1. Açık ocaklı fırının yapısı ve çalışma prensibi
Açık ocaklı fırının şekli düz çatılı bir evi andırıyor. Açık ocak refrakter tuğlalardan yapılmıştır ve ana yapısı fırın başlığı, fırın odası, yükselen kanal, ısı depolama odası, çökelti odası ve bacadan oluşur. Kullanılan refrakter malzemelerin farklı asitlik ve bazlıklarına göre açık ocaklı fırınlar alkali açık ocaklı fırınlar ve asidik açık ocaklı fırınlar olarak ikiye ayrılır. Yüksek fosfor içeriğine sahip pik demir ve büyük miktarda hurda çelik kullanılması nedeniyle, alkalin açık ocak fırınlarının çoğu şu anda kullanılmaktadır. Açık ocaklı fırın, fırının üst kısmı, fırın duvarı ve fırın tabanından oluşan dikdörtgen bir alandır. Açık ocaklı fırının boyutu, her fırında eritilebilecek çelik çıktısı cinsinden ifade edilir. Örneğin 300 tonluk açık ocaklı bir fırın, her bir fırının 300 ton çeliği eritebilmesi anlamına geliyor. Açık ocaklı çelik üretimi, yakıt olarak kömür gazı veya ağır yağ kullanır ve fırın kafası aracılığıyla fırına yakıt ve hava verir. Erimiş demirin fırına girmeden önce, fırının 1700 derece gibi yüksek bir sıcaklığa ulaşabilmesi ve çelik yapımı sırasında yakıt tasarrufu sağlayabilmesi için 1100 derece civarında bir sıcaklığa kadar ısıtılması gerekmektedir.
2. Açık ocakta çelik üretimi için hammaddeler
Açık ocaklı çelik üretiminin ana hammaddeleri hurda çelik ve pik demirdir (erimiş demir veya pik demir bloklar); pik demir, hammaddelerin yaklaşık %50-80'sini oluşturur ve geri kalanı hurda çeliktir.
3. Açık ocakta çelik üretim süreci
Açık ocaklı çelik üretiminin ana üretim süreçleri arasında yükleme, eritme, rafinasyon, deoksidasyon ve çelik dökümü yer alır. Fırına öncelikle hurda çelik, demir cevheri, kireçtaşı vb. yüklenir. Bu fırın malzemeleri, pik demirin erime noktasının (1100 derece) üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtıldığında, fırın içerisine erimiş demir dökülür. Bu aşamaya beslenme dönemi denir. Erimiş demir karıştırıldıktan sonra ısıtılmaya devam edilir ve karbon, manganez, silikon gibi elementler oksitlenir. Fırın malzemelerinin tamamı eritildikten sonra erime dönemine girer. Oksidasyon reaksiyonu yoluyla karbon, kükürt, fosfor, manganez, silikon vb. içeriği sürekli olarak azalır. Bu sırada, cüruf yapıcı madde olan kireç, istenmeyen yabancı maddeleri cürufa dönüştürebilir ve bunları yavaş yavaş ortadan kaldırarak çeliğin gerekli bileşime ulaşmasını sağlayabilir. Bu döneme rafinasyon dönemi denir. Son olarak, deoksidasyon için ferroalyajlar gibi deoksidanlar eklenir. Çelik gerekli bileşime ulaştığında çelikten çıkarılabilir. Bu, deoksidasyon dönemi olarak bilinen son aşamadır. Gerçek çelik üretim süreci sürekli olduğundan, değişen ve örtüşen aşamalardan oluşan yukarıdaki aşamalar mutlak değildir. Beslemenin başlangıcından itibaren fırın malzemesi zaten ısınmaya başlamıştır ve erime süresi boyunca oksitleyici yabancı maddelerin reaksiyonu da devam etmektedir. Ancak her aşamada odak noktası farklıdır. Örneğin, eritme aşaması hurda çeliğin eritilmesine odaklanırken, rafine etme aşaması safsızlıkların oksitlenmesine odaklanır. Bu nedenle çelik üretimini dört aşamaya ayırmak mantıklıdır. Açık ocak fırını sıradan çeliği ve yüksek kaliteli çeliği rafine edebilir. Dezavantajları uzun eritme süresi, büyük inşaat yatırımı, düşük yakıt ısıl verimi ve düşük üretim verimliliğidir. Örneğin 300 tonluk açık ocaklı bir fırında bir çelik fırınının işlenmesi yaklaşık 7 saat sürmektedir. Ancak Çin'deki mevcut durumda açık ocakta çelik üretimi, çeşitli çelik üretim yöntemleri arasında hala belirli bir yere sahip. İzabe kalitesini ve üretim verimliliğini artırmak amacıyla, açık ocaklı fırınlarda çeşitli oksijen üfleme işlemleri benimsenmiş ve önemli sonuçlar elde edilmiştir.
4. Açık ocaklı çelik üretiminin ana teknik ve ekonomik göstergeleri
(1) Dip kullanım katsayısı: Gece ve gündüz taban alanının metrekaresi başına düşen çelik üretimini ifade eder. Fırın tabanının kullanım katsayısı ne kadar yüksek olursa, bu açık ocaklı fırının emek verimliliği de o kadar yüksek olur. (2) Açık ocak fırın ömrü: Açık ocak fırın ömrü ve konvertör ömrü kavramı aynıdır; bu, çelik üretim fırınlarının yeni inşaattan hasara kadar olan ısılarını ifade eder ve açık ocak fırınının fırın ömrü olarak adlandırılır. (3) Yakıt tüketim oranı: Rafine edilen çelik tonu başına tüketilen yakıt miktarını ifade eder. Karşılaştırma amacıyla, kullanılan farklı yakıtlar nedeniyle, rafine edilmiş çelik tonu başına tüketilen ısı, çelik tonu başına kilokalori cinsinden hesaplanır.