طراحی کوره دوار و کاربردهای آن

کوره دوار یک دستگاه استوانه ای شکل فلزی است که برای بالا بردن دمای بالای موادی (کلسینه کردن) مانند سیمان، آهک، آجر و ... در یک فرآیند مداوم است و حول محور افقی استفاده می شود. کوره دوار دارای شیبی ملایم است و این کوره ها ظرفیت پخت و ذوب مواد از 250 کیلوگرم الی 60 تن را دارا هستند. مواد تولید شده با استفاده از کوره های دوار عبارتند از:

• سیمان
• آهک
• نسوزها
• متاکائولین
• دی اکسید تیتانیوم
• آلومینا
• ورمیکولیت
• گلوله های سنگ آهن

آنها همچنین برای بو دادن طیف گسترده ای از سنگ معدن سولفید قبل از استخراج فلز مورد استفاده قرار می گیرد.

موارد استفاده کوره دوار:

کوره دوار برای افزایش حرارت در فرآیندی مداوم و پیوسته برای ذوب چند تن فلز مانند چدن، آلومینیوم، روی، آهن و همچنین برای پخت آهک، سیمان، دولومیت، فلمنت و ... به کار می رود.

طراحی کوره دوار:

مهندسین در طراحی کوره دوار، طرح های مختلفی را به کار می برند که هر یک از این طرح ها برای کاربرد خاصی مورد استفاده قرار می گیرد. کوره های دوار در شکل و اندازه های مختلفی هستند، اما طراحی اصلی آنها به شکل یک ظرف استوانه ای کمی خمیده است. این استوانه شامل بخش ورودی، پیش گرمکن و خروجی مواد است.

تعمیر کوره دوار:

تعمیر و نگهداری کوره دوار شامل تعویض یاتاقان، تعویض رینگ، تعویض شل کوره، تعویض و تعمیر فن ها، تعمیر و تعویض غلتک و ... است. تعمیرات اساسی کوره دوار شامل ترمیم و تصحیح خطاهای دستگاه است.

بدنه کوره دوار:

در ساخت بدنه کوره دوار به دلیل دارا بودن دمای بالا جهت ذوب و پخت مواد و شرایط محیطی از ورقه های استیل 310 و ورقه های استیل مشبک 309 استفاده می شود.  این ورقه های استیل قابلیت تحمل دما تا 1000 درجه سانتیگراد را دارند.

نحوه عملکرد کوره دوار:

کوره دوار، ظرفی استوانه‌ای است که کمی از بخش افقی خمیده شده است و به آرامی حول محور طولی خود می‌چرخد. مواد اولیه فرآیند به انتهای بالایی سیلندر وارد می شود. همانطور که کوره می چرخد، مواد به تدریج به سمت انتهای پایین حرکت می کنند و ممکن است تحت مقدار معینی هم زدن و اختلاط قرار گیرند. گازهای داغ از امتداد کوره عبور می کنند، گاهی اوقات در همان جهت مواد فرآیند (هم جریان)، اما به طور معمول در جهت مخالف (جریان مخالف) عبور می کنند.  گازهای داغ ممکن است در یک کوره خارجی تولید شوند یا ممکن است توسط شعله داخل کوره تولید شوند. چنین شعله ای از یک لوله مشعل ( لوله شلیک) بیرون می زند که مانند چراغ بونسن (چراغ گازی کوچک که شعله ی داغ و آبی رنگی دارد) عمل می کند. سوخت موجود برای آن گاز، نفت، کک نفتی پودر شده یا زغال سنگ پودر شده است.

اجزای کوره دوار

 اجزای اصلی یک کوره دوار عبارتند از پوسته، پوشش نسوز، لاستیک های نگهدارنده و غلتک ها، چرخ دنده های محرک و مبدل های حرارتی داخلی.

ساخت کوره دوار براساس اجزای کوره دوار به این شرح است: 

• پوسته کوره

پوسته از ورق فولادی نرم نورد شده، معمولا بین 15 الی 30 میلی متر ضخامت، جوش داده می شود و استوانه ای را تشکیل دهد که ممکن است تا 230 متر طول و تا 6 متر قطر داشته باشد.

• آستر نسوز

هدف از پوشش نسوز عایق بندی پوسته فولادی با دمای بالا در داخل کوره و محافظت از آن در برابر خواص خورنده مواد فرآیند است. ممکن است متشکل از آجرهای نسوز یا بتن نسوز ریخته‌گری شده باشد، یا ممکن است در مناطقی از کوره که دمای آن کمتر از 250 درجه سانتیگراد است وجود نداشته باشد. در برخی فرآیندها مانند سیمان، با حفظ پوششی از مواد فرآوری شده روی سطح دیرگداز، عمر آستر نسوز طولانی‌تر می‌شود. ضخامت آستر به طور کلی در محدوده 80 تا 300 میلی متر است. یک دیرگداز معمولی قادر است افت دمای 1000 درجه سانتیگراد یا بیشتر را بین سطوح سرد و گرم خود حفظ کند. دمای پوسته لازم است زیر حدود 350 درجه سانتیگراد حفظ شود تا فولاد در برابر آسیب محافظت شود.

