معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران

                                       

سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي­باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل-آهن و پايه كبالت مي­باشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربين­هاي گازي، طرح­هاي تبديل ذغال‌سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشته­اند بوده است.
امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربين­هاي گازي از جنس سوپرآلياژها مي­باشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:
- توربين­هاي گازي هواپيما
- توربين­هاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق
- ساخت قالب‌هاي ريخته­گري و ابزارهاي گرمكار
- مصارف پزشكي و دندانپزشكي
- فضاپيماها
- تجهيزات عمليات حرارتي
- سيستم­هاي نوتروني و هسته­اي
- سيستم­هاي شيميايي و پتروشيمي
- تجهيزات كنترل آلودگي
- تجهيزات و كوره­هاي نورد فلزات
- مبدل­هاي حرارتي تبديل ذغال سنگ

 

به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكل­پذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش توليد
با توجه به نحوة توليد مي­توان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود كه عبارتنداز:

بازار کار متالوژی صنعتی و استخراجی

                                

هر كالايي را كه در زندگي روزمره خود به كار مي‌بريم يا حاوي فلز است و يا براي ساخت و توليد آن نياز به فلز مي‌باشد. براي مثال كليه وسايل حمل و نقل از خودرو گرفته تا كشتي، هواپيما و قطار براي حركت به فلزات يا اجزاي فلزي نياز دارند. همچنين در تمامي ساختمان‌ها از خانه‌هاي كوچك گرفته تا آسمان‌خراشها فلز به كار رفته است. به عبارت ديگر امروزه متالوژي در كليه صنايع نقش مهمي را ايفا مي‌كند و در نتيجه موقعيت شغلي فارغ‌التحصيلان اين رشته نيز بسيار گسترده است. چرا كه فارغ‌التحصيلان اين رشته در گرايش‌ متالوژي استخراجي با شناخت روشهاي استخراج فلزات و بهره‌برداري از واحدهاي متالوژي استخراجي و بخشهاي وابسته مي‌توانند روشهاي مقرون به صرفه استخراج فلزات و تصفيه و بازاريابي عناصر فلزي را ارائه دهند و همچنين فارغ‌التحصيلان گرايش متالوژي صنعتي به دليل آشنايي با ساختمان، خواص فيزيكي و شيميايي، فرآيند ساخت فلزات و درك ارتباط بين ساختار فلزات و آلياژها با خواص آنها مي‌توانند امور مربوط به انتخاب، شناسايي و تهيه مواد فلزي را انجام دهند و به طراحي و ساخت قطعات فلزي نظارت داشته باشند و روشهاي توليد اين قطعات را گسترش داده و بهبود بخشند.

در كل مي‌توان گفت كه فارغ‌التحصيلان اين رشته در هر دو گرايش مي‌توانند مديريت كارخانه‌هاي استخراجي و توليد فلزات و سرپرستي بخشهاي مختلف اين كارخانه‌ها را برعهده داشته و يا به عنوان محقق و پژوهشگر به رفع مشكلات متالوژيكي اين بخشها بپردازند.

دكتر وقار استاد متالوژي دانشگاه تهران در همين زمينه مي‌گويد:

فارغ‌التحصيلان متالوژي استخراجي مي‌توانند جذب مراكزي شوند كه به فرآيند استخراج و توليد مواد اوليه فلزي (آهني و غيرآهني) از كانه‌هاي مربوط مي‌پردازند و فارغ‌التحصيلان متالوژي صنعتي نيز مي‌توانند در مراكزي كه با توليد قطعات فلزي سروكار دارند مانند صنايع ريخته‌گري، صنايع متالوژي پودر، صنايع خودروسازي و ابزارسازي مشغول به كار شوند.

مهندس متالوژي استخراجي مي‌تواند در صنايع نفت و پالايش و همچنين صنايع آهني و غيرآهني مانند ذوب آهن اصفهان ، مجتمع مس سرچشمه و آلومينيم اراك فعاليت بكند. مهندس متالوژي صنعتي نيز مي‌تواند در صنايع فولادسازي، صنايع دفاع، هواپيماسازي، كشتي‌سازي، تراكتورسازي، خودروسازي و ساخت قطعات مختلف وسايل خانگي از جمله يخچال ، كولر، ماشين لباسشويي، تلويزيون و ضبط صوت فعاليت نمايد.

