Nyitott kandallós kemence ( nyitott kandalló ) - olvasztó kemence nyersvas és vashulladék kívánt kémiai összetételű és minőségű acéllá történő feldolgozására . A név Pierre Emile Martin francia mérnök és kohász nevéből származik , aki 1864-ben létrehozta az első ilyen típusú kemencét.
Pierre Martin új módszert javasolt az öntött acél előállítására regeneratív lángkemencékben. A K. W. Siemens német mérnök által 1856-ban kidolgozott égéstermékek hőregenerálásának elvét alkalmazva Marten nemcsak levegő, hanem gáz melegítésére is alkalmazta. Ennek köszönhetően sikerült az acél olvasztásához megfelelő hőmérsékletet elérni.
A vaskohászatban azonnal megindultak a Siemens kemencék alkalmazására irányuló kísérletek, de ezek az akkor már létező bélésanyagok elégtelen ellenállásán alapultak az acél példátlanul magas olvadási hőmérsékletével szemben, így ezeknek a kemencéknek a használatára korlátozódtak az acél olvasztására cementált vasból tégelyben. [1] Tiszta véletlenül a Marten Sirøy -i gyára közelében dinasztéglák gyártásához használt homok olyan szennyeződéseket tartalmazott, amelyek lehetővé tették a jobb szintereződést, és ez, mint később kiderült, kiváló tűzállóságot biztosított a fürdőben [2] .
Az első olvasztást Marten végezte üzemében 1864. április 8-án, miközben sem szénmentesítést, sem az öntöttvas szennyeződéseinek oxidációval történő eltávolítását nem végezték el. A ma kandallósnak nevezett módszer a 19. század utolsó negyedében terjedt el a kohászatban , a 20. század elején pedig a világ teljes acéltermelésének felét kandallókemencékben olvasztották [3] . Ezzel azonban maga Marten nem sokat keresett, hiszen más országokban szerzett szabadalmait részletesen megvizsgálva kiderült, hogy tulajdonképpen csak a salakképző adalékanyagokra vonatkozik a prioritás, amelyeket gyorsan újabbakra cseréltek, minden mást pedig vagy a Siemens fejlesztett ki, ill. már előttük is ismerték.mindkettő. [négy]
Az acélolvasztás nyitott kandallós módszerének elterjedését Európában elősegítette a nagy sínek iránti kereslet, valamint az acél- és vashulladék (beleértve a kopott síneket is) akár 30%-os hozzáadásának lehetősége a kandallós kemencék töltéséhez . Az eredeti berendezés európai sínek magas foszfortartalmának problémáját úgy oldották meg, hogy ferromangánt adtak a kemencébe . Így a kandalló és a Bessemer acél az 1860-as években gyakorlatilag felváltotta a tégelyes acélt a kerékabroncsok , rugók , tengelyek és sínek gyártásában [5] .
Oroszországban az első kandallós kemencét S. I. Maltsev építette 1866-1867-ben a Maltsevszkij gyárnegyed Ivano-Sergievsky vasgyárában . 1870. március 16-án a sormovoi üzemben elvégezték egy 2,5 tonnás kemence első olvasztását [6] . Az üzem alapítója, egy görög kereskedő, aki elfogadta az orosz állampolgárságot, Dmitrij Jegorovics Benardaki 1870-ben hozott magához egy fiatal mérnököt , Alekszandr Iznoskovot , aki megépítette a kemencét. 1998-ban a Sormovsky üzemben a kandallóval működő kemencék működése megszűnt. 2005 júniusában biztonsági kötelezettséget kötöttek az üzem és a Nyizsnyij Novgorod régió Kulturális Minisztériuma között a műhelyépületre, ahol az első orosz kandallós kemencét telepítették . 2012 májusában a gördülőműhely épületét lebontották, megsértve az Orosz Föderáció népeinek kulturális örökség tárgyairól (történelmi és kulturális emlékművekről) szóló szövetségi törvény [7] [8] követelményeit .
1879-ben John Yuz elindította az első kandallóval rendelkező kemencét a Juzovszkij-gyárban [9] .
