کوره القایی (Induction Furnace)

کوره القائی چیست؟

کوره القایی نوعی دستگاه الکتریکی است که با اعمال میدان الکترومغناطیسی فرکانس و جریان بالا از طریق سیم پیچ مسی به قطعات فلزی، دمای قطعات را به سرعت بالا برده و تا دمای ذوب و بالاتر از آن می‌رساند. کوره‌های القایی در عصر حاضر به طور گسترده‌ای در صنایع سبک و سنگین استفاده می‌شوند و کوره‌های سوخت فسیلی به سرعت جای خود را به کوره‌های القایی می‌دهند. کوره‌های القایی دارای مزایای فراوانی نسبت به سایر کوره‌ها هستند که مهم‌ترین آن‌ها راندمان و سرعت گرمایش بسیار بالا و نیز عدم آلودگی محیط زیست است. همچنین کوره‌های القایی باعث آلودگی فلز تولیدی نمی‌شوند و نگهداری و بهره‌برداری از آن بسیار ساده و ارزان است.

نحوه عملکرد کوره القایی

عموما روش کار این دستگاه به این‌ صورت است که ابتدا با استفاده از جریان برق شهر و با مبدل فرکانس، جریان زیادی (بیش از ۱۰۰۰ آمپر) با فرکانس ۳۰۰ تا ۱۰۰۰۰ هرتز ایجاد می‌شود. سپس این جریان به سیم‌پیچ کوره (اینداکتور یا کویل) اعمال شده و با عبور از آن باعث ایجاد میدان مغناطیسی با همان فرکانس در وسط کویل می‌گردد. در صورتی که در وسط سیم‌پیچ کوره، جسمی هادی مانند فولاد، چدن یا سایر فلزات قرار گیرد، میدان مغناطیسی ایجاد شده سبب القای جریان‌های گردابی در این اجسام می‌شود و این جریان‌های القایی جسم را گرم می‌کنند. این گرما قطعه را تا حد ذوب و احیانا تبخیر (در کوره های Coating) پیش می‌برد. معمولا با مانور روی فرکانس و قدرت کوره می‌توان سیستم کوره القایی را برای انواع کاربردها آماده کرد و در آن جهت به کار گرفت. قسمت‌های مختلف کوره القایی عبارتند از:

• تابلوی مبدل فرکانس
• بوته‌های ذوب
• بانک خازن
• چک منبع جریان DC
• برج خنک کننده
• پمپ‌های مربوط به برج خنک کننده
• کلید تعویض بوته
• کنسول هیدرولیک

تقسیم‌بندی کوره القائی از لحاظ هسته

کوره های هسته دار (کوره کانالی)

در کوره هسته‌دار، سیم پیچ کوره به دور یک هسته آهن لایه لایه که کانال را احاطه کرده و به بدنه کوره وصل می‌شود، پیچیده می‌شود. این مسئله به طراحی کارخانه سازنده و نوع آلیاژی که باید ذوب شود بستگی دارد. چرا که ممکن است بعضی از آلیاژها در کانال گیر کنند. به همین دلیل شکل کانال بایستی طوری طراحی شده باشد که با استفاده از یک میله بتوان هر نوع گرفتگی را از میان برد.

کوره های بدون هسته

این نوع کوره دارای یک بوته دیرگداز است که یک کویل مسی با قابلیت هدایت زیاد به دور آن پیچیده می‌شود. لازم به ذکر است که این کویل با آب خنک می‌شود. در نمونه‌های صنعتی این کوره، حلقه‌های این سیم‌پیچ با فیبر شیشه و پنبه نسوز عایق شده‌اند. لایه‌های عایق از اتصال یا کوتاه شدن جریان برق جلوگیری می‌ کنند. کوره‌های بدون هسته معمولا بر مبنای فرکانسی که دارند طبقه بندی می‌شوند.

تقسیم‌بندی کوره القائی از لحاظ فرکانس

کوره القائی با فرکانس پایین

همان طور که از نام این کوره‌ها پیداست، فرکانس آن‌ها همان فرکانس شبکه است. استفاده از فرکانس شبکه ارزان‌ترین روش برای نصب کوره بدون هسته است. در این حالت به وجود مبدل فرکانس نیازی نیست و برای راه‌اندازی کوره فقط یک ترانسفورماتور لازم است. چنین کوره‌ای قادر است تا ۳ یا ۹ برابر فرکانس شبکه کار کند. نکته مهم این است که باید در کویل اولیه یک فیلتر کار گذاشته شود تا از بازگشت نوسانات به برق شبکه جلوگیری به عمل آید. کوره‌هایی که با فرکانس پایین کار می‌کنند، نیازی به دستگاه تنظیم بار ندارند؛ چون بار به محض ورود به طور مساوی بین فازهای مختلف تقسیم می‌شود.

