کوره ذوب آهن چیست و چگونه کار می کند؟

یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود در زمین، آهن است. همان‌طور که در مقاله “هر آنچه در رابطه با سنگ آهن باید بدانید” گفتیم، آهن از منبع اولیه‌ای به نام سنگ آهن به دست می‌آید. پس از دستیابی به آهن خام در شکل‌های مختلفی از آن استفاده شده و یا به مواد عالی‌تری ارتقا پیدا می‌کنند. در بسیاری از این موارد نیاز است تا آهن را ذوب کنیم.  برای این کار نیاز به تکنولوژی یا سیستم‌های ویژه‌ای است که برای این کار ساخته شده‌اند. سیستم‌هایی که کوره نامیده شده و ممکن است برای هر عنصر، نیاز به استفاده از نوع متفاوتی از آن‌ باشد. در این مقاله به بررسی انواع کوره ذوب آهن پرداخته و با روش کار آن‌ها آشنا می‌شویم.

کوره ذوب آهن چیست؟

کوره ذوب آهن که به نام یکی از انواعش یعنی کوره بلند هم شناخته می‌شود یک کوره صنعتی بزرگ است که به صورت عمودی قرار می‌گیرد. هدف اصلی این کوره‌های ذوب آهن احیای سنگ آهن و استخراج این فلز از آن می‌باشد. در واقع کوره بلند ذوب آهن قدیمی‌ترین روش احیا آهن از سنگ معدن به شمار رفته و همچنان نیز از آن استفاده می‌شود. این کوره در دماهای بالا از ترکیب موادی مثل سنگ‌ آهن، کک و سنگ آهک برای تسهیل واکنش‌های شیمیایی لازم برای ذوب کردن استفاده می‌کند.

ظرفیت کلی این کوره را می‌توان با اندازه‌گیری ارتفاع و قطر آن مشخص کرد. به طور کلی کوره بلند در ذوب آهن بسته به نیاز هر کارخانه در ظرفیت‌های متفاوتی ساخته می‌شود. این ظرفیت می‌تواند بنا به ارتفاع و قطر کوره مقداری در بازه‌‌ی 70 الی 6000 متر مربع باشد.

تاریخچه کوره ی ذوب آهن

مبدا کوره‌های ذوب‌ آهن به هزاران سال قبل برگشته و شواهد زیادی از تولید آهن در مناطق مختلف جهان آن زمان وجود دارد. اولین کوره‌های ذوب آهن شناخته شده، کوره‌های کوچک و با دمای پایینی بودند که به نام بلومر شناخته شده و به طور گسترده‌ای برای استخراج آهن از سنگ آهن استفاده می‌شدند. در حدود 2000 سال قبل از میلاد بلومرها در تمدن‌های مختلفی مثل هیتی‌ها، مصری‌ها و بین‌النهرینی‌ها استفاده می‌شدند. این کوره‌ها از یک ساختار کوچک و روباز تشکیل شده بودند که سوخت آن توسط زغال سنگ تامین می‌شد. یعنی سنگ آهن با زغال سنگ، گرم شده و پس از ذوب به شکل توده‌ای به نام بلوم در می‌آمدند.

با گذر زمان و پیشرفت روز افزون تکنولوژی، در زمان سلسله هان و در چین کوره‌هایی برای ذوب آهن اختراع شد. بنابراین با اینکه مخترع کوره ذوب آهن به طور دقیق مشخص نیست اما می‌توان آن را به چین نسبت داد. کوره بلند که کوره‌ای بلندتر و کارامدتر بود، امکان ایجاد دماهای بالاتر و کنترل بهتر فرایند ذوب را فراهم می‌کرد. این فناوری به تدریج در سراسر آسیا و خاورمیانه گسترش یافت و در قرن چهاردهم به اروپا رسید. در اروپا نیز کوره بلند جایگاه خاصی پیدا کرد و به سنگ بنای صنعت آهن اروپا تبدیل شد.

