انواع کوره تولید آهن و بررسی هرکدام

یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود در زمین، آهن به شمار می‌رود. آهن از منبع اولیه‌ای به نام سنگ آهن حاصل می‌شود. پس از دستیابی به آهن خام در شکل‌های مختلفی از آن استفاده خواهد شد یا به مواد عالی‌تری ارتقا پیدا می‌کنند. در بسیاری از این موارد لازم است تا آهن را ذوب کنیم.  برای این کار نیاز به تکنولوژی یا سیستم‌های منحصربه‌فردی است که برای انجام این کار ساخته شده‌اند. سیستم‌هایی که کوره نامیده می‌شوند و ممکن است برای هر عنصر، نیاز به استفاده از نوع متفاوتی از آن‌ باشد. در این مقاله به بررسی انواع کوره ذوب آهن می‌پردازیم و با کاربردهای آن‌ها آشنا می‌شویم.

کوره آهن چیست؟

کوره ذوب آهن که به نام کوره بلند هم شناخته می‌شود، یک کوره صنعتی بزرگ به شمار می‌رود که به صورت عمودی قرار می‌گیرد. هدف اصلی این کوره‌های ذوب آهن احیای سنگ آهن و استخراج این فلز از آن خواهد بود در واقع کوره بلند ذوب آهن قدیمی‌ترین روش احیا آهن از سنگ معدن محسوب می‌گردد و همچنان نیز در صنایع تولید آهن از آن استفاده می‌شود. این کوره در دماهای بالا از ترکیب موادی از جمله سنگ‌ آهن، کک و سنگ آهک به‌منظور تسهیل واکنش‌های شیمیایی لازم برای ذوب کردن استفاده می‌کند.

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

شایان ذکر است که مبدا کوره‌های ذوب‌ آهن به هزاران سال قبل برمی‌گردد و شواهد زیادی از تولید آهن در مناطق مختلف جهان آن زمان وجود دارد. اولین کوره‌های ذوب آهن شناخته شده در دنیا، کوره‌های کوچک و با دمای پایینی بودند که به نام بلومر شناخته می‌شدند و به طور گسترده‌ برای استخراج آهن از سنگ آهن مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در حدود 2000 سال قبل از میلاد بلومرها در تمدن‌های مختلفی مانند هیتی‌ها، مصری‌ها و بین‌النهرینی‌ها بکارگرفته می‌شدند. این کوره‌ها از یک ساختار کوچک و روباز تشکیل شده بودند که سوخت آن توسط زغال سنگ تامین می‌گردید. بدین معنی که سنگ آهن با زغال سنگ، گرم شده و پس از ذوب به شکل توده‌ای به نام بلوم در می‌آمدند.

اما 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، ولی می‌توان نسب آن را به چین داد.

با گذشت سالیان، پیشرفت‌هایی برای افزایش کارایی و ظرفیت کوره ذوب سنگ آهن صورت می‌گرفت. به همین ترتیب در قرن هجدهم نوآوری‌هایی مانند استفاده از کک به عنوان سوخت و توسعه موتورهای دمنده با نیروی‌ آب، فرایند ذوب آهن را بیش از هر زمانی بهبود بخشید. در قرن نوزده و بیست نیز با ظهور فناوری‌های جدید کوره‌های ذوب آهن بزرگتر شدند و کارایی بیشتری پیدا کردند. تا اینکه امروزه کوره‌های بلند به سازه‌‌های عظیمی تبدیل شده‌اند که می‌توانند سالانه قابلیت تولید میلیون‌ها تن آهن را دارند.

