شده و قسمتی از گوگرد آن سوخته می شود. بنابراین اولین آهن تخلیه شده داغتر و کمی گودتر است و مستقیما برای تهیه قطعه ریخته‌گری به کار می‌رود،  در حالی که تا آن زمان مجبود بودند در بعضی از ریخته‌گری‌ها، اولین بار را به صورت شمش بریزند.

2-      خاموش کرده کوره کوپل

برای خاموش کردن کوره کوپل عملیات  زیر انجام می‌گیرد: قطع کردن جریان هوا، خالی کردن تنوره و در کوره‌های دارای اجاق پیشین ، تخلیه سرباره باقمیانده به وسیله باز کردن درب حوضچه، در صورتی که کوره کوپل خوب تنظیم شده باشد، افت اهن به وجود نمی‌آید  و یا افت کمی ایجاد می شود، زیرا تا آن اندازه آهن در کوره کوپل ریخته‌ و ذوب می‌شود که برای ریخته‌گری لازم است.

تا زمانی که کک شارژ در کوره باقی است، مقدار و فشار هوا بدن تغییر باقی می مانند. بنابراین تا پایان ذوب عمل دمش با فشار  ثابت ادامه می‌یابد. بعد  از قطع جریان هوا، دریچه‌های  دمنده را باز می کنند، تا گازها وارد لوله هوا نشود. همزمان با آن ، دریچه تخلیه بار را باز کرده، مذاب آهن باقیمانده را تخلیه می‌نمایند. چفت دریچه کف را شل کرده، کوره کوپل زیر آن را با یک قلاب بلند  یا زنجیر می‌کشند. معمولا دریچه خود به خود به علت وزن خود می‌افتد. در صورتی تمام بار کوره کوپل ذوب شده باشد، فقط کک  بستر ملتهب از دریچه می ریزد و در غیر این حالت، آهن باقیمانده ذوب نشده نیز با آن می ریزد. قطعات به هم چسبیده آهن را باید با میله‌های قلاب‌دار از هم جدا نمود. توده ملتهب کک، آهن و سرباره را باید با فشار آب خنک نمود. جدا کردن مواد تخلیه شده را در روزهای بعد انجام می‌دهند. برای خاموش کوره نباید آب زیاد مصرف کرد، تا کف بیش از حد مرطوب  نشود.

بخش چهارم- محاسبه رده‌بندی مواد ( محاسبات شارژ کوره)

تحت عنوان رده‌بندی تهیه مخلوطی از مواد خام  فلزی فهمیده می‌شود که در اثر ذوب  در کوره کوپل و چدن ریزی دقیق، چدنی با ترکیب شیمیایی دلخواه و مقاومت معین به دست می‌آید. بنابراین، با محاسبه رده‌بندی مواد مقدار لازم هر یک از مواد خام تشکیل دهنده مخلوط معلوم می شود. برای این کار روشهای جدول‌بندی، محاسبه‌ای و نموداری به کار می‌رود. نکته مهم  درهرمحاسبه  رده‌بندی ترکیب شیمیایی چدنی است که باید جنس مورد نظر را ارائه دهد. مشخص کردن ترکیب شیمیایی در این جا شرح داده نمی شود، بلکه فقط به این مسئله پردخته می‌شود که چگونه در کوره کوپل از فلزهای خام مورد دسترس چدنی با خواص دلخواه به دست آورد. ترکیب شیمیایی انواع آهن خام در هر بار واگن متفاوت است، در حقیقت ترکیب شیمیایی حتی در یک بار واگن یکسان نیست. ترکیب شیمیایی آهن برگشتی موسوم به قراضه‌های داخلی نیز متفاوت است که هر چه دررده‌بندی آنها دقت کمتری مبذول شود، به همان اندازه نیز اختلاف ترکیب شیمیایی بیشتر خواهد شد، به ویژه در انجائیکه بخواهند دسته‌های زیادی از مواد خام را ذوب کنند یا هنگامی که به علت اختلال در کار کوره کوپل آهن غیر قابل استفاده‌ای به وجود آید که باید دوباره به کار برده شود. نامطمئن قسمت هر رده‌بندی محاسبه قراضه‌های چدن است، زیرا در لیست قسمت‌بندی این قراضه‌ها نیز، ترکیب شیمیایی یک نوع چدن معین از این لیست یکسان نمی باشد. بنابراین رعایت دقت بیش از اندازه در محاسبه رده‌بندی کار اشتباهی است. در صحت رقم دوم اعشاری همیشه تردید وجود دارد. اگر محاسبه در مثالهای زیر با دقت زیادی انجام شده است، فقط به خاطر آن است که طرز محاسبه را بیشتر روشن و قابل درک سازد.

1-      جدول رده‌بندی گ. مایر

جدول مایر با وجودی که برای تقسیم کردن اجزا رده‌بندی به کار نمی رود، بلکه از آن فقط به عنوان وسیله ای برای تعیین مقدار کربن و سیلیسیوم در چدنی با ساختمان پرلیتی به ضخامت  و شکل معین استفاده  می‌شود، اما بیش از سایر از جدول‌ها متداول شده است. یک مثال کاربرد این جدول را روشن می‌سازد.  مشخصات فیزیکی و شیمیایی محصول به شرح زیر است:

ضخامت  4 تا 14 میلی‌متر باشد، قالب ماسه‌ای خشک، مقدار کربن در حدود 2/3٪ و مقدار فسفر 8/0٪ .

از جدول زیر نتیجه میشود:

امتیاز 22                                            =                      mm 14 تا 4 ضخامت دیواره

امتیاز 9-                                            =                      2/3٪ کربن

امتیاز 5-                                            =                      8/0٪ فسفر

امتیاز 1-                                            =                      چدن خشک  (چدن ریزی در قالب ماسه‌ای خشک)

امتیاز 7 = امتیاز 15- امتیاز 22

مطابق جدول 1:

سیلیسیوم 85/1٪ = امتیاز 7

 جدول 1 : جدول رده‌بندی برای تهیه چدن‌های با بافت اصلی پرلیتی ( طبق گ. مایر)

 

 

استفاده  از جدول مزبور می تواند در رابطه با کار کوره کوپل مفید واقع شود. زیرا با ترکیب معلوم چدن به طور مثال به طریق تجزیه طیفی به دست‌ می‌آید، می‌توان تعیین کرد که آهن مورد استفاده  برای چه نوع از قطعات چدن مناسب خواهد بود. در مثال فوق‌الذکر مجموع امتیازها برای کربن سیلیسیوم و فسفر امتیاز است. بنابراین آهن برای چدن ریزی قطعاتی به ضخامت 4 تا 14 میلی‌متر قابل استفاده  است، برای قالب ماسه‌ای مرطوب باید ضخامت 4 تا 17 میلی‌متر باشد.

2-      روش محاسبه‌ای

برای محاسبه رده‌بندی مواد از معادلات مربوط به تهیه مخلوطها استفاده  می‌شود در اینجا باید مقدار پرت هر یک از عناصر و یا ناخالصیهای به وجود آمده در اثر ذوب را مورد توجه قرار داد.

شکل 13

برای این کار، هر کارخانه ریخته‌گری باید با استفاده  از بیلان مواد، نموداری از پرت مواد و ناخالصیهای ایجاد شده تهیه نماید، همان طور که به عنوان مثال در شکل 13 سیلیسیوم و منگنز نشان داده شده است. اگر مقدار کربن در مواد شارژ شده مثلا در آهن خام پیش از 4/3 درصد باشد سوختی معادل 4 درصد مقدار اضافه شده پیدا می‌کند. در حالی که اگر مقدار کربن آهن خام بین 3 تا  4/3 درصد باشد آن قدر کربن جذب می‌کند تا به 4/3 درصد برسد. در قراضه فولاد که به طور متوسط 3/0 درصد کربن دارد جذب کربن آن به حدی است که مقدار کربن آن به 7/2 تا  8/2 درصد می رسد. توجه خاص به مقدار گوگرد  حائز اهمیت بسیار است. در اینجا باید سوختن گوگرد موجود در مواد شارژ شده و جذب گوگرد در مذاب از کک را از یکدیگر تشخیص داد. گوگرد موجود  در آهن احتمالا 25٪ سوخته می شود، در حالی که در حدود 40 درد از گوگرد کک به مذاب آهن انتقال پیدا می‌کند.  بقیه گوگرد کک یا می‌سوزد  یا جزو مواد تشکیل دهنده خاکستر درمی‌اید که در این مورد به عنوان کک بدون مصرف به حساب آورده می‌شود. اما گذشته از آن، مجموع بار، سوختنی عادل 2٪  پیدا می‌کند.  علاوه بر آن ، افت در اثر هدر رفتن ذرات مذاب در موقع باردهی یا بقایای پاتیل ها را و یا افتی را که از طریق تولید سرباره در پاتیل به وجود می‌آید، باید مورد توجه قرار داد. به این جهت 5٪ افت در موقع  ریخته مذاب در مثال منظور شده است. هر ریخته‌گری، سعی دارد که تکه‌های باقیمانده قالب‌گیری، تغاذیه و چدن نامرغوب را دوباره ذوب نماید. مقادیر فوق به وزن هر قطعه ریخته شده بستگی دارند و هم به نوع قطعات و باید متناسب با شرایط کار انتخاب شوند.

شکل 14 فقط به عنوان یک شاخص تقریبی صدق می‌کند، اما برای مثال زیر به کار برده می‌شود. منحنی می‌تواند طوری ترسیم شود که مستقیما نشان دهد: چند کیلوگرم چدن آماده از هر صد کیلوگرم بار به دست خواهد آمد. برای ارزشیابی چدن از درچه اشباع Sc استفاده  می‌شود. فرمول دقیق برای تعیین درجه اشباع عبارت است از:

Sc =

 
                             مجموع             

4/26 – 0/31  * %Si – 0/33 * %P – 0/40 * %S + %27 * Mn

 

 

که پس از  ساده کردن آن، رابطه دقیق زیر برای استفاده  در شرایط معمولی کارخانه به دست‌می‌ آید:

Sn =

 
مجموع          

4/26 - (%si +% P )

 

کنترل درجه اشباع در پایان محاسبه رده‌بندی  نشان دهنده بافت مورد نظر چدن بوده و تقریبا لزوم تصحیح رده بندی را معلوم می‌سازد.

شکل 14

روش محاسبه رده‌بندی در یک مثال برای قطعات چدنی از جنس 25GG که وزن هر قطعه آن 50 کیلوگرم است و دارای ترکیب شیمیایی زیر می باشد، نشان داده شود:

کربن 3/3 ٪ سیلیسیوم 8/1 ٪ ، منگنز 7/0 ٪ ، فسفر 4/0٪ ، گوگرد 11/0٪

درجه اشباع برابر است با 92/0

 مطابق شکل 14 از هر 100 کیلوگرم چدن آماده ، 33 کیلوگرم قراضه و چدن نامرغوب به وجود می‌آید. موادی که برای رده‌بندی به کار برده می شوند:

هماتیت با 8/3 ٪ کربن، 5/2 سیلیسیوم ، 0/1 منگنز، 09/0 ٪  فسفر و 03/0 ٪ گوگرد.

آهن خام ریخته‌گری با 6/3 ٪ کربن، 4/2 ٪ سیلیسیم ، 8/0 ٪ منگنز، 7/0 ٪ فسفر و 03/0 ٪ گوگرد.

قراضه های ماشین‌آلات با 3/0 ٪ کربن، 0/2 ٪ سیلیسیوم ، 6/0 ٪ منگنز، 5/0 ٪ فسفر و 10/0٪ گوگرد.

قراضه‌های فولاد با 03/0 ٪ کربن، 2/0 ٪ سیلیسیوم ، 4/0 ٪ منگنز ، 3/0٪ فسفر و 04/0 ٪ گوگرد.

مصفر کک شامل 14٪ می‌شود، در کک 1/1٪ گوگرد وجود دارد. برای محاسبه معادل 2٪  سوختگی در کوره کوپل و 5٪ افت چدن ریزی در نظر گرفته می‌شود.

اولین محاسبه به دست آوردن مقدار باز  (x) و مقدار آهن مذاب برای 100 کیلوگرم چدن آماده است.

X مساوی است با 143 کیلوگرم باری که 140= 0/98× 143 کیلوگرم آهن مذاب می‌دهد . محاسبه بعدی تعیین مقدار چدن قراضه (x) و قراضه فولاد +  آهن خام (y) دررده‌بندی است. محاسبه به دو تساوی نیاز دارد:

الف-

143 = x + y  + 33

100  x+y =

x- 110 =y

ب- آهن خام و چدن قراضه، به علت انتقال مقداری گوگرد از آنها به آهن مذاب تقسیم می شوند. همچنین گوگردی را هم که از کک آهن مذاب منتقل می‌شود باید در نظر گرفت. از این جا تساوی زیر نتیجه می شود:

 + 11× 33× 75/0  x )+ 10/0 ) ×  -110 x × 143+03/× (

11/0× 140= 4/0×1/1×14/0

4/15=062/×143 +   × 03/0+3/3+   × 1/0+63/3+75/0 

83=y ، 27= x

رده بندی موقتی به صورت زیر است:

23٪ =                                                          آهن برگشتی kg 33

19٪ =                                                          چدن برگشتی kg 27

58٪ =                                                          فولاد + آهن خام kg 83

100٪ = بار                            kg 143

تبدیل محاسبه به درصد (%) از این نظر انجام شده است که محاسبات بعدی آسانتر گردد. سومین مسئله ، تقسیم آهن خام و قراضه فولاد است. تساوی مربوطه به آن اساسا همان است که در بالا به کار رفته است. حل تساوی به کمک  تعیین مقدار سیلیسیوم است، در حالی که 10٪ سوختگی آن باید در نظر گرفته شود. کک در این تساوی مورد بحث نیست ، زیرا تاثیر قابل ذکر روی مقدار سیلیسیوم چدن ندارد.

تساوی عبارت است از :

7/0× 98= 2/0 × ( x -58) +45/2+0/2×19×8/1×23×90/0

6/68= x × 8/0 -60/37 + x +4/4+4/11+1/16× 85/0

6/ 68=×085/0+1/59

آهن خام ریخته‌گری 36٪ ، هماتیت 11٪  = x

 نظر به این که حالا مقدار مواد شارژ تعیین شده است و با این ترتیب مقدار سیلیسیوم،  منگنز، گوگرد نیز در نظر گرفته شده‌اند، باید دید که آیا رده‌بندی مقادیر مورد نظر فسفر و کربن را هم در بر دارد یا نه.

سوخته شدن فسفر صورت نمی‌گیرد از این جهت فقط سوخته شده کلی مواد در اثر ذوب دوباره آنها در نظر گرفته می شود. برای کربن باید در تمام مواد بار ، 4٪ سوختگی در نظر گرفت، به استثنای قراضه فولاد کربن‌داری که برای آن به علت سهولت درمحاسبه ، 7/2٪ کربن در تساوی قرار داده می شود. به جای مجهول x در هر دو تساوی مقدار آهن مذاب را قرار می‌دهند.

تساوی فسفر :

X× 98 = 7/0 × 36 + 09/0× 11+03/0×11+5/0× 19+4/0×23

فسفر 46/0٪ = x

تساوی کربن  :

X× 98= ( 6/3× 36+8/3× 11+2/3× 19+3/3×23) × 96/0+7/2×11

X× 98= ( 6/129+8/41+6/138) × 96/0+7/29

X× 98= 6/297+7/29

X× 98= 3/327

کربن 35/3٪ = x

انحراف محاسبه  برای هر دو عنصر در رقم دوم اعشاری جود دارد که باید آنرا ناچیز دانست، به ترتیبی که تغییر در رده بندی ضروری نیست. مقادیر یکایک اجزا رده‌بندی تا به حال به صورت درصدی تعیین شده است. از آن جایی که ریخته‌گری‌های با بارهای معین شده بر مبنی 100 کیلوگرم به طور مثال 300، 400، یا 500 کیلوگرمی کار می‌کنند، بنابراین تغییر و تبدیل در محاسبه لازم است. در این حالت مشاهده می‌شود که آهن به صورت تکه‌های تقریبا 10 کیلوگرمی مورد استفاده  قرار می‌گیرد. کوچکتر کردن تکه‌ها باعث اتلاف وقت می‌شود و مقرون به صرفه نیست، علاوه بر آن امکان تساوی وزن این تکه‌ها کم و بیش تضمین نخواهد شد. برای تعیین محاسبه کلیه قسمت‌‌های آهن خام،  وزن آنها را به ده کیلوگرم رسانیده در مورد آهن برگشتی ، چن قراضه و قراضه فولاد به صورت 5 کیلوگرمی عمل می‌شود. جدول‌های 2 و 3 نشان می‌دهند که بدین طریق چقدر اشتباه در محاسبه صورت می‌گیرد در ضمن کنترلی است برای محاسبه رده‌بندی.

رده ‌بندی نهایی عبارت خواهد بود از:

500

Kg%

kg

%

kg

%

مواد خام

محاسبه %

130

26

100

25

75

25

آهن برگشتی

23

100

20

80

20

65

22

چدن شکسته

19

50

10

40

10

30

10

قراضه فولاد

11

50

10

40

10

30

10

هماتیت

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 


جدول‌های 2 و 3 نشان می‌دهند که رده‌بندی، ترکیب شیمیایی مورد لزوم چدن را در بردارد. فقط مقدار منگنز احتمالا باید تصحیح شود که این کار به بهترین وجه در مذاب داخل پاتیل صورت می‌گیرد. باید گفته شود که مقادیر منفی x به آن معنی است که این ماده نمی‌تواند در رده‌بندی مورد استفاده  قرار گیرد. در رابطه با وزن تکه‌ها باید نوعی از آهن خام را انتخاب کرد و به کار برد که مقدار آن در رده بندی کمتر از 3٪ نباشد. تقسیم مقدار آهن خام به انواع متفاوت آهن خام مخصوص به علت گران بودن انواع آهن خام مخصوص و مشکل  شدن کار رده‌بندی مقرون به صرفه نمی‌باشد.

3-      رده‌بندی به کمک برنامه‌ریزی  خطی

در حالی که رده بندی توصیف شده به کمک خط‌کش با دقت و سرعت کافی می‌تواند انجام شود، گایلن برگ برنامه ریزی خطی را پیشنهاد کرده است. این روش به کمک دستگاه‌های کامپیوتری شمارنگار به سرعت انجام می‌شود، اما کاربرد آن در حال و در آینده فقط در کارخانه‌های بزرگی مورد توجه قرار می‌گیرد که این نوع دستگاه‌های اندازه‌گیری را برای کارهای دیگری نیز به کار می برند.

در این جا اساس کار برنامه‌ریزی خطی به طور خلاصه تشریح می‌شود.

الف-مقدار عنصر 1 در ماده  خام 1

مقدار عنصر 1 در ماده خام 2

مقدار عنصر 1 در ماده خام 3 + و غیره + مقدار عنصر 1 در ماده خام n

باید بزرگتر (>) ، مساوی(=) یا کوچکتر (<) باشد از مقدار عنصر 1 در رده‌بندی مورد نظر. برای عناصر 2 و 3 و غیره نیز باید مطابق ان عمل شود. همچنین می‌توان طوری برنامه‌ریزی کرد که مقدار یک عنصر مابین حد تعیین‌شده‌ای قرار گیرد.

ب- وزن مواد خام باید بین صفر کیلوگرم و مقدار معین +x کیلوگرم باشد و این به معنی آن استفاده  که از تعداد زیادی از مواد خام، احتمالا چند تایی هم مورد استفاده  قرار نمی گیرند، زیرا این مواد یا به خاطر قیمتشان ویا به دلیل ترکیب شیمیایی برای این کار مناسب نیستند.

ج- خرج رده‌بندی باید حتی‌المکان کم باشد،  یعنی مقدار ماده خام 1 ضرب در بهای هر واحد ماده خام 1+ به مقدار ماده خام 2 ضرب در بهای هر واحد ماده خام 2 + و غیره.

+ مقدار ماده خام n در بهای هر واحد ماده خام n

= مینیموم

جدول 2 کنترل رده‌بندی به دست آمده به طریق محاسبه.

قاعدتا تعداد عناصر مورد نظر در رده‌بنددی کمتر از تعداد مواد خامی است که در دسترس قرار دارند. در مقابل پنج عنصری که غالبا تعیین کننده رده بندی هستند، کربن، سیلیسیوم  منگنز فسفر و گوگرد، مقدار بیشماری انواع آهن خام، آلیاژهای آهن، چدن، قراضه و قراضه فولاد قرار می‌گیرند علاوه بر آن آهن برگشتی که در کارخانه در حین تولید باقی مانده و دوباره مورد استفاده  قرار می‌گیرند نیز اضافه می‌گردد. بدین وسیله کوشش می شود که از نقطه نظر تکنیکی و اقتصادی، مناسب‌ترین انواع انتخاب و مقدارشان تعیین گردد. برای تعیین و تثبیت پنج عنصر ذکر شده باید 20 ماده خام ( آهن خام، چدن قراضه، آهن برگشتی و غیره) به کار برده شود. اگر مقدار کربن در یک رده‌بندی کیلوگرمی معادل % bc باشد و مقدار کربن مواد جدول 3 تنظیم رده‌بندی به دست آمده به طریق محاسبه با بارهای 300 ، 400 و 500 کیلوگرمی.

جدول 3

خام 1 و 2و 3و غیره با ac3, ac2, ac1 وغیره و مقادیر خام با X3, X2, X1 و غیره نشان داده شود، بنابراین فرمول زیر نتیجه خواهد شد:

برای چهار عنصر دیگر نیز تساوی های مربوط به آنها نوشته می شود.

