کوره‌های تشعشعي (شعله‌ای –روباده) در صنعت به کوره‌هایی گفته می‌شود كه بين محصول و مواد شارژ تماس احتراق مستقيم برقرار می‌باشد و حرارت از سه طريق ، جابجايي ، هدايت و تشعشع به مذاب می‌رسد . هوا و سوخت توسط مشعل يا مشعل‌هایی ازيك طرف كوره به داخل محفظه احتراق (كوره) تزريق می‌گردد و در اثر سوختن حرارت لازم را براي ذوب شارژ فراهم می‌کند.سوخت اين کوره‌ها می‌تواند مايع(گازوئیل) وگاز باشد.

   در کوره‌های شعله‌ای .مشعل یا محفظه احتراق دریک سمت کوره و دودکش درسمت دیگر آن قرار دارد. کوره‌های شعله‌ای برای ذوب فلزات غیر آهنی از جمله آلومینیم مورد استفاده قرار می‌گیرد. شارژ کردن  این کورها از طریق درب و در بعضی موارد از سقف کوره هم انجام‌پذیر است.

این کوره درجه حرارت مذاب را چندان بالا نمی‌برد به طور کلی راندمان حرارتی این کورها نسبتاً کم است حدوداً20 تا 30درصد است.

انواع کوره‌های تشعشعی

کوره‌های ذوب که معمولاً برای ذوب آلیاژهای غیر آهنی (آلومینیم - مس) استفاده می‌شود به دودسته ثابت (استاتیک)  تیلتینگ(گردان) تقسیم می‌شوند.

1)  کوره‌های ثابت:معمولاً در ظرفیت‌هایی در حدود 3 تن تا 60 تن ساخته می‌شود. بسته به نوع استفاده یا به عنوانholding (کوره‌های نگهداری ذوب، مثل ایرالکو که ذوب از منطقه احیا می‌آید و در این کوره‌ها آلیاژسازی انجام می‌شود) یا به عنوانmelting(کوره‌هایی که برای ذوب کردن استفاده می‌شوند). در کارگاه‌های شخصی یک زوج از این کوره‌ها را قرار می‌دهند که یکی را برای ذوب و دیگری برای نگهداری استفاده می‌شود. آلیاژسازی عمده وadditingنهایی را در کوره‌هایholding  انجام می‌دهند.

2)  عملیات کیفی مذاب شامل گاززدایی و فلاکسینگ که کاورال استفاده می‌شود یا فلاکس استفاده می‌شود. ذوب و آلیاژسازی داخل کوره انجام‌شده و ذوب به داخل کورهholdingحرکت می‌کند تا در آنجا عملیات نهایی را انجام دهند و در نهایت ذوب را انتقال می‌دهند به سمت شمش‌ریزی (بیلت)معمولاً یک کوره  holdingدر بیرون از کارخانه برای نگه‌داری ذوب وجود دارد اکثر کارخانه‌های ذوب مورد نظر خود را که آلومینیوم است را از کارخانه جات دیگر که دارای کوره‌های meltingهستند خریداری می‌کنند و در نهایت عملیات کیفی و آلیاژسازی مورد نظر خود را در کوره‌های  holding خود انجام می‌دهند.سیکل کوره‌های ما هم که چون مذاب از احیا میاوریم اغلب کوره‌های ما holdingهستند.تفاوت بین کوره‌های بینholdingو meltingیکی در ساختار و دیگری در نوع مشعل و دیگری ظرفیت کوره می‌باشد منظور از ساختار کوره اسکلت کوره است.بعضی از مشعل‌ها دارای خروجی چند هزار کیلوکالری می‌باشند که می‌توان طی زمان دو الی سه ساعت شمش مورد نظر را ذوب کرد.طراحی‌های کوره هم متفاوت است بعضی از آن‌ها شارژدهی از دهانه دودکش کوره انجام می‌شود که این کار جهت پیش گرم کردن شمش و برگشتی می‌باشد.نوع دیگر کوره‌ها مشعل انحا روبه روی در زده می‌شود نوع دیگر مشعل‌ها از دیواره زده می‌شود.