با گذشت روزها پیشرفت‌هایی برای افزایش کارایی و ظرفیت کوره ذوب سنگ آهن شکل می‌گرفت. به همین ترتیب در قرن هجدهم نوآوری‌هایی مثل استفاده از کک به عنوان سوخت و توسعه موتورهای دمنده با نیروی‌ آب، فرایند ذوب آهن را بیش از پیش بهبود بخشید. در قرن نوزده و بیست نیز با ظهور فناوری‌های جدید کوره‌های ذوب آهن بزرگتر و کاراتر شدند. تا اینکه امروزه کوره‌های بلند به سازه‌‌های عظیمی تبدیل شده‌اند که می‌توانند سالانه میلیون‌ها تن آهن را تولید کنند. هرچند که به طور کلی از اولین کوره بلند تا به امروز اصول کار تفاوت چندانی نداشته اما پیشرفت‌های بزرگ و چشمگیر آن باعث شده تا به یکی از بزرگترین پایه‌های صنعت آهن در جهان تبدیل شود.

روش کار کوره ذوب آهن

ذوب آهن در کوره شامل مراحلی می‌شود که برای دستیابی به ذوبی بی نقص ضروری می‌باشند. در ادامه با این مراحل آشنا می‌شویم:

1- شارژ

در مرحله اول کوره را از طریق دهانه بالایی آن با لایه‌هایی از سنگ آهن، کک، سنگ آهک و… بارگیری می‌کنیم. سنگ آهن که به طور معمول به شکل هماتیت (Fe2O3) یا مگنتیت (Fe3O4) شارژ می‌شود منبع آهن را در کوره فراهم می‌کند. کک هم به عنوان سوخت وارد شده و باعث مهیا شدن شرایط لازم برای احتراق می‌شود. در آخر سنگ آهک نیز برای حذف ناخالصی‌ها اضافه شده و به عنوان یک شار در طول فرایند ذوب عمل می‌کند.

2- احتراق

حالا که مواد اولیه کوره ذوب آهن شارژ شده‌اند توده‌‌ی هوای گرمی از طریق لوله‌های واقع در نزدیکی پایه به کوره وارد می‌شود. با این اتفاق کک موجود در کوره مشتعل شده و می‌سوزد. با سوختن کک گاز مونوکسید کربن تولید می‌شود و شرایط لازم برای ذوب آهن را فراهم می‌کند.

3- کاهش

اشتعال کک باعث می‌شود تا حرارت مورد نیاز ایجاد شده و سنگ آهن نیز با مونوکسید کربن واکنش دهد. با این اتفاق ذرات آهن به انتهای کوره رفته و حوضچه‌ای از مذاب آهن را تشکیل می‌دهد.

4- تشکیل سرباره

در این مرحله سنگ آهک اضافه شده با ناخالصی‌های موجود در سنگ آهن ترکیب شده و سرباره مایع را تشکیل می‌دهد. سرباره که از آهن مذاب سبک‌تر است در بالای حوضچه مذاب شناور می‌شود. اکنون این سرباره به عنوان یک لایه محافظ عمل کرده و از اکسید شدن آهن جلوگیری می‌کند. علاوه بر این‌ها جداسازی ناخالصی‌ها تسهیل شده و به راحتی انجام می‌شود.

5- جمع‌آوری

به صورت دوره‌ای آهن مذاب و سرباره از دهانه‌های مختلف در پایه کوره استخراج می‌شود. آهن مذاب به طور جداگانه جمع‌آوری شده و برای پردازش‌های مورد نیاز آماده می‌شود. سرباره نیز به همین صورت بوده و به صورت جداگانه جمع‌آوری می‌شود تا برای مصارف مختلف کنار گذاشته شود.

این مراحل توقف نداشته و به صورت چرخه‌ای انجام می‌شود. یعنی کوره مذاب به طور مداوم شارژ شده و آهن مذاب و سرباره تخلیه می‌شوند. کوره نیز به صورت دائمی با دمایی در حدود 1500 الی 2000 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند تا از ذوب کارامد سنگ آهن اطمینان حاصل شود.