به عنوان مثال برای مقدارهای زیر:

1/4٪ = 20ac0000/4٪ =3 ac0/2 = 2 ac 4/3 = 1 ac

 در مجموع پنج تساوی با 20 مجهول به دست می‌آید. ششمین تساوی شامل قیمت‌های P, P , P  و غیره می‌شود و عبارت است از:

 می‌نیموم:  20x × 20p+ 000+3x × 3p+ 2x × 2p + 1 x × 1p

حل سیستمی از 6 تساوی و 20 مجهول امکان‌پذیر نیست و به علت وجود جوابهای مختلف برای یک مقدار، از تعداد زیادی از راه حل‌های ممکن، راه‌حلی انتخاب می‌شود که حداقل مخارج را در بر داشته باشد. این انتخاب‌ از نظر ریاضی به وسیله روش سیمپلکس توصیف شده است، که نشان دادن آن در اینجا به درازا می‌کشد، به طوری که باید به نشریه مربوطه رجوع کرد. طبیعتا هنگام تشکیل دادن تساوی ها باید ارقام مربوط به سوخت هر عنصر را نیز در نظر گرفت و همچنین باید از مواد خامی که به خاطر ترکیب شیمیائیشان برای چدن در دست تهیه مناسب نیستند، مثلا از آهن خام پرفسفر برای تهیه چدن کم فسفر اجتناب ورزید. اصول برنامه‌ریزی در یک مثال ترسیمی نشان داده می‌‌شود. برای تهیه یک رده بندی 100 کیلوگرمی که از ذوب آن باید آهن با ترکیب شیمیایی حداقل 4/3٪ کربن، 0/2 ٪ سیلیسیوم  و 4/0 ٪ منگنز به دست  بیاید مواد زیر مورد دسترس می باشد.

-         هماتیت با 0/4 ٪ ، 0/2 ٪ سیلیسیوم، 8/0٪ منگنز، قیمت برای هر تن 20/ 311 مارک.

-         آهن خام ریخته‌گری با 5/3 ٪ کربن، 5/2 ٪ سیلیسیوم ،  3/0 ٪ منگنز، قیمت برای هر تن: 90/284 مارک.

برای آن که بتوان کربن را فقط به وسیله هماتیت به دست آورد، حداقل

 

    100× 034/0

      040/0

 

100-034/0

035/0

035/0

 

 
هماتیت  Kg 85=

و به همان ترتیب

آهن ریخته‌گری kg  97 =

 

 

 

مورد نیاز خواهد بود.

این مقادیر در شکل 15 برای هماتیت، در محور عمودی و برای آهن خام ریخته‌گری در محور افقی منتقل شده‌اند. خط متشکله از این نقاط (1) ، نشان دهنده تمام مخلوط‌های هماتیت  و آهن خام ریخته‌گری است ، که از شرط 4/3 ٪ کربن برخوردارند.  تمامی مخلوطهائی که بالاتر یا پایین‌تر از این خطوط قرار دارند درصد کربن آنها به ترتیب بیشتر و یا کمتر از 4/3 می باشد.  مطابق‌ آنچه گذشت، خطوط 2 و 3 نیز که به روش مشابه تشکیل می شوند، برای سیلیسیوم و منگنز صادق است. خط 4 که مقدارهای 100 کیلوگرمی هماتیت  و 100 کیلوگرمی آهن خام ریخته‌گری را به هم ربط می‌دهند، مقدار مطلوب هر دو ماده خام را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که فقط رده‌بندی‌های با بیش از 20٪  هماتیت و کمتر از 80٪ آهن خام ریخته گری از شرایط لازم برخوردارند، زیرا در حالتی غیر از این، مقدار منگنز بسیرا کم خواهد بود. خطوط بریده 5 و 6 رده‌بندی‌های هم هزینه را به هم وصل می‌کنند. با جا به جائی موازی این خطوط نقطه P1 به دست می‌آید که هم از نظر مقدار و هم از نظر ارقام از عناصر متشکلی مطابق رده‌بندی مورد نظر می‌باشد.

شکل 15

همچنین نقطه p2 نیز دارای شرایط لازم بوده اما در یک خط پر هزینه‌‌تر از نقطه p1 قرار دارد. در صورتی که مواد خام بسیار زیادی در دسترس باشد و مجبور باشند که عناصر زیادتری را بررسی کنند، این کار را شماره‌نگار در کمترین مدت انجام خواهد داد. برای این کار قاعدتا فقط مقادیر عناصر متشکله مواد خام و قیمت مواد خام و مقادیر عناصر متشکله در رده‌بندی مورد محاسبه فوق‌الذکر مورد نیاز شماره‌نگار است. گارتنر گزارشی پیرامون محاسبه تهیه فولادی با حداکثر 25/0٪ کربن، 75/0٪  سیلیسیوم ، 0/2 منگنز، 24 تا 365 کرم، 19 تا 23٪ نیکل، حداکثر 03/0 ٪  فسفر حداکثر 03/0٪ گوگرد ارائه داده است.

برای این کار 19 ماده خام  متفاوت مانند: آهن خام قراضه، آهن برگشتی، آلیاژ آهنی، نیکل خالص و کرم خالص به کار برده می شود.  این روش محاسبه به استفاده  از 7 نوع ماده خام به بهای تمام شده 60/2062 مارک می‌انجامد.

شکل 16

در رابطه با محاسبه به روش برنامه‌ریزی خطی، 8 نوع ماده خام به دست می‌آید که قیمت هر تن آن 36/ 1841 مارک می‌شود. 5/10٪ ایجاد شده  در این مورد به مصرف مستهلک کردن اجاره بهای شماره‌نگار می‌رسد.

 4- روش ترسیمی:

سومین امکان، محاسبه ترسیمی رده‌بندی است، اما روشهای پیشنهاد شده عملا کم مورد استفاده  قرار می‌گیرند. محاسبه درجه اشباع با فرمول ساده بسیار آسان است با وجود بر این استفاده از نوموگراف نیاز به محاسبه را منتفی می سازد.

شکل 17

به طور مثال اگر بخواهیم بدون تغییر مقدار سیلیسیوم در رده بندی، نوع آهن خام در رده‌بندی را عوض کنیم، به این ترتیب، شکل مزبور وسیله‌ای خواهد بود برای محاسبه  سریع این تعویض در کوتاهترین مدت.

در شکل 17 فرض شده است که رده‌بندی شامل 15٪ آهن ریخته‌گری با 9/2٪ سیلیسیوم و 11٪ آهن ریخته‌گری با 2/2٪ سیلیسیوم بوده‌ است، اما چون این دو نوع آهن خام ریخته‌گری  با 35/3٪ سیلیسیوم مورد دسترس می باشد. در یک کمیت 26 واحدی ( = 26٪ مجموع مقادیر هر دو نوع) از نقطه صفر  تا 26، دو محور عمودی رسم می‌کنند که مقدار سیلیسیوم را در فاصله‌های مساوی نشان می‌دهد. با وصل کردن مقادیر 2/2٪ و 9/2٪ سیلیسیوم و ترسیم خط عمودی سوم در نقطه 11٪ نقطه A به دست می‌آید که در ارتفاع 6/ 2٪ مقدار سیلیسیوم روی هر دو محور عمودی قرار می گیرد. حال اگر مقادیر 1/3 ٪ و 35/2 ٪ سیلیسیوم را به هم وصل نمائیم ، روی پاره خط نقطه جدید A' به دست خواهد آمد. طبق قانون توازن اهرم، روی محور افقی برای هر دو نوع آهن خام، مقادیر جدید 8/8٪ برای آهن خام ریخته‌گری و 2/17٪ برای آهن ریخته‌گری به دست خواهد آمد. امکان این که تساوی های خطی و همان طور که تساوی‌های اختلاط را بتوان به طور ترسیمی حل نمود. باعث پیدایش ترسیمی متفاوتی شده است. اساس این روش که متشکل از یک مخلوط سه ماده‌ای بوده و در هر ماده آن دو عنصر به کار رفته است باید به وسیله مثالی روشن شود. در رده‌بندی 0/1٪ سیلیسیوم و 75/1٪ منگنز لازم است.

مواد زیر به کار برده می‌شوند:

ماده خام A با 25/0 ٪  سیلیسیوم ، 5/0 ٪ منگنز

ماده  خام B با 00/1 ٪ سیلیسیوم ، 00/4٪ منگنز

ماده خام C با 50/ 2٪ سیلیسیوم ، 75 /0 ٪ منگنز

در یک صفحه هر یک از سه ماده خام به عنوان رئوس یک مثلث ABC ثبت می شود.

از آن جائی  که این نقطه در داخل مثبت ABC قرار دارد، مسئله با سه ماده به کار برده شده قابل حل است. نقطه A را به D وصل می‌کنند و از آنجا تا محل تقاطع پاره خط BC یعنی نقطه E ادامه می‌دهند.

پاره‌خط‌‌های    اندازه‌گیری شده و ادامه کار مطابق قانون توازن اهرم‌ها انجام می‌شود.

شکل 18

 کار مطابق قانون توازن اهرم‌ها انجام می شود.

نظر به این که (در ترسیم اصلی) پاره‌خط‌های

در ازاء دارند، بنابراین نتیجه می شود.

برای این مثال مقادیری انتخاب شده‌اند که در کار کوره کوپل فقط به ندرت پیش می‌آیند. با انتخاب  مقادیر معمولی زیر، مثلث خط‌چین شده‌ای به دست می‌اید که اضلاع آن را نمی‌توان دقیقا اندازه گرفت.

ماده خام  A1 با 25/0 ٪ سیلیسیوم، 50/0 ٪ منگنز

ماده خام B1 با 25/2٪ سیلیسیوم ، 75/0٪ منگنز

ماده خام C1 با 50/2 ٪ سیلیسیوم ، 00/1٪ منگنز

ماده خام D1 با 80/0 ٪ سیلیسیوم ، 00/2٪ منگنز

بنا به علت فوق‌الذکر و همچنین به دلیل این که روش ترسیمی فقط برای سه نوع ماده خام یا سه جور مخلوط دو عنصری قابل استفاده  است کاربرد این روش کمتر جنبه عملی پیدا کرده است. شمیدت هوی زن روش ترسیمی دیگری ابداع کرده که شامل تمام مواد رده‌بندی بوده و به کمک  استفاده  از کوردینانت مثلثیی پایه ریزی شده است، اما این روش هم مورد استفاده  چندانی ندارد.

بخش پنجم – ساختمان و طرز کار کوره کوپل

الف – ساختمان جدار داخلی کوره کوپل

کوره‌های کوپل به وسیله آجر نسوط یا با خاک نسوز و یا مخلوطی از هر دو طریقه آستر می‌شوند. کارهای نوسازی به منظور کار گذاشتن مواد نسوز در فاصله  هر تعویض آستر، به سه روش متداول زیر صورت می‌گیرد:

ماله کشیدن کوره کوپل

کوبیدن کوره کوپل

افشانیدن کوره کوپل

1-      تعویض آستر کوره کوپل

نکته اصلی در آستر نمودن یک کوره کوپل آن است که فرسایش آستر نسوز آن، صرفنظر از خرابی های دیگر، به طور کامل یعنی تا بدنه فلزی کوره نرسد. موارد استثنائی کوره‌های خنک شونده با آب یا کوره‌های بدون جدار نسوز می‌باشد که امروزه به ندرت در صنعت مورد استفاده  قرار می‌گیرند. از این جهت آستری متشکل از دو لایه متراکم، لایه پشتی و لایه کاری (داخلی) معمول است. لایه پشتی که معمولا از آجر نسوز است، از کف کوره کوپل تا جدار زرهی ادامه می‌یابد. برای قطرهای مختلف کوره کوپل همیشه آجرهای شعاعی متناسب ساخته نمی‌شود، با وجود بر این از کنار هم قرار گرفتن آجرهای شکل یافته‌ای که با شیب‌های متفاوت‌اند شعاع‌های دلخواه به دست می‌آید. طرح دیوار کردن به وسیله آجرهای شکل یافته، به منظور دست یافتن به قطرهای مختلف را تولیدکنندگان آجر تعیین می‌کنند. در هنگام به کار بردن این اجرها باید توجه نمود که درز بین آنها باریک باشد، زیرا ترکیب شیمیایی ملات، حتی اگر نزدیک به ترکیب شیمیایی آجرها باشد، با آن برابر نیست. مابین لایه سنگی و بدنه فلزی کوره باید فاصله کافی در نظر گرفته شود، تا انبساط ناشی از گرمای در جدا نسوز به بدنه فولادی کوره کوپل آسیب نرساند.  این شکاف را معمولا از خاک کک پر می‌نمایند. بزرگی شکاف متناسب است با قابلیت انبساط مواد نسوز  به کابر برده شده در جدار کوره کوپل. در صورتی که بزرگی شکاف از حد معمول بیشتر باشد، آستر کاملا به جدار فلزی کوره کوپل متصل نمی‌شود و به این ترتیب آجر چین استحکام مورد نظر را نخواهد داشت. در هر حال این شکاف بعد از مدت کوتاهی از تکه‌های فرو ریخته آستر و خاکستر پراکنده کاملا پر می شود. لایه داخلی بعد از ساخته شدن لایه آجر و در جلوی آن بنا می‌شود که قاعدتا بعد از هر بار خاموش شدن کوره کوپل بازسازی می‌گردد. طرز کار گذاردن این لایه کاری به طریقه کوبیدن یا افشانیدن در بخشهای بعدی به طور مفصل توضیح داده خواهد شد. آجر چینی کامل با آجرهای شکل یافته به ندرت اتفاق می‌افتد، مثلا در موقع تعویض جداره نسوز بازی و به ویژه مواقعی که ساختمان آن از سنگ‌های ماگنزیت یا دولومیت تشکیل شده باشد. همچنین در تعمیرات بعدی بنای منیزیتی و دولومیتی جداره کوره نیز به علت‌‌های بررسی شده اقتصادی از خاک کوبیده استفاده  می‌شود.

جنس آجرهای تشکیل دهنده لایه پشتی را باید متناسب با جنس لایه کاری انتخاب نمود. یک لایه کاری اسیدی احتیاج به یک لایه پشتی اسیدی یا خنثی دارد، در حالی که صورت بازی بودن آن ، باید لایه پشتی را باید متناسب با جنس لایه کاری انتخاب نمود. یک لایه کاری اسیدی احتیاج به یک لایه پشتی اسیدی یا خنثی دارد. در حالی که در صورت بازی بودن آن، باید لایه پشتی را مواد بازی یا خنثی ساخت جدار نسوز اسیدی که از مخلوط کوارتز و رس تشکیل شده با یک لایه پشتی از جنس آجر شاموته  مناسب است. در به کار بردن لایه‌های کاری و پشتی متفاوت باید قابلیت هدایت گرمای مواد تشکیل دهنده آنها را در نظر گرفت. قابلیت هدایت گرما باید در دو لایه مساوی، یا حداقل در لایه پشتی کمتر از لایه کاری نباشد، زیرا در غیر این صورت یک مانع حرارتی  به وجود می‌آید که در هر صورت با سوخته شدن بیشتر لایه کاری همراه خواهد بود. در مورد استفاده  از نسوز کربن‌دار در لایه پشتی کوره‌های  کوپل نظریه‌های متضاد وجود دارد. در مقابل این نظریه که نسوز کربن‌دار را مستقیما تا جدار فلزی کوره ادامه دهند، تا از طریق هدایت بهتر گرما به خارج ، دوام آستر را زیاد نمایند، این نظریه قرار می‌گیرد که افزایش هدایت گرما در بوته کوره کوپلی که از چنین نسوز کربن‌داری ساخته شده باشد، مطلوب نیست. در بعضی موارد ساخت لایه پشتی به سختی میسر است و یا اصلا میسر نیست. مثلا در کوره‌های غیر استوانه‌ای و کورههای کوپلی که در جدار استوانه‌ای و کوره های کوره کوپلی که در جدار گدازگاه آنها لوله‌های خنک کننده مارپیچی کار گذاشته باشند. جعبه‌های خنک کننده مشکلات کمتری به وجود می‌آورند.  نسوز کربن‌دار در اطراف  مقاومت و عمر کمتری دارد، زیرا نسوز کربن‌دار در اتمسفر اکسید کننده سوخته می شود. در صورتی که بخواهند آستر کوره را کاملا از خاک کوبیده بسازند، بهتر است فاصله بین لایه پشتی و جدا فلزی کوره را از دو ردیف مقوای موج‌دار پر نمایند. به جای مقوا می‌توان از مازاد تخته‌های اره شده نیز استفاده  نمود.

2-      بازسازی کوره کوپل

آماده‌سازی کوره برای بازسازی آستر کوره کوپل در استحکام آستر بسیار مهم است سطح خارجی نسوط کوره باید حتما از سرباره‌ها و بقایای کک چسبیده شده تمیز شود. جدا ساختن لعاب آستر قدیمی، گر چه برای چسبانیدن خاک تازه، مفید است، اما باعث اتلاف وقت و از دست رفتن آستر می‌شود، زیرا خاکی که در پشت لعاب قرار دارد و غالبا هم کلوخه‌ای نیست، به راحتی کنده شده و می ریزد.

برای بهتر چسبیدن خاک تازه بر روی لعاب قدیمی باید آنرا با لجن رس اندود.

1-2              ماله کشیدن کوره کوپل

ماله کشیدن با گل لکه‌گیری قاعدتا در مواقع کم بودن فرسایش آستر و در جاهائیکه به کار بردن شابلون و عمل کوبیدن به سختی میسر است انجام می‌شود.

شکل 19

در مواقعی که فرسایش آستر زیاد باشد و همچنین در کوره‌های کوره کوپل بزرگ، عمل ماله کشیدن جایز نیست، زیرا این روش در اثر پیشرفت تکنیک قدیمی شده است. عیب ماله کشیدن اصولا در آن است که گل لکه‌گیری نیاز فراوان  به رطوبت دارد. بنابراین پس از خشک شدن، ترک خوردگی و جابجائی تولید می‌شود. علاوه بر آن متراکم کردن لکه‌گیری به قدر کافی میسر نیست.

2-2- کوبیدن کوره کوپل

برای کوبیدن، شابلونی به کار می‌رود که غالبا چوبی است و به خاطر سهولت در کار از چندین تکه تشکیل شده است. شکل 20

با قرار دادن یک تخته کوه مانند در بین دو تکه شابلون و ضربه زدن بر روی آن، می‌توان بعد از اتمام عمل کوبیدن، شابلون را شل نموده و جابجا کرد. قاعدتا از دو شابلون استفاده  می‌شود که روی یکدیگر قرار می‌گیرند. شابلون زیرین که از طریق اصطکاک خود به آستر کوبیده شده می‌چسبد، برای نگه داشتن سکوی کار به کار می‌رود. پس از کوبیدن در قسمت پشت شابلونی روئی، شابلون زیرین را برداشته و روی شابلون روئی قرار می دهند. اخیرا کوبه‌های بادی سکوئی به کار می روند که بلندی آنها به وسیله فشار هوا و با توجه به پیشرفت کار کوبیدن ازسطح سکو قابل تنظیم است. با این ترتیب کار کردن با دو عدد شابلون منتفی می‌شود. در هنگام کوبیدن باید به این نکته توجه نمود که خاک بیش از حد مرطوب نبوده و بلندی لایه ریخته شده در حد فاصل دوبار کوبیدن از حد معمول تجاوز نکند، تا بتوان به تراکم یک دستی نائل آمد. از خاکریزی‌هایی که بیش از 100 میلیمتر بلندی داشته باشند، باید اجتناب نمود. خاک ریخته شده با باید به طور فشرده و یکدست کوبیده. کنگره‌دار کردن طبقه روئی بعد از اتمام عمل کوبیدن و بیش از ریختن خاک نسوز تازه، به منظور افزایش چسبندگی دو طبقه حتما لازم است. عمل کنگره‌دار کردن در موقع کوبیدن مداوم ضرورت حتمی ندارد. اما اگر طبقه روئی در فاصله زمانی بین دو کوبش کاملا خشک شود، باید آن را کنگره‌دار نمود و این بیشتر موقعی اتفاق می‌افتد که در این مدت احتمال ریزش خاکستر کوره کوپل دیگری بر روی آستر وجود داشته باشد. این خاکستر پراکنده را باید پیش از کوبیدن‌های بعدی از آستر دور نمود. هر چه آستر فشرده‌تر  کوبیده شود، به همان نسبت هم استحکام آن بیشتر می‌شود. سطح داخلی کوره کوپل باید بعد از برداشتن شابلون یکدست باشد. با ضربه زدن به وسیله یک چکش می‌توان خوبی و یکدستی آستر کوبیده شده را امتحان نمود. جدا شدن دانه‌های ریز و درشت از هم در خاکریز مخروطی شکل خاک نسوز باعث عدم همگونی در کوبیدن می‌شود،  به طوری که بعد از برداشتن مدل می‌توان تجمع دانه‌های درشت کوارتزیت را مشاهده نمود. درصد آب خاک نسوز بستگی به مقدار خاک رس موجود دارد. دستور دقیق درباره درصد رطوبت خاک و مهمتر از همه درباره خاک  مخصوص کورهای کوپل با هوای گرم به وسیله موسسات صادر کننده خاک ارائه می‌شود.

