کوره قوس الکتریکی یا کوره EAF، در گروه کوره‌های الکتریکی قرار می‌گیرد. امروزه این کوره متداول‌ترین نوع کوره فولاد است و در صنعت تولید فولاد و چدن کاربرد بالایی دارد. همچنین از این نوع کوره برای ذوب قراضه‌ها و پالایش قطعات آن‌ها استفاده می‌شود. دمای لازم برای ذوب فلز از تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تامین می‌شود. این تبدیل انرژی به کمک قوس الکتریکی اتفاق می‌افتد.
قوس الکتریکی چیست؟
در سال ۱۸۰۲ قوس الکتریکی توسط پتروف و توسط دو زغال چوب که به دو سر باتری متصل شده بودند کشف شد. در حالتی که دو سر زغال در فاصله کمی از یکدیگر قرار می‌گیرند، نور خیره کننده‌ای بین آن‌ها ایجاد می‌شود که گرمای شدیدی ایجاد میکند. قوس الکتریکی در واقع ستونی از گازهای ملتهب شده توسط الکترون‌های جدا شده از کاتد است. به همین دلیل دمای قوس بسیار بالاست.
کوره قوس الکتریکی چیست؟
به کوره‌هایی که برای تهیه ذوب فولادها به ویژه فولادهای ساده کربنی کاربرد دارد، کوره قوس الکتریکی گویند. کوره قوس الکتریکی به انگلیسی Electric Arc Furnace نام دارد و اختصارا کوره EAF نیز نامیده می‌شود.
در این کوره‌ها قوس ایجاد شده بین الکترودها و بار کوره، انرژی الکتریکی را به انرژی حرارتی تبدیل میکند. این تبدیل انرژی دما را تا ۱۵۰۰۰ درجه سانتیگراد افزایش داده و بدین ترتیب دمای لازم برای ذوب تامین می‌شود. در سال ۱۸۷۸، سرویلیام زیمنس اقدام به ساخت کوره قوس الکتریکی کرد. طراحی زیمنس بر پایه ذوب با استفاده از قوس ایجاد شده بین دو الکترود افقی بود.
کوره EAF با طراحی نزدیک به چیزی که امروزه در صنعت از آن استفاده می‌شود، برای اولین بار در سال ۱۸۹۰ توسط هرولت ساخته شد. اگرچه این کوره اولین بار توسط زیمنس عرضه شد، اما هرولت اولین کوره قوس مستقیم را ساخت. در طراحی این کوره از برق سه فاز و سه الکترود استفاده شد. جریان الکتریکی با عبور از این الکترودها، باعث ایجاد قوس بین خود الکترودها و بین الکترودها و شارژ کوره شده و حرارت لازم برای ذوب کردن مذاب تامین می‌شود.
اجزای کوره قوس الکتریکی شامل، بدنه، الکترودها، تنظیم‌کننده‌های الکترود، سقف کوره، کف کوره، دیواره‌ها، محفظه تخلیه مذاب، دریچه سربارهگیری، راکتور و ترانسفورماتور است.
کوره قوس الکتریکی چگونه کار میکند؟
در ابتدای آغاز به کار کوره EAF، ابتدا باید حوضچه‌ای برای مذاب آهن در دست داشت. پس از شارژ این حوزه مطابق با درصد عناصر ترکیب و با کمک قراضه‌ها و آهن اسفنجی، الکترودهایی بالا و از سقف کوره نصب می‌شوند. الکترودها ممکن است در داخل مذاب نیز قرار گیرند.
جریان با عبور از الکترودها و ورود به بار کوره و ایجاد حرارت بسیار بالا، عملیات ذوب را انجام می‌دهد. طول قوس، با طول الکترود وابسته است. بنابراین می‌توان برای افزایش طول الکترود طول قوس را کاهش یا افزایش داد و از این طریق حرارت لازم را تامین نمود.
در مراحل تولید فولاد توسط کوره EAF ابتدا قراضه در کوره قرار می‌گیرد و پس از رسیدن به دمای ۱۵۵۰ درجه سانتیگراد و ذوب آن‌ها، نوبت به شارژ آهن اسفنجی می‌رسد. به بیان دقیق‌تر، قراضه‌های آهن توسط آهنربای الکترومغناطیسی به داخل کوره ریخته می‌شوند. سپس موادی مانند سنگ آهن و کک، جهت کمک به جریان سرباره اضافه می‌شوند. پس از افزودن آهک و فلوئورین به عنوان سرباره کوره، مرحله تولید فولاد آغاز می‌شود.
انواع کوره‌های قوس الکتریکی از لحاظ مسیر جریان الکتریکی
ذوب با کوره قوس الکتریکی به دو روش مستقیم و غیر مستقیم انجام می‌شود. قوس الکتریک یا بین دو الکترود ایجاد می‌گردد و یا بین الکترود و شارژ. همان طور که در بالا اشاره شد، زیمنس کوره قوس غیر مستقیم و هرولت کوره قوس مستقیم را ارائه داد.
کوره قوس غیر مستقیم
از این نوع کوره EAF برای ذوب فلزات غیر آهنی یا ذوب فلز چدن استفاده می‌شود. نحوه قرارگیری الکترودهای مثبت و منفی در این نوع کوره قوس به صورت افقی است. در این نوع کوره قوس الکتریکی، قوس بین الکترودها (الکترودهای دو یا سه تایی) ایجاد می‌شود و حرارت بین آن دو شارژ این محدوده را ذوب خواهد کرد. در شکل زیر شماتیک این نوع کوره دیده می‌شود. امروزه کاربرد این نوع کوره کمتر در صنعت بسیار کم است.
کوره قوس غیر مستقیم
در کوره قوس الکتریکی مستقیم، قوس بین الکترود(ها) و کف و جداره ایجاد می‌شود و شارژ موجود در محدوده را ذوب میکند. امروزه این نوع کوره قوس الکتریکی کاربرد بسیار وسیعی در فولادسازی دارد. در طراحی این کوره دمای قوس تا ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد هم نیز قابل دستیابی است.
این نوع کوره در انواع تک الکترود، دو الکترود و سه الکترود مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این بین، نوع سه الکترود بیشترین کاربرد را برای ذوب فولاد در تناژهای بالا دارد. این الکترودها از جنس گرافیت ساخته می‌شوند. می‌توان آن‌ها را مهم‌ترین قطعه یک کوره قوس الکتریکی دانست.