وضعيت نياز کشور به اين رشته در حال حاضر

بعلت اينکه امروزه متالوژي در کليه صنايع نقش مهمي را ايفا مي کند نياز کشور به اين رشته و فارغ التحصيلان اين رشته نسبتاً زياد و فراوان است.

پيش بيني وضعيت آينده رشته در ايران

فارغ التحصيلان گرايش متالوژي استخراجي با شناخت روشهاي استخراج فلزات و بهره برداري از واحدهاي متالوژي استخراجي و بخشهاي وابسته مي توانند روشهاي مقرون به صرفه در اين زمينه را ارائه دهند و در گرايش متالوژي صنعتي مي توانند به دليل آشنايي با ساختمان . خواص فيزيکي و شيميائي ، فرآيند ساخت فلزات و درک ارتباط بين ساختار فلزات و آلياژها با خواص آنها، مي توانند امور مربوط به انتخاب، شناسايي و تهيه مواد فلزي را انجام دهند و به طراحي و ساخت قطعات فلزي نظارت داشته باشند و روشهاي توليد اين قطعات را گسترش داده و بهبود ببخشند .

فناوری جوش لیزری

                        

 در این روش از پرتو لیزر برای جوشکاری استفاده می شود. در جوشکاری لیزری چگالی انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است. از لیزرهای مختلفی میتوان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گازکربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود. به طور عمده ار دو نوع لیزر در جوشکاری و برش کاری استفاده می شود: لیزرهای جامد مثل Ruby  وND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 .

لیزر Ruby از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (یک نوع اکسید آلومینیوم که ذرات کروم در آن پخش شده اند) تشکیل شده است. دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده ودر یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد. در اطراف این کریستال گاز زنون (گزنون) قرار دارد کهلامپ فوق برای کار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانیه طراحی شده است. لامپ زنون با استفاده از یک خازن که حدود 1000 بار در ثانیه شارز و دشارژ شده فلاش میزند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر ای فلاشها قرار بگیرد اتمهای کروم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در این تحریک امواج نور از خود ساطع میکنندو با بازتابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها  اشعه لیزر شکل میگیرد. اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس بوسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد، انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد میکند که باعث ذوب شدن قطعه میشود.محدودیت لیزر Ruby پیوسته بودن اشعه آن است درحالیکه انرژی خروجی آن بیشتر از لیزرهای گاز مانند لیزر CO2  است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده میشود و از لیزر ND:YAG  بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود. از آنجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل میشوداین سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد. در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد، یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن با چند سری پرتاب اشعه ایکس است. در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب  و انجماد در چند ثانیه انجام میگیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد. بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب میباشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ار طرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود. از اشعه لیزر می توان در جوش دادن آلیاژها و سوپر آلیاژها با نقطه ذوب بالا وبرای جوش دادن فلزات غیر  همجنس استفاده کرد. به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده می شود. از این روش می توان در صنعت اتومبیل و مونتاژ قطعات، برای جوش دادن دررهای بلند استفاذه نمود.

ریخته گری

فرآيند ريخته‌گري با مدل از بين‌رونده در كشورهاي صنعتي به نام‌هاي Full mold casting، Expandable pattern casting (EPC)، Evaporative pattern castingEPC) وLost foam casting (LFC) در ايران به نام‌هاي فرآيند ريخته‌گري توپر، ريخته‌گري با مدل از بين‌رونده و يا ريخته‌گري با مدل تبخيرشونده شناخته شده است ]4[.

در اين روش مدل از جنس پلي‌استيرن منبسط شده (expanded polystyrene) EPS يا پلي متيل متاكريلات منبسط شده(expanded polymethyl methacrylate) EPMIMA ساخته مي شود ]5[. مدل فومي سپس توسط يك دوغاب حاوي مواد ديرگداز پوشش داده شده و خشك مي‌گردد و در درون يك جفت درجه توسط ماسه بدون چسب قالب‌گيري مي‌شود. براي افزايش استحكام خام معمولاً درجه را در حين پر كردن از ماسه تحت ارتعاش مكانيكي قرار مي‌دهند. مدل فومي به مجرد ورود مذاب شروع به تجزيه شدن كرده و مواد حاصل از تجزيه به درون ماسه بدون چسب نفوذ كرده و از محفظه قالب خارج مي‌شوند. در روش ريخته‌گري توپر سرعت پر شدن قالب، سرعت و نحوه انتقال حرارت درون محفظه به محيط اطراف، نحوه انجماد و احتمال ايجاد انواع عيوب ريختگي، به نحوه تجزيه فوم پليمري و خروج مواد حاصل از تجزيه بستگي دارد ]6[.

