Yüksek fırın tasarım

Fırın Tasarımlarının Çeşitleri

Fırın tasarımı, demir üreten bir tesisin kalbi olarak kabul edilir. Yüzyıllardır insanların demir ve döküm demir üretmesine yardımcı olmuştur. Tarihsel olarak, fırınlar, demir üretmek için su çarkları veya ateşlerle ısıtılan dikey çukurlar veya toprak yığınlarıydı. Demir cevheri için modern fırınlar, kalın bir refrakter tuğla yatağına yerleştirilmiş çelik plakalardan yapılmış büyük dikey kaplardır.

Fırının karmaşıklığı, çoklu üretim seviyelerinde ve 100 metreyi aşan yüksekliğe ve 30 metreye varan çapa sahip devasa boyutunda yatmaktadır. Modern bir fırın, sadece tek bir bina değil, devasa bir endüstriyel fabrika gibi görünmektedir.

ABD Jeolojik Araştırma Kurumu'nun DS 781 raporuna göre, fırın hala küresel üretimde önemli bir rol oynamaktadır. 2008 yılında dünya çapında yaklaşık 1,2 milyar metrik ton demir üretilmiştir. Çin, bu üretimin ezici bir çoğunluğunu, toplam demir üretiminin yaklaşık %94'ünü oluşturmaktadır.

Fırın, sürekli olarak karbonlu malzeme, demir cevheri ve demir içeren ham maddeleri yukarıdan besleyerek çalışır. Aynı zamanda, erimiş demir ve cüruf ile gazlar alttan boşaltılır. Fırın, metali içerdiği kayadan ayıran büyük bir kimyasal reaktör gibi çalışır.

Çoğu modern fırın şu özellikleri taşır:

• Fırın gövdesi, alt kısma doğru genişler.
• Ağır döküm demir veya çelik plakalar fırın astarını oluşturur.
• 'Pervaneler', fırının soğuk kalmasına yardımcı olan büyük bakır parçalarıdır.
• Üstte çalışma zili ve altta başlık ile kaplar bulunur.
• Fırına bağlı gaz temizleme tesisi ve şaft sobası bulunur.
• Fırının içinde, erimiş demir ve cürufun çıkmasına izin veren musluk deliği kil tıpası bulunur.

Bazı fırınlar, çevre için daha iyi olan biyokütle veya işlenmiş doğal gaz gibi kokstan farklı alternatifler kullanmaktadır. Diğerleri, genellikle havaya giden ve gezegenin ısınmasını önleyebilecek karbondioksiti yakalamak için sistemlere sahiptir. Fırının soğuk kalmasına yardımcı olan pervaneler, daha iyi bakır ve çelik malzemeler kullanarak, fırının daha uzun süre dayanmasını sağlar.

Fırın Tasarımının Özellikleri ve Bakımı

• Yükseklik

  Modern fırınlar genellikle 30 metreden (98 fit) daha uzundur ve çelik ve tuğladan oluşan yansıtıcı dikey astarla inşa edilir.

• Kapasite

  Günümüz fırınları, devasa miktarlarda erimiş demir üretebilir. Genellikle 3.000 metreküp kapasiteli bir fırın, günde 8.500 tona kadar demir üretebilir.

• Basınç

  Fırın içindeki basınç nispeten düşüktür, genellikle fırının özel işlevine göre 0,1 ile 0,5 bar (yaklaşık 1,5 ile 7,2 psi) arasında değişir.

• Sıcaklık

  Fırın içindeki sıcaklık, katmandan katmana büyük ölçüde değişir. Alt kısımdaki sıcaklık 1.500 ila 1.600 santigrat derece (2.730 ila 2.910 °F) kadar yüksek olabilir.

• Fırın gazları

  Her zaman, günde 7 milyon metreküpe (yaklaşık 247,1 milyon kübik fit) kadar fırın gazı üretilir. Bu gazlar çoğunlukla karbondioksit (%60 civarı), karbon monoksit (%20 civarı), hidrojen (%10 civarı) ve oksijen (%0,5 civarı) içerir.

Bakım

Uygun bakım ve onarımla, doğru tasarlanmış bir fırın 15-20 yıl veya bazı durumlarda 30 yıla kadar hizmet verebilir. Fırının kullanım ömrünü belirleyen önemli bir faktör, astarı için kullanılan refrakter malzemelerdir. Fırın içinde oluşan yüksek sıcaklığa, basınca ve kimyasal reaksiyonlara dayanmaları gerekir.

• Rutin muayene

  Olası kusurları veya hasarları erken aşamada tespit etmek ve bunları gidermek için uygun önlemleri almak için fırına düzenli olarak kontrol yapmak gerekir. Bu, fırının durumunun kötüleşmesini ve güvenlik tehlikelerine neden olmasını etkili bir şekilde önleyebilir.

• Fırın astarının bakımı

  Fırın astarının bakımı, bir fırının dayanıklılığı için büyük önem taşır. Fabrika sahipleri veya karar vericiler, fırın astarının kullanım ömrü üzerinde önemli etkileri olabilecek fırın astarı türü ve bağlayıcı malzemeler hakkında akılcı seçimler yapabilirler.

• Ham maddelerin kalite kontrolü

  Ham maddelerin kalitesi, bir fırının işleyişi ve bakımı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Örneğin, fırında kullanılan kömürün, kararlı ve verimli bir yanma sağlamak için titizlikle seçilip işlenmesi gerekir. Ayrıca, demir cevheri ve cürufa çok fazla nem dahil edilmesi, fırının iş yükünü ve basıncını önemli ölçüde artıracak ve dolayısıyla aşınma ve yıpranmasını hızlandıracaktır. Bu nedenle, son ürünlerin kalitesini ve fırının kullanım ömrünü sağlamak için ham maddelerin kalitesi üzerinde sıkı bir kontrol uygulamak esastır.

