این مقاله به بررسی کوره های القایی در ذوب فلزات پرداخته و مزایای آن ها مانند دقت بالا، تمیزی بیشتر و تلفات حرارتی کمتر را نسبت به کوره های سوخت فسیلی توضیح می دهد. همچنین تاریخچه و پیشرفت های علمی و استفاده از فرکانس های بالا در این کوره ها مورد بررسی قرار گرفته است.
کوره های القایی
کوره های القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی از مزایای زیادی برخوردارند که از جمله آنها می توان به دقت بالا، تمیزی بیشتر و تلفات حرارتی کمتر اشاره کرد. در کوره هایی که از روش های غیر القایی استفاده می شود، اندازه کوره ها بزرگ تر بوده و زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی تر است. اصل کار کوره های القایی بر پایه عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ است. این کوره ها از حرارت ناشی از تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا انجام عملیات حرارتی دیگر بهره می برند.
اولین کوره القایی که به بهره برداری رسید، از شبکه اصلی برق تغذیه می شد و هیچ گونه تبدیل فرکانسی در آن صورت نمی گرفت. افزایش فرکانس تغذیه کوره ها، ابعاد آنها را کاهش می دهد و توان را بالا می برد، به همین دلیل منابع تغذیه موتور ژنراتوری برای این کار استفاده می شد. هرچند این منابع امکان افزایش فرکانس را داشتند، اما محدودیت های زیادی از جمله عدم قابلیت تنظیم فرکانس و عدم تطابق با نیازهای کوره وجود داشت. به همین دلیل، ورود نیمه هادی ها به صنعت موجب جایگزینی منابع تغذیه استاتیک به جای موتور ژنراتور شد.
در سال 1831 میلادی، مایکل فارادی نشان داد که با عبور جریان متناوب از یک سیم پیچ اولیه، جریان القایی در سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود. این پدیده تغییرات شار در مدار بسته ثانویه به دلیل جریان متناوب اولیه را توضیح می دهد. این اصل تا مدت ها در موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، ترانسفورماتورها و دیگر تجهیزات مورد استفاده قرار می گرفت و اثرات حرارتی در مدارهای مغناطیسی به عنوان یک مشکل شناخته می شد. مهندسان توانستند با استفاده از هسته های مغناطیسی مورق در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها، جریان فوکو که عامل تلفات حرارتی بود را کاهش دهند.
با پیشرفت های علمی، قوانین مختلفی برای توضیح این پدیده ها پیشنهاد شد. قوانین لنز و نیومن نشان می دهند که جریان القاء شده با شار القایی مخالفت کرده و با فرکانس تناسب مستقیم دارد. همچنین فوکو در سال 1863 نظریه ای در مورد القای جریان در هسته ها مطرح کرد و تامسون نیز در توسعه نظریه گرمایش از طریق القا نقش مؤثری داشت.
در اواخر قرن نوزدهم، مهندسان استفاده از تلفات فوکو و هیسترزیس برای گرمایش القایی را پیشنهاد کردند و در اوایل قرن بیستم کشورهای مختلف اقدام به توسعه کوره های القایی بدون هسته کردند. در این کوره ها که معمولاً برای ذوب فلزات در فرکانس های میانه طراحی شده بودند، از خازن های جبران کننده توان راکتیو استفاده می شد.
دکتر نورث روپ، ایده استفاده از کوره های القایی با فرکانس میانه را برای کاربردهای صنعتی گسترش داد. به دلیل کمبود خازن های کافی و مناسب در ابتدا، توسعه این کوره ها با مشکلاتی مواجه شد. اما در سال 1927، شرکت کوره های الکتریکی اولین کوره القایی با فرکانس میانه را در انگلستان برای عملیات آهنگری و گرمایش موضعی فلزات نصب کرد. با گذشت زمان، استفاده از این کوره ها گسترش یافت و ویژگی های مثبت آن مانند دقت بالا در گرمایش و کاهش تلفات حرارتی در طول جنگ جهانی دوم بیشتر نمایان شد.
کوره های القایی به دلیل عدم نیاز به منابع خارجی برای تأمین گرما، تلفات حرارتی کمتری دارند و شرایط کاری تمیزتری را فراهم می کنند. همچنین در این روش، تماس فیزیکی بین بار و سیم پیچ وجود ندارد و توان بالا در مدت زمان کوتاه قابل دستیابی است. در گذشته، این کوره ها مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که یک گام موفق در استفاده از انرژی الکتریکی برای عملیات حرارتی بود.
با افزایش فرکانس، ابعاد کویل کوره ها کاهش می یابد و این مسئله مهندسان را به سمت استفاده از فرکانس های بالاتر از فرکانس های شبکه قدرت سوق داد. اولین گام در این راستا استفاده از هارمونیک های دوم و سوم برای افزایش فرکانس بود. اگرچه این هارمونیک ها به طور طبیعی به عنوان عامل مخرب شناخته می شوند، در این کاربرد خاص به عنوان یک راهکار مفید شناخته شدند. به دلیل پایین بودن راندمان استفاده از هارمونیک ها، مهندسان به توسعه سیستم های موتور-ژنراتور پرداختند که توانستند فرکانس تغذیه را به صدها هرتز افزایش دهند. این کوره ها برای عملیات حرارتی سطحی که نیاز به سختکاری دارند، بسیار مناسب هستند. ورود نیمه هادی ها به صنعت، محدودیت های فرکانس را رفع کرد و امکان تغییر آن را فراهم ساخت.
فهرست مطالب
کوره های القایی
الف ) سیستم های منبع (Supply Systems)
ب ) سیستم های موتور ژنراتور (Motor-Generator Systems)
ج ) سیستم های مبدل نیمه هادی (Solid-State Converter Systems)
د ) سیستم های فرکانس رادیویی (Radio-Frequency System)
کوره بلند آهن
مراحل تولید آهن در کوره
نقش سرباره
نقش مقدار زیاد کک در کوره
گاز خروجی از بالای کوره
جایگزین هوا در بعضی از کوره ها
منابع
