تحقیق بررسی كوره های قوس الكتریكی و القائی

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
تحقيق بررسي كوره هاي قوس الكتريكي و القائي در 40 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه

امروزه يكي از اساسي ترين پايه هاي اقتصادي و اجتماعي كشورهاي جهان را صنايع آهن و فولاد تشكيل مي دهد و اين به سبب نياز مبرمي است كه انسان جهت پيشبرد، مفاصد خود در زندگي دارد. با نگاه اجمالي به كارايي اين عنصر حياتي، مي توان به نقش سازنده آن پي برد. زيرا علاوه بركاركرد آن درامر ساختمان سازي، پل سازي و غيره يكي از كالاهاي اساسي در صنايع اتومبيل سازي، كشتي سازي و لكوموتيو سازي است و به صورت آلياژ هاي مختلف، اساس تكنولوژي ماشين آلات را تشكيل مي دهد. كه آهن و فولاد به روش هاي مختلفي تهيه و توليد مي شدند ما دراين تحقيق روش تهيه بوسيله كوره بلند را از ابتدا مورد بررسي قرار مي دهيم.

آهن عنصر شيميايي است كه در جدول تناوبي با نشان Fe و عدد اتمي 26 وجود دارد. آهن فلزي است كه در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبي قرار دارد.





تاريخچه آهن (Fe)


اولين نشانه هاي استفاده از آهن به زمان سومريان و مصريان برمي گردد كه تقريباً 4000 سال قبل از ميلاد با آهن كشف شده از شهاب سنگها اقلام كوچكي مثل سر نيزه وزيور آلات مي ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از ميلاد، تعداد فزاينده اي از اشياء ساخته شده با آهن مذاب (فقدان نيكل، اين محصولات را از آهن شهاب سنگي متمايز مي كند) دربين النهرين، آسياي صغير و مصر به چشم مي خورد؛ اما ظاهراً تنها در تشريفات از آهن استفاده مي شد و آهن فلزي گرانبها حتي با ارزش تر از طلا به حساب مي آمد.

براساس تعداد از منابع آهن، به عنوان يك محصول جانبي از تصفيه مس توليد مي‌شود مثل آهن اسفنجي – و به وسيله متالوژي آن زمان قابل توليد مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از ميلاد درخاورميانه بطور روز افزون ا زاين فلز استفاده مي شد، اما جايگزين كاربرد برنز درآن زمان نشد. تيرآهني متعلق به عنصر آهن سوند در گاتلند سوئد يافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورميانه يك جابجايي سريع درتبديل ابزار و سلاحهاي برنزي به آهني صورت گرفت. عامل مهم دراين جابجائي آغاز ناگهاني تكنولوژي هاي پيشرفته كار با آهن نبود، بلكه عامل اصلي، مختل شدن تامين قلع بود. اين دوره جابجايي كه در زمانهاي مختلف و درنقاط مختلفي از جهان رخ داد، دوره اي از تمدن به نام عصرآهن را به وجود آورد. همزمان با جايگزيني آهن به جاي برنز، فرآيند كربوريزاسيون كشف شدكه به وسيله آن به آهن موجود درآن زمان كربن اضافه مي كردند. آهن را بصورت اسفنجي كه مخلوطي از آهن و سرباره به همراه مقدار ي كربن يا كاربيد است، بازيافت كردند. سپس سرباره آنرا با چكش كاري جدا نموده و محتوي كربن را اكسيده مي كردند تا بدين طريق آهن نرم توليد كنند.

مردم خاورميانه دريافتند كه با حرارت دادن طولاني مدت آهن نرم درلايه اي از ذغال و آب دادن آن در آب يا روغن مي توان محصولي بسيار محكم تر بدست آورد. محصول حاصله كه داراي سطح فولادي است، از برنزي كه قبلاً كاربرد داشت محكمتر و مقاوم تر بود. در چين نيز اولين بار آهن شهاب سنگي استفاده شد و اولين شواهد باستان شناسي براي اقلام ساخته شده با آهن نرم درشمال شرقي نزديك xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از ميلاد به دست آمده است. اين وسايل از آهن نرم و با همان روش خاورميانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان مي رفت كه براي مردم غير چيني هم ارسال مي كردند.