A 20. század második fele óta a kandallós acél részaránya a teljes termelési volumenben minden nagyobb termelő országban csökken. Ebben az esetben oxigénátalakítókban és elektromos kemencékben olvasztott acéllal kell helyettesíteni. Így például az 1960 és 2005 közötti időszakban a Szovjetunióban (Oroszország) a kandallós acél részesedése a teljes termelési mennyiségben 85-ről 25%-ra csökkent; az USA-ban - 87% -ról nullára; Ukrajnában - 53-45%; Kínában - 25% -ról nullára; Németországban - 47%-ról nullára; Japánban 68%-ról nullára [10] . Az 1970-es évek óta nem építettek új kandallós kemencéket a világon [11] . A nyitott kandallós eljárást gyakorlatilag felváltotta a sokkal hatékonyabb oxigénátalakító módszer (a világtermelés kb. 63%-a), valamint az elektromos olvasztás (több mint 30%). A 2008-as eredmények szerint a nyitott kandallós gyártási módszer a világ acéltermelésének legfeljebb 2,2%-át teszi ki [11] . A 2008-as eredmények szerint a 2008-as eredmények szerint a világon a nyitott kandallóval történő acélolvasztás legnagyobb aránya [12] Ukrajnában volt megfigyelhető .
2018-ban bezárták Oroszország utolsó nagy kandallós kemencéjét [11] . Ezt követően ezt az acélgyártási módot csak Ukrajnában őrizték meg [13] .
1999 óta megkezdődött az alacsony intenzitású oxigénmentes robbantás alkalmazása a kandallós gyártásban. A „rejtett” fenékfúvás technológiája a kandalló falazatába beépített fúvóelemeken keresztül semleges gáz bejuttatásán , illetve a töltelékhez speciális tűzálló porok felhasználásán alapult. 6 éven keresztül 32 különböző kapacitású - 110-400 tonnás - kandallókemence került át ebbe a technológiába, ebből 26 hulladékeljárással dolgozott. A kandallóba a kemence kapacitásától függően 3-5 fúvóelem került beépítésre, elemenként 30-100 l/perc áramlási sebességgel. Ez a technológia jelentősen csökkentette a meleg és hideg állásidőt, beleértve a kandallójavításokat is; az olvadás időtartamának 10-20%-os csökkentése; 12-18%-kal növelni kell a kemencék tényleges óránkénti termelékenységét és az acélgyártást a műhelyben; csökkenti a szokásos üzemanyag, töltőanyagok és tűzálló kemence költségeit; 1,3-2-szeresére növelte a boltozat ellenállását és a kampány időtartamát a nagyjavítási időszakban .
A kemence tűzálló anyagainak összetételétől függően az acélolvasztás nyitott kandallós módszere lehet bázikus ( a tűzálló anyag összetételében a CaO és MgO dominál ) és savas (a tűzhely SiO 2 -ből áll ). A bélés kiválasztása az olvasztási folyamat során a salak várható összetételétől függ .
A működés alapelve éghető gáz és levegő forró keverékének befecskendezése egy alacsony boltíves mennyezetű kemencébe, visszaverve a hőt az olvadékra. A levegőt egy előmelegített regenerátoron (egy speciális kamrán, amelyben a csatornák tűzálló téglával vannak bélelve) átfújva melegítik. A regenerátort tisztított forró kemencegázok melegítik a kívánt hőmérsékletre. Váltakozó folyamat megy végbe: először a regenerátort kemencegázok fújásával, majd hideg levegő fújásával melegítik fel.
A nyitott kandallós módszer az olvasztáshoz használt töltet összetételétől is függ . Az acélolvasztás nyitott kandallós módszerének ilyen fajtái vannak:
Az acél kinyert kemencében történő előállítási folyamata öt-nyolc óráig tart ( nagysebességű acélgyártásnál 4,5-5,5 óráig), és szakaszokból áll [14] :
Ha szükséges, deoxidáció után ötvözőelemeket adnak be : ferrotitánt , ferrokrómot , magas szilíciumtartalmú ferroszilíciumot , tiszta nikkelt és másokat.
Az olvadás befejeztével az acélt az üstbe engedik.
Oxigént használnak a folyamat felgyorsítására és a termelékenység 15-25%-os növelésére. Az olvasztás során kétféleképpen kerül bevezetésre:
A kandallós kemence teljes szerkezete felső és alsó részre oszlik. A felső szerkezet a kemence kiszolgálására épült kandalló bolt platója felett helyezkedik el, az üzlet padlószintje felett 5-7 m magasságban. A felső szerkezet a kemence tényleges munkateréből és lefelé nyúló függőleges csatornákkal ellátott fejekből áll. Az alsó rész a munkaállvány alatt található, és salaktartályokból , fúvókákkal ellátott regeneráló kamrákból és borítószerkezetes sertésekből áll.