لیکن می‌توان حدودا مناسب بودن میزان رطوبت را از طریق ذیل  توجیه نمود. مقداری از خاک کوبیدنی را مشته کرده و به صورت لوله ای در می‌آورند، این شکل باید بتواند بدون در هم ریختن از طرف باریک خود بایستد. این مشته خاک نباید با فشارهای مکرر نرم و چسبنده شود. کوبیدن خاک نسوز کربن‌دار مهارت و تجربه بیشتری لازم دارد تا به کار بردن خاک اسیدی که با گل رس مخلوط است. خاک نسوز کربن‌دار مخلوطی است از کربن به صورت خاک کک و قطران که به عنوان ماده چسبنده به کار می‌رود.  جهت افزایش قابلیت دیرگدازی معمولا آنتراسیت به آن اضافه می نمایند. با این ترتیب حداکثر مقدار مجاز چسب قطران در خاک کم می‌شود، زیرا دانه‌های آنتراسیت که غالبا درشت و غیر مشبک هستند، به خوبی خاکه کک و قطران را جذب نمی‌نمایند.  در صورتی که درصد آنتراسیت به 30٪ برسد، درصد قطران حتی الامکان نباید از 12٪ تجاوز نماید.  مقدار قطران در مخلوز بدون آنتراسیت می‌تواند به 14 تا 15٪ برسد. خاک کوبیدنی را باید دور از رطوبت و پاکیزه انبار نمود، زیرا آلودگی از قابلیت دیرگدازی آن می‌کاهد. نسوز کربن‌دار در حرارت اطاق جامد است، اما با گرم‌کردن آن در روی ورقه‌های فلزی همچنین از زیر به وسیله لوله‌های بخار داغ می‌شوند قابل استفاده  می شود. حرارت  خاکی کوبیدنی در محل تماس به ورقه فلزی نباید از 150 درجه سانتی گراد تجاوز کند.  حرارت باید به قدری یکسان و پایین نگه‌ داشته شود، تا بخاری متصاعد نگردد، زیرا متصاعد شدن بخار علامتی است برای تجزیه ماده چسبنده و از این طریق خاک کوبیدنی چسبندگی خود را از دست داده و غیر قابل استفاده  می‌شود. صفحه ‌های  فلزی را باید طوری محکم کار گذارد که کار کردن با آنها و مخلوط کردن خاک میسر شود.

برای یکنواخت گرم کردن خاک باید آنرا با بین جابجا نمود. گرم کردن ورقه‌های فلزی به وسیله بخار مشکلات بسیاری را در بر دارد. نظر به این که  در موارد بسیار نادر در ریخته‌گری‌ها از دستگاه تولید بخار استفاده  می شود. بنابراین باید گرم کننده دیگری را انتخاب نمود. گرم کردن ورقه‌های فلزی به وسیله سوختن کک یا زغال این خطر را دارد که ورقه‌ها به علت عدم کنترل گرما بیش از اندازه داغ شوند. به این جهت باید  این ورقه‌ها را با لایه‌ای از شاموته به ضخامت 65 میلی‌متر پوشاند، تا گرمای آنها در همه سطوح متعادل و یکسان شود. مناسب‌تر از آن به کار بردن چراغ گازی است که به خوبی تنظیم می شود. با این کار پوشش شاموتی غیر ضروری است. ضخامت ورقه فلزی باید 15 میلی‌متر تمام باشد. بهتر است خاک را در یک جعبه با کفی دو طبقه که فضای بین طبقه‌ها از آب پر شده است، به هم بزنند.  بخار ایجاد شده به وسیله یک لوله رابط کوتاه متصاعد می شود. به کار بردن چنین جعبه‌ای امکان بیش  از حد داغ شدن خاک را از بین برده و به آن گرمای متعادل و یکسان می‌دهد. خاک را باید با کمال دقت از بقایای چسبیده کاغذ بسته بندی جدا کرده و به منظور گرم شدن سریع در روی ورقه‌های فلزی کاملا خورد نمود. هر چه خاک ریزتر شود، به همان نسبت زودتر گرم شده و در روی ورقه بهتر مخلوط می شود.  از آلودگی خاک در هنگام خرد کردن باید جلوگیری شود. نظر به این که کوبیدنی در حرارت‌های زیر 0c50 به خوبی قابل استفاده  نیست، باید آنرا در نزدیکی محل کوبیدن گرم نمود. به این طریق از دست رفتن گرمای خاک در موقع حمل کمتر می‌شود و لزوم گرم کردن بیش از حد از بین می رود. از بیش از حد گرم کردن خاک نیز باید اجتناب شود خاک سرد شده را باید گرم کرده و دوباره قابل استفاده  نمود. نظر به این که خاک را گرم به کار می برند، باید ابزار کار را هم گرم نمود، چون در غیر این صورت خاک به ابزار کار می‌چسبد. ابزار کار را می‌توان به وسیله شعله گرم نمود. کوبه‌های هوایی نسبت به کوبه‌های دستی ارجحیت دارند، برای آنکه این توان بیشتری داشته و تراکم یکنواخت‌تری را ارائه می‌دهند. هنگام کوبیدن باید پیش از ریختن خاک تازه سطح روئی را از آلودگی که قبلا به وجود آمده است پاک نمود. خاک کوبیدنن گرم شده را به صورت طبقاتی به ضخامت 100 ملی‌تر می افزایند و آنقدر می کوبند تا تراکم به حد لازم برسد. شرط اصلی استحکام آن است کار کوبیدن بدون نقص انجام شود. به محض این که کار کوبیدن برای مدت معلومی قطع شود مثلا بعد از اتمام یک طبقه یا انقطاع کار، خاک کوبیدنی سرد و سخت می‌شود.  برای بهتر چسبیدن طبقات بعدی، باید بیش از ریختن خاک تازه سطح روئی را کنگره‌دار نمود. بعد از اتمام بنای نسوز کربن دار، بهتر است در طرف داخلی آن یک ردیف آجر نسوز کار گذارند، تا کوبیده نسوز کربن‌دار را هنگام گرم شدن کوره در برابر  تماس با کک  ملتهب و هوا حفظ نماید. نظر به این که خاک کوبیدنی هنگام گرم شدن استحکام خود را از دست می‌دهد، لایه محافظ داخلی در موقع دمیدن کوره کوپل، باعث گرم شدن تدریجی خاک نسوز کربن‌دار می‌شود به طوری که قطران بتواند تقطیر شود و خاک نسوز پس از ذوب کامل لایه  محافظ استحکام کافی را به دست آورد. برای دیوار کردن لایه محافظ می‌توان از شاموته با SK 32 تا 33 استفاده  نمود. ضخامت دیوار محافظ داخلی باید  حداقل 60 میلی‌متر باشد. با وجودی که لکه‌گیری یک آستر نسوز کربن دار امکان دارد، معذالک تعویض کامل آن دارای امتیازات بیشتری است. کار کوبیدن نسوز کربن‌دار جدید در بعضی از نقاط آستر تقطیر شده باید با دقت بسیار شروع شده باشد. پوسته آستر نسوز  کربن‌دار قدیمی را باید جدا ساخت و این مسئله ای است که به علت یکپارچه بودن ساختمان آن و سختی آستر نسوز کربن‌دار با دشواری ممکن است. بیش از بنا کردن آستر جدید باید آستر قدیم را به وسیله لایه‌ای از قطران اندود، تا اتصال آستر جدید و قدیم میسر شود. سطح آستر نسوز کربن‌دار به وسیله هوای تازه‌ای که وارد کوره باز و خالی شده گردد، می سوزد. مکان‌های سوخته شده را باید در هر حال جدا نمود، زیرا خاک جدید در مکان‌های سوخته شده به خوبی نمی‌چسبد و متعاقب آن باعث شسته شدن آستر جدید در مکان‌های مزبور می گردد. روی هم کوبیدن مواد بازی از نظر تکنیک فرقی با کوبیدن مواد اسیدی نمی‌کند. فقط تهیه این مواد غیر از تهیه موادی است که با گل رس مخلوط است. مواد بازی، تا آنجا که با قطران تهیه نشده باشد، به خودی خود دارای قابلیت چسبندگی نیست، به طوری که برای به کار بردن آن ماده چسبنده دگری لازم است که هم زمان به عنوان عامل سینتر کننده نیز عمل می‌نماید. برای این کار عملا از آب شیشه مایع یا اسید بوریک استفاده  می شود. مقدار و نوع مواد اضافی در دستورالعمل های موسسات صادر کننده خاک مقرر شده است. به طور کلی 3 تا 5٪ ماده چسبنده به خاک اضافه می‌شود. ماده چسبنده را با خاک خشک مخلوط می‌کنند و پس از انجام مراحل مخلوط کردن می کوبند. خاک‌های تهیه شده را نباید مدتی طولانی انبار نمود، زیرا چسبندگی آنها بلافاصله پس از جذب رطوبت شروع می شود.  هنگام گرم کردن کوره کوپل ، یعنی در موقعی که درجه حرارت آستر پایین تر از نقطه کلوخه شدن است، قابلیت چسبندگی در حالت خام با افزایش گرما کاهش می یابد و فقط در حرارت‌های بالا از طریق کلوخه شدن دوباره زیاد می‌شود. اضافه نمودن مقدار بیشتری از ماده چسبنده، از قابلیت دیرگدازی خاک می‌کاهد. به کار بردن خاک بازی ممخلوط با قطران همانند به کار بردن نسوز کربن دار است. در این جا باید به دستورالعمل‌های موسسات صادر کننده توجه نمود.

3-2 – افشانیدن کوره کوپل

فشانیدن خاک نسوز برای آستر کردن پاتیل‌های مذاب آهن و تعمیر کوره‌ها حدودا از سال 1920 در صنعت ذوب فلزات شناخته شده است. این روش در سال‌های بعد به خاطر اشکالات اولیه‌‌ای که در نوع خاک و ماشین‌های مربوطه وجود داشت، کمتر به کار رفت. ابتدا به سال 1948 در آمریکا، بعد از موفقیت  در امر تکامل ماشینهای مورد نیاز به ویژه خاک نسوز به این فکر افتادند که آستر کوره‌های کوپل را به طریق افشانیدن نوسازی نمایند. علت اصلی برای به کار بردن روش افشانیدن، صرفه‌جویی در وقت است. همچنین در  این که کوره‌های کوپل آمریکایی داری قطر تنوره بزرگتری از کوره های اروپایی هستند. به کار بردن روش افشانیدن برای کورهای کوپل که قطرشان بیش از 800 تا 900 میلی‌متر باشد، موفقیت‌آمیز است، در حالی که برای قطرهی کوچکتر باعث ظهور اشکالاتی در کاربرد افشانک و لوله خاک رسانی می‌گردد. دمنده‌های خمیده با انحنای تقریبی 60 درجه، به علت کم بودن سرعت برخورد مواد که باعث کمتر شدن تراکم مواد افشان می‌گردد، مناسب نیستند. البته می‌توان دیوار کوره‌های کوپلی را که قطرشان تا 600 میلی‌متر می رسد، به طریقه افشانیدن زاویه ای بازسازی نمود در حالی که  مسافت جهش مواد نسوز در این طریقه بهر حال بیشتر خواهد بود.  این ماشین‌ها از نظر نوع کار تقسیم می شوند به ماشین های با کار متناوب راپر می‌کنند و محتوای آن را می افشانند، به ترتیبی که پس از خالی شدن باید دوباره آنرا پر نمود. در اینجا صحبت از ماشین‌های یک محفظه‌ای است که گنجایش بیشتری از ماشین های با کار مداوم دارند. ماشین‌های با کار مداوم دارای دو مخزن هستند که روی یکدیگر قرار گرفته اند. مخزن بالایی به عنوان خاک‌بند به کار می رود و خاک افشان مخزن زیرین است. که خاک افشانیدن را تامین می نماید. متداولترین ماشین‌های افشان که برای بازسازی آستر کوره‌های کوپل به کار می روند، ماشین های با کار مداوم هستند که دو نوع آن در ریخته‌گریهای آلمان راه پیدا کرده‌اند. نوع اول ماشین‌‌های فرانسوی هستند که با جواز ساخت از کارخانه بن‌داکتر آمریکا ساخته می شوند و نوع دیگر ماشین های تورکرت آلمانی هستند که بیشتر از نوع اول مورد استفاده  قرار می‌گیرند. ماشین‌های تورکرت‌‌ آلمانی نیز در دو مدل ساخته می شوند که اختلاف آنها فقط در بزرگی و راندمان کارشان است. ماشین در اصل از یک مخزن فشار تشکیل شده است که به وسیله سوپاپ‌های ناقوسی شکل به دو محفظه تقسیم می‌شود، به طوری که محفظه بالایی کار پر کردن محفظه زیرین را به عهده دارد. محفظه زیرین باید در اثنای کار افشانیدن همیشه پرباشد. این دستگاه را می‌توان به شبکه فشار معمولی وصل نمود و سپس فشار هوا را به وسیله یک شیر تنظیم فشار به 5/1 تا 2 اتمسفر رسانید.  روی کف محفظه زیرین چرخ شیارداری نصب شده است که به وسیله فشار هوا به کار می‌افتد. جریان هوایی که به محفظه زیرین وارد می‌شود، محتوای داخل شیار را مکررا به داخل لوله خاک‌بر می رساند. نتیجه این کار آن است که به طور مداوم مقادیر یکسانی از خاک به لوله برسد و سرعت جریان خاک کاملا  یکنواخت باشد. آب لازم برای به عمل آوردن خاک افشان پیش از عمل روکش کردن به لوله‌های مخلوط کننده اضافه می‌شود. هدایت خاک افشان نسبتا خشک امکان می‌دهد که بتوان در فاصله 100 متری و ارتفاع 40 متری کار نمود، زیرا فشار هوا به عنوان انتقال در لوله خاک‌بر به کار می رود. اقدامات آمادگی برای عمل افشانیدن با کارهای مقدماتی  که برای کوبیدن مواد نسوز لازم است تفاوتی ندارد. دستگاه افشان به وسیله دو نفر اداره می‌شود که یکی ماشین  افشان را اداره می کند و دیگری عمل افشانیدن با افشانک را انجام می‌دهد همزمان با کاربرد افشانک، مقدار آب لازم برای خاک افشان نیز تنظیم می‌گردد. زیاد بودن مقدار آب زمانی مشخص می‌شود که خاک افشان در روی دیواره کوره کوپل روان گردد.  روکش کردن با خاک افشان بسیار خشک باعث افزایش گرد و غبار در اطراف افشانک میشود و مانع دید کافی کارگر می گردد. مناسب‌ترین مقدار آب برای خاک  افشان در حدود 10٪ است. انحراف از این مقدار تعیین شده بستگی دارد به مقدار رس خاک افشان و می‌توان به 1 تا 2٪ برسد.

شکل 23

 

 در ابتدای کار افشانیدن، برگشت خاک بیشتر از کار بعدی است. به خصوص در موقع شروع کار، قسمت‌های درشت‌تر خاک به مقدار بیشتری برگشت پیدا می‌کند و در حقیقت این عمل تا زمانی ادامه دارد که سطح پوشش شونده به وسیله لایه نازکی از قسمتهای ریزتر، به ویژه خاک رس پوشیده شود. آنگاه دانه‌های درشت تر کوارتز  نیز می‌توانند به داخل خاک افشانده شده نفوذ کنند. عمل افشانیدن باید از پایین به بالا و در سطح تقریبا وسیعی انجام شود، کار افشانیدن را طوری انجام می‌دهند که یک لبه در زیر محل موردد  ترمیم ایجاد شود و سپس این کار را پله به پله به طرف بالا ادامه می‌دهند. به ترتیبی که در ابتدای کارهای بازسازی سطح شیب داری تشکیل شود و آنگاه عمل افشانیدن را به طور عمودی در روی آن سطح ادامه می‌دهند. همزمان با این کار، افشانک را دایره‌دار به حرکت در می‌آورند. شکل 23

 مهارت کارگر  نقش مهمی در افشانیدن خاک دارد. هر چه برخورد خاک افشان بر آستر کوره مایلتر صورت گیرد. به همان نسبت هم برگشت آن بیشتر خواهد بود. مناسب‌ترین کار آن است که عمل افشانیدن بر سطح  را به طور عمودی انجام دهند. شکل 24 و 25

مقدار برگشت علاوه بر مهارت کارگر به ترکیب خاک افشان نیز بستگی دارد. افزایش رس در خاک افشان برگشت کمتری را سبب می‌شود تا خاک افشانی که دارای رس کمتری است. معذالک خاکهایی که دارای رس کمتر و در نتیجه کوارتزیت بیشتری هستند قاعدتا قابلیت نسوزی بیشتر دارند. که خاک افشانیدن را تامین می‌نماید. متداولترین ماشینهای افشان که برای بازسازی آستر کوره‌های کوپل به کار می‌روند، ماشین های با کار مداوم هستند که دو نوع آن در ریخته‌گری‌های آلمان راه پیدا کرده‌اند.

بزرگی‌ دانه‌های کوارتز به وسیله سوراخ افشانک محدود می‌شود. بزرگی دانه‌ها حتی الامکان نباید از نصف افشانک تجاوز کند و مناسب‌ترین اندازه برای آنها بین

تا  قطر افشانک است.

شکل 26

در صورتی که درصد رس به 15 تا 20٪ برسد و بزرگی دانه های کوارتز 4 تا 10 میلی‌متر باشد باید به طور متوسط مواد برگشتی معادل 10 تا 15٪  حساب نمود، در حالی که نسبت مخلوط در حدود 25٪ است. برگشتی راندمان کار را کم می‌کند اما تولید زیان نمی بینند، زیرا می‌توان مداد برگشتی را جمع کرده و در صورتی که به وسیله مواد خارجی ناخالصی پیدا  نکرده باشد، با خاک افشان جدید مخلوط نمود. با یک ماشین افشان با کار مداوم، می‌توان با روشی که در بالا ذکر شد، در هر ساعت در حدود 5/1 تا 2 تن خاک افشان را در کوره‌های کوره کوپل بزرگ به کار برد. یک مخزن مواد که بالاتر از ماشین افشان مواد نسوز را به ماشین افشان می رساند کار شخصی را که در کنار ماشین کار می‌کند آسان می‌سازد. شکل 26

توصیه می‌شود که بین مخزن مواد و ماشین افشان غربالی نصب گردد، تا کلوخه‌های خاک افشان را جدا سازد. خاک کلوخه شده در ماشین باعث مسدود شدن راه خروج خاک افشان می‌گردد. خاکی را ک مدت طولانی انبار کرده باشند، در صورت خشک بودن باید قبل از مصرف غربال کرد و کلوخه‌ها را خرد نمود. خاک افشان بیش از حد مرطوب را باید بعد از تحویل گرفتن خشک نمود. زیرا در غیر این صورت به آسانی در ماشین می‌چسبد  و نواقصی در کار با ماشین‌های با کار مداوم به وجود می‌آورد. امتیاز اصلی عمل افشانیدن،  صرفه‌جویی بسیار در وقت است. کرمر مقایسه زمانهای لازم برای لکه‌گیری دستی و افشانیدن را معلوم می کند.  همان طور که شکل 27 نشان می‌دهد، هنگام کله‌گیری  دستی کوره کوپل، با افزایش قطر کوره کوپل ، افزایش ساعات کار تقریبا یک افزایش خطی است، در حالی که در این رابطه تمیز کردن مکانهای سوخته نیز در نظر گرفته شده است.

شکل 27

اگر زمان لازم برای افشانیدن و کارهای مقدماتی را در نظر بگیریم، ملاحظه می شود که مجموع ساعات کار همراه با بزرگ شدن کوره کوپل زیاد می شود، اما این افزایش در مقایسه با نوع اول به مراتب کمتر است. با این ترتیب هر چه قطر کوره کوپل بزرگتر شود، اختلاف زمانی نیز بیشتر خواهد شد. این مسئله نشان می دهد که زمان لازم برای کارهای مقدماتی در هر دو روش با هم مساویست و با افزایش قطر کوره کوپل زیاد می شود. اما افزایش زمان لازم برای افشانیدن، با افزایش قطر کوره کوپل ناچیز است. این امر نسبتا شگفت‌انگیز مربوط می‌شود به این که هر چه قطر کوره کوپل بزرگتر شود، به همان نسبت هم زمانهای هدر رفته در هنگام افشانیدن کمتر شود. اهمیت روش افشانیدن به علت مکانیزه شدن تدریجی کار روز به روز بیشتر می‌شود. در مورد با صرفه بودن روش افشانیدن نمی‌توان نمودار دقیقی  ارائه داد، زیرا تغییرات زیادی در مخارج ظاهر می‌شوند و اختلاف دستمزد موثری ایفا می نماید.  همان طور که هیتمن ثابت میکند، با توجه به مقادیری که قبلا ارائه شد، مخارج افشانیدن تا 50٪ کمتر از مخارج ماله کشیدن است. گوارنسن این کاهش مخارج را 38٪ و با در نظر گرفتن استهلاک بدهی ماشین 33٪ می‌داند. هنگام تغییر روش از کوبیدن به افشانیدن، صرفه‌جویی در وقت رل مهمی داراست، زیرا تراکم کمتر مواد نسوز در موقع افشانیدن درمقایسه با کوبیدن باعث بیشتر سوخته شدن استر می‌گردد. اما تراکم کمتر به وسیله روکش یکنواخت‌تر خاک جبران می‌شود، زیرا هنگام کوبیدن قسمت‌های سستی به وجود می‌آید.  شکل 28 مقایسه  فرسایش آستر کوبیده شده و افشانیده شده را در رابطه با توان گداز نشان می‌دهد.  زمان کار صرفه جویی شده در تغییر روش کوبیدن به روش افشانیدن بین 33 تا 50٪ است. با ماشین های افشان نه فقط مواد اسیدی و خاک رس به کار می‌رود، بلکه می‌توان مواد بازی را نیز به کار برد. نظر به این که این مواد، مثلا کوبیده ماگنزیتی خود به خود نمی بندد، باید ماده چسبنده‌ای مانند: آب شیشه مایع یا اسید بوریک به آن اضافه نمود.