واکنش های شیمیایی

در هر مرحله از فرایند واکنش‌های شیمیایی خاصی اتفاق می‌افتد که عدم کنترل آن‌ها می‌تواند خسارت‌زا باشد. ابتدا هوای داغ ورودی با کک ترکیب شده و به مونوکسید کربن تبدیل می‌شود. این اتفاق باعث آزاد شدن مقدار زیادی گرما می‌شود. تا جاییکه دمای کوره ذوب آهن به بیشترین مقدار خود یعنی چیزی در حدود 1500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در این مرحله واکنش‌های زیر اتفاق می‌افتند:

3Fe2O3 = 2Fe3O4 + CO

CaCO3 = CaO + CO2

در ادامه Fe3O4 در قسمت پایینی کوره که دمای بالاتری وجود دارد به FeO تبدیل می‌شود:

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

سپس کاهش به آهن در داغ‌ترین ناحیه کوره صورت می‌گیرد:

FeO + CO = Fe + CO2

در ادامه سرباره روی مواد مذاب شناور شده و کمک می‌کند تا کاهش اکسیدهای آهن بهتر انجام شود.

CO2 + C = 2CO

انواع کوره ذوب آهن

کوره‌های ذوب آهن از انواع مختلفی تشکیل شده که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارا می‌باشند. در ادامه به بررسی این موارد خواهیم پرداخت:

کوره بلومری

همان‌طور که گفتیم این کوره نوعی باستانی از کوره‌های ذوب آهن است که برای تولید آهن مورد استفاده قرار می‌گرفته است. این روش به طور گسترده‌ای در تمدن‌های باستانی‌ای مثل مصری‌ها، هیتی‌ها و بین‌النهرینی‌ها استفاده می‌شده است. این نوع از کوره درواقع کوره‌ای کوچک با دمای پایین بود که سوخت آن از زغال چوب تامین می‌شد. محصول نهایی آن توده‌ای اسفنجی از آهن بود که نیاز به حذف ناخالصی‌ها و تصفیه بیشتری داشت. هرچند این روش تقریبا منسوخ شده و دیگر در صنایع مورد استفاده قرار نمی‌گیرد اما همچنان نمونه خوبی برای تحقیقات متالورژی می‌باشد.

کوره بلند

همان‌طور که در این مقاله گفته شد یکی از پرکاربردترین و کارامدترین نوع کوره ذوب آهن کوره بلند می‌باشد. این کوره که از فولاد یا مواد نسوز تشکیل شده است ظاهری استوانه‌ای شکل و بلند دارد. کوره بلند که به طور مداوم کار می‌کند علاوه بر تولید مقادیر زیادی آهن خام، قادر به ریخته‌گری شمش‌های آلیاژی نیز می‌باشد. از مزایای این کوره می‌توان به مواردی مثل تولید مداوم، مصرف برق پایین، هزینه پایین تولید و کارایی بالا اشاره کرد. البته نباید از معایبی مثل طولانی بودن فرایند و میزان بالای مصرف انرژی چشم‌پوشی کرده و باعث ایجاد خساراتی جبران‌ناپذیر شد. هرچند امروزه کمتر از این کوره استفاده می‌شود اما همچنان نام آن را در کنار کوره ذوب آهن قرار داده و آن را با این نام می‌شناسند.

کوره‌های ذوب کوپلا

یکی دیگر از انواع کوره های ذوب آهن که کوچکتر و ساده‌تر از کوره بلند است کوره کوپلا می‌باشد. این کوره دودکش مانند ابتدا با کک و سایر مواد موردنیاز پرشده و زمانی که به دمای کافی رسید آهن خام یا آهن قراضه به آن اضافه می‌شود. از کوره کوپلا به طور معمول برای تولیداتی با مقیاس کوچکتر استفاده شده و برای تولید چدن نیز مناسب می‌باشد. از مزایای این کوره می‌توان به هزینه اولیه پایین، نرخ ذوب بالا، هزینه عملیاتی نسبتا کم، سهولت کار و بازدهی خوب اشاره کرده و معایبی مثل دشوار بودن کنترل دما و ترکیبات شیمایی را برای آن در نظر گرفت.