انواع کوره تولید آهن

کوره‌های ذوب آهن از انواع مختلفی تشکیل شده است که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای مخصوص به خود را دارا هستند. در ادامه به بررسی این کوره‌ها خواهیم پرداخت:

کوره بوته‌ای

برجسته‌ترین ویژگی کوره بوته‌ای این مورد است که می‌تواند درجه حرارت فوق‌العاده بالایی را کنترل نماید. این کوره‌ها اغلب از سرامیک ساخته می‌شوند و قادرند تا مستقیما در منبع گرما قرار بگیرند و با فلز و مواد افزودنی پر شوند. گفتنی است که سوخت این کوره‌ها معمولا کک، روغن، گاز یا برق است و در مواردی از آن‌ها استفاده می‌شود که کارهای کوچکی برای انجام دادن وجود دارد. به طور مثال سازندگان جواهرات هنوز هم از این بوته‌ها برای ریخته‌گری‌های کوچک بهره می‌گیرند. چرا که نهایت ظرفیت این کوره‌ها تا 150 کیلوگرم است و از وزن‌های بالا پشتیبانی نخواهند کرد. از طرفی، از جمله مزایای این کوره‌ها می‌توان به هزینه کم سرمایه اولیه و تصفیه مستقیم آن اشاره کرده و معایبی هم مانند راندمان پایین، آلایندگی زیاد و میزان ذوب پایین را برای آن‌ها می‌توان در نظر گرفت.

کوره القایی

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

کوره کوپلا

یکی دیگر از انواع کوره های ذوب آهن که کوچکتر و ساده‌تر از کوره بلند است کوره کوپلا محسوب می‌شود. این کوره دودکش مانند، در ابتدا با کک و سایر مواد موردنیاز پر خواهد شد و زمانی که به دمای کافی رسید آهن خام یا آهن قراضه به آن افزوده می‌گردد. جالب است بدانید که از کوره کوپلا به طور معمول برای تولیداتی با مقیاس کوچکتر استفاده خواهد شد و برای تولید چدن نیز مناسب است. از مزایای این کوره می‌توان به برخورداری از هزینه اولیه پایین، نرخ ذوب بالا، هزینه عملیاتی نسبتا کم، سهولت کار و بازدهی خوب اشاره کرد و معایبی نیز همچون دشوار بودن کنترل دما و ترکیبات شیمایی را برای آن می‌توان برشمرد.

کوره مقاومتی الکتریکی

کوره مقاومت الکتریکی یکی از انواع کوره محسوب می‌شود که با انرژی الکتریکی کار می‌کند. در این نوع از کوره ذوب آهن، گرما با عبور جریان از مواد با مقاومت الکتریکی بالا ایجاد می‌شود. گاهی این مقاومت‌ها به شکل المنت‌هایی در اطراف قطعه مورد نظر قرار می‌گیرند و گاهی نیز، خود قطعه نقش مقاومت را ایفا خواهد کرد و دمای آن با عبور جریان، افزایش پیدا می‌کند. از کوره‌های مقاومت الکتریکی، به‌طور گسترده در عملیات‌های حرارتی، خشک کردن، ذوب کردن، شکل‌دهی، گرمایش خانگی و… بهره‌گیری می‌شود.

کوره شعله ای

 تولید آهن‌ آلات توسط کوره‌ ها در قرون‌ وسطی با استفاده از کوره‌های شعله‌ ای به‌ منظور ریخته‌ گری رنگ‌های کلیسا انجام می‌شد. در این نوع کوره‌ها، مواد شارژ با مواد سوختی در تماس مستقیم قرار دارند و در اثر وارد شدن حرارت، ذوب خواهند شد.

سوخت مورد استفاده در این نوع از کوره‌های ذوب آهن گازوئیل یا گاز طبیعی است. همچنین باید اشاره کنیم که شارژ نمودن کوره‌ ها از طریق درب و سقف کوره انجام خواهد گرفت. میزان تولید کوره شعله‌ ای برای آلیاژهای غیر آهنی به‌ اندازه 15 تا 75 تن خواهد بود. از طرفی، شکل ظاهری این نوع کوره به‌صورت مکعب مستطیل یا استوانه‌ ای است.