در هنگام کار با ماشین افشان باید این ماده چسبنده راد حالی که خشک است با مواد نسوز مخلوط کرد. آن وقت آب را همان طور که برای افشانیدن خاک مخلوط با رس معلول است، به افشانک اضافه می‌نمایند.  یکی دیگر از طرق  به کار بردن مواد بازی آن است که مواد را بدون ماده چسبنده و با رطوبت معمولی به ماشین دهند و آنگاه ماده چسبنده رقیق شده را در افشانک با آن مخلوط نمایند.

شکل 28

این امر به هر حال احتیااج به یک مخزن جداگانه دارد که ماده چسبنده را به وسیله فشار هوا در قسمت بالای اتصال لوله آب به افشانک می‌رساند. 

ب- ساختمان کف کوره کوره کوپل

به طور کلی کوره‌های کوپل بر روی ستونهایی قرار می‌گیرند به ترتیبی که نصب دریچه خودکار کف کوره ممکن باشد. با وجود بر این کوره های گوناگونی با پایه آجرچین شده یا بتونی مورد استفاده  قرار می‌گیرند. بنای کف این کوره ها نسبتا ساده‌تر  از آماده کردن کف کوره‌های دریچه‌دار است. به طور کلی، کف کوره کوپل از همان ماده‌ای ساخته می‌شود که کوره کوپل را آستر کرده‌اند، یعنی از چسب نسوز آماده شده‌ای که خریداری می‌شود. چسب نسوز به صورت لایه‌ حتی‌الامکان ضخیمی ریخته و کوبیده می شود، تا از تجدید بنای مکرر کف کوره کوپل جلوگیری به عمل آید. هنگام تعویض آستر، برای آنکه رطوبت  و گاز به نو بهتری به خارج هدایت شود، لایه سختی از کک ریز به ضخاکت 2 تا 3 سانتی‌متر بر روی صفحه تحتانی می ریزند و سپس روی آن یک لایه سخت از چس نسوز به ضخامت 30 سانتی‌متر اضافه می‌نمایند. به منظور خروج بخار آب یا خشک شدن  کف کوره کوپل باید در حین ساختمان این لایه دقت کافی به عمل آید، زیرا کف کاملا خشک نشده در ذوبهای بعدی، به علت بخار آب تولید شده به آسانی ترک برداشته و لایه لایه می شود. بدترین حالت ممکن آن است که مذاب با ور آمدن کف کوره کوپل ، در کف  رخنه کرده و حتی از آنجا وارد پی کوره شود. قاعدتا این خرابی ها را دیگر نمی شود متوقف نمود و چاره آن فقط فراهم نمودن مقدمات جهت تخلیه کوره و تعویض بنای کف است. در مناسب‌ترین مورد، حرفه‌ای در پایه کوره کوپل به وجود می آید، به ترتیبی که در این حفره حتی بعد از تخلیه کامل مقدار مذاب باقی می‌ماند.

و با این ترتیب در کف کوره کوپل تولید خرسک  می‌شود که اغلب به علت حجیم بودن به سختی قابل جدا کردن است، و در صورتی که همچنان در کف کوره کوپل باقی بماند، هنگام دوره های ذوب بعدی کوره کوپل ذوب نمی شود و یا این که به کندی ذوب می شود.

هنگام بنای کف، آن را در زیر محلی که برای دریچه خروجی در نظر گرفته شده است، کوبیده و بالا می‌آورند، به طوری که کف کوره کوپل دارای شیبی گردد که یکسر آن به فاصله 2 تا 3 سانتی متر زیر دریچه خروجی برسد و طرف دیگر آن به دریچه خروجی مذاب باقی‌مانده که 50 تا 100 میلیمتر پایین تر از دریچه خروجی و مقابل آن قرار دارد منتهی شود.  بهتر است در کف کوره کوپل شیاری به شکل ناودان ایجاد کنند، تا بتوان در مواقع بارگیری مذاب و سرباره را از این دریچه خارج نمود. شکل 29

 نشریاتی یافت می‌شوند که اغلب لزوم ایجاد شیبی به طرف دریچه خروجی را خاطر نشان کرده‌اند. اما در بسیاری از کوره‌های کوپل، دریچه‌خروج مذاب باقی‌مانده را در محل دیگری یعنی حتی الامکان روبروی دریچه خروجی گدازه تعیین می‌نمایند و کف را به طرف آن شیب‌دار می‌کنند.

 شکل 29

این امر حتی برای کوره هایی که بدون تعویض آستر گرم می‌شوند و یا در حین یک سفر کوره، برای مدتی در شرایط خفیف کار می‌کنند ضروری است. در این صورت امکان دارد که کوره کوپل را در ریخته گری‌های بزرگ برای مدت 8 تا 30 ساعت بدون اینکه تخلیه شود، بدون وقفه  گرم نگاهداشت و آنگاه با اضافه کردن کک و آغاز دمش، بدون اشکالی در دریچه  خروج گداز و سرباره ظاهر شود. به کار ادامه داد. از این جهت برای بستن دریچه خروجی اقدامات خاصی لازم است که در بخشهای بعدی توضیح داده خواهد شد. علاوه بر آن، رعایت اقدامات خاص در جهت ساخت کف، این فایده را دارد که گدازه نخستین در جلوی سوراخ خروجی ته نشین نشود و در جوار آستری که هنوز سرد است، سرد نگردد، بلکه پس از  آنکه مقدار زیادی از آن ذوب شد جهت تخلیه به دریچه خروجی راه پیدا نماید. کورهای کوپل جدیدتر بر روی پایه‌های استوانه‌ای قرار می‌گیرند و برای آنکه کک باقمیانده آسانتر خالی شود، دارای دریچه متحرکی می‌باشند. این دریچه با آنکه نیاز به بارگیری پر خرج و مشکل از دریچه جانبی را منتفی می‌نماید، اما در عوض رعایت دقت بسیار در بنای کف کوره کوپل را در بر دارد. دریچه‌های کف بیشتر از ورق فولاد ساخته می‌شوند و قابل بستن و چفت شدن هستند. برای کوره‌های کوره کوپل بزرگتر، دریچه‌های دولنگه‌ای مناسب است، اما چون این دریچه ها به سختی بسته می شوند بستن آنها را به کمک  چرخ دنده انجام می‌دهند. استفاده  از چرخ دنده معمولی قابل توصیه نیست.  زیرا گوه‌های چوبی به آسانی سر می‌خورند و باز شدن دریچه کارگران را به خطر می‌اندازد. در موقع بستن لنگه‌های دریچه باید با دقت بسیار اطمینان حاصل نمود. که لنگه اول کاملا بسته باشد. برای آن که چفت کردن نهایی اغلب بعد از بالا کشیدن لنگه دوم میسر می‌شود. برای بستن و چفت کردن دریچه‌ها وسایل مختلفی متداول است. شکل 30 یک چفت کننده ساده را نشان می‌دهد.

شکل 30

 شکل 31 نمایانگر یک وسیله  چفت کننده از نوع تری‌هاست است که به وسیله یک سیلندر فشار هوا کار می‌کند. با این کار نه فقط دریچه‌ها را به طور مکانیکی به وسیله یک کنترل کننده از راه دور می‌بندند، بلکه می‌توان آنها را به همان ترتیب بدون خطر باز نمود.  دریچه کف به وسیله یک میله و با فشار هوا یا فشار آب به کار می‌افتد. پس از بستند دریچه‌ها زا چفت می‌ککنند و فشار سیلندر را روی بسته میزان می‌کنند و سپس چفت را بدون خطر برمی‌دارند. با تغییر دادن درجه فشار از بسته به باز دریچه را به طرف پایین به حرکت درمی‌آورند.  یک فیوز از بسته شدن بی‌موقع و غیر مجاز دریچه ها، به ویژه هنگام کار کارگران در داخل کوره کوپل از خطرات پیش‌گیری به عمل می‌آورد. در آمریکا یک وسیله چفت کننده ساده و مناسب به کار می رود. دریچه کف در این سیستم با کشیدن سیم به وسیله یک چرخ بسته می شود.

شکل 31

چون بسته شدن کامل این نوع دریچه ها به وسیله سیم به سختی انجام می گیرد می‌توان از یک چرخ دنده کمک گرفت. از سیمها برای محکم کردن و جلوگیری از باز شدن دریچه استفاده  کرد. بعد از بسته شدن دریچه ‌های کف کوره کوپل باید آنها را با یک گوه محکم کرد. تمام وزن بار کوره کوپل روی دریچه بسته کف وارد می‌شود. بنابراین باید آنرا به نحو احسن و مطمئن بست. ابتدا روی آن را با لایه فشرده‌ای از خاک زغال به ضخامت 10 تا 20 میلیمتر می‌پوشانند. آنگاه لایه ای از چسب نسوز به ضخامت 50 تا 100 میلی‌متر روی آن می ریزند در کوره‌های کوره کوپل که مدت کارشان کوتاه است، می‌توان از این لایه صرفنظر نمود. لایه بعدی لایه ای است از ماسه قالب‌گیری سبک و این همان ماسه‌ای است که در ریخته‌گری‌ها به عنوان ماسه پر به کار می‌رود.  به عنوان آخرین طبقه، مخلوطی ازماسه سنگین و گرد و زغال مخلوط با ماسه مدل به کار می برند:

این لایه درست 100 میلیمتر ارتفاع دارد. ضخامت لایه پر شده از ماسه قالب‌گیری سبک بستگی دارد با شرایط ساختمانی کوره کوپل یعنی با ارتفاع دریچه خروجی از دریچه کف کوره کوپل. حداقل این فاصله می‌تواند 100 میلی‌متر باشد. هر یک از طبقات را باید تا اندازه‌‌ای کوبید، طبقه‌رویی را باید با یک کوبه پهن و کمی فشرده‌تر کوبید تا از نفوذ مذاب در کف کوره کوپل جلوگیری به عمل آورد. از آنجائی که فشار بار کوره کوپل به قشر کک و فشار کک به کف کوره کوپل وارد می‌شود، کافی نبودن تراکم لایه رویی کف می‌تواند باعث نفوذ مذاب در کف کوره کوپل گردد.عدم امکان خروج رطوبت و گاز باعث لایه لایه شدن و ورآمدن کف می‌گردد.  به دنبال آن این امکان وجود دارد که آهن در طبقات زیرین نفوذ کرده و منجمد شود و در نتیجه کف کوره در هنگام باز کردن دریچه‌ها  باز نشود یا در شرایط بحرانی‌تر این که در اثنای ذوب مذاب از راه دریچه‌های کف خارج شده در نتیجه کف سوراخ شود. بهتر از روش ایجاد منافذ جهت خروج گاز، این است که ماسه قالب‌گیری را حتی الامکان خشک به کار برند یا کف را قبلا به وسیله یک پریموس گازی خشک نمایند با زود روشن کردن کوره کوپل قبل از ذوب لایه رویی کف خشک می‌شود، اما ضرر این کار آن است که خاکستر قشر کک به صورت سرباره در‌می‌آید، گاهی اوقات موجب بروز اشکالاتی در هنگام دمش کوره کوپل و باز کردن دریچه خرویجی گدازه و سرباره می‌گردد.  ساخت کف کوره کوپل نیاز به تجربه بسیار دارد و از این رو بهتر است کار ساخت به کسی واگذار شود که از تجربه کافی برخوردار باشد تا بتواند در مورد محکم بودن و نبودن آن نظر بدهد و مسئولیت در قبال عدم کارکرد آن داشته باشد علاوه بر آن توصیه می‌شود که قسمتی از  تنوره کوره کوپل را در مجاورت کف قرار دارد، به صورت مخروطی گسترش دهند. با این ترتیب کف کوره کوپل هنگام افتادن و باز شدن دریچه‌های اتکای کمتری به دیوارهای آستر خواهد داشت.  در اینجا باید توجه داشت که قسمتی قیفی شکل با ماسه کف کوره کوپل کاملا پر و کوبیده شود تا حفره‌هایی که باعث ترک خوردگی می‌شوند، تشکیل نگردد.

ج- ساختمان دریچه‌ گدازه و سرباره

تقسیم‌بندی و ساختمان دریچه‌گدازه و سرباره بسیار پیچیده است و در هر یک از ریخته‌گری‌ها مطابق نیاز کارخانه به طرق گوناگون صورت می‌گیرد.

1- کوره‌های بدون اجاق پیشین ( حوضچه)

در کوره‌های بدون اجاق پیشین، بلندی دمنده‌ها تا کف کوره کوپل به اندازه‌ای است که تنوره کوره بتواند مقدار گدازه‌ای معادل گنجایش یک پاتیل ریخته‌گری را در خود جای دهد بدون آن که آهن یا سرباره وارد لوله‌های دمنده شود.  در زیر فقط به بررسی چند روش در مورد طرز ساختمان و نوع مواد به کار برده شده می‌پردازیم که در حقیقت تفاوت انها در سیستمهای متفاوت کوره کوپل است، یعنی این که کوره کوپل دارای اجاق پیشین ثابت باشد یا متحرک و یا اصولا فاقد اجاق پیشین باشد.

به طور کلی دمنده‌ها با توجه به بزرگی کوره کوپل و مقدار گدازه جمع شده به فاصله 600 تا 900 میلیمتر و در موارد بسیار نادر به فاصله 1000 میلیمتر و یا بیشتر از آن در بالای بوته قرار می گیرند. مذاب در فواصل معینی از کوره کوپل خارج می‌شود. در این موقع  سرباره کوره کوپل معمولا در سوراخی که بالاتر و روبروی سوراخ گدازه کار گذاشته شده است جاری می‌شود.  سوراخ سرباره قاعدتا فقطدر مواقع ذوب کوتاه مدت ( مثلا 8 ساعت در روز) از همان مواد تشکیل دهنده آستر کوره کوپل تشکیل می‌شود. برای این کار یک قطعه چوب یا آهن مخروطی را به طوری که یک طرف کلفت‌تر آن به طرف ناودان باشد، در محل پیش بینی شده قرار می‌دهند و با کوبیدن خاک اطراف، آن را محکم می‌کنند. همچنین می توان با کوبیدن سوراخ خروجی را بست و سپس یک میله آهنی مخروطی را از طرف ناودان در آستر فرو کرد. قطر سوراخ خروجی بستگی دارد به توان گدازه کوره کوپل و اغلب اوقات طوری طراحی شده است که گدازه جمع شده بتواند در مدت کوتاهی از کوره کوپل به بیرون بریزد. از طرف دیگر نباید بیش از حد بزرگ باشد، زیرا در غیر این صورت در موقع توپی گذاشتن باعث بروز مشکلاتی می شود. قطر سوراخ گدازه برای کوره‌های کوره کوپل کوچک 15 میلیمتر و برای کوره‌های بزرگ که دارای توان گدازی ذوبی معادل 15 تا 20 تن در ساعت هستند، 40 تا 50  میلیمتر کافی است. شیب این مخروط  را باید نسبت به طول سوراخ خروجی 5 میلیمتر حساب کرد. و از آنجا به بعد کار خاکبرداری را به صورت مخروط به طرف خارج ادامه می‌دهند. به سوراخ خروجی شیبی به طرف ناودان می دهند تا مانع ریختن گدازه از روی ناودان شود، به خصوص به دلیل آن که گدازه نخستین متناسب با ارتفاع بار آهن داخل کوره کوپل با فشار بسیار زیاد به بیرون می ریزد. پس از آن که کار کانال دریچه گدازه به پایان رسید با یک نیشتر آنقدر خاک را از داخل و خارج می کنند تا حفره‌های مخروطی شکل به وجود آید. این حفره‌ها باید آنقدر عمق داشته باشند که طول کانال دریچه گدازه تقریبا به 100 میلیمتر برسد.  در سوراخ را در طرف ناودان به صورت صفحه گردی به پهنای 15 تا 20 میلیمتر در می‌آورند و آن ا به بعد کار خاکبرداری را به صورت خارج ادامه می دهند.  کار گذاشتن و برداشتن توپی در یک مقطع گرد آسانتر است. علاوه بر آن سوراخ را طوری از طرف ناودان می‌کنند کهمیله سوراخ‌بند، در صورتی که بخواهند سوراخ را دستی مسدود کنند، به طور عمودی قرار می‌گیرد، یعنی اینکه صفحه حلقه مانند باید به عقب متمایل بوده و از طرفی که شخص ذوب کننده ایستاده است، لبه‌دار باشد. شکل 32

سوراخ خروجی و حفره‌ها با محلول گرافیت اندوده می‌شوند. این کار غالبا با به کار بردن یک مدل آسان می‌شود و به خصوص موقعی که سوراخ خروجی به طور یکنواخت ساخته می شود.

 شکل 33

همان طور که ذکر شد، برای سوراخ گدازه از همان خاکی استفاده  می‌کنند که برای کوبیدن کوره کوپل به کار می رود و اگر کوره کوپل با آجر پوشیده باشد، چسب نسوز با کیفیت خوبی را به کار می برند. به هر حال در انتخاب ابعاد دریچه باید دقت نمود، زیرا ممکن است به کار بردن خاک دارای کوارتز زیاد باعث کوچک شدن و پس رفتن سوراخ در موقع ذوب شود. علت این امر در تغییر و تبدیل کریستال‌های کوارتز است. دریچه گدازه را در پست‌ترین قسمت کف کوره می‌سازند. به خصوص در موقعی که کوره بعد از هر ذوب خال شود. با این روش می‌توان کوره را به وسیله دریچه گدازه کاملا خالی کرد. دریچه کدازه باید به هر حال هر بار از نو ساخته شود، برای آن که خروج باقی مانده سرباره پوشش سوراخ دریچه را خراب می‌کند و باعث بروز مشکلاتی در امر باز و بسته شدن دریچه می‌گردد.

شکل 34

کارهای لازمی که باید بدون استثنا در مواقع طولانی بودن کاهش شدت اعمال شیمیایی وحرارتی انجام شوند، به شرح زیر می‌باشد:

کف کوره کوپل نباید به طرف دریچه گدازه متمایل باشد، بلکه به طرف دریچه خروجی باقیمانده گدازه یا به طرف دریچه اضطراری. در این حالت سوراخ دریچه 10 تا 20 میلی‌متر بالاتر از کف کوره کوپل قرار می‌گیرد. امتیاز این کار در آن است که گدازه نخستینی که در کف نسبتا سرد کوره کوپل سرد می‌شود، بلافاصله به جلوی دریچه نرسد و یا به علت کاملا بسته نبودن دریچه در کانال دریچه منجمد نگردد. در اینجا دیگر خالی کردن کامل کوره کوپل از راه دریچه اصلی صورت نمی گیرد، بلکه از راه دریچه خروج مذاب باقیمانده که مابقی سرباره زا نیز خارج می‌‌سازد، انجام می شود. با این کار از خروج سرباره از سوراخ دریچه گدازه جلوگیری به عمل می‌آید و این امر در کوره‌‌های کوره کوپل که باید شدت اعمال حرارتی و شیمیایی آنها کاهش یابد، حائز امتیاز بسیاری است. اندازه این دریچه اضطراری یا سوراخ مذاب باقیمانده را می‌توان بزرگ گرفت، برای آن که همیشه آن را باز نمی کنند. بیشتر اوقات به جای ساختن دریچه خروجی گدازه از آجرهای آماده استفاده  می‌کنند  شکل 34 یک چنین آجر پیش ساخته  را همان طور که ایرس برگر پیشنهاد می‌کند نشان می‌دهد. همچنین نوع دیگری با سوراخ دریچه رزرو  معمول است.

تهیه این آجرها از شاموت یا گرافیت مشکلتر است و فقط برای کوره‌های کوره کوپل ضروری است که باید دریچه هایشان در برابر مذاب مدت زمان بیشتری مقاومت داشته باشند.

دریچه‌های کوبیده شده، اگر با دقت ساخته شده باشند و خاک نسوز خوبی در ساختمانشان به کار برده شده‌ باشد، حتی با کار چند روزه  و بدون انقطاع هم دوام می‌آورند و این در صورتی است که سرباره از دریچه خروج گدازه جاری نشود، چون در این صورت سرباره خاک دریچه گدازه را به شدت خراب می کند. دریچه خروج سرباره بالاتر از دریچه گدازه و حتی الامکان در مقابل آن ساخته می‌شود. در این نوع کوره‌ها، غالبا دریچه خروج مذاب باقمیانده در قسمت دریچه پشتی کوره ساخته می‌شود. دریچه خروج سرباره مانند  دریچه خروج گدازه احتیاج به مراقبت و بازسازی چندانی ندارد، زیرا نه به طور مداوم باز می‌ماند و نه آن را به تناسب نوع کار در فواصل زمانی طولانی‌تری می‌گشایند.

فشار وارد بر روی دریچه خروج سرباره به مراتب کمتر از فشار وارد بر دریچه خروج گدازه است. در صورتی که دریچه خروج سرباره به طور مداوم باز نگه داشته شود و سرباره‌ای جریان نداشته باشد، گاز داغ از دریچه خارج می شود و کانال را گرم نگه می‌دارد. این امر به هر حال کاهش گرما محسوب می‌شود.

رنگ شلعه این گاز برای کارگر با تجربه کوره نشانه درست بودن کار کوره کوپل و کافی بودن کک آن است.

