ضایعات و زباله‌ها، از ابتدای زندگی بشر، جزء جدا نشدنی زندگی‌ها بوده‌اند و سالانه خیل عظیمی از این ضایعات در سراسر جهان تولید و به زباله‌دانی‌ها سپرده می‌شوند. این مساله آلودگی کره‌ی زمین و منابع طبیعی را بیش از پیش در معرض خطر قرار می‌دهد. علاوه بر آن، میزان منابع و معادنی که برای این ساخت مواد مصرف می‌شوند، محدود بوده و نیازمند دقت در تولید زباله‌ها و ضایعات فلزی است. مساله‌ای که امروزه برای رفع این مشکلات مطرح شده و بسیاری از جوامع جهانی به خوبی از آن استقبال کرده‌اند، بحث بازیافت زباله‌ها و ضایعات فلزی است. در این مطلب به چگونگی بازیافت ضایعات توسط کوره‌های القایی بدون هسته خواهیم پرداخت.
معرفی کوره‌های القایی بدون هسته
این کوره‌ها از انواع کوره‌های مختلفی هستند که برای ذوب و استفاده‌ی مجدد از ضایعات فلزی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. وجود ویژگی‌های خاصی در این نوع کوره‌ها، استفاده‌ی گسترده‌تر از آن‌ها را نسبت به دیگر انواع موجود، توجیه می‌کند.
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد در این کوره‌ها، حرکت حمام فلزی نامیده می‌شود، بدین معنا که مواد مذاب در درون کوره حرکت‌های حلقوی خاصی را تحت اثر میدان مغناطیسی موجود، خواهند داشت. این حرکت، در اساس به قدرت کوره و فرکانس عملیاتی آن بستگی دارد.
اما چرا این ویژگی برای بازیافت ضایعات به نحو مطلوب اهمیت دارد؟ زیرا حرکت حمام سبب می‌شود تا گدازه‌های درون کوره، چه از نظر ترکیب و چه از نظر دمای آزاد شده، به خوبی همگن و یکنواخت شوند. این حرکت درست مانند یک همزن برقی عمل کرده و در زمانی که ضایعات فلزی اندازه‌ی ریز داشته یا از جنس‌های متفاوت هستند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
فناوری‌های جدیدتر در ساخت کوره‌های القایی بدون هسته، این امکان را فراهم آورده‌اند تا یک کوره‌ی القایی با فرکانس قابل تنظیم در دسترس باشد. تغییرات فرکانس عملکردی کوره سبب می‌شود در انتخاب قدرت گرمایش کوره و تنظیم شدت حرکت حمام آزادی عمل بیشتری داشته باشیم.
مزیت این کوره‌های جدید ورود مستقیم گرما به فلز است، در شرایطی که وجود حرکت حمام نیز از جهش قابل توجه دمایی در بخش‌های مختلف کوره جلوگیری می‌کند. با وجود قابلیت کنترل دقیق دما و فرایند ذوب، می‌توان موارد دیگری را به عنوان مزیت برای آن‌ها برشمرد. از جمله: تلفات ذوب کم، کاهش آلودگی محیط زیست و محیط کار، آنالیزهای بسیار پایدار و دقیق و راندمان انرژی بالادر بازیافت ضایعات فلزی.
حتی می‌توان از مبدل فرکانس پیشرفته در کنار کوره‌های با فرکانس متوسط استفاده کرد و تا حد زیادی با کنترل دیجیتالی این کوره‌ها، به مهندسی فرایند به نحو دلخواه در بازیافت ضایعات پرداخت.
اجزای کوره‌های القایی فرکانس-متوسط بدون هسته
یک سیستم ذوب القایی پیشرفته با قدرت بالا مانند شکل از چندین قسمت مهم تشکیل شده است:
- واحد ذوب شامل بدنه‌ی کوره و چهارچوب آن
- سیستم منبع تغذیه و ذخیره‌ی نیروی الکتریکی با ترانسفورماتور، مبدل فرکانس و قفسه‌ی خازن
- سیستم کنترل فرایند با سیستم توزین، اتاقک اپراتور و پردازنده‌ی ذوب
- تجهیزات جانبی از جمله دستگاه آبرسان، شارژر و سیستم جمع‌آوری گرد و غبار
-
عکس 1- کارخانه ذوب فرکانس متوسط
در پروژه‌های جدید جمع‌آوری و بازیافت ضایعات فلزی، کوره‌های جدید بدون هسته با فرکانس متغیر، به دلیل مزایای متعددی که دارند، جایگزین تاسیسات قبلی(کوره‌های فرکانس اصلی) شده‌اند.
یکی از مزایای اصلی این است که به لطف فرکانس بالاتر، کوره می‌تواند برای ضایعات مختلف بدون هیچ اتلافی، با اطمینان به کارگرفته شود. در واقع با چگالی نیروی چند برابر کوره‌های با فرکانس اصلی، می‌توان اتلاف و خسارت را به حداقل رسانده و کیفیت بازیافت ضایعات را افزایش داد.
