1. Aufbau und Funktionsprinzip eines offenen Herdofens
Die Form des offenen Herdofens ähnelt einem Haus mit flachem Dach. Der offene Herd besteht aus feuerfesten Steinen und seine Hauptstruktur umfasst den Ofenkopf, die Ofenkammer, den aufsteigenden Kanal, die Wärmespeicherkammer, die Sedimentkammer und den Rauchabzug. Entsprechend der unterschiedlichen Säure und Alkalität der verwendeten feuerfesten Materialien werden offene Herdöfen in alkalische offene Herdöfen und saure offene Herdöfen unterteilt. Aufgrund der Verwendung von Roheisen mit hohem Phosphorgehalt und einem großen Anteil an Stahlschrott werden derzeit überwiegend alkalische Herdöfen eingesetzt. Der offene Herdofen ist ein rechteckiger Raum, der aus der Ofenoberseite, der Ofenwand und dem Ofenboden besteht. Die Größe eines offenen Herdofens wird anhand der Stahlproduktion ausgedrückt, die in jedem Ofen geschmolzen werden kann. Beispielsweise bedeutet ein 300-Tonnen-Ofen mit offenem Herd, dass jeder Ofen 300 Tonnen Stahl schmelzen kann. Bei der offenen Stahlherstellung werden Kohlengas oder Schweröl als Brennstoff verwendet und über den Ofenkopf Brennstoff und Luft in den Ofen eingeführt. Bevor das geschmolzene Eisen in den Ofen gelangt, muss es auf eine Temperatur von etwa 1100 Grad erhitzt werden, um sicherzustellen, dass der Ofen eine hohe Temperatur von 1700 Grad erreichen und bei der Stahlherstellung Brennstoff gespart werden kann.
2. Rohstoffe für die Stahlerzeugung am offenen Herd
Die wichtigsten Rohstoffe für die Stahlerzeugung am offenen Herd sind Stahlschrott und Roheisen (geschmolzenes Eisen oder Roheisenblöcke), wobei Roheisen etwa 50-80 % der Rohstoffe ausmacht und der Rest Stahlschrott ist.
3. Prozess der Stahlherstellung am offenen Herd
Zu den Hauptproduktionsprozessen der Stahlherstellung am offenen Herd gehören das Laden, Schmelzen, Raffinieren, Desoxidieren und Stahlabstich. Zunächst werden Stahlschrott, Eisenerz, Kalkstein usw. in den Ofen geladen. Wenn diese Ofenmaterialien auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt von Roheisen (1100 Grad) erhitzt werden, wird geschmolzenes Eisen in den Ofen gegossen. Diese Phase wird als Fütterungsperiode bezeichnet. Nachdem das geschmolzene Eisen gemischt wurde, wird es weiter erhitzt und Elemente wie Kohlenstoff, Mangan und Silizium werden oxidiert. Nachdem alle Ofenmaterialien geschmolzen sind, beginnt die Schmelzphase. Durch die Oxidationsreaktion nimmt der Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Mangan, Silizium usw. kontinuierlich ab. Zu diesem Zeitpunkt kann der Schlackenbildner Kalk unerwünschte Verunreinigungen in Schlacke umwandeln und diese nach und nach beseitigen, sodass der Stahl die erforderliche Zusammensetzung erreicht. Dieser Zeitraum wird als Veredelungszeitraum bezeichnet. Abschließend werden Desoxidationsmittel wie Ferrolegierungen zur Desoxidation zugesetzt. Sobald der Stahl die erforderliche Zusammensetzung erreicht hat, kann er aus dem Stahl entfernt werden. Dies ist die letzte Phase, die sogenannte Desoxidationsphase. Die oben genannten Stufen sind nicht absolut, da der eigentliche Stahlherstellungsprozess kontinuierlich ist und abwechselnde und überlappende Stufen aufweist. Mit Beginn der Beschickung hat das Ofenmaterial bereits mit der Erwärmung begonnen und auch die Reaktion oxidierender Verunreinigungen während der Schmelzperiode ist im Gange. Aber in jeder Phase liegt der Fokus anders. Beispielsweise konzentriert sich die Schmelzphase auf das Schmelzen von Stahlschrott, während sich die Raffinierungsphase auf die Oxidation von Verunreinigungen konzentriert. Daher ist es sinnvoll, die Stahlerzeugung in vier Phasen zu unterteilen. Offener Herdofen kann gewöhnlichen Stahl und hochwertigen Stahl veredeln. Seine Nachteile sind lange Schmelzzeiten, hohe Bauinvestitionen, ein geringer thermischer Wirkungsgrad des Brennstoffs und eine geringe Produktionseffizienz. Beispielsweise dauert die Verarbeitung eines Stahlofens in einem 300-Tonnen-Offenherdofen etwa 7 Stunden. In der aktuellen Situation in China nimmt die Stahlerzeugung am offenen Herd jedoch immer noch eine gewisse Stellung unter den verschiedenen Stahlherstellungsmethoden ein. Um die Qualität des Schmelzens und die Produktionseffizienz zu verbessern, wurden verschiedene Sauerstoffblasverfahren in Offenherdöfen eingesetzt, mit erheblichen Ergebnissen.
4. Wichtigste technische und wirtschaftliche Indikatoren der offenen Stahlerzeugung
(1) Bodennutzungskoeffizient: bezieht sich auf die Stahlproduktion pro Quadratmeter Bodenfläche pro Tag und Nacht. Je höher der Ausnutzungsgrad des Ofenbodens ist, desto höher ist die Arbeitsproduktivität dieses offenen Herdofens. (2) Lebensdauer des offenen Herdofens: Das Konzept der Lebensdauer des offenen Herdofens und der Konverterlebensdauer ist das gleiche, das sich auf die Wärme von Stahlherstellungsöfen vom Neubau bis zur Beschädigung bezieht und als Ofenlebensdauer des offenen Herdofens bezeichnet wird. (3) Kraftstoffverbrauchsrate: Bezieht sich auf die Menge an Kraftstoff, die pro Tonne raffiniertem Stahl verbraucht wird. Aufgrund der unterschiedlichen verwendeten Brennstoffe wird zum Vergleich der Wärmeverbrauch pro Tonne raffiniertem Stahl in Kilokalorien pro Tonne Stahl berechnet.