اگرچه تمام فلزات را مي‌توان از اين روش ريخته‌گري نمود اما از آن اكثراً براي ريخته‌گري آلياژهاي آلومينيوم و چدن استفاده مي‌گردد ]6[ و تقريباً تمامي مطالعات انجام شده نيز بر روي اين دو دسته از آلياژها صورت پذيرفته است.

مهم‌ترين مزاياي روش ريخته‌گري توپر در مقايسه با روش ريخته‌گري معمولي در ماسه را مي‌توان چنين خلاصه نمود ]4 و6 و 7[:

1) حذف سطح جدايش و قابليت توليد قطعات پيچيده (عدم نياز به خارج كردن مدل).

2) فرآيند قالب‌گيري بسيار ساده‌تر است.

3) كاهش اتلاف مواد اوليه و كاهش توليد مواد آلوده‌كننده محيط‌زيست: در اين روش به چسب نيازي نيست و تقريباً تمام ماسه مصرف شده به سهولت و بدون هيچ فرآيند اضافي قابل بازيابي است.

4) وجود پوشان بر سطح مدل فومي باعث افزايش دقت ابعادي، كاهش سرعت سرد شدن قطعه (و در نتيجه كاهش تاب برداشتن و ترك گرم) و افزايش قابل ملاحظه كيفيت سطحي مي‌گردد.

5) ساخت مدل فومي بسيار ساده، سريع و ارزان است. بنابراين در صورت نياز به توليد قطعاتي به صورت تك‌ريزي، كه مدل‌سازي معمولي براي آن‌ها توجيه اقتصادي ندارد، به آساني مي‌توان از اين روش استفاده نمود.

 

مدل فومي

پلي استيرن منبسط شده (EPS) ماده‌اي ترمو پلاستيك و مركب از 92% كربن و 8% هيدروژن است ]8[. اين ماده شامل يك عامل فرار و پف‌كننده هيدروكربني مانند پنتان (C₅H₁₂) است كه باعث مي‌شود ذرات پلي استيرن در اثر حرارت تا چگالي 15 كيلوگرم بر مترمكعب منبسط شود و با اين چگالي كم بتوانند علاوه بر حفظ صلبيت لازم، قالب‌هاي پيچيده را به راحتي پر نمايند.

تبديل ذرات جامد و متراكم EPS به مدل منبسط شده داراي دانسيته كم طي دو مرحله اصلي انجام مي‌شود: انبساط اوليه و قالب‌گيري. در خلال مرحله انبساط اوليه، دانه‌هاي EPS حرارت داده مي‌شوند و در نتيجه پلي استيرن ترموپلاست، نرم مي‌شود و مواد فرار موجود در دانه‌هاي پليمر تبخير شده و به تدريج در اثر افزايش درجه حرارت منبسط مي‌شوند. در اين مرحله چگالي حجمي دانه‌ها به اندازه موردنظر براي مدل نهائي مي‌رسد. سپس دانه‌هائي كه انبساط اوليه را گذرانده‌اند در داخل محفظه‌اي كه شكل نهائي مدل موردنظر را دارد وارد مي‌شوند، به طوري كه دانه‌هاي كروي تمامي زوايا و گوشه‌هاي محفظه را پر نمايند. در اثر حرارت (معمولاً ناشي از بخار آب)، دانه‌هاي كروي بيشتر منبسط شده و فضاي بين خود و همچنين گوشه‌ها را به طور كامل پر مي‌كنند. بخار آب ابتدا از يك قسمت قالب دميده شده و از منافذ سمت ديگر قالب خارج مي‌شود. سپس اين كار به طور معكوس انجام مي‌گيرد ]5[. در اثر حرارت ذرات پلاستيكي شده و به يكديگر جوش مي‌خورند و توده‌اي كفي شكل را تشكيل مي‌دهند كه تمامي محفظه قالب را پر نموده است. پس از آن مدل توسط دمش آب به ديواره‌هاي قالب يا اعمال خلاء به درون منافذ ديواره‌هاي قالب خنك شده تا فشار گاز داخل هر ذره كاهش يابد و ديواره آن سخت گردد و شكل نهائي مدل در اثر خروج از محفظه ثابت باقي بماند.