ظرف مخصوص مواد مذاب که ضایعات فلزی در آن ذوب می‌شوند، نسوز بوده و در داخل مارپیچ جریان القایی که توسط یک میدان مغناطیسی تولید می‌شود، قرار دارد. میدان مغناطیسی با ایجاد جریان‌های حلقوی موسوم به حرکت حمام، عملکردی مشابه همزن را بر ماده مذاب اعمال می‌کند.
هم چنین به دلیل اثر سطحی در ناحیه‌ی حاشیه‌ی مواد مذاب، که به طور مستقیم در مجاورت دیواره‌ی ظرف نسوز قرار دارد، چگالی جریان به بیشترین حد خود می‌رسد. یک میدان مغناطیسی ثانویه نیز از حرکت جریان گدازه‌ها، برخلاف جریان القایی تولید می‌شود.
چه عواملی عملکرد کوره‌های القایی را کنترل می‌کنند؟
شدت حرکت حمام در درجه‌ی اول به قدرت کوره بستگی دارد. هرچه میزان قدرت وردی به کوره‌های القایی بدون هسته بیشتر باشد، حرکت حمام نیرومندتر خواهد بود. این مساله در ذوب ضایعات فلزی مختلف اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند.
عکس 2 - حرکت حمام و هلال حمام
شدت جریان نیز به فرکانس جریان متناوبی که مارپیچ القایی را تغذیه می‌کند بستگی دارد. هرچه میزان این فرکانس کم‌تر باشد، حرکت حمام قوی‌تر می‌شود. در واقع برای یک فرکانس ثابت و معین، حرارت وارد شده به ضایعات فلزی برای ذوب، و شدت حرکت حمام، با هم همبستگی خواهند داشت.
به علاوه برای یک قدرت مشخص در کوره‌ی القایی، با انتخاب فرکانس عملکردی مناسب، می‌توان شدت حرکت حمام را به صورت انتخابی کنترل کرد.
بهینه‌سازی عملکرد ذوب ضایعات در کوره‌ها
Otto Junker بر اساس پیشرفت‌هایی که در چند سال اخیر در این صنایع بدست آمده، فناوری‌هایی هم چون Power-Focus و Multi Frequence را ایجاد کرده است. این سیستم‌ها در حال حاضر شایستگی خود را در بسیاری از سیستم‌های کوره‌ای کنونی اثبات کرده‌اند.
فناوری Power-Focus شرایطی را فراهم می‌کند که در آن، چگالی اتوماتیک یا دلخواه را برای توان ورودی انتخاب کنیم. بنابراین، زمانی که کوره نیمه خالی است، می‌توان ورودی انرژی را در ناحیه‌ی پایین کوره متمرکز کرد تا انرژی و قدرت در آن قسمت افزایش یابد. از طرف دیگر هنگامی که کوره پر است، می‌توانید نیروی بیشتری را به قسمت بالای مارپیچ هدایت کنید تا حرکت حمام تشدید شده و به این وسیله هم زدن مواد مذاب حاصل از ضایعات فلزی تسهیل شود.
تکنولوژی Multi Frequence نیز امکان جا به جایی بین فرکانس‌های مختلف را در طی فرایند ذوب فراهم می‌کند. بطور مثال از فرکانس 250 هرتز برای ذوب کردن مواد بار استفاده می‌شود و در صورت نیاز به ورود مواد تحریک کننده یا افزودنی‌های آلیاژی، به طور خودکار این میزان فرکانس روی 125 هرتز تنظیم می‌شود.
این کاهش فرکانس برای تجدید فعالیت کربن در نظر گرفته شده که یکی از کاربردهای آن تسریع در تنظیم تجزیه و تحلیل چدن است.
برنامه‌های موفقیت‌آمیز در بازیافت ضایعات
الزامات اساسی برای ذوب ضایعات فلزی و فراوری مجدد، شامل راندمان انرژی بالا، تمرکز روی حداقل اتلاف فلز، و در نتیجه کاهش آلودگی محیط زیست است. فرقی ندارد که ورقه‌ی فلز سوراخ باشد، تراش‌های فرزکاری داشته باشد یا تراشه‌های ماشینکاری ریخته‌گری و براده‌های فروآلیاژ باشد. تمامی ضایعات فلزی در این کوره‌ها قابلیت ذوب و بازیافت مجدد دارند.
این برنامه‌های ذوب در شرکت‌های شخصی و برای بازیافت ضایعات داخلی اهمیت بیشتری نیز پیدا می‌کنند. در زیر چند مورد از برنامه‌های کاربردی موفق کوره‌های القایی بدون هسته با فرکانس متوسط را نام می‌بریم.