ساختمان دریچه خروج سرباره به طور غیر قابل تصور ساده است. یک میله چوبی مخروطی سبک یا میله آهنی رادر سوراخ می‌گذارند و اطراف آن را می کوبند، یا بعد از کوبیدن خاک، میله‌ای را در آن فرو می‌کنند. قطر دریچه خروج سرباره به علت قابلیت فرم‌پذیری  کم سرباره مذاب بزرگتر از قطر دریچه گدازه است و قاعدتا به 50 تا 60 میلی‌متر می رسد. برای آستری آن می‌توان در کوره‌های کوپل ذوب کوتاه مدت ماسه چسب‌دار یا ل نسوز به کار برد. پس از اتمام ساخت دریچه سرباره آن را با محلول گرافیت اندود می کنند.  در صورتی که خاک نسوز به کار برده شده برای ساخت دریچه سرباره را قبلا با 20٪ محلول گرافیت مخلوط کنند، می توان اثر شدید سرباره را کاهش داد. تعمیر دریچه سرباره آسانتر از تعمیر دریچه گدازه است.  اگر بخواهید دریچه سرباره را گاهگاه باز کنند، بنابراین توپی گذاشتن در دریچه‌ با گل نسوز کافی است. برای آن که تهیه توپی گلی به سادگی امکان‌پذیر است. ناودان چدنی در جلوی راه خروجی سرباره که در میان درب یا بدنه کوره برای هدایت ناودان با محلول غلیظ گرافیت به آن استحکام کافی می‌دهد.

بهترین ماده برای این کار هماتیت است.

2: کوره کوپل دارای اجاق پیشین ثابت

در کوره‌هایی که دارای اجاق پیشین ثابت می‌باشند، از آن به عنوان مخزن جمع کننده مذاب یا سرباره استفاده  می‌شود. این اجاق با همان قطر و ارتفاع مشابه ذکر شده به علت عدم وجود کک بستر، دارای گنجایش بیشتری نسبت به کوره‌های بدون اجاق پیشین است که مذاب در فضای بین بدنه دمنده‌ها جمع می‌شود.

به هر جهت آهن مذاب  در این کوره‌ها تماس زیادی با کک بستر نخواهد داشت، در نتیجه از این کوره‌های کوپل که دارای یک نوع بار هستند معمولا مذابی با مقدار کربن کمتر حاصل می شود یعنی از این کوره‌های کوپل با بار مساوی معمولا کربن کمتری حاصل می‌شود زیرا در این کوره‌های کوپل دمنده‌ها پایین‌تر از دمنده‌های کوره‌های بدون اجاق پیشین قرار می‌گیرند و با این ترتیب قسمتی از کک بستر مصرف نمی‌شود. اگر قرار باشد که ذوب دارای مقدار کربن کمتری باش، این امر با کورهای کوپل دارای اجاق پیشین آسانتر امکان‌پذیر خواهد بود. کوره به وسیله کانالی به اجاق پیشین مربوط می شود که طبق مدل ایرس برگر باید حتی الامکان بزرگ باشد زیرا این کانال علاوه بر جریان سرباره و گدازه ، گازهای داغ کوره کوپل  را نیز وارد اجاق پیشین می‌کند، تا آن را در آغاز ذوب گرم نماید و در ضمن مذاب را هم گرم نگه دارد.

بهترین کار آن است که کانال را به شکل شکافی به پهنای 100 میلی‌متر و بلندی 200 میلی‌متر بسازند.  ارتفاع مناسب می‌تواند، نصف فاصله  دمنده، تا قسمت تحتانی تنوره باشد و در صورت بلند بودن کانال، به جای گازهای داغ، هوای سرد وارد اجاق پیشین می‌شود و آن را سرد می‌کند. پهنای بیش از 100 میلی‌متر برای شکاف مناسب نیست، برای آنکه در این صورت کک بستر به اجاق پیشین وارد می‌شود.  در صورتی که عمق اجاق پیشین بیش از حد لازم نباشد، می‌تواند بدون گرمای اضافی ویژه در موقع  دمیدن به کوره کوپل به قدر کافی گرم شود. مناسب‌ترین عمق برای اجاق پیشین 3/2 قطر کوره‌ در قسمت دمنده‌ها است. این عمق حتی‌الامکان نباید از  قطر کوره تجاوز کند. عمق بیشتر اجاق پیشین باعث کاهش حرارت مذاب می‌شود به دلیل این که گازهای گرم کوره کوپل در ارتفاع معینی از مذاب باعث گرم شدن کامل آن در اجاق پیشین می گردد. ساختمان دریچه‌ بار و سرباره‌ در کوره‌های دارای اجاق پیشین ثابت درست مانند کوره های کوپل بدون اجاق پیشین است. همچنین در کوره های دارای اجاق پیشین ثابت از نظر طراحی امکان دارد که جداسازی سرباره و گدازه را به وسیله یک سیفون میانی مخارج از اجاق پیشین انجام داد. نظر به این که این نوع طرح ها در واقع  با همان ساختمانی که قبلا ذکر آن رفت بیشتر در کوره‌های کوپل دارای اجاق پیشین متحرک موجود است، بررسی آنها به همان قسمت محول می‌شود.

1- کوره‌های کوپل دارای اجاق پیشین متحرک

بیشتر کوره‌های دارای اجاق پیشین متحرک که اخیرا در تعداد زیادی از ریخته‌گری‌های جدید اروپایی به کار می‌روند، به روش فرایر گروندر یا روش شبیه آن ار جداسازی گدازه و سرباره را در کوره انجام می‌دهند. سرباره و گدازه به طور مدام از کوره به یک سیفون می‌ریزند. مهمترین امتیاز  این روش در آن است که ارتفاع سرباره یا ارتفاع مذاب در کوره از خارج تنظیم می‌شود و بدون تغییر می ماند و این امر باعث یکنواخت‌تر شدن ترکیب گدازه خروجی می‌گردد. نظر به این که ارتفاع مذاب

و سرباره مدام تحت کنترل است، این امر دیگر به مهارت متصدی ذوب واگذار نمی‌شود، تا تشخیص دهد که سطح مواد مذاب را در کوره به چه ارتفاعی برساند یا دائما مترصد باشد که چه وقت دریچه سرباره را به منظور سرباره‌گیری باز نماید.

هنگامی که سرباره یا گدازه در دمنده‌ها راه پیدا می‌کند، دیگر خیلی  دیر است و دمنده‌ها در این حالت اغلب مسدود می‌شوند ، به طوری که چاره کار فقط تخلیه کوره با مشقت فراوان است. سرباره گیری را توسط یک سیفون از بالای سطح مواد مذاب انجام می‌دهند.  مذاب آهن در سیفون و مذابی که در تنوره به پایین می چکد مدام با سرباره جدید تماس پیدا می‌کند و می‌تواند  به نحو بهتری با آن فعل و انفعال داشته باشد. برای گدازه گیری و سرباره‌گیری دو راه امکان دارد.

1-   سرباره و  گدازه با هم از یک دریچه خروجی خارج می شوند و جداسازی آنها در خارج از کوره و به وسیله یک روباهک صورت می گیرد( سرباره‌گیری مستقیم )

2-      گدازه و سرباره به طور مداوم از دو سوارخ خروجی جداگانه سیفونی شکل از کوره خارج می‌شوند. ( سرباره‌گیری غیر مستقیم)

امتیاز روش اول از این جهت است که گر چه ظرفیت گرمایی سرباره در واحد وزن از ظرفیت گرمایی آهن بیشتر است اما به علت کمتر بودن وزن مخصوص سرباره ظرفیت گرمایی آن در واحد حجم کمتر از ظرفیت گرمایی مذاب است. بدین جهت سرباره توسط مذاب گرم نگهداشته می شود و آسانتر از کوره خارج می‌گردد. ظرفیت گرمایی سرباره 425 کالری بر گرم و مذاب تقریبا 280 کالری بر گرم است.  اگر این مقدارها را نسبت به حجم بسنجیم ظرفیت گرمایی آهن با وزن مخصوص ؟ 7برابر با ؟ 1960 و ظرفیت گرمایی سرباره با وزن مخصوص CM3 /g  3 برابر ؟ 1275 می‌شود.  به هر حال سرباره باعث خرابی آستر دریچه خروجی می‌شود و قسمت فوقانی آن را گشاد می‌نماید، در مواقعی که کار کوره طولانی است و آستر به شدت مورد آسیب سرباره قرار می گیرد ممکن است از راه دریچه خروجی، هوا دمیده شود و با هر برخورد هوا با سرباره، مقداری از آن را با خود خارج نماید. اما بازسازی یک دریچه  مشترک در حین کار، به خاطر مشکلاتی که به واسطه متصل کردن جدا کننده سرباره به وجود می آید، مشکلتر از بازسازی یک جدا کننده مستقل سرباره است. علاوه بر ان، ارتفاع مذاب در کوره به وسیله فاصله دریچه تا تنوره کوره محدود می‌شود. در حالت دوم دریچه گدازه خیلی کمتر، به خصوص فقط به وسیله مذاب تاثیر پذیر است. فرسایش شدید سیفون سرباره  انتقال پیدا می کند.

دریچه خروجی کوبیده شده از چسب نسوز در کوره‌ای با راندمان 16 تن  در ساعت برای کار مداومی معادل 3 تا 4 روز دوام می‌آورد و ابتدا بعد از 4 تا 5 دور کاری تعویض می‌شود. فقط قسمتی را که باید در موقع نوسازی آستر کوره  دوباره کوبیده شود، عوض می‌کنند. سیفون سرباره می‌تواند، بعد از قطع جریان هوا و باردهی کوره در حین کار در مدت کوتاهی تعویض شود، اگر برای دریچه سرباره آجرهای مقاوم یا مواد ساختمانی ویژه‌ای انتخاب نشده باشد. ترکیب شیمیایی و حرارت گدازه نیز در استحکام دریچه گدازه تاثیر می‌گذارد. گدازه‌ای با کربن و سیلیسیوم کمتر، باعث خرابی بیشتر دریچه گدازه می شود تا گدازه ای که دارای مقدار بیشتری از این عناصر باشد.

بخش ششم :انواع سرباره‌گیری کوره کوپل

1-      سرباره‌گیری پیشین کوره کوپل

در سرباره‌گیری مستقیم، سرباره و مذاب مشترکا به وسیله یک دریچه تخلیه خروجی از کوره خارج می شوند و به علت وزن مخصوص متفاوت در مخزنی که به این دریچه متصل است از یکدیگر جدا می‌شوند. در اینجا برای خروج سرباره  یک مجرا در قسمت بالای دریچه تخلیه در نظر گرفته می‌شودع در حالی که مذاب در محل پایین‌تری توسط یک سیفون جاری می‌شود.  شکل 35

در این موقع طبق قانون فیزیکی ظروف مرتبطه فشار هوا + فشار استوانه سرباره + فشار استوانه مذاب در داخل کوره با فشار استوانه سرباره+ فشار استوانه مذاب در مخزن سیفون که خارج از کوره توسط ارتفاع مذاب جاری شده در ناودان مشخص می‌شود. مبدا این ارتفاع  از دریچه تخلیه می باشد.  سطح گدازه در مخزن سیفون به علت سرباره‌ای که در روی آن شناور است، پایین‌تر از سطح گدازه در ناودان قرار دارد.

با آگاهی از فشار هوای داخل کوره که نباید با فشار هوا در لوله‌ها که بعدا به آن اشاره خواهد شد اشتباه شود، می‌توان ارتفاع مورد نیاز سیفون مذاب یعنی اختلاف ارتفاع بین دریچه تخلیه و لبریزه مذاب را به دست آورد. در صورتی که به عنوان علامت اختصاری برای:

 ارتفاع مذاب در مخزن سیفون

فشار هوا ( میلی‌متر ستون آب)

ارتفاع سرباره در کوره

ارتفاع مذاب در کوره

ارتفاع سرباره در مخزن سیفون

ارتفاع مذاب در سیفون

وزن مخصوص آهن

وزن مخصوص سرباره

شکل 35

 انتخاب شود و این ارزشها را نسبت به لبه فوقانی سوراخ خروجی بسنجیم، بنابراین می‌توان تساوی زیر را برقرار نمود:

سمت راست این تساوی طبق آن چه که در بالا ذکر شد مساوی است با:

hES. YE

در سمت چپ تساوی باید  hEO رامساوی با صفر گرفت، زیرا در صورتی که قرار  باشد سرباره همزمان خارج گردد، سطح مذاب در کوره نمی‌تواند بلندتر از سطح دریچه خروجی باشد. بنابراین از تساوی 1 فرمول زیر نتیجه می‌شود.

اگر به جای Ys مقدار ؟ و به جای yE مقدار ؟ را قرار دهیم ، فرمول زیر نتیجه خواهد شد:

 اما فشار هوای داخل کوره با فشار داخل لوله‌ها یا مخزن هوا مساوی نیست، بلکه کمتر از آن است. اختلاف در اصل به نسبت سطح مقطع کل دمنده‌ها و سطح مقطع کوره بستگی دارد. فشار در یک کوره گرم دم با مجرای جانبی خروجی گازها در قسمت سوختگاه یا کمی بالاتر از آن کمتر از کوره‌هایی است که گازهای خروجی آنها از دهانه متصاعد می‌شوند.  این اختلاف با ازدیاد فشار هوا افزایش می‌یابد.

جدول 4 چند نمونه از مقدار فشار در ابتدا و انتهای دمنده‌ها را نشان می‌دهد. این مقادیر در هر دو حالت برای کوره‌هایی صدق می‌کنند که قطر داخلی آنها 1800 میلیمتر باشد، یعنی برای کوره‌ای به بزرگی کوره‌های اروپایی. اعداد ردیف اول برای یک کوره با دم تنظیم شده که دارای یک دمنده اصلی و یک یا چند ردیف دمنده فرعی باشد. صدق می‌کند و اعداد ردیف دوم  برای کوره ای صادق است که بنای سنتی دارد. ارقام جدول شماره 5 نتیجه چند اندازه‌گیری برای یک کوره دم و 1100 میلی‌متر و سطح مقطع دمنده 25٪  با امکان تصاعد گاز در محل بارگیری کوره و همانطور برای یک کوره گرم دم 800 میلی‌متری با امکان تصاعد گاز در بالای سوختگاه آن است. جدول 5 اختلاف فشار در ابتدا و انتهای دمنده‌ها در یک کوره گرم دم به قطر 1100 میلیمتر و امکان تصاعد گاز در (چند بارگیری کوره) و در یک کوره گرم دم به قطر 800 میلیمتر و امکان تصاعد گاز در بالای سوختگاه نسبت سطح مقطع دمنده‌ها به سطح مقطع تنوره کوره 25٪ است.

نسبت Dw. DO

فشار DO  در کوره mm Ws

فشار Dw  در لوله‌های هوا ws mm

68/0 : 1

660

970

:68: 1

420

615

83/0 : 1

790

950

81/0 : 1

570

700

78/0 : 1

460

590

80/0 : 1

350

440

جدول 4 اختلاف فشار در ابتدا و انتهای دمنده‌ها

 

 

 

 

الف: کوره کوپل 1100 میلیمتری. تصاعد گاز ( از چند بارگیری کوره)

نسبت Dw. DO

فشار DO  در کوره mm Ws

فشار Dw  در لوله‌های هوا ws mm

94/5 : 1

940

1000

64/0: 1

850

900

95/0 : 1

700

740

95/0 : 1

570

600

92/0 : 1

350

380

 

 

 

 

ب:کوره کوپل 800 میلیمتری

نسبت Dw. DO

فشار DO  در کوره mm Ws

فشار Dw  در لوله‌های هوا ws mm

88/0 : 1

440

500

88/0: 1

350

400

83/0 : 1

250

300

85/0 : 1

170

200

86/0 : 1

120

1400

 

 

 

 

معمولا ارتفاع 300 میلیمتری برای سرباره کوره کوپل کافی است. در این حالت ارتفاع مذاب سیفون با فشاری معادل mm ws  700 به وسیله فرمول زیر به دست خواهد آمد.

2-      سرباره گیری پسین کوره کوپل

برای سرباره گیری پسین و خارج کردن مذاب دو سیفون جداگانه مورد نیاز است. این روش برای کوره‌های کوپل‌ای که در آنها مدتی طولانی بدون انقطاع ذوب می‌شود، مناسب‌تر می باشد زیرا سرباره سیفون آسان‌تر بازسازی می‌شود. برای تفهیم طرز کار می‌توان هر دو سیفون را به عنوان لوله‌های ارتباطی در نظر گرفت.

ارتفاع سیفون گدازه × وزن مخصوص گدازه برابر است با ارتفاع گدازه × وزن مخصوص گدازه+ ارتفاع سرباره در کوره × وزن مخصوص سرباره در کوره+ فشار هوای داخل کوره. برای اندازه‌گیری ارتفاع هر سیفون باید با توجه به استوانه سرباره و فشار هوا در کوره و بالاخره پس از تخمین ارتفاع مذاب سیفون را محاسبه کرد.

شکل 36

برای اندازه‌گیری ها می‌توان از علائم اختصاری زیر استفاده  نمود:

فشار هوا در کوره کوپل

ارتفاع سیفون آهن مذاب در کوره کوپل

ارتفاع مذاب- در کوره کوپل

ارتفاع سرباره کوره کوپل

ارتفاع سرباره در کوره کوپل

وزن مخصوص سرباره کوره کوپل

وزن مخصوص آهن

 رابطه سیفون سرباره به وسیله تساوی 4 نشان داده می شود:

4)

برای سیفون مذاب کوره کوپل:

معمولا ارتفاع 25 سانتی‌متر سرباره در کوره  برای جلوگیری از اکسید شدن کافی است و همچنین در مواقع بازی بودن عمل ذوب، به مقدار کافی گوگرد زدایی خواهد شد. سرباره در کوره کوپل تا 100 سانتی‌متر افزایش یابد. اگر فشار هوا در کوره mm ws700 ارتفاع سرباره در کوره کوپل 25 سانتی متر باشد، با این ترتیب ارتفاع سیفون سرباره (hss)  طبق تساوی  4 مساوی است با:

در این حالت ارتفاع سیفون آهن مذاب Hes غیر از ارتفاع سرباره در کوره کوپل به ارتفاع مذاب در کوره نیزبستگی دارد.هرچه کربن دادن به آهن مذاب بیشتر باشد باید به همان نسبت هم ترتفاع  مذاب در کوره کوپل بیشتر باشد تا آنکه مذاب مدت طولانی تری در تماس با کک بستر قرار گیرد.

ارتفاعی معادل 100تا 200 میلیمتر عادی به نظر میرسد.

حد بین جدا سازی سرباره و گدازه باید کمی پایین تر لبه فوقانی سوراخ سرباره باشد.

بدین طریق پایین ترین طبقه سرباره که قبلا با مذاب در تماس بود خارج خواهد شد.

اندازه ارتفاع سیفون آهن از تساوی (5)به دست می آید اگر heo=150mmباشد چون :

است. بنابراین خواهیم داشت:

و در نتیجه   بنابراین دریچه خروج سرباره در حدود 150 میلیمتر بالاتر از دریچهگدازه قرار گیرد و ارتفاع سیفون مذاب باید 350 میلیمتر و ارتفاع سیفون سرباره 480 میلیمتر باشد.

3- ساختمان کوره کوپل و مواد دیگر گداز در روشهای مختلف سرباره‌گیری

در آلمان روش سرباره گیری به وسیله سیفون ارزش خود را به خوبی نشان داده است. به علت سادگی هم برای سرباره‌گیری از جلو و هم برای سرباره‌گیری از پشت سیستم یکنواختی در جلوی دریچه مذاب انتخاب می شود.

برای سرباره‌گیری از جلو، مطلوب‌تر است که کف سیفون به طرف کوره کوپل شیب‌ داشته باشد  و همچنین سوراخ خروجی که لبه پایینی آن کف سیفون را قطع می‌کند، در همان جهت باشد. کف تنوره کوره کوپل حدود 20 میلیمتر پایین‌تر از دریچه خروجی قرار می‌گیرد و به یک دریچه مذاب باقیمانده جنبی یا پشتی منتهی می شود. در این طریقه به هنگام خالی کردن کوره کوپل ، دریچه خروجی و سیفون به کلی خالی میشوند. برای آنکه مذاب باقیمانده به مقدار غیر ضروری زیاد نباشد  در پیش بنای سیفون مجرای دیگری می سازند که از طریق یک ناودان به حوضچه متصل می‌شود. در کنار مخزن سیفون و در حدود 50 میلیمتر بالای مذاب مجرای خروج سرباره وجود دارد. برای آستر کردن و بازسازی سیفون مدلی به کار می برند که با خود سیفون کوبیده می شود. اندازه هر یک از سوراخها به توان ذوب کوره کوپل ، که برای آن ارقام تجربی داده شده، بستگی دارد:

جدول زیر ارقام تجربی را نشان می‌دهد:

 

قطر سیفون نسبت به ناودان

قطر داخلی کوره کوپل نسبت به قطر دریچه تخلیه

تن / ساعت

50

45

9

60

55

14

70

65

18

  پهنای سیفون اهمیت چندانی ندارد و به وسعت مکانی که برای این کار در نظر گرفته می شود بستگی داشته و به طور کلی از 250 تا 300 میلی‌متر  تجاوز  نمی‌کند. اگر بخواهند به دلایل خاصی متالوژیکی، ارتفاع سرباره  را کوره کوپل حد تا امکان پایین نگهدارند، باید با دانستن مقدار فشار هوای داخل کوره طبق  رابطه 3 ارتفاع hES را محاسبه نمود.