مدل‌هاي ساخته شده از EPS به مرور زمان منقبض مي‌شوند و كارخانه‌اي كه از مدل‌هاي از بين‌رونده استفاده مي‌كند بايد هنگام ساخت قالب مدل، به انقباض مدل نيز در كنار انقباض ناشي از انجماد توجه داشته باشد. مقدار و سرعت انقباض مدل‌هاي فومي به ابعاد و چگالي ذرات EPS مورد استفاده بستگي دارد. عمر دانه‌ها قبل از انبساط اوليه و قالب ‌گيري نيز ممكن است بر شدت و ميزان انقباض تأثير بگذارد ]8[. بيشتر انقباض در خلال 30 روز اول توليد مدل ايجاد مي‌گردد ]5[ و ميزان آن مي‌تواند در حدود 8/0% انقباض خطي باشد. مدل‌هاي EPMIMA داراي انقباض كمتري (25/0% انقباض خطي) هستند.

عوامل بسياري بر دقت ابعادي مدل فومي تأثير مي‌گذارد ]5[ كه از جمله آن مي‌توان به نوع پليمر مورد استفاده، مقدار و نوع مواد منبسط‌كننده، دماي بخار آب، زمان بخاردهي، سيكل سرد كردن قالب، زمان خارج كردن مدل از قالب، دماي مدل در حين خروج و زمان و دماي پايدارسازي اشاره نمود. LittLeton و همكارانش ]5[ براي انجام آزمايش‌هاي خود در اين مورد دو دستگاه براي اندازه‌گيري دقيق ابعاد فوم‌هاي توليد شده ابداع نموده‌اند.

مدل‌هاي فومي داراي چگالي‌هاي متفاوت، مقادير متفاوتي گاز در اثر تجزيه توليد مي‌كنند. هر چه چگالي مدل بيشتر باشد، حجم گاز حاصل از تجزيه فوم بيشتر خواهد بود. علاوه بر آن مدل‌هاي ساخته شده از EPMIMA گاز بيشتري نسبت به مدل‌هاي EPS در حين تجزيه توليد مي‌كنند ]9[. حجم گاز توليد شده سرعت خروج فرآورده‌هاي تجزيه از قالب و در نتيجه بر سرعت حركت مذاب در درون قالب تأثير زيادي دارد.

 

 

 

  

 

 

مهندسی مواد چیست؟

 

 مهندسين مواد دست اندر كار استخراج ، توسعه دادن ، عمل آوردن ، و امتحان كردن موادي هستند كه در توليدفراورده هاي گوناگون ، از چيپهاي كامپيوتري و صفحات تلوزيون گرفته تا چوب گلف به كار ميروند.آنها با فلزات ، سراميكها، مواد پلاستيكي ، نيمه هاديها ، و تركيباتي از مواد كه به آنها كامپوزيت (مواد مركب) گويند براي بوجود آوردن موادي كه داراي خصوصيات خاص مكانيكي ، الكتريكي و شيميائي باشند كار ميكنند. از جمله كارهاي آنها انتخاب مواد براي كاربردهاي جديد نيز ميباشد.

امروزه پيشرفتهاي جديدي در مهندسي مواد حاصل شده كه به مهندسين اين امكان را ميدهد تا مواد را به روشهاي گوناگوني به كار برند. بعنوان مثال ، مهندسين مواد با استفاده از فرايندهاي پيشرفته ، الكترونها ، نوترونها به توانائي توليد مواد در سطح اتمي دست يافته اند و نيز قادر به شبيه سازي خصوصيات مواد و اجزاي آنها توسط رايانه شده اند.

مهندسين مواد متخصص در فلزات را مهندسين فلزات و متخصص در سراميك را مهندسين سراميك گويند. اكثريت مهندسين فلزات(متالوژي) در يكي از سه شاخه اصلي يعني استخراج يا شيميائي ، فيزيكي و يا فرايند كار ميكنند.

متالوژيستهاي استخراج با جدا كردن فلزات ار سنگهاي معدني و پالايش وآلياژ سازي آنها براي بدست آوردن فلزات مفيد سر و كار دارند. متالوژيستهاي فيزيكي طبيعت ، ساختار و خصوصيات فيزيكي فلزات و آلياژهاي آنها را بررسي كرده و در روشهاي تبديل آنها به محصولات نهائي مورد استفاده قرارميدهند. متالوژيستهاي فرايند ، روشهاي فلزكاري مانند ريخته گري ، كوبيدن ، گرد كردن و شكل دهي را بوجود آورده و توسعه ميدهند. مهندسين سراميك مواد سراميكي را توليد كرده و روشهاي تبديل آنها را به فراورده هاي مفيد ايجاد ميكنند. سراميك به تمامي مواد غير آلي و غير فلزي كه عموما در روند تبديل نياز به حرارتهاي بالا دارند گفته مي شود .مهندسين سراميك بر روي موادي گوناگون از شيشه آلات گرفته تا قطعات اتومبيل و هواپيما ،‌ خطوط ارتباطي فيبر نوري ، كف پوش و عايقهاي الكتريكي كار مي كنند.

