Yüksek Fırın Nasıl Çalışır?

Giriş

Yüksek fırınlar çelik üretiminde önemli bir rol oynar ve demir cevherini yüksek sıcaklıkta indirgeme eritme işlemiyle demire dönüştürür. Bu makalede, bir yüksek fırının nasıl çalıştığına, parçalarına ve işlevselliğine ve diğer alanlardaki kullanımına daha yakından bakacağız.

Yüksek Fırın Nedir?

Temel olarak yüksek fırınlar, demir cevherini erimiş demire dönüştürmek için ısı ve kimyasal reaksiyonlar kullanan uzun, dikey şaftlardır. Esasen, yüksek basınç ve ısı altında çalışarak demir cevherini çelik üretiminin ana girdisi olan metale dönüştüren devasa bir çelik kutudur. "Patlatma" kelimesi aslında süreci devam ettirmek için fırına sürülen yüksek basınçlı havayı ifade eder. Temel Oksijen Fırını (BOF) esas olarak demir ve çelik üretiminde kullanılır ve kullanımı yüzyıllar boyunca gelişmiştir.

Yüksek Fırının Ana Bileşenleri

Demir Cevheri

Demir cevheri, genellikle hematit (Fe2O3) veya manyetit (Fe3O4) gibi oksitler olan yüksek fırındaki birincil demir beslemesidir. Bu cevherler yüksek demir içeriğine sahiptir, ancak metal kimyasal olarak oksijen ve diğer elementlerle birleşir. Demir cevheri kimyasal reaksiyonlarla demire dönüştürülür.

Kola

Kok kömürü, oksijen yokluğunda kömürün ısıtılmasıyla üretilen karbon yoğun bir maddedir.

Kireçtaşı

Fırında silika gibi demir cevherindeki yabancı maddelerin giderilmesine yardımcı olmak için kireçtaşı kullanılır. bu yabancı maddeler karıştırıldığında kireçtaşı fırından çıkan cüruf olarak adlandırılan bir yan ürüne dönüşür.

Demir üretimi için yüksek fırında formülasyon, bu malzemelerin belirli koşullar altında fırına şarj edilmesi anlamına gelir.

Yüksek Fırın Nasıl Çalışır?

Yüksek fırın demir cevheri, kok kömürü ve kireçtaşı ile doldurulur ve gider. Parça ve lifli malzemeler fırının üst kısmına alternatif olarak katmanlı bir şekilde yerleştirilir. Şimdi fırın yaklaşık 2000°C (3632°F) gibi çok yüksek bir sıcaklıkta çalışır. Fırına alttan sıcak hava üflenir, kok tutuşturulur ve cevheri ayrıştıracak kimyasal reaksiyonlar başlatılır.

Malzemeler fırının üstünden altına kadar çeşitli işlemlerden geçerek fırının dibinde sıvılaştırılmış demir üretir. Her aşamayı ayrıntılı olarak düşünmek yardımcı olur: ısıtma, kimyasal reaksiyonlar ve safsızlıkların ayrılması - yüksek fırının nasıl çalıştığını görebilirsiniz.

Fırında Havanın Rolü

Fırının altındaki bir tuyere veya özel bir nozül fırına hava enjekte eder. Üflenen hava, kokun yanmasını sağlamak için taze oksijen tedarikine katkıda bulunur ve reaksiyonun ürünleri olarak karbondioksit ve karbon monoksit ortaya çıkar. Bu CO çok önemlidir, çünkü demir elde etmek için demir cevheri ile reaksiyona giren indirgeyici bir maddedir.

Süper yüksek basınçlı hava, yüksek fırında kimyasal reaksiyonu kolaylaştıran uygun sıcaklığı korumak için gereklidir. Bu hava üflemesi olmadan kimyasal reaksiyonlar verimli bir şekilde gerçekleşmeyecek ve fırın erimiş demir üretemeyecektir.

Yüksek Fırın Reaksiyonları

Demir Cevherinin İndirgenmesi

Kok kömürü karbon monoksit (CO) üretir ve demir (III) oksit (Fe2O3) ile reaksiyona girer:

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

Bu reaksiyon demir cevherindeki oksijeni dışarı atarak saf demir (Fe) üretir ve bu da fırının dibine çöken sıvı demir haline gelir.