بهتر است ارتفاع hES را 20 تا 30  میلی متر بالاتر انتخاب شود تا بتوان از دگرگونی پیوسته دریچه تخلیه که به علت سرباره به وجود می‌آید، پیش‌گیری کرد.  هنگام افزایش توان گداز که موجب افزایش مقدار هوا و فشار آن می شود خروج هوا از دریچه تخلیه اجتناب‌ناپذیر است در این موارد می‌توان با ساختن نوعی ناودانی مناسب از خروج  آن جلوگیری کرد. معمولا در جلوی دریچه تخلیه سطح مقطع ناودان به صورت مربع شکل می باشد. ولی اگر سطح مقطع را به صورت مستطیل باریک و عمودی در بیاوریم با افزایش توان گداز ارتفاع گدازه در ناودان نیز افزایش یافته که در نتیجه باعث افزای hES شده و به روی ازدیاد فشار هوای داخل هم اثر متقابل می‌گذارد. توان گداز، با اضافه شدن کک شارژ در صورتی که فشار و مقدار هوا ثابت بماند، پایین می‌آید. اگر ارتفاع استوانه سرباره در کوره کوپل خیلی پایین باشد باز هم هوا به خارج دمیده می شود و به همین علت است که ارتفاع hES 20 تا 30 میلی متر بیشتر توصیه می شود.  هر گونه  تغییر hES در فشار هوای ثابت باعث می شود  که hSO به میزان 3/2 برابر تغییر نماید که فاکتور فوق نسبت وزن مخصوص آهن به وزن مخصوص سرباره می‌باشد. همزمان با ذوب در منطقه بالایی مجرای تخلیه ، ارتفاع سرباره در داخل کوره کوپل نیز کاهش می یابد، زیرا سرباره با ارتفاع مذاب کمتری در حالت تعادل قرار دارد و به این ترتیب خطر قطع دم شدت می یابد. از طرف دیگر hES را از طریق بالاتر قار دادن راه خروجی آهن افزایش داد، تا بتوان با افزایش ارتفاع سرباره در کوره کوپل از قطع جریان هوا جلوگیری نمود. اما این عمل زمانی امکان‌پذیر است که فاصله کافی تا دمنده‌ها موجود باشد.  بنابراین می‌توان ارتفاع استوانه سرباره را از خارج کنترل کرد و در حین ذوب نیز ثابت نگه داشت.

این نوع تخلیه  نسب به کوره با تخلیه  منقطع، دارای امتیاز بسیاری است، به ویژه  وقتی که قرار باشد مذابی با ترکیب شیمیایی یکسان ذوب گردد.  آزمایشهای زیاد نشان داده‌اند که ترکیب شیمیایی گدازه‌های کوره کوپل ، بدون حوضچه  و با تخلیه منقطع  مذاب و سرباره با ارتفاع سرباره و مذاب در نوسان مستقیم خواهد بود.

برای ماده اولیه جهت ساخت سیفون ماسه چسب نسوز مناسب تشخیص داده شده است. در کوره‌های کوپل که بعد از 8 تا 16 ساعت زمان گداز تعمیر می شوند می‌توان بخشهایی مانند دریچه تخلیه و سقف سیفون را که تحت تاثیر سرباره قرار می گیرند، از ماسه  چسب نسوز ساخت.  اضافه نمودن 10 تا 20٪ حجمی گرافیت به ماسه چسب نسوز پایداری در برابر سرباره را در کوره های کوپل که زمان گدازطولانی آن مد نظر است، افزایش می‌دهد.  در این جا باید دریچه تخلیه، به عنوان مهمترین قسممت از سنگهای ویژه مانند سیلیسیوم کاربید، اکسید  زیرکن و غیره ساخته شود.  برای کوره‌های کوپل بازی، مننزیت یا کرم مننزیت و سنگ معدم کرم ارزش خود را به عنوان آجر نسوز  شکل یافته مقاومت زیادش ارزانتر از به کار بردن خاک نسوز همان ماده تمام خواهد شد یا خیر؟  آجر نسوز هر خاک نسوز از کربن عملا در برابر سرباره بازی یا اسیدی حساسیتی ندارد و به هر حال آنها  تحت تاثیر کربن  و سیلیسیوم مذاب قرار می گیرند.

شکل 37

 

 

مرز بین مذاب و سرباره

حد بالایی سرباره در فشار هوای زیاد، ارتفاع سرباره

حد بالایی سرباره در فشار هوای کم، ارتفاع سرباره

ارتفاع لبریز مذاب

ارتفاع مذاب در ناودان در فشار هوای ماگزیمم توان گداز ماگزیمم

ارتفاع مذاب در ناودان در فشار هوای کم، توان گداز کم

آجرها و خاک نسوز  کربنی چون در مجاورت اکسیژن مثلا در نزدیکی دمنده‌ها یا در مجراهای باز به سرعت می سوزند، نسبت به بقیه مواد دیرگداز دارای امتیاز منفی هستند.  در ایالات متحده آمریکا روش گدازه و سرباره گیری به خصوصی متداول است، با این هدف که ارتفاع سرباره را در کوره کوپل حتی الامکان به حداقل می رسانند،  زیرا ریخته‌گری‌های آمریکایی به علت برخوردار بودن از ترکیب شیمیایی مناسب مواد اولیه،  مثل ریخته گری‌های اروپایی به ویژه در مورد کوره های کوپل بازی، آنقدرها نسبت به تاثیر متالوژیکی حساسیت ندارند.

در سیفون سرباره زدایی غالبا یک تیغه آجری به عنوان سد سرباره ساخته می‌شود.

مقادیر X mm

فشار در کوره کوپل mm ws

فشار در مخزن هوا mm ws

ـــــــــــــــ

110

660

970

 

 

کوره کوپل با دم تنظیم شده

 

 

کوره کوپل معمولی

89

530

835

74

420

615

127

790

950

94

570

700

79

460

600

64

350

440

 

 

 

برای اندازه‌گیری حداکثر ارتفاع گدازه در ناودانی  فرمول زیر را به کار می برند. ماگزیمم  . در این رابطه x ارتفاع گدازه به اینچ است، بنابراین X+D مساوی است با hES در تساوی 3 D ارتفاع مذاب در ناودان به اینچ و C فشار هوا به اونس بر اینچ مربع است.

نتیجه تبدیل آن به سیستم اندازه‌گیری متری  در رابطه زیر نشان داده شده است: 

hES= hES1+ hER=p:70

ارتفاع x که به این ترتیب  به دست آمده است، کوچکترین اندازه برای hES1+ hER  است و باید به دلایلی که قبلا به آنها اشاره شد، با توجه به ارتفاع مورد نظر سرباره داخل کوره بزرگتر شود. شکل‌های 38 تا 41 نمونه‌های دیگری از ساختمان سیفون‌های آمریکایی برای سرباره و آهن می‌باشند. شکلهای 38 تا 41  نمونه‌های دیگری از ساختمان سیفون‌های آمریکایی برای سرباره و آهن می‌باشند. سرباره جداکن  به عنوان سر سرباره در بیشتر حالات از آجرهای نسوز ساخته می شود. ایجاد آن با این روش به آسانی صورت می‌گیرد و دسترسی به آن در مواقع خرابی به خوبی امکان‌پذیر است. دریچه تخلیه مذاب باقیمانده اکثرا در کنار  ناودان  قرار دارد. در این حالت باید مذاب باقیمانده را در یک پاتیل جداگانه ریخت.

شکل 38

 چنین طرحی  این امیتیاز را دارد که بعد از خالی شدن بار کوره به خوبی تمیز می شود و با کمترین هزینه به کرات مورد استفاده  قرار می‌گیرد.  همچنین مجرای تخلیه بعد از بسته شدن قسمت جلویی به آسانی قابل دسترسی است و بدون آن که نیاز به خالی کردن کوره کوپل باشد، به آسانی از خارج کوره  تعمیر شده و به کار می‌افتد.

شکل 39 شکل 40 شکل 41

 دوام دریچه تخلیه  مذاب در موقع سرباره گیری پسین و استفاده  از یک مجرای جداگانه  برای خروج سرباره به مراتب   بیشتر است، زیرا تاثیر سرباره در این مکان از بین می‌رود . در مواقع اسیدی بودن کار کوره کوپل ، دریچه تخلیه مذاب و سیفون ساخته شده از ماسه  چسب نسوز  می‌‌توانن  یک دوره چند روزه را به خوبی تحمل کنند.

در مواقع بازی بودن کار کوره،  حتی در موقع  فرایند چندین روزه  کوره نیازی به ماده مخصوص دیرگداز نیست.

برای این منظور، دولومیت و مننزیت به عنوان خاک نسوز یا آجر نسوز مناسب می‌باشند در حالی که مواد به کار رفته در دریچه تخلیه سرباره را باید به کرات عوض نمود. در استفاده ‌های طولانی‌تر و به هنگام متوقف کردن کوره کوپل ، بهتر است دریچه دارای شیب کمتری باشد. مجرای سرباره با آن که طولانی‌ می‌شود، اما دسترسی به آن در   موقع رفع خرابی ‌های  توسط سوزاندن اکسیژن به نحو بهتری امکان پذیر بوده و آسانتر تعمیر می شود.  در مواقعی  که کوره کوپل اسیدی است می‌توان از ماسه و چسب نسوز  استفاده  کرد که مقاومت  کم آن نسبت به سرباره  با اضافه نمودن 20٪ حجمی  گرافیت افزایش می یابد. کربن به عنوان آستر  دریچه سرباره ارزش خود را هم در موقع  اسیدی بودن کوره کوپل و  هم در موقع بازی بودن آن به اثبات رسانیده است و برای کار مداوم کوره کوپل ها روزهای متوالی دوام می‌آورد.  در صورت سوزانیدن به وسیله نیزک  اکسیژن، خرابیهایی درآستر کربن‌دار ایجاد می‌گردد. ارتفاع سیفون مذاب و سرباره با توجه به هدفی که از کار کوره کوپل انتظار می‌رود از روی  تساوی‌های 4 و 5 تعیین می‌شود.  در کوره‌های کوپل بازی باید طبق نظریه هولت برای مذاب که گوگرد آن کمتر از 03/0٪ است  ارتفاع سرباره داخل کوره کوپل تقریبا 280 میلیمتر باشد.  برای مذاب با 07/0 درصد گوگرد بایدارتفاعی معادل 150 میلی‌متر کافی باشد.  البته مقدار گوگرد  در مذاب اصولا بهدرجه  قلیایی  بودن سرباره و مقدار اکسید آهن آن در سرباره  بستگی دارد. به طور کلی تمام اندازه‌های ارتفاع  سیفون که در محاسبه تعیین شده‌اند، کافی است. در موقع تاثیرات بیشتر از اندازه بر روی دریچه  تخلیه سرباره و مذاب استفاده  از سنگهای مخصوص نامبرده شده از سیلیسیوم کاربید و زیرکن  و غیره توصیه میشود.  افزایش دوام دریچه‌‌های خروجی از طریق سرد کردن آستر در این مکان که به وسیله  لوله‌های نصب شده  و جعبه‌های سرد کننده مخصوص امکان‌پذیر  است، عملا مورد آزمایش قرار گرفته و با موفقیت انجام شده است. بیشتر اوقات در کوره‌های با فرایند گداز دراز مدت دریچه دومی برای سرباره نیز در محل دیگری غیر از این محل اول ساخته می‌شود که در صورت خراب شدن دریچه اولی مورد استفاده  قرار خواهد گرفت. یکایک دریچه‌های  تخلیه باید  قبل از بارگیری کوره کوپل کاملا خشک شوند. خشک نبودن کامل دریچه  تخلیه سرباره  و مذاب سبب می‌شود که مذاب و سرباره  جوشان بشوند مضافا آن که قسمت‌های کنده شده آستر  اندازه ارتفاع سیفون  را تغییر می‌دهند. به نظر می رسد که برای خشک کردن کامل دریچه‌ها به وسیله  مشعل گازی زمانی معادل 8 ساعت کافی باشد.  خشک کردن دریچه های به وسیله ذغال هیزم یا بریکت توصیه نمی‌شود،  زیرا باقیماندن خاکستر آنها باعث بروز  اختلال در صحیح کار کردن سیفون می‌گردد.  مشعل برای سوزاند گاز کک و گاز خروجی  1 کوره کوپل ، به علت ساده بودن آن قابل ساخت در کارخانه می‌باشد. شکل 42

 هوای سوخت مورد نیاز  می‌تواند از یک دستگاهخ  دمنده کوچک  یا از لوله‌های هوای منشعب  شود.  به هر جهت  در این حال  همیشه  فرض بر این است که کوره کوپل  در حال کار کردن باشد.  ناودان کوره کوپل را که معمولا از یک مخزن حلبی گوشه دار یا گرد  تشکیل می شود، به وسیله لایه‌ای از ماسه چسب نسوز پوشش داده شده و سپس آن را کاملا خشک  می‌نمایند.  برای ناودان یک کوره کوپل بازی نیز وجود یک آستر بازی الزامی نیست زیرا  هنگامی که سرباره جداکن درست کار کند، فقط مذاب بدون سرباره ناودان جاری می شود.  محل اتصال به سیفون بازی از یک قطعه مذاب دیرگداز  خنثی تشیل می شود. سرباره‌بازی  که همراه با مذاب وارد ناودان اسیدی می شود، باعث فرسایش شدید آن می‌گردد.

ترک‌خوردگی‌هایی را که در موقع  خشک شدن به وجود می‌آیند، با کشیدن سیاهه یا محلول گرافیت اندود کرده پر می‌کنند. برای وجود استحکام  بیشتر، محلول  سیاهه را قبل از اندود کردن با کمی گچ مخلوط می‌نمایند و ناودان را دوباره خشک می‌کنند.  در کوره های کوپل با فرایند گداز طولانی توصیه می شود برای پوشش ناودان از سنگ  دیرگداز  که در مقابل تغییر درجه حرارت پایدار است استفاده  کرد، زیرا در ناودان‌هایی که با مواد کوبیده  شده  آستر شده‌اند، به هنگام عبور مذاب این مواد شکسته می شوند یا مکان‌ های کلوخه  نشده خرد و جدا می‌گردند.

شکل 42

 

بخش هفتم : خشک کردن و روشن کردن کوره کوپل

1- خشک کردن کوره کوپل:

به ندرت امکان دارد که آستر کوره کوپل را پیش از شروع فرایند گداز  تنها از طریق هوا خشک نمود. حتی برای خشک کردن به وسیله گرمایش  نیز وقت کافی وجود ندارد. در این نوع خشک کردن آستر باید ابتدا فقط با یک شعله خفیف  صورت گیرد، زیرا شعله شدید در آغاز کار  باعث به وجود آمدن یک طبقه  کلوخه  در طرف داخلی کوره کوپل می‌گردد  که این امر از خشک شدن کامل آستر جلوگیری می‌کند.  بر عکس،  کلوخه شدن سطح رویین  آستر که بعدا صورت می‌گیرد سودمند است چون آستر را در برابر تخریب مکانیکی  که در موقع بارگیری به وجود می آید، محافظت می‌کند. کلوخه شدن  می‌تواند به وسیله دمش کوتاه مدت حاصل شود. بعد از خشک شدن، کوره کوپل را دوباره خالی می‌کنند، تا سرباره  را از آن خارج کنند. سرانجام می‌توان کوره کوپل را، برای فرایند گداز  آماده کرد. بعد از آن  که کوره کوپل آماده بهره‌برداریشد، یعنی آستر  دیرگداز  و اماده شده و مجرای تخلیه مذاب و سرباره به شکل‌های مورد نظر کارگذارده و خشک شدند و کف  کاملا کوبیده شد، آن وقت کوره کوپل را روشن می‌کنند. 

2- روشن گردن کوره کوپل با هیزم:

روشی است متداول که در آلمان برای روشن کردن کوره کوپل مورد استفاده  قرار می‌گیرد. تراشه‌ها یا تکه‌های کوچک هیزم را از در پشتی روی کف کوره کوپل قرار می‌دهند و روی آن هیزم‌های  درشت‌تری می گذارند. مقدار هیزم  مورد نیاز متفاوت است و بستگی به تجربه متصدی ذوب و طرز قرار دادن هیزم‌ها دارد.

به طور کلی برای یک کوره کوپل با قیر 800 تا 1000 میلی‌متر، نیم‌متر مکعب  هیزم می‌تواند کافی باشد. روی هیزم‌هایی که به طور یکنواخت روی هم انباشته شده‌اند،  به ارتفاع تقریبی نیم‌متر کک قرار می‌دهند و آن را حتی الامکان به طور یکنواخت پخش می‌کنند.  در این کار باید از به وجود آمدن حفره‌های بزرگ  بین کک و هیزم  جلوگیری کرد. برای آتش زدن هیزم‌ها حتی‌الامکان هیزم خشک و انبار شده به کار می برند تا در موقع  گرم کردن کوره کوپل دود زیاد تولید نشود. در پایان، درب اشتعال را با قطعات درشت کک ،  که حتی‌الامکا تا تنوره ر انباشته می‌شوند، مسدود کرده و هیزم را آتش می‌زنند.  کار آتش زدن را می‌توان به وسیله یک مشعل  گازی خیلی تمیز و سریع انجام داد.  وقتی کک در موقع  باز بودن درب اشتعال کاملا مشتعل شد می‌توان باز هم کک اضافه  نمود. هنگام باردهی مجدد کک هماهنگی کامل بین مسئول شارژ و مسئل ذوب ضروری است زیرا اغلب  دیده شده که مسئول ذوب در حالی که  کوره کوپل با کک پر می شده، در کنار درب اشتعال کار می‌کرده است.  درچه‌دمنده‌هایی که هر یک به تنهایی مسدود می شوند در ابتدا  بسته می‌مانند تا از ورود گازهای سوخته نشده در لوله دم و ایجاد مخلوط‌های قابل انفجار جلوگیری شود.  حداقل باید لوله دم را پشت کوره  مسدود نمود و سرپوش  دمنده‌ها را باز نگاه داشت.  این عمل در صورتی که آتش هنوز به دمنده‌ها نرسیده باشد کوران  طبیعی  کوره را کاهش داده   و سوختن مداوم کک را در قسمت  پایین دمنده‌ها کند می نماید.

با این روش از تراکم  گازهای سوخته نشده در جعبه و لوله دم جلوگیری به عمل می‌آید. وقتی که بستر، نزدیک دمنده‌ها کاملا مشتعل شد آن وقت می‌توان درب اشتعال را بست. اما این کار نباید زودتر از وقت معمول انجام شود، زیرا در غیر این صورت، اتش خفه می‌شود یا کک به صورت غیر یکنواخت می‌سوزد و یا این که  دست کم  مدت مشتعل شدن کک طولانی‌تر می شود. جداره فاصل بین کک و درب کوره کوپل را با ماده نسوزم کاملا می‌کوبند.  برای بستن دریچه درب کوره کوپل از همان نوع ماده دیرگدازی که برای درب کوره کوپل استفاده  شده است به کار گرفته می شود. برای کوره کوپل با آستر اسیدی، گل زرد، مناسبتر است. درب کوره کوپل یا خمیر نرمی از ماسه رسی اندود می شود و در محل مخصوص به خود که قبلا در آنجا  ماده دیرگداز  ریخته شده است کار گذاشته  و محکم می شود. پس از انجام این کار می‌توان بقیه کک بستر را اضافه نمود. در کوره‌های کوپل بزرگ، مسطح  کردن رویه کک بستر ضرورت دارد.

3- روشن کردن کوره کوپل به وسیله مشعل‌های نفتی یا گازی:

 کوره کوپل را می‌توان همچنین با یک مشعل نفتی یا گازی روشن کرد. با این کار می‌توان از روشن کردن هیزم که تهیه آن در شرایطی مشکل و در هر حال گران است صرف نظر کرد.  از درب کوره کوپل به بعد با کک‌های درشت، مجراهای روی کف کوره کوپل درست می‌کنند تا شعله مشعل به تمام نقاط داخلی کوره کوپل رسیده و کک سریع  و یکنواخت  مشتعل شود. امکان خرید  مشعل‌های نفتی مناسب که دود  کمتری را تولید کنند، وجود دارد. برای سوخت می‌توان با توجه به طرز ساختمان مشعل،  از نفت نامرغوب و ارزان، استفاده  نمود.  کلاهک مشعل در مجرایی که به وسیه قطعات کک ساخته شده است، قرار گرفته  و عمل اشتعال با یک فیتیله صورت می‌گیرد.

به محض این که کک رنگ سرخ روشنی به خود گرفت، می‌توان مشعل را خاموش کرده و از آنجا دور نمود. بدین ترتیب، کوره کوپل با کوران طبیعی به سوختن ادامه می‌دهد. در کوره‌های کوپل بزرگ معمولا یک مشعل کافی نیست. به همین جهت در آمریکا برای کوره‌‌های کوپل بزرگ که غالبا فاقد درب اشتعال هستند، برای نصب مشعل‌ها،؛ در اطراف بدنه کوره کوپل از دریچه‌های اشتعال تعبیه شده استفاده  می کنند. در کوره‌های کوره کوپل که قطر آنها بیش از 1400 میلیمتر است، چهار دریچه که فاصله آنها از کف کوره کوپل در حدود 100 میلیمتر استع  کار گذارده می شود.  از طریق این دریچه ها مشعل‌های نفتی یا گازی را در مجراهایی که به وسیله کک درست شده‌اند قرار می‌دهند و سپس کک را مشتعل می‌نمایند.  از طریق این دریچه‌ها مشعل‌های نفتی یا گازی را در مجراهایی که به وسیله کک درست شده‌اند قرار می‌دهند و سپس کک را مشتعل می‌نمایند. بعد از دور کردن مشعل‌ها، دریچه‌ها  را با ماده دیرگداز و از نوعی که برای درب اشتعال مصرف می شود می بندند.  اشتعال به وسیله نفت  و یا گاز امتیازهای زیر را دارد:

الف- با به کار بردن مشعلهای بیشتر، سوختن یکنواخت کک در  تمام سطوح کوره تضمین می شود. 