کوره‌های ذوب روباز

به کوره‌هایی که در آن از گاز طبیعی، روغن، قطران یا ذغال سنگ پودر شده به عنوان سوخت استفاده می‌شود کوره‌های ذوب روباز گفته می‌شود. این کوره‌ها که برای تولید فولاد نیز کاربرد دارند هوا و سوخت را قبل از احتراق تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد گرم کرده و شعله‌ای تا دمای 2000 درجه را حاصل می‌شوند. شارژ شدن آن‌ها نیز به این صورت است که ابتدا وزنی برابر با 10 تن شارژ شده و به مرور تا 100، 300 و 600 تن افزایش می‌یابند. یکی مزیت‌های این روش، انعطاف‌پذیری آن است. به این معنی که بار شارژ شده می‌تواند هر ترکیبی از آهن و قراضه باشد. تا حدی که در برخی موارد به آن کوره ذوب آهن ضایعات نیز گفته می‌شود.

از مزیت‌های دیگر این کوره می‌توان به مواردی مثل پردازش انواع آهن، کار با انواع سوخت و کنترل کافی دما و ترکیبات شیمایی اشاره کرد. در کنار این مزایا باید معایبی مثل هزینه اولیه بالا، نیاز به فضای بزرگ و بهره‌وری پایین نیز در نظر گرفته شده و از تاثیرات آن‌ها جلوگیری کرد.

کوره‌های قوس الکتریکی

امروزه به طور گسترده‌ای از کوره قوس الکتریکی ذوب آهن در فرایندهای فولادسازی استفاده می‌شود. در این روش از ذوب آهن به جای افزودن گرمای خارجی از جریان الکتریکی استفاده می‌شود. این کوره‌های بزرگ می‌توانند تا 400 تن را در هنگام ذوب فولاد که اغلب از آهن‌های سنگینی مثل اسلب، آهن خام و بازیافت مواردی مانند ضایعات ماشین ساخته می‌شوند را درون خود جای دهند. هنگامی که همه اجزا ذوب شدند کل کوره زاویه گرفته و فلز مایع را به پاتیلی بزرگ تخلیه می‌کند. این کوره‌ها به دو روش قوس مستقیم و قوس غیرمستقیم دسته‌بندی شده و برای ذوب آلیاژهای با نقطه ذوب بالا مناسب می‌باشند.

کوره‌های مستقیم که به طور معمول برای واحدهای آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند ظرفیتی در بازه چند کیلوگرم الی 40 تن را شامل می‌شوند. به طور کلی کوره قوس ذوب اهن از سه الکترود که به صورت عمودی به سقف متصل می‌باشد تشکیل شده است. این کوره قادر به تولید فولاد با کیفیت بوده و برای بازیافت ضایعات فولادی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما کوره‌های غیرمستقیم از یک پوسته فولادی به شکل بشکه افقی تشکیل شده و با مواد نسوز نیز پوشانده شده است. این کوره، ذوب فلزات را با ایجاد قوس بین دو الکترود کربنی انجام ‌می‌دهد. محبوب‌ترین کارایی این نوع از کوره‌ها تولید آلیاژهای پایه مس بوده و اندازه‌های نسبتا کوچکی را دارند. از مزایای این روش ذوب آهن می‌توان به نرخ ذوب بالا، امکان خاموش و روشن کردن سریع و کنترل عالی دما و ترکیبات شیمیایی آن اشاره کرد.

کوره تشعشعی

به کوره‌هایی که برایی ذوب یا تصفیه فلزات از تشعشع استفاده می‌کنند کوره‌های تشعشعی گفته می‌شود. از این کوره‌ها به طور معمول در تولید مس، قلع، نیکل و بازیافت آلومینیوم استفاده می‌شود. حرارت این کوره به طور غیر مستقیم و از طریق ماده‌ای مانند آجر به آن منتقل می‌شود. یعنی ماده واسطه حرارت دیده و این حرارت را به کوره منتقل می‌کند. پس فلز با سوخت یا شعله، تماس مستقیمی نداشته و فقط از طریق تشعشعات گرم می‌شود. این کوره‌ها ظرفیتی در حدود 150 تن را شامل شده و امکان ذوب این مقدار از ماده را فراهم می‌کند. هرچند که کوره‌های تشعشعی هزینه‌های عملیاتی و نگهداری کمی داشته و درکنار سرعت پردازش بالا کنترل دمای خوبی را هم به نمایش می‌گذارند اما هزینه اولیه بالایی داشته و به فضای بزرگی نیاز پیدا می‌کنند.