• لاستیک های نگهدارنده و غلتک ها

لاستیک‌ها به طور معمول از یک ریخته‌گری فولادی حلقوی تشکیل می شوند که روی سطح استوانه‌ای صافی ماشینکاری می‌شوند. این لاستیک ها از طریق انواع خرک به پوسته کوره متصل می‌شوند. اینها نیاز به ذکاوتی در طراحی کوره دوار دارند، زیرا تایر باید به خوبی روی پوسته قرار گیرد، اما در عین حال اجازه حرکت حرارتی را بدهد. تایر بر جفت غلتک های فولادی سوار می شود که به صورت یک سطح استوانه ای صاف نیز ماشین کاری شده اند و حدود نیمی از قطر کوره از هم فاصله دارند. کوره ای که به خوبی مهندسی شده است، وقتی برق قطع می شود، قبل از استراحت، بارها مانند آونگ می چرخد. جرم یک کوره معمولی 6×60 متر، شامل مواد دیرگداز و خوراک، حدود 1100 تن است و می‌توان آن را روی سه لاستیک و یک مجموعه غلتک‌ها، در طول کوره حمل کرد. یاتاقان های غلتک ها باید توانایی تحمل بارهای ساکن و زنده زیاد را داشته باشند و باید به دقت از گرمای کوره و ورود گرد و غبار محافظت شوند. علاوه بر غلتک‌های نگهدارنده، معمولاً غلتک‌های رانشی بالا و پایین در کناره تایرها موجود هستند که از لیز خوردن کوره از روی غلتک‌های نگهدارنده جلوگیری می‌کند.

• چرخ دنده محرک

کوره به طور معمول با استفاده از یک چرخ دنده منفرد که قسمت خنک‌تری از لوله کوره را احاطه می‌کند، چرخیده می شود، اما گاهی اوقات توسط غلتک‌های محرک می‌چرخد. یک کوره 6×60 متری برای چرخش در 3 دور در دقیقه به حدود 800 کیلو وات نیاز دارد. سرعت جریان مواد از طریق کوره متناسب با سرعت چرخش است. یک درایو با سرعت متغیر برای کنترل آن مورد نیاز است. هنگام رانش از طریق غلتک، ممکن است از درایوهای هیدرولیک استفاده شود. اینها مزیت ایجاد گشتاور بسیار بالا را دارند. اختلاف دما بین بالا و پایین کوره ممکن است باعث تاب برداشتن کوره شود و مواد نسوز آسیب ببینند. از این رو، روش معمولی ارائه یک درایو کمکی برای استفاده در هنگام قطع برق است. این ممکن است یک موتور الکتریکی کوچک با منبع تغذیه مستقل یا یک موتور دیزلی باشد.

• مبدل های حرارتی داخلی

تبادل حرارت در یک کوره دوار ممکن است از طریق هدایت، همرفت و تشعشع به ترتیب نزولی بازده باشد. در فرآیندهای دمای پایین و در قسمت‌های خنک‌تر کوره‌های طولانی فاقد پیش‌گرم‌کن، کوره اغلب با مبدل‌های حرارتی داخلی برای تبادل حرارت بین گاز و خوراک مجهز می‌شود. متداول ترین مبدل حرارتی شامل زنجیرهایی است که در پرده ها در سراسر جریان گاز آویزان هستند.

پیش گرم کن کوره دوار:

پیش گرم کن ها یک قطعه کارآمد و اثبات شده از تجهیزات بازیابی حرارت هستند که از گازهای خروجی یک کوره دوار آهک برای پیش گرم کردن / پیش کلسینه کردن مواد آهک قبل از اندازه گیری آن در کوره دوار با سرعت کنترل شده برای کلسینه نهایی استفاده می کنند. پیش گرم کن ها باعث افزایش راندمان تولید محصول هستند.

خنک کن کوره دوار:

خنک کن کوره دوار برای خنک نمودن مواد داغ خروجی از کوره دوار هستند. بدنه این دستگاه از ورقه نازک آهن و استیل ساخته می شود. خنک کن کوره دوار قطعه ای ضروری در کوره دوار محسوب می شود، زیرا امکان آسیبی که ممکن است از مواد داغ و مذاب به ماشین آلات و کارگران وارد شود را به حداقل می رساند.

نصب کوره دوار:

در نصب و راه اندازی کوره دوار، بخش ها و اجزای مختلف کوره به محل مورد نظر منتقل می شوند و به یکدیگر متصل می شوتد. استوانه ها روی پایه هایی قرار می گیرند و با پینیونهایی که قدرت را به چرخ دنده دور کوره منتقل می کنند به گردش در می آیند. مشعلی در سمت تخلیه کوره دوار نصب می شود که عملیات پخت را از طریق خروج گازها تکمیل می نماید.