3)  نحوه‌ی قرار گرفتن مشعل‌ها نسبت به دودکش به صورتV یعنی دو شاخهVمشعل قرار می‌گیرد و تهVمعمولاً سعی می‌کنند دودکش را قرار دهند تا نزدیک سطح مذاب  معمولاً مشعل‌هایی که روی دیواره کوره می‌گذارند نسبت به دودکش وضعیتVدارد شرایط کوره هم به نسبت سوخت و هوا باید جوری باشد که کوره احیایی باشد یعنی شعله آبی دیده شود هرگاه شعله قرمز باشد میزان هوا نسبت به سوخت کمتر است.

4)  وضعیت آجرچینی کوره‌ها به این صورت است که پس از ساخت ساختمان کوره 3تا 5cm لول می‌شود سطح ورق با یک جرم نسبتاً عایق شده و سپس طناب‌کشی انجام می‌شود.

5)  تمام حوضچه مذاب (کف کوره اجرهای الومینایی می‌باشد( حدوداً 80درصدAl2o3و بقیهSio2وFe2o3) از اینجا به بالا به دلیل داشتن مقاومت به ضربه از آجرهای شاموتی استفاده می‌شود که مقدار سیلیس بالاست و سقف کوره که ریلی کار شود یا قوس دار بستگی به طراحی کوره دارد . ضریب تابش بسیار مهم است یعنی کوره به طوری طراحی شود که حرارت انتقالی به راحتی بر روی مواد مذاب برگردد( زاویه مشعل باید طوری باشد که مواد مذاب به راحتی حرکت کند) ، دودکش را به این جهت پایین می گذارند که هوای گرم مجبور به پایین آمدن شود و بعد از دودکش به سمت بالا برود.

6)    اگر دودکش بالا باشد هوای گرم به علت دانسیته پایین از کوره خارج می‌شود. سر مشعل باید در بهترین حالت در مرکز ( 10سانتیمتر دورتر از مرکز) قرار گیرد.

7)   دیواره کوره معمولاً 40-45 سانتیمتر بتن‌ریزی و آجرچینی می‌کنند.

8)  سوخت کوره بستگی به مشعل دارد یعنی می‌توان مشعلی دوگانه‌سوز (هم گازوئیل و هم گاز) استفاده می‌شود. راندمان کوره بسیار پایین می‌باشد که در بهترین حالت 20-35درصد می‌باشد.

مراحل انجام کار کوره

در ابتدا از سالم بودن آجرهای دیواره و کف کوره اطمینان حاصل شده و بعد اطمینان از نبود مانعی برای خروج گاز از دودکش  کوره و سالم بودن مشعل احتراق با استفاده از جعبه کنترل گاز و اکسیژن را آزاد می‌گردد. اکسیژن و گاز در کوره از داخل فارسونگا با فشار بسیاری رها شده و سپس با استفاده از فندکی که داخل کوره در نزدیکی فارسونگا تعبیه شده کوره را مشتعل می‌کنند تا کوره پیش گرم شود. برای از دست نرفتن انرژی موجود در کوره باید درب کوره  بسته باشد که مکانیسم باز و بسته شدن درب کوره پنوماتیکی می‌باشد. شعله خارج شده از مشعل‌ها باید آبی‌رنگ باشد. اگر نسبت هوا به سوخت کمتر باشد شعله قرمز می‌باشد که این مناسب نیست.

پس از ذوب شدن سرباره جمع شده در سطح کوره را تخلیه کرده و بعد از مذاب چندین نمونه برای بردن به آزمایشگاه جهت کوانتومتری کردن نمونه برای به دست آوردن درصد عناصر موجود در مذاب می‌گیرند. بعد از مطمئن شدن رسیدن به آلیاژ مورد نظر دریچه‌ی بار ریز کوره که در قسمت جانبی  و کف کوره قرار دارد را باز می‌کنند. در محل خروج مذاب یک عدد صافی از جنس سرامیک جهت گرفتن آخال‌ها و سرباره‌های باقی‌مانده در کوره قرار می‌دهند. بعد از اینکه ذوب از صافی عبور کرد مذاب در مسیرهایی به سمت قالب‌ها حرکت می‌کنند. در حین حرکت مذاب به سمت قالب ، قالب‌ها را پیش گرم می‌کنند. قالب‌ها دارای سیستم آبگرد جهت خنک کردن قالب و در نهایت انجماد مذاب ریخته شده در قالب‌ها می‌باشد.