کوره‌‌های القایی

کوره ذوب آهن القایی به جای قوس الکتریکی با میدان‌های مغناطیسی کار می‌کند. در این کوره‌ها فلز به یک بوته حلقوی که از آهنربای الکتریکی قدرتمند ساخته شده، احاطه شده است. این آهنربای الکتریکی از سیم‌پیچ‌های مسی‌ای تشکیل شده است که با ورود جریان متناوب، یک میدان مغناطیسی معکوس را ایجاد می‌کند. با ذوب شدن فلز، انرژی‌ای مغناطیسی به مواد مذاب وارد شده و باعث زده شدن آن می‌شود. در این کوره هیچ ماده اضافی‌ای به بوته وارد نشده و هرچیزی که داخل بوته می‌شود همان چیزیست که باز می‌گردد. این موضوع باعث می‌شود تا کنترل متغیرها در هنگام ذوب آسان‌تر شود. اما باید توجه داشت که با این کار امکان تصفیه فولاد از آن گرفته می‌شود.

کار با کوره القایی ذوب آهن ساده بوده و به طور معمول برای ورودی با کیفیت از آن استفاده می‌شود. در این کوره‌ها با هر بار شارژ 65 تن فولاد تولید می‌شود که میزان قابل توجهی است. اما در آن‌ها خطراتی وجود دارد که در صورت در نظر گرفته نشدن ممکن است خساراتی جبران ناپذیر را وارد کنند. بزرگترین خطر و دشمن این کوره بخار است. یعنی حتی کمترین مقدار آب می‌تواند باعث پاشش مواد مذاب شده یا در کوره ذوب آهن انفجار ایجاد کند. بنابراین قبل از استفاده، همه چیز باید خشک باشد. از آلیاژها گرفته تا ابزارهای مورد استفاده.

پس کارگران ریخته‌گری باید قراضه فلزی را به دقت بررسی کنند تا آب درون آن نباشد. بسیاری از کارخانه‌های ریخته‌گری برای جلوگیری از بروز حادثه در کوره ذوب آهن از اجاق خشک کن استفاده می‌کنند. این کار باعث می‌شود تا از خشک بودن قراضه‌ها و ابزار اطمینان حاصل شده و از هر گونه خسارتی جلوگیری شود. به هر حال پس از اینکه ذوب آهن با کوره القایی انجام شد مواد مذاب وارد قالبی می‌شوند. در مراحل بعد با پردازش‌های مختلف، فلز را جدا کرده و برای کاربرد مورد نظر آماده می‌کنند. از مزایای این کوره نیز می‌توان به تلفات کم، بهره‌وری بالا و کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی اشاره کرد.

کوره بوته‌ای

بارزترین ویژگی کوره بوته‌ای این است که می‌تواند درجه حرارت فوق‌العاده بالایی را کنترل کند. این کوره‌ها اغلب از سرامیک ساخته شده و می‌توانند مستقیما در منبع گرما قرار گرفته و با فلز و مواد افزودنی پر شوند. سوخت این کوره‌ها معمولا کک، روغن، گاز یا برق بوده و در مواردی از آن‌ها استفاده می‌شود که کارهای کوچکی انجام شود. به طور مثال سازندگان جواهرات هنوز هم از این بوته‌ها برای ریخته‌گری‌های کوچک استفاده می‌کنند. چرا که نهایت ظرفیت این کوره‌ها تا 150 کیلوگرم بوده و از وزن‌های بالا پشتیبانی نمی‌کنند. از مزایای این کوره‌ها می‌توان به هزینه کم سرمایه اولیه و تصفیه مستقیم آن اشاره کرده و معایبی مثل راندمان پایین، آلایندگی زیاد و میزان ذوب پایین را برای آن‌ها در نظر گرفت.