سهولت در ساخت، حجم تولید مواد ذوب بالا، سرعت‌ بالای ذوب و عدم نیاز به سرمایه‌ گذاری و همچنین صرف هزینه‌های گزاف برای تولید این کوره‌ها، از مزایای کوره شعله‌ ای به حساب می‌آید. در مقابل به دلیل پایین بودن درجه حرارت، این کوره نمی‌تواند راندمان چندان بالایی داشته باشد.

کاربرد کوره های تولید آهن آلات چیست؟

به طور کلی برای ذوب فلزات و آهن‌آلات از کوره ذوب آهن استفاده می‌شود. صنایع مختلفی به این فرآیند وابسته هستند و حتی بعضاً به ساخت این کوره‌ها در کارخانه‌هایشان اقدام کرده‌اند. در ادامه به کاربردهای این کوره‌ها در بخش‌های مختلف خواهیم پرداخت و کلیات آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

• تولید فولاد

یک از اصلی‌ترین کاربردهای کوره‌های ذوب آهن در تولید فولاد خواهد بود. این فرآیند بدین صورت است که ابتدا از کوره‌های بلند برای ذوب سنگ آهن و تولید آهن مذاب استفاده می‌گردد. در ادامه در فرایند فولادسازی، آهن مذاب بدست آمده را در کوره ذوب فولاد پردازش می‌کنند تا با تنظیم ترکیب آن و حذف ناخالصی‌ها، به فولاد تبدیل گردد.

• ریخته‌گری

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

• صنایع خودروسازی

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

• ساخت و ساز و زیرساخت

همان‌طور که می‌دانید برای ساخت مصالح ساختمانی مختلفی از قبیل میلگردهای تقویت‌کننده، پروفیل و قوطی‌های آهن که در پروژه‌های زیربنایی و سازه‌های بزرگ بسیار زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند، نیاز به استفاده از کوره‌های ذوب آهن خواهد بود. استحکام و دوام فولاد تولید شده از کوره‌های ذوب آهن، آن را به یک ماده بسیار ایده آل برای این کاربردها تبدیل کرده است و مقاومت ساختاری آن‌ها را در شرایط محیطی مختلف فراهم می‌آورد.

• ماشین آلات و تجهیزات

مواد اولیه لازم جهت تولید قطعاتی همچون چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، شفت‌ها، شیرها و سایر قطعاتی که نیاز به استحکام و مقاومت بالا در برابر سایش دارند در کوره‌های ذوب آهن تولید خواهد شد. بدین ترتیب، می‌توان گفت که این کوره‌ها نقش مهم و قابل توجهی در صنایع تولید ماشین‌آلات دارند و در صورت نبود آن‌ها این صنایع به کل متوقف می‌گردند.

• کشتی‌سازی و صنایع دریایی

یکی دیگر از کاربردهای کوره‌های ذوب آهن و فولاد، تولید مواد اصلی به کار گرفته شده در صنایعی همچون کشتی‌سازی و مهندسی دریایی است. 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 خواهند شد و نقشی حیاتی 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 بدست آمده در کوره‌های ذوب آهن استفاده خواهد شد. به همین منظور می‌توان گفت که این کوره‌ها یکی از اساسی‌ترین و پراهمیت‌ترین نقش‌ها را در صنایع تولید نیرو ایفا می‌کنند و عدم وجود آن‌ها به مختل شدن کامل این صنایع می‌انجامد.

کدامیک از کوره های آهن را می‌توان به عنوان کوره مناسب معرفی کرد؟

در پاسخ به این سوال که کدامیک از کوره‌های ذوب آهن را می‌توان به‌عنوان کوره مناسب معرفی کرد باید اشاره کنیم که کوره‌های بوته‌ ای، کوره القایی، کوپلا، مقاومتی الکتریکی و همچنین قوس الکتریکی، متداول‌ترین نوع کوره‌ها برای تولید انواع آهن و فولاد هستند که در کارخانجات مختلف کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند.