کوره‌های ذوب آلومینیوم اتاقکی تیلت

بازیافت آلومینیوم از قراضه‌ها یکی از روش‌های اقتصادی و زیست‌محیطی برای تأمین مواد اولیه صنایع آلومینیوم می‌باشد.یکی از تجهیزات کلیدی درفرآیند بازیافت، کوره‌های ذوب اتاقکی با سیستم تیلت  (Tilting  Reverberatory Furnaces) است. این نوع کوره به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، راندمان مناسب و سهولت در تخلیه مذاب، در صنایع بازیافت بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

در این مقاله به معرفی ساختار و اجزای اصلی این نوع کوره و ویژگی‌های هر بخش می‌پردازیم.

معرفی و بررسی اجزای اصلی برای کاربردهای بازیافت قراضه آلومینیوم

۱. بدنه اصلی (Shell & Structure)

بدنه کوره اتاقکی از ورق‌های فولادی با مقاومت بالا ساخته می‌شود و وظیفه آن تحمل تنش‌های حرارتی و مکانیکی در حین عملیات ذوب است. ویژگی‌های مهم بدنه شامل:

•  طراحی اتاقک با مقطع مستطیلی یا نیم‌استوانه‌ای جهت بهبود انتقال حرارت.
•  تقویت با stiffener‌ها برای جلوگیری از تغییر شکل در برابر حرارت و وزن مذاب.
•  پوشش ضدزنگ در قسمت‌های خارجی برای افزایش طول عمر بدنه در محیط‌های صنعتی.

در ادامه به تشریح کامل بخش بدنه اصلی (Shell & Structure) کوره ذوب آلومینیوم اتاقکی با سیستم تیلت و نکات حیاتی در طراحی و ساخت آن می‌پردازم.

بدنه اصلی کوره ذوب آلومینیوم تیلت (Shell & Structure)

طراحی، ساخت و نکات کلیدی فنی

۱. وظیفه بدنه اصلی کوره

بدنه اصلی کوره به عنوان اسکلت و محافظ فیزیکی کل مجموعه عمل می‌کند و وظایف زیر را بر عهده دارد:

•  تحمل وزن کل ساختار کوره (نسوزها، مذاب آلومینیوم، تجهیزات جانبی).
• مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی (تیلت کردن، بارهای پویا).
• محافظت از اجزای داخلی در برابر ضربه، سایش و محیط خورنده صنعتی.
• انتقال صحیح نیرو به شاسی پایه و سیستم تیلت.

۲. مواد اولیه ساخت بدنه (Material Selection)

•  فولاد کربنی ST37 یا ST52 (برای بدنه عمومی): به دلیل مقاومت کافی در برابر تنش و هزینه پایین.
•  ورق‌های فولادی با ضخامت بالا (۸ الی ۲۰ میلی‌متر): در بخش‌های کف و دیواره‌ها برای تحمل وزن مذاب.
•  پوشش‌های ضد خوردگی  (Zinc-rich primer, Heat Resistant Coating): برای سطوح بیرونی در برابر اتمسفر خورنده کارگاه.

۳. تقویت‌کننده‌ها و استیفنرها (Stiffeners & Reinforcements)

•  استفاده از پروفیل‌های ناودانی، I-Beam یا Box-Section در قسمت‌های حساس به انحنا و پیچش.
•  طراحی شبکه‌ای تقویتی در کف و دیواره‌ها جهت جلوگیری از دفرمگی (Deformation) ناشی از حرارت و بارهای استاتیک.
• توجه به محل قرارگیری Pivot یا محور چرخش تیلتکه باید به صورت خاص تقویت شود.

۴. طراحی برای انبساط حرارتی (Thermal Expansion Considerations)

•  بدنه کوره باید قابلیت انبساط و انقباض در اثر تغییرات دمایی را داشته باشد بدون اینکه به ساختار آسیبی وارد شود.
• جوشکاری کنترل‌شده ( Stress Relieving Welding) و استفاده از درزهای انبساطی (Expansion Joints) در برخی قسمت‌ها برای جلوگیری از ترک‌خوردگی ناشی از شوک حرارتی.

۵. اتصال بدنه به سیستم تیلت(Tilting Mechanism Interface) 

محل نصب جک‌های تیلت (Hydraulic یا Mechanical ) باید:

• دارای صفحات تقویتی (Gusset Plates)  باشد.
• از بوش‌ها و یاتاقان‌های مقاوم در برابر دمای بالا استفاده شود.
• طراحی مهندسی مرکز ثقل (Center of Gravity) به گونه‌ای باشد که عملیات تیلت با کمترین نیروی وارده انجام شود.

۶.  درب‌ها و دریچه‌های بدنه  (Doors & Access Ports)

•  درب شارژ قراضه:  طراحی شده برای سهولت بارگیری و کمترین هدررفت حرارتی.
•  دریچه‌های بازدید  (Inspection Ports):  تعبیه شده برای کنترل داخلی کوره در حین کارکرد.
•  محل اتصال این درب‌ها باید دارای فلنج‌های تقویتی و عایق حرارتی مکانیکی  باشد.

۷.  آب‌بندی و درزبندی بدنه  (Sealing)

•  جهت جلوگیری از نشت دود و گازهای احتراقی از بدنه، از نوارهای نسوز (Ceramic Fiber (Gaskets در محل اتصال درب‌ها و دریچه‌ها استفاده می‌شود.
•  سیستم قفل درب‌ها باید دارای قابلیت فشار مناسب برای اطمینان از آب‌بندی کامل باشد.

۸.  مونتاژ و فرآیند ساخت  (Fabrication Process)

•  برش ورق‌ها به روش CNC Plasma یا Laser برای دقت بالا.
•  جوشکاری با الکترودهای مقاوم به حرارت طبق استانداردهای AWS.
• عملیات تنش‌زدایی حرارتی  (Stress Relieving)  بعد از جوشکاری برای جلوگیری از تاب برداشتن در هنگام کارکرد.
• مونتاژ شاسی اصلی و بدنه به صورت یکپارچه (Monolithic Structure) برای جلوگیری از لق شدن در زمان تیلت.

۹.  پوشش‌های حفاظتی بدنه  (Surface Treatment)

• سندبلاست کامل  بدنه قبل از رنگ‌آمیزی.
• رنگ‌آمیزی با  پرایمر ضدزنگ  (Zinc-Rich Epoxy Primer)  و لایه نهایی مقاوم به حرارت تا دمای ۳۰۰-۵۰۰ درجه سانتی گراد.
•  توجه به محافظت ویژه در محل‌هایی که در معرض پاشش مذاب یا بخار داغ قرار دارند.

۱۰.  نکات کلیدی مهندسی در طراحی بدنه کوره:

نتیجه‌گیری

طراحی و ساخت بدنه اصلی کوره تیلت اتاقکی یک فرآیند کاملاً مهندسی‌شده است که اگر با دقت در انتخاب مواد، طراحی تقویتی و رعایت نکات تولید همراه شود، می‌تواند عمر مفید کوره را به شدت افزایش داده و بهره‌وری خطوط بازیافت آلومینیوم را بهبود دهد. کوچک‌ترین ضعف در طراحی بدنه می‌تواند منجر به خسارات جبران‌ناپذیر در حین بهره‌برداری گردد.

۲. نسوزکاری  (Refractory Lining)

لایه نسوز داخلی از مصالح با مقاومت بالا در برابر دمای بالا و خوردگی مذاب آلومینیوم ساخته می‌شود. معمولا ترکیبی از:

•  آجرهای آلومینایی برای دیواره‌ها.
• جرم‌های ریختنی مقاوم در برابر شوک حرارتی برای کف و سقف.
•  پوشش‌های ضدچسبندگی (Anti-Wetting Coating) برای کاهش پدیده خوردگی توسط مذاب.

۳. سیستم مشعل  (Burner System)

کوره‌های تیلت اتاقکی از مشعل‌های گازی (طبیعی یا LPG) یا دوگانه‌سوز بهره می‌برند. خصوصیات کلیدی مشعل‌ها:

•  احتراق کامل با راندمان بالا.
•  قابلیت کنترل خودکار نسبت سوخت به هوا (Oxygen-Rich or Low NOx Burners).
•  توزیع یکنواخت حرارت در داخل کوره جهت جلوگیری از دمای موضعی بالا.

۴. مکانیزم تیلت  (Tilting Mechanism)

سیستم تیلت، یکی از مهم‌ترین بخش‌های این کوره‌هاست که امکان تخلیه کامل مذاب را فراهم می‌آورد.

این سیستم شامل:

•  جک‌های هیدرولیک یا الکترومکانیکی با کنترل دقیق زاویه کج شدن.
•  طراحی محور چرخش با مرکز ثقل پایین برای کاهش مصرف انرژی در هنگام تیلت.
•  امکان تیلت نرم و پیوسته برای جلوگیری از پاشش مذاب.

۵. سیستم شارژ  (Charging System)

ورود قراضه به داخل کوره می‌تواند به صورت دستی یا با استفاده از  دستگاه‌های شارژ مکانیزه (Bucket Charger, Conveyor Charging)  انجام شود. در حالت‌های پیشرفته، درب شارژ دارای سیستم ایزولاسیون حرارتی است تا در هنگام باز شدن، کمترین افت دمایی را ایجاد کند.

۶. سیستم درب (Door Mechanism)

درب کوره معمولاً در قسمت جانبی یا بالایی نصب می‌شود و وظیفه آن فراهم کردن دسترسی برای شارژ مواد و بازدید داخل کوره است. مشخصات آن:

•  باز و بسته شدن هیدرولیکی یا پنوماتیکی.
• عایق‌بندی کامل جهت جلوگیری از هدررفت حرارتی.
•  وجود دریچه‌های کوچک برای بازرسی بصری.

۷. سیستم تخلیه مذاب  (Pouring System)

پس از ذوب قراضه‌ها، مذاب از طریق لبه جلویی یا کناری کوره (با استفاده از تیلت) به داخل  پاتیل‌های حمل مذاب  تخلیه می‌شود. کنترل سرعت و زاویه تیلت نقش مهمی در کیفیت تخلیه مذاب بدون ایجاد اکسیداسیون دارد.

۸. سیستم کنترل و اتوماسیون  (Control & Automation System)

کوره‌های مدرن اتاقکی تیلت مجهز به سیستم‌های PLC برای:

• کنترل دمای داخل کوره با ترموکوپل‌های دقیق.
• مدیریت عملکرد مشعل‌ها.
• نظارت بر فرآیند تیلت و تخلیه مذاب.
• ثبت و مانیتورینگ داده‌های عملیاتی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی.

نتیجه‌گیری

کوره‌های ذوب آلومینیوم اتاقکی با سیستم تیلت به دلیل طراحی ساده ولی کارآمد، انتخابی ایده‌آل برای بازیافت قراضه‌های آلومینیوم در مقیاس‌های متوسط و بزرگ به شمار می‌آیند. اجزای مختلف این کوره به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حداکثر بازدهی حرارتی، ایمنی عملیاتی و کیفیت مذاب را تضمین نمایند. انتخاب صحیح این تجهیزات می‌تواند نقش مهمی در کاهش هزینه‌های تولید و بهبود پایداری زیست‌محیطی صنایع آلومینیوم ایفا کند.