ب‌-   پیش‌گرمم کردن کف و دیواره کوره کوپل به نحو بهتر انجام می شود.

ج- عدم حرکت کک بستر به پایین در موقع باردهی، روشن کردن به وسیله هیزم در زیر بستر کک حفره‌هایی که تصور غلطی در مورد ارتفاع کک بستر می دهند ایجاد می‌کند.

د- زمان کوتاه برای روشن کردن: کوره‌های به قطر 2200 میلیمتر را می‌توانند به مدت 20 تا 30 دقیقه مشتعل کنند.

ح- خاکستر کمتر

امتیازهای منفی عبارتند از::

هزینه بیشتر، نیاز به پرسنل آموزش دیده برای گرم کردن، اشکال  و وقت بیشتر برای آماده کردن بستر و مجراها، سوراخ‌های بدنه کوره باید  به خوبی بسته شوند. تا با خطر ریزش آستر مواجه نشوند.

4- روشهای دیگر برای روشن کردن کوره کوپل:

همان طور که در نشریات مربوطه به کوره‌های  کوپل آمریکایی  تشریح می‌شود، بهترین طریقه برای آتش زدن کک،  آتش زدن  آن با قوس الکتریکی به جای  مشعل‌های نفتی یا گازی است. مشکلات ناشی از تولید دود در این طریقه کاملا از بین می رود و زمان گرم شدن ک هم کوتاهتر است، زیرا می‌توان جریان هوای شدیدتری را از راه دریچه‌های اشتعال به داخل کوره کوپل فرستاد، بدون  آنکه شعله اولیه  خاموش شود. اما در آلمان ریخته‌گری‌هایی که از این روش استفاده  کنند، وجود ندارد. روش دیگر عبارت از آن است که، کک را در کوره‌های مخصوص کاملا سرخ و ملتهب می‌کنند و آنگاه آنرا به کوره کوپل منتقل می‌نمایند. این روش روشن کردن کوره‌های کوپل  به وسیله دمنده‌هایی اشتعال‌ به خصوص که اغلب در آمریکا  معمول است، در آلمان به کار برده  نمی‌شود. بااین کار کوره کوپل را اغلب تا دمنده‌های اشتعل از هیزم پر می‌کنند و روی آن را کک اضافه می‌نمایند. هیزم از راه دمنده شعله‌ور گشته و بدین طریق کوره کوپل روشن می شود.

بخش هشتم : اطلاعات تکمیلی کوره کوپل

1- سوختن کامل کک:

قاعدتا برای سوزاندین کامل کک  از کوران طبییعی کوره کوپل استفاده  می شود.  برای آنکه بتوان این عمل را تسریع نمود و در کوره های بزرگ به نحو احسن و یکنواخت انجام داد،  می‌توان دمنده‌های اشتعال را در زیر دمنده های هوا که متصل به جعبه دم هستند  به ارتفاع تقریبی 100 میلیمتر ازکف کوره کوپل نصب نمود این مجراها را بعد از سوختن کامل کک  مسدود می‌نمایند.  استفاده  از این روش، تضمینی  است برای آنکه کک بستر در قسمت زیرین  دمنده‌های هوا به نحو احسن سوخته شود.  این طریقه که فقط در کوره‌های بزرگ دارای امتیاز مثبت است،  با ایجاد ترک‌خوردگی  در موقع خوب مسدود نشدن  مجراها همراه است. در صورتی که کک تا سطح دمنده‌ها سرخ شده باشد، می توان به وسیله دمش ملایم سوختن کامل کک بستر را تسریع کرد. دمش شدید باعث ایجاد مکانهای بیش از حد داغ و سوخته شده در کک بستر میشود. بدین وسیله فضاهای میانی بین قطعات درشت کک کوچک می شوند.  از طرف دیگر تشکیل خاکستر کک و سرباره نیز پیش از ذوب مطلوب نیست.  بعد از آنکه  کک کاملا سوخت، با  اضافه کردن کک مقدار کاسته شده را جبران می‌نمایند. روشن کردن و پر کردن  کوره کوپل از کک، اولین شرط اساسی برای ایجاد فرایند  گداز بدون نقص کوره کوپل است و این کار در صورتی که بخواهند مذاب یکنواختی را از کوره کوپل خارج سازند، باید با آگاهی و دقت کامل انجام شود. بستر کک باید به نحو احسن و یکنواخت شلعه‌ور باشد. یعنی مکانهای بیش از حد داغ ناشی از دمش شدید  و مکان‌هایی که هنوز آتش به آنها سرایت نکرده است وجود نداشته باشد.  در غیر این صورت در فرایندگداز کوره کوپل اختلالی پدید می آید که به خصوص در مرحله بحرانی دمش خوشایند  نیست. باهر دمش باید ارتفاع بستر کک را به دقت تنظیم و کنترل نمود.  اندازه‌گیری مجدد ارتفاع کک به وسیله میله ای که دارای علامت مشخص است، صورت می‌گیرد و نشان می دهد که به چه ارتفاعی باید کک را در کوره کوپل ریخت.

 2: کک بستر

کک بستر باید فضای بین کف کوره کوپل و گدازگاه را کاملا پرکند و. سنگینی بار کوره کوپل را که در بالا کدازگاه قرار دارد، تحمل نماید. در کوره‌های با تخلیه منقطع گدازه و سرباره به علت وجود فضای کافی بین دمنده‌‌ها و بوته کوره کوپل ، در فاصله هر دفعه بازدهی در میان قطعات کک جمع می شوند.کک بستر می‌توان در این حالت با توجه به ترکیب شیمیایی مذاب، باعث افزایش مقدار کربن آن بشود. ارتفاع کک بستر باید تقریبا تا کمی بالاتر از حد زیرین گدازگاه در منطقه ای که کک شارژ می‌سوزد و باعث ذوب شدن می‌گردد، باشد. مطابق  تعریف 1- پیووارسکی  فضای محصور بین سطح هم حرارت 1250 درجه سانتی‌گگراد و قسمتی از کوره کوپل که حداکثر حرارت را دارد و معمولا بیشترین مقدار گاز کربنیک و کمترین مقدار اکسیژن آزاد از تجزیه گاز متصاعد شده این قسمت به دست می‌آید گدازگاه را تشکیل می‌دهد.  در این حالت قسمتی که بالاترین حرارت را دارد حد زیرین و سطح هم حرارت 1250  درجه سانتی‌گراد  حد فوقانی گدازگاه  را تشکیل می‌دهند.  یک چنین حجم مخروطی محدب بر حسب ظرفیت کوره کوپل و سیستم دمنده‌ها و نوع جنس کک  و مقدار هوا ارتفاعی بین 300 تا 700  میلیمتر دارد. مطالب  ذکر شده زیر در ارتباط با گدازگاه ائز اهمیت می باشد.

شکل 43شکل 44

هر چه قطر کوره کوپل بزرگتر باشد، به همان نسبت هم حد فوقانی گدازگاه بالاتر قرار می‌گیرد، در نتیجه گدازگاه در یک کوره کوپل تازه آستر شده کوچکتر از کوره ای است که مدتی عمل ذوب را انجام داده است. 

1-      گدازگاه کوره‌ای که چندین ردیف دمنده دارد، بزرگتر است از گدازگاه کوره‌ای که دارای یک ردیف دمنده است.

2-   کک درشت باعث بزرگتر شدن گدازگاه می شود علت این امر همان طور که پژوهشهای دیپشلاگ و بعدها تحقیقات  پیووارسکی و حتی کرمر نشان داده‌اند شکل‌های  43 و 44 و 45

شکل 45

 در اثر انتقال نامساوی حد فوقانی ( سطح هم حرارت  1250  درجه سانتی گرا) و حد زیرین ( منطقه ماکزیمم حرارت)  گدازگاه به محلی بالاتر از محل قبلی می‌باشد. بهطوری که  میزان انتقال در حد فوقانی بیشتر از میزان انتقال  در حد زیرین می باشد و در نتیجه  فاصله بزرگتری ایجاد می شود.

3-      افزایش مقدار هوا در صورت مشابه بودن دیگر شرایط  باعث گسترش حد فوقانی گدازگاه می‌شود بدین طریق گدازگاه بزرگتر می شود.

4-   افزایش حرارت هوا در کوره‌‌های گرم دم باعث پایین‌آمدن مرز فوقانی گدازگاه و در نتیجه کوچک شدن گدازگاه می گردد و این موضوع ای است که  با کک شارژ کمتر و قطعات کوچکتر کک که معمولا در کوره‌های کوپل دم به کار می‌رود نیز در رابطه می باشد. از این جهت آشکار است که هر کوره و هر طریقه کار به ارتفاع معینی از کک بستر نیاز دارد. ذکر این که کک بستر باید تا به 600 میلیمتر بالای دمنده‌ها برسد می‌تواند فقط به عنوان یک مقدار تخمینی پذیرفته شود. اندازه دقیقتر آن است که ارتفاع کک بستر در بالای دمنده‌ها مساوی با قطر کوره باشد. صحیح‌تر از موارد فوق و به اندازه واقعی و تجربی ارتفاع کک بستر نزدیکتر، به دست آوردن این ارتفاع با استفاده  از فرمول زیر می باشد که در کوره‌های کوپل سرد دم صادق بوده و در آن فشار هوا در جعبه های دم در نظر گرفته و به حساب آورده شده است.

شکل 46 منحنی ارتفاع کک بستر در رابطه با فشار هوا را طبق نظریه کامپ بل و گرنان نشان می‌دهد.

در این شکل خط AC  حداقل ارتفاع کک  بستر را معلوم می‌کند.  برای ذوب و ازدیاد حرارت مذاب نخستین، افزایش ارتفاع بستر کک تا 150 میلیمتر ضروری است بخصوص  هنگام شارژ کک روی بار قبلی قرار داده شود یعنی اول آهن بعد کک شارژ شود.  برای جلوگیری از نشت کک در موقع پر کردن کوره کوپل و به همان ترتیب برای جلوگیری از افتی که در اثر سوختن کک در فاصله محاسبه ارتفاع آن و به کار افتادن  دستگاه دم ایجاد می‌شود توصیه می شود که با اضافه کردن کک معادل 250 میلمیتر ارتفاع بستر کک افزایش داده شود.

شکل 47

ارتفاع بستر کک تحت شرایط عادی بین نقاط خطوط AC و DE قرار می گیرد. کک مورد نیاز بین این دو قسمت  به وسیله کک شارژ تکمیل می شود.  اما ساده‌ترین وسیله برای تعیین ارتفاع صحیح بستر کک، مشاهده دقیق  در سوختگی آستر کوره کوپل و توجه به فرایند گداز کوره کوپل است. شدیدترین خوردگی آستر کوره کوپل در گدازگاه است، اما هر چه از گدازگاه دور شویم  استر کوره کوپل کم و بیش دوباره اندازه معمولی خود را پیدا می کند.  محل خورده شده آستر قاعدتا در کوره‌‌های گرم دم بیشتر به شکل گلابی در کوره‌های سرد دم بیشتر به شکل سیب به نظر می رسد. شکل 47بهتر است این خوردگی‌ها را در اثنای چندین روز کار کوره کوپل اندازه‌گیری نمایند. و میانگین فواصل بین دمنده و قسمتهایی از آستر که کمترین خوردگی را پیدا کرده و به عنوان  بعد فوقانی بستر کک تعیین شود. صحت ارتفاع کک بستری را که به این ترتیب به دست می‌آید می‌توان به آسانی به وسیله یک آزمایش ساده معلوم نمود. بدین جهت کوره را با مقدار معینی کک بستر پر می‌کنند و در حالی که دریچه تخلیه باز است می‌دمند. با این ترتیب باید پس از ده دقیقه اولین مذاب از کوره کوپل خارج گردد یا بعد از 3 تا 5 دقیقه اولین قطره‌های مذاب آهن در جلوی دمنده‌های مشاهده شوند.  در صورت زیاد بودن مقدار کک بستر، زمان بین دمش و پیدایش نخستین قطرات مذاب طولانی‌تر است و به علت توان گداز کم، مذاب به کندی از دریچه تخلیه به خارج می‌ریزد و سرد است. درصورت کم بودن  بستر زمان بین دمش و آغاز ذوب کوتاهتر است و کوره قاعدتا مذاب سرد بیرون می‌دهد.  علاوه بر آن، آهن به علت کمبود  کک بستر بیشتر اکسیده می شود و این امر را می‌توان از طریق خروج مذاب  از دریچه تخلیه به خوبی مشاهده نمود زیرا مذاب به صورت پراکنده‌تری خارج می‌گردد بعد از آنکه تقریبا 200 تا 300 کیلوگرم گدازگاه خارج شد، دریچه تخلیه را مسدود می نمایند. این کار را چندین روز تکرار می‌کنند و فاصله های زمانی بین دمش و خروج مذاب و حرارت آن به دست می‌آورند. آنگاه ارتفاع بستر کک را با رعایت  شرایط دیگر کوره کوپل ، مرحله به مرحله زیاد یا در صورت لزوم کم می‌نمایند. با معلوم کردن زمان و حرارت، می‌توان مناسب‌ترین ارتفاع کک بستر را به آسانی به دست آورد.  اما تغییرات ارتفاع کک بستر را نباید بیش از حد لازم انجام داد، بهطور کلی تغییری معادل 100 میلیمتر کافی است. در کوره های بزرگ باید پیش از هر چیز دقت نمود که سطح فوقانی کک بستر بعد از بارگیری کوره کوپل مسطح شود، زیرا در غیر این صورت هنگام اندازه‌گیری‌ها اشتباهاتی رخ خواهد داد. ارتفاع کک بستری که یکبار بدین طریق محاسبه شده باید عینا برای دفعات بعدی ذوب به کار برد. رعایت این دستور را باید به کارگران کوره کوپل گوشزد نمود، زیرا غالبا در این مورد خطاهایی صورت می گیرد. کمبود کک به علت تیره شدن گدازه زودتر تشخیص داده می شود تا موقعی که مقدار آن بیش از حد لازم باشد، زیرا در صورت اضافه بودن کک، پیدایش گوگرد اضافی در آهن از طریق آنالیزهای بعدی معلوم می‌گردد. تعیین مقدار کک از طریق محاسبات وزنی نیز غلیظ است زیرا  که رطوبت بیش از حد کک و یا قطر متفاوت گدازگاه در کوره‌‌هایی که حداقل یکبار کار کردهاند باعث اشتباه در محاسبات و در نتیجه  کم شدن ارتفاع بستر کک می شود. ارتفاع بستر کک را می‌توان به آسانی بیش از دمش به وسیله یک میله اندازه‌گیری از گلوگاه امتحان کرد. به عنوان کک بستر، کک یکنواخت،  درشت و حتی الامکان  سخت و دست‌چین شده‌ای را به کار می برند. کک بستر نباید بیش از حد بزرگ باشد،  مخصوصا در کوره های کوچک زیرا حرفه هایی در آن به وجود می‌آید  که باعث اختلال در کار کوره کوپل می‌شود. و همچنین اندازه کک نباید خیلی کوچک  باشد، برای آنکه به سرعت می سوزد.  روی کک بستر بار آماده‌ شده ای را که شامل اهن، کک ذوب و مواد سیال کننده می باشد می‌ریزند. مکانیزه بودن کوره کوپل که باعث صرفه‌جویی نیروی کارگران می‌شود از ضرورت پرسنل کوره کوپل در سکوی کارگاه  می‌کاهد، اما لزوم نظارت دقیق بر میزان بار کوره  به وسیله مسئول ذوب اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. در کنار دستگاه‌های اندازه‌گیری  مکانیکی که هنوز هم متداولند  دستگاه‌های الکتریکی برای تعیین میزان بار کوره کوپل نیز ارزش خود را ثابت کرده‌اند. این دستگاه‌ها اغلب با پیل فتوالکتریکی کار می‌کنند.دراین حالت به وسیله  یک مته در فاصله معینی در پایین دهانه کوره کوپل دو سوراخ قرینه در بدنه کوره کوپل ایجاد می‌کنند.

یکی از این سوراخها منبع نور و دیگری پیل فتوالتریکی را در بر می‌گیرد. اگر کوره کوپل کاملا پر شده باشد به این ترتیب انعکاس‌ نور به وسیله بار کوره کوپل قطع می شود.  در صورتی‌ که  استوانه بار کوره کوپل به تدریج پایین بیاید و شعاع نور به پیل بتابد، در این صورت مسئول شارژ درمی‌یابد  که کوره بدون اختلال در آن کار گنجایش مقدار دیگری از بار را داراست.  این سوراخها با دمش هوا از خاکه کک و پس مانده مذاب خالی می‌شوند. طریقه دیگر اندازه‌گیری میزان بار کوره کوپل ،  روش توصیه شده به وسیله تیلور است که به وسیله  ترموستات صورت می‌گیرد.

شکل 48

در بدنه کوره کوپل پایین تر از دهانه بارگیری لوله‌ای به طور مایل نصب شده است مقطع زیرین این لوله به داخل کوره کوپل و مقطع فوقانی آن به خارج  از کوره راه پیدا می‌کند که از آنجا به یک لوله عمودی دیگر که معمولا به طرف بالا ادامه دارد متصل می‌شود. در قسمت پایین این لوله درزهایی  که برای نفوذ هوا وجود دارد. در این لوله‌ یک ترموستات نصب شده است که محل لحیم آن حداکثر  600 میلیمتر بالاتر از قسمت وسط لوله مایل، داخل دیواره تنوره قرار دارد، در نظر گرفتن این ارتفاع از آن جهت است که ترموستات در غیر این صورت به کندی کار خواهد کرد. ترموستات عمل قطع  و وصل لامپ کنترل در محل کار مسئول ذوب یا مسئول بارگیری را به عهده دارد. هنگامی که میزان بار کم باشد، گازهای کوره کوپل از طریق تنوره با دودکش کوره خارج می‌شوند به ترتیبی که در نتیجه کوران طبیعی سرد شده به ترموستات می‌رسد و با گذاشتن از آن باعث بسته شدن مدار و در نتیجه اتصال لامپ کنترل میشود که نشان دهنده ضرورت بارگیری مجدد است. در کوره کوپل کاملا پر، به علت مقاومت بار گاز خروجی داغ متصاعد شده به ترموستات  می رسد. در این هنگام  آنقدر قطع لامپ کنترل ادامه می یابد. تا بار در حال نزول کوره مجرای و لوله داخل تنوره را دوباره آزاد کند. اخیرا برای نظارت بر میزان بار کوره کوپل استفاده  از شعله گاما ( که اغلب ایزوتوپ‌ای کوبالت 60 تولید می‌کنند)  متداول شده است. منبع اشعه معمولا با ظرفیتی معادل 40 در یک طرف کوره و در ارتفاعی برابر با آخرین حد بار کوره  به داخل آستر کوره کوپل وارد شده است، در مقابل آن یک پرتوشمار نیز وجود دارد که از طریق تقویت کننده و رله های زمانی به دستگاه اندازه‌گیری یا دستگاه خیر دهنده متصل می شود.

شکل 49

اگر بین منبع اشعه و پرتوشمار با وجود داشته باشد، اشعه گاما ضعیف می‌شود و دستگاه اندازه‌گیری مقدار کمتری را نشان می‌دهد و این نشان می‌دهد که کوره کوپل طبق دستور بارگیری شده است. در صورتی که مانعی در مسیر اشعه نباشد،  دستگاه اندازه‌گیری  مقدار بیشتری را نشان می‌دهد و این نشانه کم شدن ارتفاع بار کوره کوپل است. برای دقیقتر شدن اندازه‌گیری و بر طرف کردن اشتباه، بهتر است پرتو شمار دیگری به فاصله‌ معینی در زیر پرتوشمار اول نصب گردد. این دستگاه نشان می‌دهد که ارتفاع بار در کوره کوپل می‌تواند حداکثر  تا چه حد کم شود بدون این که اختلالی در کار کوره کوپل پیش بیاید. ایزوتوپ‌ها در یک محفظه سربی جا داده می شوند که سوراخش درمواقع تعمیر به وسیله یک دریچه مسدود می‌شود تا کارگران به خطر نیافتند.  زمان نیمه عمر ایزوتوپ کوبالت موجود  در حدود 5 سال است، اما با این وجود به دلایل ایمنی بعد از 3 سال آن را عوض می‌کنند. کوره‌‌های کوپل نمی‌توانند در حوزه تابش اشعه به وسیله پوشش های فلزی آستر شوند، زیرا این آجرها در مقابل اشعه همان اثر بار آهن را دارا هستند.  علاوه بر آن لازم است بعد از هر ذوب ریزه‌های آهن را از این مکانها  دور نمود. دستگاه‌های اندازه‌گیری که به طریق فتوالکتریکی یا ترموستاتی و یا به وسیله اشعه گاما کار می‌‌کنند مطمئن‌تر از دستگاه‌های اندازه‌گری هستند که به وسیله طنابهای سیمی در داخل کوره به حرکت درآورده‌ می شوند.