فرصتهاي شغلي

از آنجائيكه مواد ، واحدهاي سازنده تمامي توليدات مي باشند ، مهندسين مواد در طيف وسيعي از صنايع توليد كننده به كار مشغولند. درصد بالائي از اين مهندسين در صنايع مربوط به فلز ، قطعات الكترونيكي ، وسائل حمل و نقل تجهيزات صنعتي كارمي كنند.

چشم انداز شغلي

نياز به مهندسين مواد در كار توليد مواد جديد براي مواد الكترونيكي وپلاستيكي رو به افزايش است. در كشور آمريكا نياز به اين رشته در صنايع فلزي پايه و شيشه كاهش يافته است.

ميزان درآمد متوسط

درآمد ساليانه دررشته ها و صنايع مختلف متفاوت است. در ايالات متحده اين ميزان برابر 59100 دلار در سال مي باشد.

جوشکاری زیر آب

 

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.

شاید بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌‌پندارند چون ماهیت آن را از آتش می‌‌دانند. ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود. جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود: جوشکاری خشک و مرطوب. آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.

جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده است.

کوره تونلی

کورهٔ تونلی یا Tunnel Kiln یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. اولین کورهٔ تونلی در سال ۱۷۵۱ توسطی فردی به نام وینسنز ابداع شد  و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال، مواد دیرگداز و چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات متحرک و آتش ثابت است.

ساختار کورهٔ تونلی

کورهٔ تونلی یک تونل دراز و باریک است که کف آن ریل‌گذاری شده‌است و محصولات، با عبور از درون آن در معرض حرارت قرار می‌گیرند و پخته یا زینتر می‌شوند. محصولات برای عبور از کورهٔ تونلی می‌بایست بر روی واگن‌های مخصوصی چیده شوند. کورهٔ تونلی شامل سه مرحلهٔ پیش‌گرمایش، پخت و خنک‌کن می‌باشد. در ساده‌ترین نوع کورهٔ تونلی، مشعل‌های موجود در منطقهٔ پخت باعث گرم شدن هوای کوره می‌شود. این هوا با حرکت به سمت ورودی تونل (پیش‌گرمایش) آرام آرام حرارت خود را به واگن‌های این منطقه منتقل می‌کند و در نهایت از دودکش خارج می‌شود. از سوی دیگر هوای تازه از خروجی تونل وارد می‌شود و در مواجهه با واگن‌هایی که مرحلهٔ پخت را پشت سر گذاشته‌اند، آنها را آرام‌آرام خنک می‌کند و دمایش به تدریج افزایش می‌یابد تا به منطقهٔ پخت برسد و اکسیژن لازم برای احتراق مشعل‌های این منطقه را فراهم نماید. البته قسمتی از هوای گرم شده به بیرون از کوره هدایت می‌شود تا در خشک‌کن و بعضا برای تنظیم دمای هوای سالن تولید مورد استفاده قرار بگیرد. معمولا ۶۰درصد از طول کوره به منطقهٔ پخت، ۲۰درصد به منطقهٔ پیش‌گرمایش و ۲۰درصد به منطقهٔ خنک‌کن اختصاص دارد.

دمای مناطق مختلف کوره از طریق ترموکوبل و سیستم‌های کنترل اندازه‌گیری و تنظیم می‌شود. همچنین اتمسفر کوره نیز از نظر اکسیدی، احیایی یا خنثی بودن قابل کنترل است.