بازیافت آلومینیوم‌های ریز سایز
برای این ضایعات از کوره‌های جدید با فرکانس متوسط و فناوری Power-Focus استفاده می‌شود تا فرکانس متغیر و چگالی انتخابی برای اعمال قدرت مجهز شده است. علاوه بر این‌ها، سر و صدای ناشی از ساختار ضایعات که باعث لرزش بدنه‌ی کوره می‌شود را اندازه‌گیری می‌کنند. اگر این مقادیر بیش از حد زیاد باشد، به منظور حفاظت از آسترهای نسوز در کوره، توان ورودی را کم می‌کنند.
اطلاعات فنی سیستم کوره‌ای که برای بازیافت ضایعات آلومینیوم استفاده می‌شود:
- ظرفیت 5/7 تن، توان 2600 کیلو وات، فرکانس 80 تا 110 هرتز
- میزان ورودی تراشه‌ها از مخزن انبار از طریق ناودانی با نرخ خوراک کنترل شده ، تنظیم می‌شود.
- کوره با استفاده از پردازنده‌ی ذوب JOKS بطور خودکار کنترل می‌شود.
- هنگامی که کوره تقریبا پر است، برای تنظیم حرکت حمام در حد کافی و تکان دادن سریع تراشه‌ها، فرکانس را کاهش می‌یابد.
بازیافت تراشه‌های ماشینکاری
مقدار زیادی تراشه و براده با مواد چسبنده در ماشینکاری چرخ‌های اتومبیل ساخته شده از ریخته‌گری آلیاژ ALSi9Mg تولید می‌شود.
از سانتریفیوژ برای جدا کردن امولسیون ماشینکاری تا حد ممکن استفاده می‌شود تا به میزان حدود 5/1 درصد برسد.
سیستم مورد نظر برای این کوره ظرفیت 3 تن را پشتیبانی می‌کند و قدرت 1200 کیلو وات را اعمال می‌کند. فرکانس عملیاتی نیز از 150 تا 110 متغیر است.
عکس 3- کوره القایی با تراشه‌های ماشینکاری
بازیافت فویل آلومینیوم
کوره‌های بازیافت ضایعات فویل با داشتن 5/5 تن ظرفیت، توان 1500 کیلو وات را در فرکانس 70 هرتز بر ضایعات فلزی اعمال می‌کند. این ضایعات از فویل‌های آلیاژ آلومینیوم و منگنز حاصل می‌شوند.
بسته‌های فشرده‌ی فویل را با تسمه‌ی حامل به طور متناوب وارد کوره کرده و توان ورودی بر آن‌ها وراد می‌شود. در انتها فلز مذاب را به یک کوره‌ی نگهدارنده یا قالب شمش انتقال می‌دهند.
تلفات ذوب در طی این چرخه بسیار ناچیز است و به همین دلیل نیازی به تمیز کردن دیواره‌ی ظرف مخصوص ذوب نخواهد بود.
بازیافت تراشه‌های برنجی مطلوب
تراشه‌های برنجی از فرایند ماشینکاری مکانیکی حاصل می‌شوند . قبلتر برای ذوب و بازیافت ضایعات برنجی از کوره‌های القایی نوع کانال استفاده می‌شد که به مرور به کوره‌های القایی بدون هسته تغییر کرد.
کوره‌های کنونی علاوه بر امکان تنظیم فرکانس و توان ورودی، سودآوری بیشتر را نیز به ارمغان آورده‌اند.
از جایی که تراشه‌ها به طور معمول به صورت مرطوب تحویل داده می‌شوند، بازیافت تراشه‌های مرطوب برنجی نیز نیازی به خشک شدن برای ذوب در هر دو نوع کوره ندارند.
البته در مقایسه با ذوب قراضه یا شمش، کنترل ذوب تراشه‌ها دشوارتر است و شامل تلفات بیشتر فلز و مصرف انرژی بیشتر است. اما از آن جا که تراشه‌ها نیز به عنوان ماده‌ی اولیه‌ی ارزان قیمت عرضه می‌شوند، پردازش کارآمد آن‌ها اهمیت اقتصادی قابل توجهی دارد.
نتیجه
پیشرفت‌های مداوم در فن‌آوری کوره‌های القایی، به ویژه در زمینه‌ی سیستم‌های مبدل فرکانس، دامنه‌ی کاربردی فرایند را تا حد زیادی گسترش داده است. امروزه کوره‌های ذوب القایی با بهره‌گیری از سیستم‌های پیشرفته که ذکر شد، توانایی قابل توجهی در ذوب و بازیافت ضایعات فلزی دارند. بر اساس طراحی‌ها و استانداردهای پیشرفته و قدرتمند در این زمینه، از این کوره‌ها برای پرداختن به کارهای خاص در متالوژی استفاده می‌شود. به طوری که می‌توان گفت کوره‌های بدون هسته با فرکانس متوسط، تقریبا توانسته است الزامات جهانی را در زمینه‌ی بازیافت ضایعات فلزی برآورده کند.
با تشکر از همراهی شما