A nyitott kandallós kemence munkaterét felülről boltozat, alulról - kandalló (vagy "tűzhely") korlátozza. Az elülső falat kitöltő ablakokon nyílások láthatók , amelyeken keresztül szilárd töltet kerül a munkatérbe, és folyékony vasat öntenek (egy speciális csatolt csúszdán keresztül).
Általában a töltőablakokat speciális, bélelt burkolatokkal zárják le, amelyeken keresztül az acélgyártó figyeli az olvadás előrehaladását és a kemence állapotát.
A kemence összes eleme közül a munkaterület a legnehezebb körülmények között van - ez az acél olvadása. A szilárd töltet feltöltése során a tűzálló anyagok, amelyekből a munkatér készül, éles hő- és mechanikai ütéseknek vannak kitéve, az olvadás során pedig az olvadt fémek és a salak kémiai hatásának vannak kitéve; a munkaterület hőmérséklete maximális. A kemence munkaterének elemeinek ellenállása általában meghatározza a teljes kemence ellenállását, és ennek következtében a közbenső és nagyobb javítások időzítését.
A kandalló a nyitott kandallós kemence munkaterének alsó része. Az alja fölött olvadt fém. A kandallónak ellenállnia kell a fém és a salak tömegének, a töltés betöltésekor bekövetkező ütéseknek, az eróziós folyamatok hatásának az olvadt fémmel és a salakkal való kölcsönhatás során, a tűzálló anyagokban fellépő feszültségek hatásának gyakori és éles hőmérséklet-változásokkal.
A főtűzhely felső rétege általában magnezitporból (ritkábban dolomitból ) készül, amelyet az alapjául szolgáló magnezittéglára töltenek vagy hegesztenek.
A kandallós kemence hátsó és elülső falai (különösen az alsó részen) szinte ugyanolyan körülmények között működnek, mint a kandallóé, hiszen folyékony fémmel és salakkal is érintkeznek. A savas kandallós kemence hátsó és elülső fala dinasz téglából , a fő kandallós kemence magnezitből készült. A falazat magnezit részében tágulási hézagok vannak kialakítva, kartonnal, rétegelt lemezzel, fa távtartókkal kitöltve. Melegítéskor a tömítések kiégnek, a táguló tégla kitölti a hézagokat.
Annak ellenére, hogy a kandalló anyaga, valamint a hátsó és az elülső falak kémiai tulajdonságaiban megfelelnek a salak természetének (bázisos vagy savas), a salak kölcsönhatásba lép a tűzálló béléssel. A fürdő azon helyei, amelyek az olvadás során salakkal érintkeznek, az olvadék felszabadulását követően valamelyest sérültek (salakorródtak). Ha nem tesznek különleges intézkedéseket, akkor több melegítés után a kopás mértéke annyira megnőhet, hogy a kemence vészhelyzetbe kerül. Ennek elkerülésére minden olvasztást követően a kandallót javítják (a kemence tankolása): a savas tűzhely korrodált helyeire homokot dobnak, a főtűzhelyhez magnezit- vagy dolomitport használnak. Az üzemanyag-feltöltést a kandalló kemencefejei melletti végrészei is alávetik; lejtőknek nevezik. A tankolás speciális töltőgépekkel történik.
1958-ban Gennagyij Ivanovics Barisnyikov eredeti módszert javasolt a kandalló keményfedésére, hagyományos malommérleggel. Ennek eredményeként a kandalló hegesztési ideje 7 órára csökkent. Útközben megoldást találtak a kandalló tartósságának problémájára. Sok világhírű tudós, köztük a híres szovjet kohász , V. E. Grum-Grzhimailo , sikertelenül küzdött a probléma ellen, és a kohászati technikum végzettje megbirkózott vele. A finoman diszpergált, porig őrölt magnezitpor használata a szokásos por helyett nagy szilárdságú tűzhelyet hozott létre. Ezzel egyidejűleg a kandalló tankolási ideje (minden egyes futam utáni megelőző javítás) egy órára csökkent.
A kandallós kemence teteje gyakorlatilag nem érintkezik salakkal, így az eljárás típusától függetlenül elkészíthető savas és bázikus tűzálló anyagokból. A boltívek dinas vagy hőálló magnezit -kromit téglából készülnek.