3-        دیاگرام‌ شبکه‌ای

توان ذوب در هر کوره با ابعاد مشخص کوره بستگی به مقدار و نوع کک مورد مصرف و هوای مورد  نیاز دارد عوامل فوق الذکر و کاربرد تجربی آنها در دیاگرام شبکه‌ای که اختصاص به کوره کوپل سرد دم دارد مشخص شده است. شکل 50

از دیاگرام‌ها فوق‌الذکر مطالب ذیل قابل بهره‌‌برداری و توصیف می باشد.

1-      با کاهش مقدار کک مقدار هوا افزایش می‌یابد.

2-      توان ذوب با افزایش مقدار  هوا و ثابت ماندن مقدار کک افزایش می‌یابد.

3-      توان ذوب با کاهش مقدار کک و ثابت ماندن مقدار هوا افزایش می یابد.

4-      در دیاگرام شبکه‌ای مقدار کربن کک در نظر گرفته شده است که به وسیله  رابطه زیر میزان کک مصرفی به دست می‌آید.

5-   دیاگرام شبکه‌ای برای واحد سطح یعنی کوره‌ای که با قطر حدود 1130 میلی‌متر ترسیم می شود تا تبدیل آن به ابعاد بزرگتر یا کوچکتر به راحتی امکان‌پذیر باشد.

شکل 50

در مثال زیر نحوه کار با دیاگرام شبکه‌ای مشخص شود. در کوره کوپل سردم به قطر 1130 میلی‌متر اگر توان ذوب 7 تن در ساعت در نظر گرفته شود و درجه حرارت خروجی مذاب 0C1460 باشد مقدار کربن کک مصرفی 10 درصد هوای مصرف شده باید 80 متر مکعب در دقیقه باشد. در حالی که در صورت افزایش توان ذوب به 9  تن در صاعت و درجه حرارت خروجی مذاب به 0C1490 مقدار کربن کک 11 درصد و مقدار هوای مصرف شده به 115 متر مکعب در دقیقه افزایش می‌یابد.

4-        کک ریخته‌گری

کک مورد مصرف در کوره کوپل را کک ریخته‌گری می‌نامند بر اساس کیفیت و خصوصیات این نوع کک به چهار دسته طبقه بندی می‌شود. جدول 6

1-      کک ریخته‌گری معمولی

2-      کک ریخته‌گری با کیفیت مرغوب

3-      کک ریخته‌گری  مخصوص

4-      کک ریخته‌گری با خصوصیات مکانیکی مرغوب ( در دو نوع)

موارد ذکر شده زیر در جدول بدین شرح قابل توضیح می‌باشد. استحکام کک: عبارت است از درصدی از مقدار کک  که پس از 100 بار چرخش در اسیاب استوانه دوار بعد از الک بر روی غربال باقی می ماند.

80m  درشتی دانه بندی غربال 80 میلی متر

40m درشتی دانه‌بندی غربال 40 میلی‌متر

10m درشتی دانه‌بندی غربال 10 میلی‌متر

سایش کک: عبارت است از درصدی از مقدار کک که پس از 100 بار چرخش در آسیاب استوانه دوار بعد از الک در زیر غربال باقی می‌ماند.

5-      فشار  و مقدار هوا

توان گداز کوره کوپل بستگی به دو عامل مهم یعنی مقدار هوا و میزان کک مصرف دارد از این رو بررسی و اندازه‌‌گیری دقیق دو عامل فوق اهمیت فراوانی دارد. تفکیک فشار و مقدار هوا از یکدیگر اصولا کار درستی نمی‌باشد زیرا فشار رابطه مستقیم با مقدار هوا دارد. فشار هوا عموما در جعبه دم و یا در لوله‌های انتقال هوا به وسیله فشارسنجهای معمولی انجام می‌گیرد در حالی که مقدار هوا  به سه طریق زیر امکان پذیر است:

1-      نازل ( زنبورک معمولی)

2-      دریچه استاندارد

3-      نازل ( زنبورک ونتوری)

مقدار و فشار هوا با افزایش قطر داخلی افزایش می یابد از طرفی مقدار هوا بستگی به مقدار کک  مصرفی دارد که به طور کلی نحوه ارتباط و تغییر عوامل مختلف در کوره به وسیله دیاگرام شبکه‌ای نشان داده می‌شود.

4

3

2

1

طبقه‌بندی خصوصیات

120>120-90

100>

80>

80>

(میلی‌متر ) قطر دانه‌ها

5

5

5

5

درصد دانه‌بندی ریز (حداکثر)

 

65

60

50

استحکام ( 80m ( حداقل)٪

91 91

89

90

87

استحکام (40m (حداقل) ٪

6  6

7

7

7

سایش (40m(حداقل ) ٪

6    6

7

7

7

سایش (10 m (حداکثر) ٪

3     3

3

3

3

رطوبت  (حداکثر) ٪

5/9    5/9

9

9

5/9

خاکستر (حداکثر)٪

1/1    1/1

1

1

1/1

گوگرد (حداکثر)٪

 

مقایسه کوره کوپل با سایر کوره‌های ذوب

جهت بررسی توان و محدودیت‌های کوره کوپل موارد عمده زیر در مقایسه با کوره قوس الکتریک و کوره القائی به صورت جداگانه ارائه می‌گردد. امیدوار است که این جدول بتواند تا حدی دید گلی نسبت به مسائل ذوب در کوره کوپل را فراهم سازد بدیهی است که شناخت هر یک از مسائل مربوطه نیاز به بررسی مفصل و دقیقتری دارد که در این مقوله نمی‌گنجد.

1-      موارد متفرقه

بررسی‌ محدودیت‌های ذوب و حفاظت محیط زیست.

2-      تکنولوژی

بررسی روشی ذوب منابع انرژی و میزان مصرف انرژی و مواد

3-      متالوژی

بررسی قابلیتهای شارژ نوع سرباره و مذاب

4-      انعطاف پذیری کارگاهی 

بررسی قابلیت‌های نمونه‌برداری تعویض ذوب و گرم نگهداری مذاب

 

 

کوره کوپل

کوره قوس الکتریک

کوره القائی

محدودیت‌ها از نظر نوع تولید

تولید آلیاژ کربن‌کمتر از 5/2

کربن گیری بسیار کند

ندارد

کاربرد خاص

نقطه اشباع حدود یک

فولاد و GGG

اکثر فلزات

حفاظت محیط زیست

نامتناسب

قابل توجیه

مناسب

میزان دود

M3/t 1000-750

M3/t 400-200

بسیار اندک

کیزان غبار

kg/t 20-6

kg/t 8-5/2

kg/t 4/0-2/0

میزان ایجاد سر و صدا در حین کار

کمتر از db80

Db120-90

Db 80-70

مصرف برق

اندک

زیاد

متوسط

اتوماسیون

لزومی ندارد

تنظیم الکترود

تنظیم زمان ذوب

 


 


 

کوره کوپل

کوره قوس الکتریک

کوره القائی

روش کار و شکل کوره

کوره استوانه‌ای معمولا در کوره‌های مجاورت هم کار می‌کنند به ندرت بدون آستر می باشد

کوره تنوره ای نسبت سطح بهحجم مذاب زیاد جداره کوره ضخیم و برای چدن از نوع قلیائی

کوره بوته‌ای نسبت سطح به حجم مذاب کم جداره کوره نسبتا نازک اغلب اسیدی

منبع انرژی

کک

برق

برق

انتقال انرژی

گاز به جامد

قوس الکتریکی

القائی (قانون ژول)

توان مخصوص کوره (حداکثر)

M2/t 10-6

 

Kw/t  600-400 (uhp)-7/0

Kw/t 330-250

استفاده  موثر از انرژی

٪35-30 = Z

٪70 = Z

٪70 = Z

اتلاف سوخت (منبع انرژی)

٪50

٪10

٪20

اتلاف حرارتی

٪15-10

٪20

٪10

اتلاف مواد سرباره

٪5

٪3

٪5/1 <

توزیع انرژی

پراکنده

خوب

خیلی خوب

مصرف انرژی

کک  ٪18-10

Kwh/t 640-540

Kwh/t 660-560

مصرف مواد نسوز

Kg /t45-25 برای کوره بدون آستر kg/t 6-2

Kg /t20 -10  GG, GGG

برای kg/ t GG3-1

برای kg /t GGG 5-2

مصرف آب خنک کننده

M3/t 4-2 برای کوره بدون آستر  M3/t 8-4

M3/t 4-2

M3/t 6-4

حرکت مذاب در حین ذوب

 

متوسط

خوب

نوع کار

مداوم

غیر مداوم (شارژی)

غیر مداوم گاهی نیمه مداوم

محاسبه راندمان ذوب

ساعت X× & 390

(k1500) = 390

گرمای نهان مذاب بر حسب kwh/t  در k1500 راندمان موثر 9/0-80/0 = ZE توان مخصوص کوره X= Kw/t

ساعت X× & 390

(k1500) = 390

گرمای نهان مذاب بر حسب kwh/t  در k1500 راندمان موثر 7/0 = ZE توان مخصوص کوره X= Kw/t

انعطاف‌پذیری در جهت آلیاژسازی

تندک

خوبی ولی کند

خوب و سریع

گوگرد زدایی در کوره کوپل

از آنجائیکه چدن با گرافیت کروی عمدتا با استفاده از کوره کوپل تهیه می شود پایین آوردن درصد گوگرد اهمیت زیادی دارد . ابتدا یک مدل مقدماتی براساس اطلاعات موجود برای عملیات گوگرد زدایی تحت بررسی قرار گرفت سپس این مدل با اطلاعات حاصله ازکوره کوپل مقایسه شد .

مدل گوگرد زدایی

ساخت مدل براساس فعل وانفعالات مذاب است .این فعل وانفعالات به صورت زیر هستند :

 

[C] + [O]             CO                  (1)                                                          

1/2 [Si] + [O]              1/2 (SiO2)      (2)                                                            

[Mn] + [O]            (Mn)               (3)                                                             

[S] + (CaO)              (CaS) + [O]         (4)                                                      

 واکنش 4 اساس گوگرد زدایی بوده که در آن گوگرد در چدن مذاب با اکسید کلسیم در سرباره ترکیب می شود و تولید سولفور کلسیم در سرباره واکسیژن در چدن مذاب می کند . با توجه به انرژی آزاد ، واکنش گوگرد زدایی با کاهش اکسیژن ادامه پیدا خواهد کرد و درنتیجه بازده بهتری بدست میآید بنابراین اکسیژن زداهای قوی باید در مذاب وجود داشته با شند در چدنها سه عامل اکسیژن زدا وجود دارد سیلیسیم ، کربن ، منگنز و این کار توسط واکنشهای 1و2و3 انجام می شود .این سه واکنش می تواند به طور هم زمان عمل کنند ولی به لحاظ زیاد بودن اتمهای کربن نسبت به اتمهای سیلیسیم و منگنز واکنش 1 عامل مؤثرتری در این عملیات است. بنابراین این طور فرض شد که عملیا ت گوگرد زدایی تنها شامل واکنشهای 1و4 باشد .مرحله بعد مشخص کردن متغیر های مهم گوگرد زدایی است . براساس قوانین ترمودینامیک در مورد واکنش 4 می توان نوشت :

در نتیجه معادله نسبت گوگرد زدایی را به صورت زیر می توان نوشت :

(5)     = نسبت گوگرد زدایی

 
 

 


در طرف راست معادله فوق چهار متغیر ترمودینامیکی نسبت گوگرد زدایی را مشخص می کنند . نسبت گوگرد زدایی در واقع نسبت درصد گوگرد در سرباره به درصدگوگرد در چدن مذاب است که هرچه این نسبت بالاتر باشد پروسه گوگرد زدایی بهتر و مطلوب تر انجام می شود .در معادله 5 K ثابت تعادل برای واکنش گوگردزدایی( واکنش 1 ) است که از جداول ترمودینامیکی بدست می آید. در این معادلات اکتیویته ظاهری که معادل غلظت اکسید کلسیم در سرباره است و نه غلظت واقعی اکسید کلسیم ، مهم می باشد معمولا اختلاف زیادی بین این دو غلظت وجود دارد . با توجه به معادله 5  و آگاهی از میزان عوامل فوق و مقدار گوگرد در چدن مذاب راندمان گوگرد زدایی و میزان گوگرد نهایی قابل پیش بینی است . چهار متغیر ترمودینامیکی و متغیر های کوره کوپل در جدول 1 آورده شده است .از جدول مشخص می شود که ثابت تعادل تنها به درجه حرارت بستگی دارد . در کوره کوپل که درجه حرارتدرحدود1400 تا 1500 درجه سانتی گراد است  K دارای تغیراتی به توان 2 درنسبت گوگرد زدایی می باشد . همچنین ضریب اکتیویته گوگرد که تابعی از درصد کربن چدن است اثری به توان 2 دارد . اکتیویته اکسید کلسیم تابع درجه بازی سرباره می باشد . تغییرات درجه بازی سرباره بین 1 تا 2 بوده که سبب تغییارتی به توان 25 در نسبت گوگرد زدایی خواهد بود . اکتیویته اکسیژن تابعی از درجه حرارت و فشار جزئی منواکسید کربن در کوره کوپل و درصد کربن موجود درچدن است. بر اثر تغییرات میزان کربن موجود در چدن ، اکتیویته اکسیژن می تواند سبب تغییراتی به توان 2 در نسبت گوگرد زدایی گردد. اکسید کلسیم تابعی از درجه بازی سرباره است بنابراین درجه بازی سرباره عامل تعیین کننده در گوگرد زدایی است . شکل 1

درجه بازی سرباره و سرباره های ناهمگن

شکل 1 نشان می دهدکه برای کوره های کوپل تولید کننده چدن خاکستری (درجه بازی سرباره بین 7/0 تا 4/1 )گوگرد زدایی همان گونه که انتظار می رفت تابعی از درجه بازی سرباره می باشد . اما برای چدن با گرافیت کروی که تحت شرایط درجه بازی سرباره بالا (بین 4/1 تا 1/2) عمل کرده هیچگونه رابطه ای بین درجه بازی سرباره و نسبت گوگرد زدایی وجود ندارد . و نتیجتا نمی توان مشخص کرد که در این مورد درجه بازی سرباره مهم است یا نه ؟دلایل نبودن رابطه در درجه بازی سرباره بالا با استفاده از دیاگرام فازها و بررسی تولیدات سرباره در این درجه حرارت ها توسط میکروسکوپ مورد مطالعه قرارگرفت .بطورکلی بررسی سرباره بازی در درجه حرارتی شبیه کوره کوپل نشان داده است که سرباره از دو فاز مایع و جامد تشکیل شده است . درنتیجه معادله درجه بازی که فقط برای فاز مایع سرباره صادق است در این مورد کاربرد ندارد. بررسی بیشتری برای بدست آوردن یک رابطه تقریبی محاسبه درجه بازی فاز مایع سرباره تشکیل شده از دوفاز مختلف انجام شد . اطلاعات حاصله توسط این روش مجددا ترسیم شد و شکل 2 بدست آمد که رابطه بهتری بین درجه بازی و نسبت گوگردزدایی را نشان می دهد .در این روش پراکندگی اطلاعات به چشم می خورد که ناشی ازتغییرات متغیرهای سیستم مانند اکتیویته اکسیژن است .با توجه به شکل 2 ماکزیمم درجه باز یسرباره درحدود6/1 می باشد که نسبت به شکل 1 به مراتب کمتر است . علت وجود این تفاوت در این است که سرباره های بازی کوره کوپل به خاطر ناهمگنی کمتر بازی هستند ودر نتیجه گوگرد زدایی به خوبی انجام نمی شود و این یک محدودیت برای کوره کوپل است .

تعادل شیمیایی

در بررسی مجموعه اطلاعات حاصله ازکورهای کوپل مختلف بنظر می رسد که یک حد طبیعی و معمولی 01/0 درصد گوگرد برای چدن حاصله وجود دارد که می شود آن را ناشی از دو فاز بودن سرباره دانست . اگر حالت تعادل ایجاد شود آن حد درصد گوگرد توجیه خواهد شد.حالت تعادل در کوره توسط اکتیویته اکسیژن انجام گرفته است . معدله نسبت گوگرد زدایی با دانستن تمام متغیرهای طرف راست معادله 5 بجز اکتیویته اکسیژن مذاب محاسبه اکتیویته اکسیژن امکان پذیر است . حال این محاسبه در واکنش 1 بررسی می شود در مورد واکنشهای 2و3و4 نیز می توان معادله حالت تعادل را نوشته و این معادلات رابرای اکتیویته اکسیژن حل کرد . چون فقط یک جواب واقعی برای اکتیویته اکسیژن وجوددارد از هر یک از معدلات فوق باید یک جواب حاصل شود . اگر چنین شرطی ایجاد شود در نتیجه یک حالت تعادل برقرار خواهد بود .

در شکل 3 محور افقی اکتیویته اکسیژن در واکنشهای اکسیژن زدایی می باشد اگر نقاط بیانگر اطلاعات حاصله از کوره کوپلدر امتداد یک خط مستقیم قرار گیردنتیجتا واکنش گوگرد زدایی و واکنش اکسیژن زدایی مربوطه به یک حالت تعادل می رسند . با توجه به پراکندگی تجربیات در شکل3 دیده می شود که اطلاعات مربوط به سیلیسیم و منگنز به وضوح در امتداد خطوط مستقیم قرار گرفتند اما نقاط مربوط به کربن در یک خط مستقیم قرار نمی گیرند . مسئله فوق بیانگر این نکته است که گوگرد زدایی در کوره کوپل به حالت تعادل می رسد و نیز اکتیویته اکسیژن در حالت تعدل توسط واکنشهای اکسیژن زدایی سیلیسیم و منگنز کنترل می شود .با توجه به شکل 3 واکنش اکسیژن زدای کربن به حالت تعادل نمی رسد که به معنای عدم دخالت کربن در گوگرد زدایی است . عدم دستیابی به واکنش اکسیژن زدایی کربن برای ایجاد حالت تعادل دو اثر بسیار مهم در کوره کوپل دارد : 1) گوگرد زدایی تنها به اندازه 50 درصد آنچه که باید موثر است . اگر واکنش کربن به حالت تعادل برسد در این صورت میزان گوگرد در آهن مذاب می تواند به نصف میزان اولیه آن برسد . 2) عملیات گوگرد زدایی نسبت به تغییرات گوگرد بسیار حساس است . زیرا غلظت سیلیسیم و منگنز و اکسید هایشان نسبت به تغییرات در اثر کیفیت مواد و اکسیداسیون در درجات حرارت بالابسیار حساس هستند،اما اگر کربن قادر به کنترل اکسیژن زدایی بود در این صورت تغییرات در میزان درصد گوگرد آنچنان شدید نمی توانست باشد .

پتانسیل گوگرد زدایی

شکل 4 یک ارزیابی از پتانسیل گوگرد زدایی کوره کوپل با سرباره بازی را نشان می دهد که در آن میزان گوگرد قابل پیش بینی در چدن مذاب به شکل تابعی از درجه حرارت کوره رسم گردیده است . هر خط یک درصد کربن مشخص را بیان می کند . خطوط 1و2و3 نتایج آزمایشگاهی است . برای رسم نمودار چند شرط لازم است : 1) اکسیژن زدایی تنها توسط سیلیسیم 2) سرباره ناهمگن باشد 3) وزن گوگرد 16/0 درصد وزن آهن و وزن آهن 10 برابر وزن سرباره باشد . شکل 4 نشان می دهد که افزایش درصد کربن وسیلیسیم باعث کاهش گوگرد باقی مانده در چدن می گردد . این افزایش همچنین در کربن وسیلیسیم چدن موثرتر ازافزایش درجه حرارت است . با توجه به نمودار 01/0 درصد گوگرد در مذاب اجتناب ناپذیر است .

سیلیسیم بالا سبب کاهش اکتیویته اکسیژن و کربن بالا سبب افزایش ضریب اکتیویت گوگرد در آهن می شود . اما این میازن کربن در حد اشباع میباشد و مطلوب نیست اما می توان بارفع موانع اکسیژن زدایی کربن و ناهمگنی سرباره این کار راکرد . شکل(5) اکسیژن زدایی برحسب کربن را نشان می دهد که به صورت خط چین رسم شده اند .مشاهده می شود در بالای 1500 درجه سانتی گراد چدن با ترکیب شیمیایی 4 درصدکربن و 1 درصد سیلیسیم دارای میزان گوگردی کمتر از 1 درصد می باشد . در این درجه حرارت میزا ن گوگرد درحدودنصف میزان حاصله در اکسیژن زدایی توسط سیلیسیم است . راه دیگر می تواند برطرف کردن ناهمگنی سرباره باشد . وروش بهتر استفاده همزمان از اکسیژن زداها مثلAL   و گوگرد زداهای قوی مانند CaC2 در کوره کوپل است . برای کاهش میزان گوگرد به کمتر از 01/0 درصد باید : 1) افزایش میزان درصد کربن و سیلیسیم در چدن 2) به حالت تعادل رساندن اکسیژن زدایی کربن 3) تولید سرباره همگن با فاز تمام مایع بازی 4) استفاده از گوگرد زدا ها و اکسژن زداهای قوی مانند (AL,CaC2)               

(metallurgybank.persianblog.ir)منبع: بانک اطلاعات متالورژی

 


نوشته شده در تاريخ ۱۳۸۸/٩/۳ توسط رضا علیزاده-سید محمد درودی
.: Weblog Themes By Blog Skin :.

اسلایدر