کوره آزمایشگاهی چیست و روش کار با آن چگونه است؟

کوره آزمایشگاهی (Laboratory Furnace) نوعی وسیله همرفتی (Convection) است که به دلیل وظایف گسترده و مهم خود ، یکی از بخش­ های ضروری در هر آزمایشگاه می­‌باشد و در صنایع تولیدی و علمی مورد استفاده قرار می‌­گیرد. از نام­ های دیگر آن می‌­توان به کوره مافل (muffle furnace) و کوره الکتریکی (electric furnace) اشاره کرد.

به طور کلی این وسیله از موادی با دمای بالا یا اصطلاحا نسوز نظیر آجر نسوز، سیمان نسوز، پنبه نسوز و فیبر آلومینا ساخته شده­ است تا در دماهای بالا دچار شکستگی نشوند و وظایف آن آنالیز ترکیبی و شیمیایی، گرم کردن بخش­های کوچک فولادی و گرمایش مداوم مواد بدون قرارگیری در معرض آلاینده و رطوبت می‌­باشد. اغلب، این دستگاه برای به ثمر رساندن یک فعالیت، به طور ماهانه و یا طولانی مدت تنظیم می‌­شود که پیکربندی، مشخصات کلی، ویژگی های کوره لوله، و کنترل جو از جمله عوامل مهمی هستند که باید در هنگام به­کار گیری کوره های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار ­گیرند.

کاربرد های کوره آزمایشگاهی

به مانند دیگر کوره­ ها، کوره آزمایشگاهی نیز از یک منبع حرارتی برای گرم کردن نمونه استفاده می­‌کند. انتقال حرارت همرفتی، فرآیندی است که برای گرم کردن کوره مورد استفاده قرار گرفته و با گرانش یا همرفت مکانیکی کار می‌­کند. در همرفت گرانشی، هوای گرم هوای سرد را جابجا کرده و آن را به سمت  منبع گرمایش هدایت می­‌کند تا زمانی که کل محفظه به دمای مطلوب برسد. این روش به ­دلیل توزیع یکنواخت ضعیف، در قیاس با همرفت مکانیکی گرمایش طولانی ­تر و اتلاف انرژی بیشتری دارد در صورتی که کوره ­های آزمایشگاهی همرفت مکانیکی به دلیل استفاده از دمنده ­ها و بافل ­ها، گرمایشی سریع­تر و بازده بیشتری را به ارمغان می­‌آورند.

انواع کوره های آزمایشگاهی

کوره های آزمایشگاهی را می­‌توان بر اساس کاربردهایشان، با دامنه گسترده­ای از ویژگی­ ها ساخت. از کاربردهای کلی کوره آزمایشگاهی می­‌توان به خشک کردن در جایی که رطوبت نیست، پخت بدون رطوبت زدایی و یا پخت در جایی که ممکن است نمونه از نظر شیمیایی یا فیزیکی تغییر کند، اشاره کرد. از انواع کوره آزمایشگاهی می توان به کوره الکتریکی، کوره دندانسازی و کوره طلاسازی آشاره کرد.

ابعاد کوره آزمایشگاهی معیار بسیار مهمی است زیرا حجم کوره باید با نمونه ­های مورد آزمایش، متناسب بوده و در حالت ایده آل با نمونه­ های دیگر نیز مطابقت داشته باشد. کوره­ های آزمایشگاهی بر اساس ابعادشان به 3 دسته تقسیم می‌­شوند که به ترتیب از بزرگ به کوچک عبارتند از؛ راهپیمایی، راهرو، نیمکت، کابینت، رومیزی.

اما مهم­ترین اصل در تعیین کاربرد یک کوره آزمایشگاهی، بیشینه دمای آن می‌­باشد که در ذیل به گروه بندی آن اشاره می­‌شود:

• کوره 1200 درجه (SiC) :

ویژگی ­ها : کوره 1200 درجه دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی، استحکام و طول عمر بالا، سطح هم دمایی وسیع و افزایش سرعت گرمایش در قیاس با دیگر مدل­ ها، مستقل به دلیل داشتن محفظه تعویض المنت.

کاربردها: خاکسترگیری مواد، داروسازی، صنعت.

• کوره 1500 درجه (SiC) : 

ویژگی­ ها: دارای ترموکوپلی از جنس پلاتین رادیوم با غلاف سرامیکی است. سرعت ذوب آن نسبتا بالا و حجم کوره کم است.

کاربردها: انواع فرآیندها نظیر: آلیاژسازی، ذوب و ریخته گری، گاز زدایی، عملیات حرارتی، پخت، تجزیه حرارتی، زینترینگ، چسب زدایی و…

بر اساس کاربرد و نحوه ساخت، چند نوع کوره آزمایشگاهی دیگر داریم که عبارتند از:

• کوره خاکسترساز ( Ashing Furnace )

برای اندازه گیری و تعیین تغییر وزن بوسیه یک ترازو، 1) قبل، 2) حین و 3) بعد سوختن نمونه­ای تک یا چندجزئی است که دارای یک المنت گرمادهنده در محفظ ه­ای جدا، برای خاکستر کردن مواد می‌­باشد.