درسالهاي آخر پادشاهي سلسله ژو (حدود 550 قبل از ميلاد) به سبب پيشرفت زياد تكنولوژي كوره، قابليت توليد آهن جديدي بوجود آمد. ساخت كوره هاي بلندي كه توانايي حرارتهاي بالاي k 1300 را داشت، موجب توليد آهن خام يا چدن توسط چيني ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با كربن k1470-1420 حرارت دهيم، مايع مذابي بدست مي آيد كه آلياژي با 96.5% آهن و 53.5% كربن است. اين محصول محكم را مي توان به شكلهاي ريز و ظريفي درآورد. اما براي استفاده، بسيار شكننده مي باشند، مگر آنكه بيشتر كربن آنرا از بين ببرند.

از زمان سلسله ژو به بعد اكثر توليدات آهن درچين به شكل چدن است. با اين همه آهن بعنوان يك محصول عادي كه براي صدها سال مورد استفاده كشاورزان قرارگرفته است، باقي ماند و تا زمان سلسله شين (حدود 221 قبل از ميلاد) عظمت چين را واقعاً تحت تأثير قرار ندارد.

توسعه چدن در اروپا عقب افتاد، چون كوره هاي ذوب در اروپا فقط توانايي K1000 را داشت، دربخش زيادي از قرون وسطي دراروپاي غربي آهن اسفنجي به آهن نرم بدست مي آورند. تعدادي از قالب گيريهاي آهن دراروپا بين سالهاي 1150 و 1350 بعد از ميلاد در دو منطقه درسوئد به نامهاي Lappyttan و Vinarhyttan انجام شد.

دانشمندان مي پندارند شايد اين روش بعد از اين دو مكان تا مغولستان آن سوي روسيه ادامه يافته باشد، اما دليلي محكمي براي اثبات اين قضيه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم درهر رويدادي يك بازار براي كالاهاي چدني بوجود آمد، مانند درخواست براي گلوله هاي توپ چدني .

درآغاز براي ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتي و هم عامل كاهنده استفاده مي شد. درقرن 18 در انگلستان تامين كنندگان چوب كم شدند و از زغال سنگ كه يك سوخت فسيلي است، بعنوان منبع جانشين استفاده شد. اين نوآوري بوسيله abraham darby انرژي لازم براي انقلاب صنعتي را تامين نمود.




پيدايش :


آهن يكي از رايج ترين عناصر زمين است كه تقريباً 5% پوسته زمين را تشكيل ميدهد. آهن از سنگ معند هماتيت كه عمدتاً fe2o3 مي باشد. استخراج مي گردد. اين فلز را بوسيله روش كاهش يا كربن كه عنصري واكنش پذيرتر است جدا مي كنند. اين عمل دركوره بلند دردماي تقريباً 2000 درجه سانتي گراد انجام مي پذيرد.

درسال 2000، تقريباً 1100 ميليون تن سنگ معدن آهن رشد ارزش تجاري تقريباً 25 ميليارد دلار آمريكا استخراج شد. درحاليكه استخراج سنگ معدن آهن در48 كشور صورت مي گيرد، چين،برزيل، استراليا، روسيه و هند با توليد 70% سنگ آهن جهان پنج كشور بزرگ توليد كنندگان آن به حساب مي آيند. براي توليد تقريباً 573 ميليون تن آن خام 1100 ميليون تن سنگ آهن مورد نياز است.

·روش كوره باز (با روش مارتن):

دراين روش براي جداكردن ناخالصي هاي موجود در چدن، از اكسيژن موجود در زنگ آهن يا اكسيد آهن به جاي اكسيژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصي هايي مانند كربن، گوگرد و غيره) استفاده مي شود. براي اين منظور از كوره باز استفاده مي شود كه پوشش جدار داخلي آن از CaO , MgO تشكيل شده است و گنجايش آن نيز بين 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم براي گرم كردن كوره از گازهاي خروجي كوره و يا مواد نفتي تأمين مي شود. براي تكميل عمل اكسيداسيون، هواي گرم نيز به چدن مذاب دميده مي شود. زمان عملكرد اين كوره طولاني تر از روش بسم است. از اين نظر مي توان بادقت بيشتري عمل حذف ناخالصي ها را كنترل كرد و در هر نتيجه محصول مرغوب تري به دست آورد.