A munkaterület a végektől a fejekkel végződik. A fej kialakításának megfelelő kiválasztása elengedhetetlen a sütő jó teljesítményéhez. A levegő és az üzemanyag a fejeken keresztül kerül a kemencébe. A fáklya alakja és számos egyéb jellemzője attól függ, hogy a levegőt és az üzemanyagot milyen sebességgel vezetik be a munkatérbe, és milyen jól keverednek az üzemanyag- és levegősugarak, és a kemence teljes működése a fáklyától függ.
A fejeknek biztosítaniuk kell:
Az első és a harmadik követelmény teljesítéséhez a kiömlőnyílások keresztmetszete kicsi legyen (hogy a levegő és az üzemanyag befecskendezési sebessége maximális legyen); a második követelmény teljesítéséhez a keresztmetszetnek ezzel szemben maximálisnak kell lennie. A fejeknek ez a kettős szerepe (egyrészt levegő és tüzelőanyag kemencébe juttatását, másrészt égéstermékek eltávolítását szolgálják) igen nehéz feladat elé állítja a tervezőket a kemencék tervezésekor.
A kemence munkateréből kilépő füstgázok áthaladnak a fejen, és függőleges csatornákon keresztül jutnak be a salakgödrökbe. Az olvasztási por 50-75%-a a salakban ülepedik, a durva por pedig leüleped, a finomabb frakciók nagyrészt a csőbe kerülnek (a por 10-25%-a a regenerátorok fúvókáiban ülepedik). A füstgázok mozgása során a bennük lévő olvadó por reakcióba lép a falazóanyagokkal. Ezt a körülményt figyelembe kell venni a függőleges csatornák és salakgödrök fektetéséhez szükséges anyagok kiválasztásakor.
Szinte minden por bázikus oxid (beleértve a vas-oxidok 60-80%-át is). Ha a függőleges csatornákat és salakgödröket szilikatéglával bélelik, akkor a port alkotó bázikus oxidok erőteljes kölcsönhatásba lépnek a savas bélésanyaggal, és alacsony olvadáspontú vas-szilikátokat képeznek. A bélés ellenállása nem megfelelő, ráadásul a salakban leülepedő por sűrű monolitot képez, amelyet a javítás során nagyon nehéz eltávolítani.
Ebben a tekintetben a hőálló magnezit-kromit téglákat gyakran használják függőleges csatornák és salakgödrök fektetésére. Ebben az esetben a bélés kölcsönhatása az olvadó porral nem befolyásolja annyira a bélésanyagot, és a salakban leülepedett por lazább tömeg. A bennük leülepedett por (salak) tömegéből azonban a salak tisztítása is nagyon időigényes művelet, ennek megvalósításához speciális berendezéseket használnak.
A salaktartályoknak tartalmazniuk kell a kemencéből kirepülő összes olvadó port. A kandallós kemence munkateréből kilépő gázok 2-4,5 g/m³ port tartalmaznak, a fürdő oxigénnel történő átöblítésekor a por mennyisége közel tízszeresére nő.
A salakgödrökből 1500-1600 °C hőmérsékletű kipufogógázok jutnak a regenerátor fúvókáiba. A regenerátor tömítésének térfogata és fűtésének felülete, vagyis a töltőtégla mozgógázokkal mosott felülete összefügg. Ezeket az értékeket egy speciális hőtechnikai számítás határozza meg, a kemence működésének fő mutatói tőlük függenek - a termelékenység és az üzemanyag-fogyasztás. A regenerátoroknak állandóan magas hőmérsékletet kell biztosítaniuk a gáz és a levegő fűtéséhez. A fúvókák felső sorai nehezebb körülmények között működnek, mivel a regenerátornak ezen a részén a legmagasabb a hőmérséklet és a porlerakódás, ezért a fúvókák felső sorai hőálló magnezit-kromit vagy forszterit téglákból készülnek. A fúvókák alsó sorai 1000-1200 ° C (vagy annál alacsonyabb) hőmérsékleten működnek, olcsóbb és tartósabb tűzálló téglákból készülnek.
A nyitott kandallós kemence egy megfordítható egység, amelyben a gázok mozgásának iránya a kemencerendszeren keresztül időszakosan változik. Ehhez a disznókban, valamint a gáz- és légvezetékekben tolózárak , szelepek, fojtószelepek , tolózárak rendszerét telepítik, amelyet a "váltószelepek" közös név egyesít. A modern nyitott kandallós kemencékben a "szelep-visszafordítás" működése automatizált.