چگونه یک کوره ذوب آهن بسازیم؟

برای ذوب کردن آهن و منابع اولیه‌ی آن می‌توان از کوره ذوب خانگی یا کوره‌های کوچک استفاده کرد. برای این منظور باید آموزش ساخت کوره ذوب آهن را با دقت دیده و با احتیاط به ساخت آن پرداخت. اولین قدم در ساخت کوره ذوب آهن کوچک انتخاب نوع کوره مورد نظر می‌باشد. یک از ساده‌ترین روش‌های ساخت کوره، استفاده از آجر نسوز می‌باشد که هم به امکانات کمی نیاز دارد و هم فضای زیادی را اشغال نمی‌کند.به همین دلیل می‌توان از آن برای کوره ذوب آهن خانگی استفاده کرده و حتی طلا و نقره را در آن ذوب کرد.

برای ساخت کوره ذوب اهن در خانه به دو عدد آجر نسوز کوره، مشعل ونتوری یا گاز هوا نیاز می‌باشد. روش کار به این صورت است که ابتدا 4 سوراخ را برای دودکش، مشعل، خروج و جابجایی انبر در آجر نسوز ایجاد می‌کنیم. آجر دیگر را هم به عنوان درب کوره استفاده کرده و حتما مطمئن می‌شویم که تحمل حرارت 1200 درجه سانتی‌گراد را داشته باشد. به همین سادگی ساخت کوره ذوب آهن خانگی را با کمترین امکانات انجام می‌دهیم.

البته اگر قصد ساخت کوره القایی ذوب اهن را داشته باشیم شرایط کمی متفاوت بوده و روش کار کمی پیچیده‌تر می‌باشد. برای این منظور باید مراحلی همچون طراحی بوته، انتخاب فرکانس، تعیین توان مورد نیاز، طراحی کویل‌های القایی و طراحی سیستم سرمایش لازم را طی کرده و سپس به اتصال و مونتاژ آن‌ها بپردازیم. مشخصاً ساخت این کوره کار راحتی نبوده و نیاز به دانش فنی بالایی دارد. به همین دلیل بهتر است برای این منظور از کوره‌های ساده‌تر استفاده کرده و در صورت نیاز آن‌ها را خریداری کنیم. البته باید توجه کرد که خرید کوره ذوب آهن حتما از افراد متخصص انجام شده و این کار حساس را به افراد نامطمئن واگذار نکنیم. چرا که در این صورت امکان ترکیدن کوره ذوب آهن و وارد شدن خسارات مالی و جانی به وجود می‌آید.

کاربردهای کوره ذوب آهن

به طور کلی برای ذوب فلزات و آهن‌ها از کوره ذوب فلز یا آهن استفاده می‌شود. صنایع مختلفی به این فرایند وابسته بوده و حتی بعضاً به ساخت آن در کارخانه‌هایشان اقدام کرده‌اند. در ادامه به کاربردهای این کوره‌ها در بخش‌های مختلف پرداخته و کلیات آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

تولید فولاد

یک از اصلی‌ترین کاربردهای کوره‌های ذوب آهن در تولید فولاد می‌باشد. این فرایند به این صورت است که ابتدا از کوره‌های بلند برای ذوب سنگ آهن و تولید آهن مذاب استفاده می‌شود. در ادامه آهن مذاب حاصل شده را در کوره ذوب فولاد پردازش می‌کنند تا با تنظیم ترکیب آن و حذف ناخالصی‌ها، به فولاد تبدیل شود.

ریخته‌گری

از کوره‌های ذوب آهنی مثل کوره‌های کوپلا به طور گسترده برای ذوب آهن و تولید محصلات چدنی استفاده می‌شود. از این ریخته‌گری به طور معمول در صنایعی مثل خودروسازی، ماشین آلات، ساخت و ساز و سایر صنایعی که به قطعات چدنی نیاز دارند استفاده می‌شود.

