کوره بوته ای،کوره زمینی

همانطور كه از نام آنها پیداست برای عمل ذوب از بوته استفاده می شود . انتقال حرارت در این كوره ها بیشتر از طریق هدایت به شارژ داخل بوته انجام می گیرد.

حرارت به سه طریق منتقل می شود : 1- هدایت. 2- جابجائی. 3- تشعشعی

کوره های زمینی اگر چه از قدمت زیادی برخوردار است و تکنولوژی ساخت کوره های جدید آن را تحت الشعاع قرار داده است، اما بایستی توجه داشت که در شرایط خاص استفاده از ان هنوز با اهمیت تلقی می شود. این کوره ها به علت سادگی ساخت ، سهولت شرایط کار ،ارزانی و کیفیت مذاب خوب تا به امروز در کارگاههای کوچک مورد استفاده قرار می گیرد.

امروزه به علت فراوانی انواع کوره ها با تکنولوژی پیشرفته تر از این نوع کوره ها فقط در تهیه فلزات وآلیاژ های غیر آهنی و به ندرت برای ذوب چدنها استفاده می شود.

 

اصولا برای طراحی کوره بایستی چند عامل را در نظر گرفت:

1. ارتفاع کوره بایستی در حد اپتیمم باشد.یعنی حدی که بالاترین رانمان حرارتی و اقتصادی را دارا باشد. در تعیین ارتفاع بایستی حداقل ارتفاعی که بالاترین رانمان حرارتی را جهت ریخته گری بوجود آورد در نظر گرفته شود. .از آنجا ییکه قطر کوره های زمینی متفاوت است. و از طرفی ارتفاع کوره با قطر آن رابطه مستقیم دارد، بنابراین رابطه تجربی را می توان در نظر گرفت 

 برای حفظ راندمان حرارتی کوره در بالاترین حد خود ؛ طراحان شرایطی را فراهم می آورند که حرارت بیشتر در کوره مستقر شده و کمتر تلف شود. برای اینکار در بیشتر موارد در حد فاصل بین انتهای ته بوته ای و حدود 25 سانتیمتر به دهانه کوره قطر داخلی کوره را بیشتر انتخاب می کنند. که در اینصورت کوره تقریباً به صورت خمره ای در می آید.

استقرار دهانه فارسونگ :

موقعی راندمان ریخته گری در رابطه با فارسونگ بالاترین حد خود را داراست که:

الف: امتداد لوله فارسونگ در ارتفاعی نصب گردد که حد فاصل بین ته بوته ای و بوته باشد.

ب: لوله فارسونگ طوری نصب گردد که امتداد آن حتی المقدور مماس با جداره کوره باشد. در غیر این صورت سوخت با برخورد به دیواره از سرعتش کاسته می شود و بدین ترتیب سوخت مایع که در اثر هوای دم به صورت پودر درآمده با برخورد  به دیواره کوره به صورت قطره درآمده و سوخت کامل نخواهد بود

ج: استقرار لوله فارسونگ بایستی طوری باشد که با افق زاویه حدود 6 تا 10 درجه بسازد در این صورت شعله ای که در اثر سوخت بوجود می آید اولاً به بدنه برخورد نکرده تا باعث کاهش عمر جداره کوره شود ، ثانیاً شعله مستقیماً از کوره به بیرون راه نمی یابد.

قسمت های مختلف کوره زمینی

1 . بدنه استوانه ای فلزی:

با توجه به شرایط طراحی کوره می توان بدنه خارجی کوره را  از ورق آهن به ضخامت 5 تا 10 میلی متر تهیه نمود. ته این بدنه استوانه ای نیز از جنس خودش بوده و بوسیله دریچه ای متحرک بازو بسته می گردد. ضمناً سوراخ کوچکی در یک گوشه دریچه پاین جهت خروج آشغال و شیره های ته کوره تعبیه گردیده است.ضخامت جداره کوره نبایستی از حد معینی(5 میلیمتر) کمتر باشد،زیرا ضخامت کمتر از این مقدار باعث تغییر شکل جداره در اثر گرما گردیده و در نتیجه باعث از هم پاشیدگی کوره خواهد شد.