Senaryolar

Fırın, demir üretim sürecinin en önemli parçasıdır ve varlığı özellikle çelik endüstrisinde hissedilir. Çok az veya hiç duruş süresi olmadan büyük miktarda demir ve çelik üretmeyi hedefleyen endüstriler için, sürekli bir son ürün tedarikini sağlamak için bir fırın gereklidir.

Otomotiv, inşaat, askeri savunma, gemi yapımı ve makine gibi güçlü endüstrileri olan ülkeler, demir ve çeliğe sürekli olarak talep göstermektedir. Bunlar, fırın kullanan ana sektörleri içerir:

• Çelik Fabrikaları: Çelik fabrikaları, fırınların birincil kullanıcılarıdır. Demir cevheri, kok ve kireç taşından döküm demir üretmek için fırınları kullanırlar. Döküm demir daha sonra çelik üretimi için elektrik ark fırınlarında veya konvertörlerde işlenir. Fırınlar, demir üretimi ve çelik yapımını birleştiren entegre çelik fabrikalarının temel bir bileşenidir.
• Dökümhaneler: Metal dökümhaneleri de demir üretim süreçlerinin bir parçası olarak fırınları kullanır. Dökümhaneler, kalıplar, çekirdekler ve döküm ürünler yapmak için kullanılan temel bir malzeme olan döküm demir üretmek için öncelikle fırınlara güvenirler. Fırınlarda üretilen döküm demir, otomotiv motor blokları, borular, vanalar ve endüstriyel bileşenler dahil olmak üzere çeşitli dökümhane ürünleri üretmek için kullanılır.
• Demir ve Çelik Üretimi: Demir ve çelik üretim şirketleri, ana ürünleri olarak demir ve çelik üretmek için doğrudan fırınları işletmektedir. Bu endüstriler genellikle fırınlar, konvertörler ve diğer çelik üretim ekipmanlarını içeren büyük ölçekli entegre tesislere sahiptir. Üretilen demir ve çelik daha sonra inşaat, otomotiv, makine ve diğer uygulamalar için çeşitli sektörlere ve endüstriyel sektörlere tedarik edilir.
• Kok Fabrikaları: Kok fabrikalarının birincil amacı, kömürden koklaştırma adı verilen bir işlemle kok üretmek olsa da, fırın işlemleriyle yakından bağlantılıdırlar. Kok, demir üretim süreci için fırınlarda önemli bir yakıt ve indirgeyici madde görevi görür. Kok fabrikaları, fırınlar için sürekli bir kok tedarikini sağlamak için genellikle fırınları bulunan entegre çelik fabrikalarının yakınında yer alır.

Fırın Tasarımları Nasıl Seçilir

• İhtiyaç Değerlendirmesi:

  Fırının amacını, konumunu ve kapasitesini belirlemek, seçenekleri keşfetmek için çok önemlidir. Bu, işlenecek demir cevheri gibi birincil malzemeleri ve son ürünler için herhangi bir özel kalite gereksinimlerini belirlemeyi içerir. İhtiyaç değerlendirmesi ayrıca fırının kapasitesini ve boyutlarını da kapsar.

• Modernizasyon ve Verimlilik:

  Fırın teknolojisi sürekli gelişiyor. Üst basınçlı turbo üfleme dahil olmak üzere daha etkili yöntemler uygulanmaktadır. Bu yöntem, fırının üst kısmındaki gazın yarattığı basıncı kullanarak fırının verimliliğini artırır.

• Maliyet:

  Bir fırının inşa edilmesi veya yenilenmesi maliyeti, boyutu, konumu, teknolojik özellikleri ve malzeme maliyetleri dahil olmak üzere çeşitli değişkenlerden etkilenir. Fırının daha uzağa taşınması ve sahada monte edilmesi gerekiyorsa, ulaşım ve montaj masrafı artacaktır. İşlemi desteklemek için gerekli olan güç tesisleri de ek altyapı masrafları gerektirebilir.

• Tedarik Zinciri Bağlantıları:

  Fırının çalışması için gerekli olan demir cevheri ve kok gibi ham maddelerin sürekli tedarikini sağlamak da fırın tasarımını etkiler. Kaliteli kömür kaynaklarına yakınlık, ham madde seçiminde bir değişiklik bekleniyor ise doğrudan indirgeme tesislerine veya alternatif tedarik zincirlerine yatırım gerektirebilir.

S&C

S1: Bir fırının üç ana bölümü nelerdir?

C1: Bir fırının üç ana bölümü, şarj sistemi, fırın gövdesi ve boşaltma sistemidir. Şarj sistemi, malzemelerin fırına girmesini sağlar. Fırın gövdesi, erimiş demir üretmek için kimyasal reaksiyonların meydana geldiği en yüksek kısımdır. Boşaltma sistemi, erimiş demir ve cürufun çıkarıldığı yerdir.

S2: Bir fırının ana bileşenleri nelerdir?

C2: Bir fırının ana bileşenleri şunlardır: Tüpler - fırına sıcak hava üfleyen borular. Ocak - erimiş demirin toplandığı alt kısım. Bosh - kesik koni bölgesini takip eden geniş kısım. Kolonlar - bosh ve ocağı ayıran dikey duvarlar. Üst kısım - reaksiyona girmemiş malzemelerin bulunduğu yer. Chong - gazların çıktığı tüpün üzerindeki dar kısım.

S3: Fırın bugün hala kullanılıyor mu?

C3: Evet, fırın bugün hala demir cevherinden demir üretmek için kullanılıyor.