صنایع خودروسازی

یکی از مصرف‌کنندگان عمده محصولات آهن و فولاد، صنعت خودروسازی می‌باشد. به طوری که برخی از کارخانه‌های تولید خودرو برای ساخت برخی از قطعاتشان یا شخصاً از کوره‌های ذوب آهن استفاده می‌کنند و یا از کارخانه‌های تولید فولاد کمک می‌گیرند. برخی از قطعاتی که نیاز به این کوره‌ها دارند عبارتند از میل‌لنگ، قطعات انتقال، اجزای شاسی و … که نقش بسیار مهمی را در عملکرد خودرو به نمایش می‌گذارند.

ساخت و ساز و زیرساخت

همانطور که می‌دانید برای ساخت مصالح ساختمانی مختلفی مثل میلگردهای تقویت‌کننده پروفیل و قوطی آهن که در پروژه‌های زیربنایی و سازه‌های بزرگ استفاده می‌شوند نیاز به استفاده از کوره‌های ذوب آهن می‌باشد. استحکام و دوام فولاد تولید شده از کوره‌های ذوب آهن، آن را به یک ماده ایده آل برای این کاربردها تبدیل کرده و مقاومت ساختاری آن‌ها را در شرایط محیطی مختلف فراهم می‌کند.

ماشین آلات و تجهیزات

مواد اولیه لازم برای تولید قطعاتی مثل چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، شفت‌ها، شیرها و سایر قطعاتی که نیاز به استحکام و مقاومت بالایی در برابر سایش دارند در کوره‌های ذوب آهن تولید می‌شود. بنابراین می‌توان گفت که این کوره‌ها نقش مهمی در صنایع تولید ماشین‌آلات داشته و در صورت نبود آن‌ها این صنایع به کل متوقف می‌شوند.

کشتی‌سازی و صنایع دریایی

یکی دیگر از کاربردهای کوره‌های ذوب آهن و فولاد، تولید مواد اصلی به کار رفته در صنایع کشتی‌سازی و مهندسی دریایی می‌باشد. به عبارت دیگر آهن و فولاد تولید شده در این کوره‌ها به ساخت صفحات فولادی، لوله‌ها و قطعات دیگر به کار رفته در کشتی‌ها و صنایع دریایی منجر شده و نقش اساسی‌ای را در موجودیت این صنایع ایفا می‌کنند.

صنعت انرژی و تولید نیرو

برای ساخت نیروگاه‌ها، خطوط لوله، برج‌های انتقال، توربین‌های بادی و سایر زیرساخت‌های تولید انرژی از آهن و فولاد حاصل شده در کوره‌های ذوب آهن استفاده می‌شود. به همین منظور می‌توان گفت که این کوره‌ها یکی از اساسی‌ترین و پایه‌ای‌ترین نقش‌ها را در صنایع تولید نیرو ایفا کرده و عدم وجود آن‌ها به مختل شدن کامل این صنایع منجر خواهد شد.

مواد اولیه ذوب آهن چیست؟

مواد اولیه معمولی برای فرآیند ذوب آهن در کوره‌های فولادسازی عبارتند از:

1. ماده آهنی (سنگ آهن): ماده اصلی که برای ذوب آهن استفاده می‌شود، معمولاً سنگ آهن است. سنگ آهن خام (همچنین به نام مگنتیت یا هماتیت) ماده‌ای معدنی است که حاوی اکسیدهای آهن می‌باشد. این ماده به مراحل پردازش مختلف تحت معادن‌کاری و استخراج از معدن تحت پردازش‌های شیمیایی و فیزیکی می‌رود تا به شکل سنگ آهن خام آماده شود.

2. کک (کربن کک): کک یک ماده جامد است که از زغال سنگ تولید می‌شود. در فرآیند ذوب آهن، کک به عنوان منبع کربن و منبع گرما به کوره اضافه می‌شود. کربن موجود در کک با اکسیدهای آهن در سنگ آهن واکنش می‌دهد و آهن مایعی تولید می‌شود.