واکنش‌های ذوب و کوره

واکنش‌های کوره(ذوب): بسته به نوع آلیاژ تولیدی نوع واکنش انجام‌شده نیز تغییر می‌کند. آلیاژهای آلومینیم 2 طیف می‌باشد:

1-     ریخته‌گری یا  casting alloy

2-     کارپذیر یا  roll alloy 

آلیاژهای ریخته‌گری در مصارف قطعه ریزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فعل‌وانفعالات عمومی:

در درجه حرارت ذوب آلومینیم ، فعل‌وانفعالات شیمیایی مختلف بین مواد اکسیدی و ترکیبات مختلف و آلومینیم و مواد آلیاژی آن انجام می‌گیرد که حاصل آن به صورت مواد جامد غیرفلزی ( اکسیدی ) و یا حباب‌های گازی در قطعه باقی می‌ماند.

فعل‌وانفعالات با محصولات سوخت:

سوخت‌های فسیلی در درجه حرارت اشتعال از صورت فرمولی زیر به Co2، Co و H2O تجزیه می‌شوند:

CxHyOz + O2 → nCo + Co2 + H2O

بایستی توجه داشت که کلیه گازها مانند H2O ، Co ،Co2 و CH4 در مذاب آلومینیم نامحلول می‌باشد و فقط هیدروژن در آن حل می‌گردد و CH4 نیز در اثر تجزیه به هیدروژن و کربن تبدیل می‌شود:

4(Al) + 3CH4 → + 12[H](Al)

فعل‌وانفعالات با مواد نسوز:

مواد نسوز مورد استفاده در صنایع آلومینیم بیشتر از انواع گرافیت و ترکیبات سیلیسی می‌باشد تا امکان ترکیبات مختلف را کاهش دهد. مواد نسوز، از طریق مکانیکی شکسته و به مذاب آلومینیم افزوده می‌شوند ولی درجه حرارت‌های ذوب نیز وجود فعل‌وانفعالات زیر امکان‌پذیر می‌باشد:

2 + 4/3 (Al) → 2[Mg] (Al) + 2/3

مزایا و معایب کوره

مزایا

1-     قطعات بزرگ را می‌توان بدون نیاز به خرد کردن مستقیماً در آن ذوب کرد.

2-     کار کردن با این کوره نیاز به تخصص چندانی ندارد.

3-     ترکیب شیمایی مذاب را می‌توان تحت کنترل قرارداد.

4-     مقدار فلز ذوب شده در این کوره‌ها می‌تواند قابل توجه باشد.

معایب:

1-     محدود بودن آلیاژسازی در کوره‌های ثابت.

2-     تمیز کردن کوره مشکلات زیادی را از جمله تعمیر نسوزهای کوره را در بر دارد.

3-     راندمان حرارتی  این کوره‌ها کم است.

4-     آجرهای کف کوره به دلیل تماس مداوم با ذوب کنده شده یا خورده می‌شود.

کمک‌ذوب‌ها

گازهای بی‌اثر مانند آزت و آرگون تأثیر کمی در تصفیه مذاب از مواد ناخواسته دارند و از این‌رو عمل فلاکس‌های کلروره بیشتر در ترکیب  AlCl3می‌باشد که قادر است در فصل مشترک اکسیدها و مواد ذوب قرار گرفته و همراه خود خارج سازد. انواع کلرورها و فلاکس‌های قابل تبخیر در ذوب آلومینیم عبارت‌اند از:

Cl2Zn،ClnH4،Cl2Mg،Cl3Al،Bcl3،Ticl4

فلاکس‌های مورد استفاده در آلیاژهای آلومینیم منیزیم بیشتر براساس ClK,Cl2MgوCaCl2قرار دارند.

از دیگر فلاکس‌ها کاورالها هستند که وزن مخصوص کم و نقطه ذوب پایین و نقطه تبخیر بالاتر از درجه حرارت مذاب را دارا می‌باشد.

جوانه زاها:مهم‌ترین عنصر برای ریز کردن دانه‌ها موجود تیتانیم می‌باشد و بایستی توجه کرد که چنانچه مقدار تیتانیم از حد بحرانی0/2 درصد تجاوز نماید فعالیت کار مکانیکی آلیاژ را به شدت کاهش می‌دهد.

سدیم نیز به عنوان ظریف کننده به کار می‌رود در مقابل این عنصر در مورد آلیاژهای منیزیم دار بسیار مضر می‌باشد.

منابع

کتاب متالز هندبوک جلد 15 metals hand book volume 15

کتاب ریخته‌گری فلزات غیر آهنی  دکتر جلال حجازی