مزایای کورهٔ تونلی

استفاده از کورهٔ تونلی در مقایسه با سایر انواع کوره‌ها (کوره‌های سنتی، هوفمن و متناوب) دارای مزایایی است که برخی از آنها را می‌توان بدین شرح برشمرد:

1. کنترل مناسب‌تر دمای کوره و یکنواختی حرارت
2. افزایش کیفیت تولید
3. تشابه کیفی محصولات
4. افزایش سرعت تولید
5. کاهش نیروی انسانی
6. کاهش مصرف انرژی
7. کاهش آثار زیان‌بار زیست‌محیطی

کاربرد کورهٔ تونلی در صنایع آجر و سفال

کورهٔ تونلی یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌است که در صنایع آجر و سفال مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت‌های خام که قبلا از خشک‌کن تونلی عبور کرده‌ و بیشتر آب خود را از دست داده‌اند، وارد منطقهٔ پیش‌گرمایش می‌شوند و تا ۳۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌شوند. خشت‌ها سپس وارد منطقهٔ پخت می‌شوند و با توجه به نوع مواد اولیه، در دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند.

کوره هوفمن

کورهٔ هوفمن یا کورهٔ هوفمان (Hoffmann kiln) یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. این کوره در سال ۱۸۵۶ توسط فردی به همین نام ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال و مواد دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات ثابت و آتش متحرک است.

چگونگی پخت محصولات در کورهٔ هوفمن

کورهٔ هوفمن، تونل طویلی است که به شکل حلقه یا بیضی ساخته می‌شود و با استفاده از دیواره‌ها یا تیغه‌هایی به اتاقک‌هایی تقسیم می‌شود. اتاقک‌های کورهٔ هوفمن از کانال دریچه‌ها یا درهایی که در تیغه‌های جداکنندهٔ اتاق‌ها تعبیه شده‌است، با یکدیگر در ارتباط هستند. هر یک از اتاق‌ها نیز یک درب خروجی به بیرون دارند که برای بارگیری و تخلیهٔ کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این درها خمیره یا قمیره می‌گویند. اندازهٔ کورهٔ هوفمن با استفاده از این درها بیان می‌شود؛ مثلا یک کورهٔ ۳۲ قمیره‌ای، کوره‌ای است با ۳۲ درب که هر درب به یک اتاقک برای چیدن آجرها (یا سایر محصولات) مرتبط است. محل استقرار سوخت‌پاش‌ها نیز در سقف قرار دارد.

در کورهٔ هوفمن، محصولات قبل از آنکه مستقیما توسط آتش پخته شوند، با حرارت سایر اتاقک‌ها گرم می‌شوند که اصطلاحا پیش‌گرمایش نامیده می‌شود. این حرارت همراه با گاز خروجی اتاقک پخت و از طریق دریچه‌هایی که قبلا تعبیه شده‌است حرکت می‌کند و به اتاق‌های مجاور وارد می‌شود و محصولات موجود در آن‌ها را پیش‌گرم می‌کند. زمانی که در یک اتاق، عملیات پخت در جریان است، در اتاقک مقابل (دورترین اتاق)، عملیات تخلیه و بارگیری در جریان است. این کار با استفاده از دری که اتاقک به بیرون کوره دارد انجام می‌شود. ضمن بار گیری، هوای خنک نیز وارد کوره می‌شود که به وسیلهٔ آتش موجود در اتاقک پخت و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بین اتاق‌ها مکیده می‌شود. بنابراین هوا از اتاق‌هایی که عملیات پخت قبلا در آنها صورت گرفته‌است حرکت می‌کند و باعث خنک شدن محصولات پخته‌شده می‌شود. به این ترتیب در حلقهٔ کورهٔ هوفمن دو جریان هوا وجود دارد؛

هوایی که در نیم‌دایرهٔ اول، از اتاق پخت به سمت بیرون جریان دارد و اتاق‌های بعدی را پیش‌گرم می‌کند.

هوایی که در نیم‌دایرهٔ مقابل، از بیرون به سمت اتاقک پخت جریان دارد و اتاق‌های قبلی را خنک می‌کند.

با اتمام عملیات پخت در اتاق پخت، در اتاق روبرویی حلقهٔ هوفمن نیز عملیات بارگیری تمام می‌شود و درب آن به بیرون بسته می‌شود. در این مرحله، مشعل‌ها از سقف اتاق پخت به سقف اتاق بعدی منتقل می‌شوند و درب اتاق روبرویی این اتاق (اتاق پخت جدید) برای تخلیه و بارگیری گشوده خواهد شد.

 انواع کورهٔ هوفمان

کوره‌های هوفمان در چند مدل مختلف ساخته می‌شود:

• کورهٔ حلقوی
• کورهٔ زیگ‌زاگ (zig-zag)
• کورهٔ بوکس (Bocks)
• کورهٔ هاریزن (Harrizon)

اما معمولا به کورهٔ حلقوی، کورهٔ هوفمن اطلاق می‌شود.