·روش الكتريكي:

از اين روش در تهيه فولادهاي ويژه اي كه براي مصارف علمي و صنعتي بسيار دقيق لازم است، استفاده مي شود كه دركوره الكتريكي با الكترودهاي گرافيت صورت مي گيرد. از ويژگي هاي اين روش اين است كه احتياج به ماده سوختني و اكسيژن ندارد و دما را مي توان نسبت به دو روش قبلي بالاتر برد.

اين روش براي تصفيه مجدد فولادي كه از روش بسمه و يا روش كوره بار به دست آمده است، به منظور تبديل آن به محصول مرغوبتر، به كار مي رود. براي اين كار مقدار محاسبه شده اي از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهاي ديگر، در كوره الكتريكي اضافه كرده و حرارت مي دهند. دراين روش، براي اين كار مقدار محاسبه شده اي از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهاي ديگر، دركوره الكتريكي اضافه كرده و حرارت مي دهند. دراين روش، براي جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده اي اكسيد كلسيم و براي جذب اكسيژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده اي آلياژ فروسيلسيم (آلياژ آهن و سيلسيم ) اضافه مي كنند.




انواع فولاد و كاربرد آنها


از نظر محتواي كربن، فولاد به سه نوع تقسيم مي‌شود:

·فولاد نرم : اين نوع فولاد كمتر از 2/0 درصد كربن دارد و بيشتر در تهيه پيچ و مهره، سم خاردار و چرخ دنده ساعت و ... بكار مي رود.

·فولاد متوسط: اين فولاد بين 2/0 تا 6/0 درصد كربن دارد و براي تهيه ريل و راه آهن و مصالح ساختماني مانند تيرآهن مصرف مي شود.

·فولاد سخت: فولاد سخت بين 6/0 تا 6/1 درصد كربن دارد كه قابل آب دادن است و براي تهيه فنرهاي فولادي، تير، وسايل جراحي، مته و .... بكار مي رود.

از فولادي كه تا 2/0 درصد كربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي شود. فولاد متوسط 2/0 تا 6/0 درصد كربن دارد و آنرا براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني به كار مي برند، فولادي كه 6/0 تا 5/1 درصد كربن دارد سخت است و از آن براي ساختن ابزار آلات، فنر و كارد و چنگال استفاده مي شود.





تبديل آهن به فولاد آلياژي


آهن مذاب تصفيه شده را با افزودن مقدار معين كربن و فلزهاي آلياژ دهنده مثل واناديم، كروم، تيتانيم، منگنز و نيكل به فولاد تبديل مي كنند. فولادهاي ويژه ممكن است موليبدن، تنگستن يا فلزهاي ديگر داشته باشند. اين نوع فولادها براي مصارف خانگي مورد استفاده قرار مي گيرند. دردماي زياد، آهن و كربن با يكديگر متحد شده، كابيد آهن (Fe3C) به نام «سمنيت» تشكيل مي دهند، اين واكنش، برگشت پذير و گرماگير است :

·Fe3Cگرما 3Fe+ C+

هرگاه فولادي كه داراي سمنتيت است، به كندي سرد شود، تعادل فوق به سمت تشكيل آهن و كربن، جابجا شده، كربن به صورت پولكهاي گرافيت جدا مي شود،كربن عمدتاً به شكل سمانتيت باقي مي ماند. تجزيه سمنتيت در دماي معمولي به اندازه اي كند است كه عملا انجام نمي گيرد.

فولادي كه داراي سمانتيت است، از فولادي كه داراي گرافيت است، سخت تر و خيلي شكننده تر است. درهر يك از اين دو نوع فولاد ، مقدار كربن را مي توان درمحدوده نستباً وسيعي تنظيم كرد. همچنين، مي توان مقداركل كربن را در قسمتهاي مختلف يك قطعه فولاد تغيير داد و خواص آن را بهتر كرد. مثلا بلبرينگ از فولاد متوسط ساخته شده است تا سختي و استحكام داشته باشد وليكن سطح آن در بستري از كربن حرارت مي دهند تا لايه نازكي از سمانتيت روي آن تشكيل گردد و برسختي آن افزوده شود.