3. آهن‌آلومینیوم (سیلیکا): سیلیکا یا آهن‌آلومینیوم نیز به عنوان یک ماده دیگر در فرآیند ذوب آهن استفاده می‌شود. این ماده به عنوان ماده ذوبی و فیلتر کننده عمل می‌کند و اکسیدهای معدنی و ذرات مضر را از آهن ذوب شده جدا می‌کند.

4. کلسیم کربید (کاهک): کاهک به عنوان ماده آلیاژ‌دهی و تعدادی ویژگی دیگر در فرآیند ذوب آهن استفاده می‌شود. این ماده به تنظیم ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های آهن مذاب کمک می‌کند.

این مواد اولیه با هم ترکیب می‌شوند و در کوره ذوب آهن تحت شرایط داغ و به وسیله پره‌های گرما تبدیل به آهن مذاب می‌شوند. سپس آهن مذاب به کوره‌های تصفیه‌کننده منتقل می‌شود تا از ذرات اضافی و آلیاژ‌های مختلف جدا شود و سپس به ساخت محصولات فولادی مختلف ادامه یابد.

جمع‌بندی

دنیای بدون آهن را تصور کنید. تولید ماشین‌آلات و قطعات به کار رفته در بسیاری از وسایل ساخته شده توسط بشر متوقف شده و گامی بزرگ را به سمت عقب برخواهیم داشت. درست مثل روزی که آهن کشف شد. تا آن زمان آهنی وجود نداشته و تمام دنیا از این عنصر با ارزش محروم بودند. اما پس از کشف آن کم کم کوره‌های ذوب آهن نیز پدید آمده و تبدیل این ماده خام به محصولات مختلف را امکان‌پذیر ساختند. با پیشرفت تکنولوژی، کوره‌های مختلفی طراحی شده و ذوب آهن به شیوه‌هایی گوناگون انجام شد. اما یکی از قدیمی‌ترین این کوره‌ها کوره بلند بود که به دلیل استفاده عمده از آن به کوره ذوب آهن نیز معروف شد.

روش کار در این کوره‌ها به این صورت بود که ابتدا آن را با لایه‌هایی از سنگ آهن، کک، سنگ آهک و… شارژ می‌کردند. نقش کک در کوره ذوب آهن را می‌توان به عنوان سوخت در نظر گرفته و وجود آن را در این کوره‌ها حیاتی دانست. اما نقش آهک در کوره ذوب آهن متفاوت بوده و حذف ناخالصی‌ها را به عهده دارد. در مراحل بعد احتراق لازم صورت گرفته و آهن از مواد دیگر جدا می‌شود. سرباره حاصل نیز جدا شده و آهن مذاب برای پردازش لازم به مراحل بعد ارسال می‌شود.

البته لازم است بدانیم که در انواع دیگر کوره‌ها روش ذوب متفاوت بوده و باید برای هرکدام دستورالعمل‌هایی خاص را اجرایی کرد. از انواع دیگر کوره‌های ذوب آهن می‌توان به کوره‌های بلومری، کوپلا، روباز، بوته‌ای، تشعشعی، القایی و قوس الکتریکی اشاره کرد. هر کدام از این کوره‌ها ویژگی‌های مخصوص به خود را داشته و در جایگاهی خاص کاربرد دارد. امکان ساخت برخی از آن‌ها در نسخه‌های کوچک وجود داشته و می‌توان برای مصارف کم از آن‌ها بهره برد. اما باید توجه کرد که ساخت کوره ذوب آهن را به افراد متخصص سپرده و از احتمال ایجاد خسارت دوری کرد. به طور کلی می‌توان کاربرد کوره‌های ذوب آهن را به هر موردی که از آهن استفاده می‌کند بسط داد. اما از مواردی که بیشترین استفاده را از محصولات این کوره‌ها می‌برند می‌توان به تولید فولاد، صنایع خودروسازی، ساخت و ساز، صنعت انرژی و ماشین آلات اشاره کرد.

پرسش و پاسخ

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 14 شهریور 1402