 2. جداره نسوز کوره:

امروزه نسوز کوره های زمینی را بیشتر آجرهای فرم تشکیل می دهد. نحوه چیدن آجرها از ته کوره تا دهانه آن بایستی با توجه به طراحی کوره انجام گیرد. در ضمن دهانه فارسونگ نیز آجر فرم مخصوص خود را دارد.ته کوره نیز از آجرهای نسوز حدود 3 سانتی متری می پوشانند و روی آن را با خاک نسوز با اندکی شیب به طرف سوراخ خروج آشغال ته کوره اندود می کنند.آجرهای شاموتی معمولاً مناسبترین دیر گداز و    اقتصادی ترین آجرها برای ساخت کوره های زمینی می باشد. این آجرها در شرایط مذاب گیری  این کوره ها عمر نسبتاً خوبی دارند. آنها دارای مقاومت در برابر شوک حرارتی خوبی بوده و نقطه زینتر بالایی دارند.

ترکیب آجرهای شاموتی عبارت است از:  25%- 45% و 55%-75%

3. دم کوره :

دم کوره عمل هوادهی به کوره را  جهت کامل نمودن سوخت انجام می دهد. بنابراین برای کوره ای با ظرفیت معینی بایستی اندازه دم نیز مناسب هوادهی به کوره انتخاب گردد.

4. لوله فارسونگ:

لوله فارسونگ جهت رساندن سوخت به کوره داخل لوله دم نصب گردیده است، بطوریکه هوای دم در حین ورود به کوره سوخت را که بیشتر بصورت مایع است را  به صورت پودر مانند کرده و به کوره می رساند تا احتراق به طور کامل انجام شود.

5. بوته های ذوب : ( جنس بوته ها)

جنس بوته ها كه استفاده می كنند به شرح زیر است :

بوته های آهن خالص- بوته های فولادی- بوته های چدنی- بو ته های شاموتی- بوته های گرافیتی- بوته های سیلیكون كاربیدی- بوته های دیگر.

آهن خالص برای فلزاتی كه نقطه ذوب كمتری نسبت به آهن دارند و خوردگی كمتری دارند- از بوته های آهنی برای ذوب موادی كه نقطه ذوب آنها پائین تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتیگراد) استفاده میکنند. منیزیم را در داخل این بوته ذوب می کنند، چون با بهترین آجر نسوز نمی توان منیزیم را ذوب كرد و دلیل آن نیز میل تركیبی منیزیم با اكسیژن است كه اكسیژن نسوز را جذب می کند و نسوز متخلخل می شود.

آهن خالص تجاری:

چون آهن بصورت خیلی خالص بندرت یافت می شود , بیشتر از این آهن استفاده می شود و خلوص آن 8/99% است و ناخالصی اش 2/0-1/0% می باشد. آهن خالص تجاری را در دنیا برخی از شركتها از جمله شركت آرمكو و وستینگ هاوس در آمریكا تولید می كنند كه برای ذوب آلیاژهای با نقطه ذوب كم مثل روی , منیزیم , سرب و ... از این ورقها بوته درست كرده (بوته یكپارچه)و استفاده می كنند (بوته را جوش نمی زنند بلكه آن را با  پرس و گرم كاری شکل می دهند.)- از بوته های چدنی برای ذوب آلیاژهای روی , آلومینیوم و سایر آلیاژها با نقطه ذوب پائین استفاده می كنند به شرطی كه مشكل آهن در آن آلیاژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان می دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل می كنند، چون چدن دارای انتقال حرارت خوبی است (بدلیل گرافیتهای لایه ای) و ارزان ریخته گری می شود . در ایران بیشتر از بوته های چدنی استفاده  می شود .

 بوته های فولادی :

از بوته های فولادی برای ذوب آلیاژها با نقطه ذوب كم و آلیاژهائی كه میل تركیبی زیادی نسبت به اكسیژن دارند مثل آلیاژهای منیزیم كه علاقه دارند اكسیژن مواد نسوز را جذب کنند , استفاده می كنند . فولادهای معمولی خوردگی بیشتری دارند و مذاب آلیاژهای مختلف تدریجاً آن را می خورند (یعنی بدنه را در خود حل می كنند).

 بوته از جنس مواد نسوز دوام بیشتری در برابر پوسته پوسته شدن یعنی اكسید شدن دارد . آنالیز یك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نیكل و بقیه عناصر جزئی دیگر , از آلیاژهای دیگر نیز كه قیمت آنها گران است بعنوان بوته می توان استفاده كرد , از جمله آلیاژ 50% كرم و 50% نیكل یا آلیاژ 50% كرم و 50% نیكل و كمی نیوبیوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبی دارد) .