کاربردها: خاکستر کردن برای آنالیز مواد غذایی، لاستیک و پلاستیک ­ها، چربی­ های حیوانی و پاکسازی مواد.

• کوره آزمایشگاهی دما بالا   (High temperature furnace)

این مدل برخلاف دیگر کوره­ ها قادر به ایجاد دماهایی بین 1400 تا 1800 درجه است که البته کوره بی صدا و کوره جعبه­ ای در زیرمجموعه کوره­ های دما بالا قرار می‌­گیرند. این کوره از دو طرف درون محفظ ه­ای گرماده قرار دارد تا به صورت گسترده و یکنواخت گرم شود.

کاربردها: ذوب شیشه­ ای، تست سرامیک در دماهای بالا، جوش و متالورژی پودر.

• کوره بی صدا (Silent furnace)

در این کوه مواد احتراقی از یکدیگر جدا شده سپس حرارت دهنده الکتریکی با دمای بالا به مواد حرارت می‌­رساند. این کوره مدل جعبه ­ای ( تک ناحیه یا چند ناحیه، افقی، عمودی و چرخشی) می‌­باشد که از کوپل­ های گرماده حول محوری استوانه ­ای تشکیل شده است و دمای آن بوسیله ترموکوپل کنترل می‌­شود. اغلب دارای لوله ­هایی با طول و پهنای زیاد اما کم عمق برای به کارگیری در فرآیند ساخت رول به رول می‌­باشد.

کاربردها: ایجاد روکش لعابی، جوش شیشه ­ای، برنجی کردن و محکم کردن مواد.

• کوره لوله ای (Tube Furnace):

  همانند کوره بی صدا، این کوره نیز از محوری استوانه­ ای و ترموکوپلی برای کنترل دما تشکیل شده است. دارای دو ناحیه گرم کننده تا دمای 1800 درجه است و گستره دمایی آن بسته به توان عملیاتی، الزامات جوی و خنک کنندگی و… متغیر خواهد بود.

  کاربردها: جاذبه سنجی، آنالیز کمی و عملیات حرارتی و رسوب.

• کوره مایکروویو ( Microwave Furnace )

  این مدل  با استفاده از انرژی امواج مایکروویو ، نمونه ها را از داخل گرم می­‌کند. حرارت دهی و رساندن ماده به دمای مطلوب، توسط انتقال یا تابش جسمی تیره از المنت­ های گرمادهنده صورت می­‌گیرد درنتیجه اغلب حین کنترل سیستم، احتراقی رخ نمی­‌دهد و همین امر سبب می­شود تا کنترل بیشتر بر هم دمایی باشد. درنتیجه گرمایش یکنواخت تر، بازده بیشتر و سریع تر خواهد بود .

  کاربردها: چگالش در دماهای پایین‌تر، گرمایش سریع در لایه‌های درونی، بهبود خصوصیات ریزساختاری، چسب گازها بدون ایجاد ترک.

نحوه کار با کوره آزمایشگاهی

ابتدا کوره را در جای مناسب که هوا به خوبی گردش می­‌کند و دست کم 5 سانتی متر بالا از سطح زمین قرار دهید.

دستگاه را روشن کرده و پس از چند لحظه وارد فضای برنامه دهی شده و علامت TMP نشان داده می‌­شود. با استفاده از کلیدهای A  و v  دمای موردنظر را تنظیم کرده و درنهایت SET را فشار می‌دهیم تا دما ذخیره شود سپس در بخش TIM زمان مورد نیاز بریا قرآیند را وارد کرده و مجدد SET را فشار می‌دهیم. در این حالت، دستگاه شروع به فعالیت می‌­کند. 

نکته :

•  اولین بار که دستگاه را روشن می‌­کنید دما را روی 200 درجه تنظیم کرده و پس از 30 ثانیه دما را به 300 درجه و پس از 20 دقیقه دما را 450 درجه را 15 دقیقه ثابت نگه دارید.- در فاصله­ های مختلف، هر از گاهی برای خروج دود و بخار، درب آن را بگشایید.
• این دستگاه گرمای بالایی تولید می کند پس نباید درب آن زیاد باز بماند، زیرا حرارت تولید شده داخل محفظه ی دستگاه به سرعت خارج می‌شود.
• هرچند برای بهره­ وری هرچه بیشتر با حداقل آسیب، بهتر است هر دستگاهی را با توجه به بروشور کارخانه سازنده آن راه انداخت اما نکات بالا نکات مشابهی برای تمامی کوره­ ها است که بهترین روش برای استفاده از آنها است.