بخش سوم:كوره كوپل
.
2- روشن گردن کوره 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 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 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 دود زیاد تولید نشود. در پایان، درب اشتعال را با قطعات درشت کک ، که حتی‌الامکا تا تنوره کوره 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 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 را با ماده نسوزم کاملا می‌کوبند. برای بستن دریچه درب کوره از همان نوع ماده دیرگدازی که برای درب کوره استفاده شده است به کار گرفته می شود. برای کوره با آستر اسیدی، گل زرد، مناسبتر است. درب کوره 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 بزرگ، مسطح کردن رویه کک بستر ضرورت دارد.
3- روشن کردن کوره به وسیله مشعلهای نفتی یا گازی:
کوره 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 به بعد با کک‌های درشت، مجراهای روی کف کوره درست میکنند تا شعله مشعل به تمام نقاط داخلی کوره 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 با کوران طبیعی به سوختن ادامه می‌دهد. در کورههای بزرگ معمولا یک مشعل کافی نیست. به همین جهت در آمریکا برای کورههای بزرگ که غالبا فاقد درب اشتعال هستند، برای نصب مشعل‌ها،؛ در اطراف بدنه کوره از دریچه‌های اشتعال تعبیه شده استفاده می کنند. در کورههایی که قطر آنها بیش از 1400 میلیمتر است، چهار دریچه که فاصله آنها از کف کوره 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 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:
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 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 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 روشن می شود.
بخش هشتم : اطلاعات تکمیلی
1- سوختن کامل کک:
قاعدتا برای سوزاندین کامل کک از کوران طبییعی کوره 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 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 از کک، اولین شرط اساسی برای ایجاد فرایند گداز بدون نقص کوره است و این کار در صورتی که بخواهند مذاب یکنواختی را از کوره 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 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 ریخت.
2: کک بستر
کک بستر باید فضای بین کف کوره و گدازگاه را کاملا پرکند و. سنگینی بار کوره 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، 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 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 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.
هر چه قطر کوره بزرگتر باشد، به همان نسبت هم حد فوقانی گدازگاه بالاتر قرار می‌گیرد، در نتیجه گدازگاه در یک کوره 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
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.
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 رو.ی بار قبلی قرار داده شود یعنی اول آهن بعد کک شارژ شود. برای جلوگیری از نشت کک در موقع پر کردن کوره 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.
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 است. شدیدترین خوردگی آستر کوره در گدازگاه است، اما هر چه از گدازگاه دور شویم استر کوره 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 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 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، 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 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 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 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 که باعث صرفه‌جویی نیروی کارگران میشود از ضرورت پرسنل کوره 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 نیز ارزش خود را ثابت کردهاند. این دستگاه‌ها اغلب با پیل فتوالکتریکی کار میکنند. در این حالت به وسیله یک مته در فاصله معینی در پایین دهانه کوره دو سوراخ قرینه در بدنه کوره ایجاد میکنند.
یکی از این سوراخها منبع نور و دیگری پیل فتوالتریکی را در بر می‌گیرد. اگر کوره کاملا پر شده باشد به این ترتیب انعکاس نور به وسیله بار کوره قطع می شود. در صورتی که استوانه بار کوره 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، روش توصیه شده به وسیله تیلور است که به وسیله ترموستات صورت می‌گیرد.
در بدنه کوره پایین تر از دهانه بارگیری لوله‌ای به طور مایل نصب شده است مقطع زیرین این لوله به داخل کوره 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 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 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 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.
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 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 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 می‌تواند حداکثر تا چه حد کم شود بدون این که اختلالی در کار کوره 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.
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
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 .
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
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)
2- روشن گردن کوره 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 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 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 دود زیاد تولید نشود. در پایان، درب اشتعال را با قطعات درشت کک ، که حتی‌الامکا تا تنوره کوره 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 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 را با ماده نسوزم کاملا می‌کوبند. برای بستن دریچه درب کوره از همان نوع ماده دیرگدازی که برای درب کوره استفاده شده است به کار گرفته می شود. برای کوره با آستر اسیدی، گل زرد، مناسبتر است. درب کوره 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 بزرگ، مسطح کردن رویه کک بستر ضرورت دارد.