بوته های گرافیتی :

همانطور كه از نام این بوته ها پیداست , جنس این بوته ها از گرافیت می باشد . (می دانیم كه كربن در طبیعت به سه صورت دیده می شود : 1) كربن بی شكل : این كربن شكل بلوری ندارد و به آن كربن آمورف نیز می گویند . این كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسیژن , می سوزد و خاكستر از آن باقی می ماند. 2) كربن بصورت گرافیت : این نوع كربن بصورت بلوری (كریستالی) می باشد و بلوری آن طوری است كه دارای صفحات لغزش است و این صفحات می توانند روی هم براحتی بلغزند . بهترین آنها گرافیت چرب نقره ای است . این گرافیت ماده نسوز است و نقطه ذوبی در حدود بیش از 3000 درجه سانتیگراد دارد گرافیت راسب (رسوب یافته) شده در حین انجماد در چدنهای خاكستری از این نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور این نوع كربن بصورت یك هشت وجهی است ولی رنگی و شفاف است و با سختی 10 موهس سخت ترین ماده در طبیعت می باشد .

 بوته های گرافیتی بدلیل اینكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافیت نیز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زیادی نیز برخوردار است هدایت خوبی داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدایت می كند .

 طرز ساخت بوته های گرافیتی :

 به این شكل است كه گرافیت را همراه با كمی قیر و مواد چسبی آغشته كرده و با فشار زیاد پرس می كنند سپس آن را در مدت زمان طولانی در محیط بسته ای دور از هوا می پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتیگراد) تا عمل تف جوشی (زینتر) روی آن انجام شود و به آرامی در كوره سرد می شود .

 

 بوته های سیلیكون كاربید :

این نوع بوته ها از استحكام بیشتری برخوردارند و ماده سیلیكون كارباید در اثر حرارت , كمی منقبض و منبسط می شود و یكی از بهترین موادی است كه به شوك حرارتی مقاوم است . برای ذوب چدن بیشتر از بوته های سیلیكون كاربیدی استفاده می شود .

 

بوته های شاموتی :

این بوته ها از خاك رس نسوز ساخته می شود . از ریختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست می آید . البته درجه نسوز بوته های شاموتی بستگی به درجه خلوص شاموت دارد . بهترین ماده شاموت آنست كه پس از پخت , مقدار فازهای مولایت در حداكثر خود قرار گیرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).

مولایت نسوزی است كه تا دمای 1800 0C می تواند دوام بیاورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانیكی در دمای بالا نیز مناسب است . در بوته های شاموتی آلیاژهای غیر آهنی و بندرت چدن ذوب می شود . معمولاً دوام بوته های شاموتی تا دمای 1650 0C است .

 
انواع كوره های بوته ای : Crucible Furnaces

الف) كوره بوته ای چرخان:
 1- چرخان حول تقریباً كمی بالاتر از مركز ثقل
 2- چرخان حول محور ناودانی كوره
ب) كوره بوته ای ثابت (زمینی) :
 1- با سوخت جامد - این نوع كوره ها دو نوعند,یكی كوره سنتی است كه از سوخت جامد زغال سنگ یا كك برای عمل ذوب استفاده می كردند.این نوع كوره نیاز به برق نداشت و با هوای طبیعی كه از زیر كوره از لابه لای میله های كف به داخل كشیده می شد زغال سنگ یا ككها را مشتعل می ساخت . برای ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن می كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زیر حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (برای ذوب چدن در این كوره ها اول باید ككها را الك كرد یعنی ككها را دسته بندی كرد از درشت به ریز و پودر,كك درشت در زیر و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ریزها را در اطراف می ریزیم و بقیه را در بالا می گذاریم.

2- با سوخت مایع –, سوخت این كوره ها از گازوئیل با ارزش حرارتی 9300 كیلو كالری بر لیتر درجه سانتیگراد یا مازوت با ارزش حرارتی 1100 كیلو كالری بر لیتر درجه سانتیگراد است و می توان با استفاده از بوته های گرافیتی در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهی(یك نوع مشعل ساده صنعتی كه از طریق یك لوله رابط به یك ونتیلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتیلاتور یا دمنده هوا بستگی به ظرفیت كوره انتخاب می شود , معمولاً دمنده هائی كه پس از ساخت بالانس شده اند را در این كوره ها قرار می دهند (در تهران ,مظفریان و در تبریز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزی است , از تكه لوله های 40 اینچی یا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتیمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش می زنیم .قطر داخلی 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلی بدنه می باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست می آید. و در كف بدنه رول شده رینگ می زنیم و میله های در جای خالی رینگ جوش می دهیم رویش آجر نسوز با كمی شیب قرار می دهیم تا سرباره ها بیرون رود , بعد كف بوته قرار داده می زنیم كه كف بوته می تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائین به بالا نسوز كاری می كنیم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوری می گذاریم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.