A disznókból a füstgázok a kéménybe jutnak . A cső magasságát úgy kell kiszámítani, hogy az általa létrehozott tolóerő (vákuum) elegendő legyen a füstgázok mozgásával szembeni ellenállás leküzdésére.
A kémény bonyolult és drága szerkezet. A modern, nagy kandallós kemencék kéményeinek magassága meghaladja a 100 métert, a kémények általában vörös téglából épültek, belső burkolata tűzkőtégla.
Így a következő tűzálló anyagokat széles körben használják a modern kandallós kemencék tervezésében: magnezit, magnezit-kromit, forszterit, dinasz és tűzálló agyag. Egy 500 tonnás kemence tűzálló téglafalának térfogata körülbelül 3750 m³. A kemence számos eleme fémből készül, ezek egy része (kitöltő ablakok keretei és redőnyei, a munkatér tetejét tartó gerendák, bukószelepek stb.) forró gázokkal érintkezik, és folyamatos hűtést igényel.
A kemence ezen elemeinek hűtéséhez szükséges vízfogyasztás nagyon jelentős. A modern nagy kandallós kemencék óránként több mint 400 m³ vizet igényelnek a hűtéshez, a kemencébe bevezetett teljes hőmennyiség 15-25%-a a hűtővízzel elvész. A vízfogyasztás a keménységétől függ. Minél magasabb a megengedett vízmelegítési hőmérséklet, annál kisebb a víz keménysége . A hűtővizet általában 20-25 °C-kal szabad felmelegíteni, ami megegyezik azzal, hogy 1 liter víz 85-105 kJ-t visz el.
A vízfogyasztás csökkentése érdekében számos kemenceelem vízhűtését párolgásos hűtés váltja fel. Ha nem műszaki, hanem kémiailag tisztított vizet használ, akkor a csapadéktól ( vízkőtől ) való félelem nélkül felmelegítheti 100 °C-ra és magasabbra. Ugyanakkor a lehűtött elemből nemcsak a víz forrásig melegítésére fordított hőt távolítják el, hanem a párolgási hőt is (2,26 MJ / kg), azaz 1 liter víz nem 85-105 kJ, de 2, 58-2,6 MJ. Így a vízfogyasztás közel 30-szorosára csökkenthető, ráadásul a nagy kemencéknél némi gőz keletkezik (akár 10 t / h), amely felhasználható.
Létezik a kemencék úgynevezett "forró" hűtése is. A meleghűtési rendszer technológiailag kevéssé különbözik a szokásos technológiai vízzel történő hűtési módtól. A kemence összes hűtött eleme változatlan marad, de a szokásos, 15–30 °C hőmérsékletű ipari víz helyett kémiailag tisztított fűtővizet vezetnek át rajtuk a keringtető fűtőhálózatból 50–80 °C hőmérsékleten, amely a kemence lehűtött elemein áthaladva és azokban 20-30 °C-ra felmelegítve visszakerül a fűtési hálózatba, ahol a kapott hőt a fogyasztónak adja át.
Két tipikus kompozíciónál [15] :
Anyagmérleg 1Mivel a kályhás olvasztás négy periódusból áll, amelyeket saját hőtechnikai és technológiai feladataik jellemeznek, ezért mindegyik megfelelő követelményeket támaszt a folyamatautomatizálással szemben. A megfelelő olvasztási paraméterek és szabályozási műveletek biztosításához szükséges főbb feladatok a következők:
A nyitott kandallós kemencék alábbi jellemzőit különböztetjük meg automatizálási szempontból más olvasztókemencékhez képest [16] :
2009 augusztusában a következő orosz kohászati vállalatoknál működtek kandallóval működő kemencék: [11]
2018. március 23-án bezárták Oroszország utolsó nagy kandallós kemencéjét a Vyksa Kohászati Üzemben. [23] 2021 augusztusától azonban a szentpétervári Petrostal Kohászati Üzemben továbbra is működött a kályhás termelés [24] , és a Kohászati Világszövetség becslései szerint 2020-ban az acél 2%-a Oroszországban nyitott kandallós módszerrel állították elő [25] .
Vaskohászat | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Általános fogalmak Fekete fémek Ötvözet Vas- és Acélművek Kohászati komplexum A vas előállításának és felhasználásának története | ||||||||||||
Alapfolyamatok _ |
| |||||||||||
Fő egységek |
| |||||||||||
Főbb termékek és anyagok |
|
Kemencék | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fűtés | |||||||||||
Fűtés és főzés | |||||||||||
konyha | |||||||||||
Ipari |
|