Cüruf Oluşumu

Kireçtaşı (CaCO3), demir cevherindeki silika (SiO2) gibi safsızlıklarla birleşerek cüruf oluşturur:

CaCO3→ CaO+3CO2

Kalsiyum oksit (CaO) daha sonra safsızlıklarla birleşerek erimiş demirin tepesine yükselen kalsiyum silikat (cüruf) oluşturur.

Bu reaksiyonlar, aşağıdakilerin temel taşıdır yüksek fırın reaksiyonları hammaddeleri kullanılabilir erimiş demire dönüştürür.

Erimiş Demir ve Cüruf

Reaksiyon sona erdiğinde, erimiş demir fırının dibine çöker ve cüruf üste çıkar. Hammadde olarak bilinen demir oksit fırının dibine düşer, burada erir ve erimiş demir özel bir valf aracılığıyla çekilir. "Cüruf" olarak bilinen saf olmayan malzeme fırından ayrı olarak çıkarılır.

Erimiş Demire Dokunmak

Fırının dibinde yeterli miktarda erimiş demir oluştuktan sonra, bir ağızdan bir kalıba veya kaba "dökülür". Pik demir olarak adlandırılan bu demir, ilave çelik üretimi için hammaddedir. Bu çelik üretim fırınında karbonu azaltılacak ve çelik yapımında kullanılacaktır. Yüksek fırınlarda üretilen demir kilit bir rol oynar.

Cürufa Ne Oluyor?

Yüksek fırından çıkan atık ürünler boşa gitmez. Sıklıkla inşaat işleri için geri dönüştürülür, kaldırımlarda kullanılır veya çimento için daha da ileri düzeyde işlenir. Cüruf, bazı durumlarda demir içeriğinin geri kazanılabilmesi için işlenebilir ve bu nedenle değerli bir yan üründür.

Sıcaklık ve Kontrol

Yüksek fırın çalışmasını optimize etmek için sıcaklığın dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Çok soğuk olursa reaksiyonlar verimli olmaz. Çok yüksekse fırın zarar görebilir. Sıcaklık Kontrolü Kok veya hava akış miktarı ayarlamaları. Bu faktörler daha sonra buna göre ayarlama yapmak ve yüksek fırının sorunsuz çalışmasını kontrol etmek için gelişmiş yüksek fırın kontrol sistemlerine yerleştirilmiştir.

Çelik Üretiminde Yüksek Fırının Rolü

Yüksek fırın, çelik üretim sürecinin önemli bir parçası olan büyük bir eritme fırınıdır. Ana işlevi demir cevherini çelik üretimi için sıcak metale dönüştürmektir. ÇELİK ÜRETİMİ.
Süreç, demir cevheri ve kok kömürünün yüksek fırının üst kısmından beslenmesi ve alt kısımdaki indirgeyici gazların yukarı doğru hareket etmesidir. Son olarak, demir oksit sıcak metale dönüştürülür.
Böylece, yüksek fırın pik demir üretir ve bu da ikinci adımda çeliğe dönüştürülür.

Modern İyileştirmeler

Yüksek fırınları enerji açısından daha verimli ve ekolojik açıdan daha sağlam bir seçenek haline getirmek için yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Yeni fırınlar sıcaklık, hava akışı ve malzeme girişini optimize etmek için sofistike kontrol mekanizmalarına sahiptir. Yüksek fırınlar karbon emisyonlarını azaltmak için sadece alternatif malzemelerle (örneğin biyokütle) çalışmakla kalmaz. Ancak aynı zamanda, karbon emisyonlarını azaltmak için en azından alternatif malzemelerle çalışacak şekilde tasarlanmaktadırlar. karbon emisyonlarını azaltmaktadır. Böylece sektörün sürdürülebilir uygulamalara geçişine yardımcı oluyor.

Sonuç

Yüksek fırın, çelik üretiminin ve diğer endüstrilerin temel bir bileşenidir. Bu nedenle yüksek fırın sürecini ve içinde neler olup bittiğini anlamak, endüstriyel üretimin ne kadar karmaşık olabileceğini anlamanızı sağlar. Yüksek fırının çalışma prensipleri yüzyıllar boyunca endüstrileri yönlendirmiştir ve günümüz imalatında hayati bir rol oynamaya devam etmektedir.