3- روشن کردن کوره به وسیله مشعلهای نفتی یا گازی:
کوره 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 به بعد با کک‌های درشت، مجراهای روی کف کوره درست میکنند تا شعله مشعل به تمام نقاط داخلی کوره 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 با کوران طبیعی به سوختن ادامه می‌دهد. در کورههای بزرگ معمولا یک مشعل کافی نیست. به همین جهت در آمریکا برای کورههای بزرگ که غالبا فاقد درب اشتعال هستند، برای نصب مشعل‌ها،؛ در اطراف بدنه کوره از دریچه‌های اشتعال تعبیه شده استفاده می کنند. در کورههایی که قطر آنها بیش از 1400 میلیمتر است، چهار دریچه که فاصله آنها از کف کوره 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 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:
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 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 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 روشن می شود.
بخش هشتم : اطلاعات تکمیلی
1- سوختن کامل کک:
قاعدتا برای سوزاندین کامل کک از کوران طبییعی کوره 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 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 از کک، اولین شرط اساسی برای ایجاد فرایند گداز بدون نقص کوره است و این کار در صورتی که بخواهند مذاب یکنواختی را از کوره 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 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 ریخت.
2: کک بستر
کک بستر باید فضای بین کف کوره و گدازگاه را کاملا پرکند و. سنگینی بار کوره 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، 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 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 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.
هر چه قطر کوره بزرگتر باشد، به همان نسبت هم حد فوقانی گدازگاه بالاتر قرار می‌گیرد، در نتیجه گدازگاه در یک کوره 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
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.
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 رو.ی بار قبلی قرار داده شود یعنی اول آهن بعد کک شارژ شود. برای جلوگیری از نشت کک در موقع پر کردن کوره 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.
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 است. شدیدترین خوردگی آستر کوره در گدازگاه است، اما هر چه از گدازگاه دور شویم استر کوره 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 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 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، 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 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 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 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 که باعث صرفه‌جویی نیروی کارگران میشود از ضرورت پرسنل کوره 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 نیز ارزش خود را ثابت کردهاند. این دستگاه‌ها اغلب با پیل فتوالکتریکی کار میکنند. در این حالت به وسیله یک مته در فاصله معینی در پایین دهانه کوره دو سوراخ قرینه در بدنه کوره ایجاد میکنند.
یکی از این سوراخها منبع نور و دیگری پیل فتوالتریکی را در بر می‌گیرد. اگر کوره کاملا پر شده باشد به این ترتیب انعکاس نور به وسیله بار کوره قطع می شود. در صورتی که استوانه بار کوره 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، روش توصیه شده به وسیله تیلور است که به وسیله ترموستات صورت می‌گیرد.
در بدنه کوره پایین تر از دهانه بارگیری لوله‌ای به طور مایل نصب شده است مقطع زیرین این لوله به داخل کوره 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 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 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 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.
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 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 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 می‌تواند حداکثر تا چه حد کم شود بدون این که اختلالی در کار کوره 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.
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
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 .
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
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)
+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان ۱۳۹۱ ساعت 10:40 توسط Researcher genius hojat ziari
|
حال من بد نیست غم کم می خورم کم که نه! هر روز کم کم می خورم آب می خواهم، سرابم می دهند عشق می ورزم عذابم می دهند خود نمی دانم کجا رفتم به خواب از چه بیدارم نکردی؟ آفتاب!!!! خنجری بر قلب بیمارم زدند بی گناهی بودم و دارم زدند دشنه ای نامرد بر پشتم نشست از غم نامردمی پشتم شکست سنگ را بستند و سگ آزاد شد یک شبه بیداد آمد داد شد !