کوره القائی با فرکانس متوسط

در کوره‌های القائی با فرکانس متوسط، فرکانس جریان الکتریسیته  القا شده بین ۵۰۰  تا ۱۰۰۰۰ هرتز است. بنابراین این نوع کوره‌ها به هرینه سرمایه گذاری بالاتری نسبت به کوره‌های فرکانس پایین نیاز دارند. ظرفیت چنین کوره‌هایی از چند کیلوگرم تا حدود ۱۰ تن متغیر است. کار با این  کوره‌ها ساده بوده و سرعت ذوب آن نیز مطلوب است. کوره القائی با فرکانس متوسط را می‌توان بدون نیاز به مذاب اولیه از حالت سرد به کار انداخت. این کوره‌ها بیشتر جهت تهیه چدن‌ها و فولادهای مخصوص به کار می‌روند.

کوره القایی با فرکانس بالا

وقتی از کوره القایی صحبت می‌کنیم، معمولا فرکانس ۱۰۰۰ هرتز و بالاتر از آن را با اصطلاح “فرکانس بالا” توصیف می‌کنیم. در این کوره‌ها برق از یک منبع سه فاز تأمین می‌شود. استفاده از مبدل‌های فرکانس ثابت یک نوآوری جدید در کوره‌های القایی محسوب می‌شود.

کوره های القائی با فرکانس متعدد

این نوع کوره‌ها معمولا دارای سه فرکانس متفاوت بوده و دارای مزایای هر دو کوره القائی با فرکانس شبکه و متوسط هستند. استفاده از این کوره‌ها برای کارگاه‌های ریخته گری  کوچک و متوسط مناسب است. این مزیت با حذف محدودیت نگهداری مذاب در کوره های القائی با فرکانس شبکه ایجاد می‌شود.

نکاتی که هنگام خرید کوره باید به آنها دقت کنیم

• در استفاده از کوره القایی باید سعی شود ظرفیت کوره را متناسب با نیاز انتخاب کرد. در صورتی که کوره‌ای با ظرفیت بیش از حد نیاز انتخاب شود، سرمایه بیشتری برای برق مصرفی باید پرداخت کرد. هم‌چنین کوره القایی در ظرفیت بالا از برق سه فاز استفاده می‌کند و بنابراین اپراتور مجبور می شود که برق سه فاز نیز تهیه کند.
• موقع خرید کوره باید به سیستم تهویه آن توجه داشت. در صورتی که سیستم تهویه کوره از کیفیت بالایی برخوردار نباشد، بعد از مدتی کوره آسیب خواهد دید و در عملکرد آن خلل ایجاد خواهد شد. هم‌چنین کوره‌هایی که ظرفیت بالایی دارند باید از سیستم گردش آب جهت خنک کردن کوره استفاده نمایند.
• قیمت و شرایط پس از فروش را در نظر بگیرید. قیمت کوره القایی باید متناسب با امکانات، ظرفیت و کیفیت آن باشد و هم‌چنین از خدمات پیش از فروش مناسبی برخوردار باشد. برای مثال یک کوره ارزان قیمت می‌تواند فرکانس پایینی داشته باشد که این موضوع قدرت و سرعت ذوب را پایین می‌آورد.

مزایا و معایب

از مهم‌ترین مزایای کوره القایی می‌توان موارد زیر را نام برد:

• کار با این کوره‌ها ساده است.
• برخلاف کوره قوسی، ذوب در این کوره‌ها بدون ایجاد سر و صدا و آلودگی انجام می‌گیرد.
• ترکیب مذاب در این کوره‌ها به علت تلاطم ایجاد شده در اثر حوزه الکترومغناطیسی کاملا هموژن گشته و همچنین میزان از دست دادن عناصر نیز کم است.
• به علت اساس کار کوره‌های القایی و عدم وجود اتمسفر احتراقی انجام عمل ذوب در اتمسفر خنثی یا خلا با استفاده از این کوره‌ها امکان‌پذیر است.
• راندمان حرارتی این کوره ها بالاست.
• افزودن عناصر آلیاژی در این کوره‌ها سهل و آسان است.

معایب این دستگاه نیز عبارتند از:

• پیچیدگی دستگاه‌ها برای کوره‌های القایی با فرکانس متوسط، قیمت اولیه نسبتا بالایی را ایجاب می‌کند.
• به دلیل وجود تلاطم و نیز سرد بودن مذاب در سطح فوقانی، ایجاد شرایط مناسب در سرباره به منظور تصفیه مذاب امکان‌پذیر نیست.
• این کوره‌ها را تنها می‌توان برای مذاب بعضی از فولادهای آلیاژی که نیاز به مرحله تصفیه ندارند به کار برد.