1. هيكل ومبدأ العمل لفرن الموقد المفتوح
يشبه شكل فرن الموقد المفتوح منزلًا مسقوفًا مسطحًا. تم بناء الموقد المفتوح بالطوب الحراري، ويتضمن هيكله الرئيسي رأس الفرن، وغرفة الفرن، والقناة الصاعدة، وغرفة تخزين الحرارة، وغرفة الرواسب، والمداخن. وفقًا لاختلاف حموضة وقلوية المواد المقاومة للحرارة المستخدمة، تنقسم أفران الموقد المفتوح إلى أفران الموقد المفتوح القلوية وأفران الموقد المفتوح الحمضية. نظرًا لاستخدام الحديد الخام الذي يحتوي على نسبة عالية من الفوسفور وكمية كبيرة من خردة الفولاذ، يتم حاليًا استخدام معظم أفران المجمرة المفتوحة القلوية. فرن الموقد المفتوح عبارة عن مساحة مستطيلة تتكون من سطح الفرن وجدار الفرن وقاع الفرن. يتم التعبير عن حجم فرن الموقد المفتوح من حيث ناتج الفولاذ الذي يمكن صهره في كل فرن. على سبيل المثال، فرن الموقد المفتوح سعة 300 طن يعني أن كل فرن يمكنه صهر 300 طن من الفولاذ. تستخدم صناعة الصلب بالموقد المفتوح غاز الفحم أو الزيت الثقيل كوقود، ويتم إدخال الوقود والهواء إلى الفرن من خلال رأس الفرن. قبل أن يدخل الحديد المنصهر إلى الفرن، يجب تسخينه إلى درجة حرارة حوالي 1100 درجة لضمان أن الفرن يمكن أن يصل إلى درجة حرارة عالية تبلغ 1700 درجة وتوفير الوقود أثناء صناعة الفولاذ.
2. المواد الخام لصناعة الصلب الموقد المفتوح
المواد الخام الرئيسية لصناعة فولاذ الموقد المفتوح هي الفولاذ الخردة والحديد الخام (الحديد المنصهر أو كتل الحديد الخام)، حيث يمثل الحديد الخام حوالي 50-80% من المواد الخام والباقي عبارة عن فولاذ خردة.
3. عملية صناعة الصلب للموقد المفتوح
تشمل عمليات الإنتاج الرئيسية لصناعة الصلب ذات الموقد المفتوح التحميل، والصهر، والتكرير، وإزالة الأكسدة، والتنصت على الفولاذ. أولاً، يتم تحميل خردة الفولاذ، وخام الحديد، والحجر الجيري، وما إلى ذلك إلى الفرن. عندما يتم تسخين مواد الفرن هذه إلى درجة حرارة أعلى من نقطة انصهار الحديد الخام (1100 درجة)، يتم صب الحديد المنصهر في الفرن. وتسمى هذه المرحلة فترة التغذية. بعد خلط الحديد المنصهر، يستمر تسخينه، وتتأكسد عناصر مثل الكربون والمنغنيز والسيليكون. بعد ذوبان جميع مواد الفرن، فإنها تدخل في فترة الذوبان. من خلال تفاعل الأكسدة، محتوى الكربون والكبريت والفوسفور والمنغنيز والسيليكون، وما إلى ذلك يتناقص باستمرار. في هذا الوقت، يمكن لعامل تصنيع الخبث الجير أن يحول الشوائب غير المرغوب فيها إلى خبث ويزيلها تدريجيًا، مما يجعل الفولاذ يصل إلى التركيبة المطلوبة. وتسمى هذه الفترة فترة التكرير. أخيرًا، تتم إضافة مزيلات الأكسدة مثل السبائك الحديدية لإزالة الأكسدة. بمجرد وصول الفولاذ إلى التركيبة المطلوبة، يمكن إزالته من الفولاذ. هذه هي المرحلة النهائية، والمعروفة باسم فترة إزالة الأكسدة. المراحل المذكورة أعلاه ليست مطلقة، فعملية صناعة الفولاذ الفعلية مستمرة، بمراحل متناوبة ومتداخلة. منذ بداية التغذية، بدأت مادة الفرن بالتسخين بالفعل، ويجري أيضًا تفاعل الشوائب المؤكسدة خلال فترة الذوبان. لكن التركيز يختلف في كل مرحلة. على سبيل المثال، تركز مرحلة الصهر على صهر خردة الفولاذ، بينما تركز مرحلة التكرير على أكسدة الشوائب. ولذلك فمن المعقول تقسيم صناعة الصلب إلى أربع مراحل. يمكن لفرن الموقد المفتوح صقل الفولاذ العادي والفولاذ عالي الجودة. عيوبه هي وقت الصهر الطويل، الاستثمار الكبير في البناء، الكفاءة الحرارية المنخفضة للوقود، وكفاءة الإنتاج المنخفضة. على سبيل المثال، يستغرق الأمر حوالي 7 ساعات لمعالجة فرن واحد من الفولاذ في فرن الموقد المفتوح سعة 300 طن. ومع ذلك، في الوضع الحالي في الصين، لا تزال صناعة الصلب بالموقد المفتوح تحتل مكانة معينة بين طرق صناعة الصلب المختلفة. من أجل تحسين جودة الصهر وكفاءة الإنتاج، تم اعتماد عمليات نفخ الأكسجين المختلفة في أفران المجمرة المفتوحة، مما أدى إلى نتائج كبيرة.
4. المؤشرات الفنية والاقتصادية الرئيسية لصناعة الصلب ذات الموقد المفتوح
(1) معامل استخدام القاع: يشير إلى إنتاج الفولاذ لكل متر مربع من مساحة القاع ليلاً ونهارًا. كلما زاد معامل الاستفادة من قاع الفرن، كلما زادت إنتاجية العمل لفرن الموقد المفتوح هذا. (2) عمر فرن الموقد المفتوح: مفهوم عمر فرن الموقد المفتوح وحياة المحول هو نفسه، والذي يشير إلى درجات حرارة أفران صناعة الفولاذ من البناء الجديد إلى التلف، ويسمى عمر الفرن لفرن الموقد المفتوح. (3) معدل استهلاك الوقود: يشير إلى كمية الوقود المستهلكة لكل طن من الفولاذ المكرر. نظرًا لاختلاف أنواع الوقود المستخدمة، للمقارنة، يتم حساب الحرارة المستهلكة لكل طن من الفولاذ المكرر بالسعرات الحرارية لكل طن من الفولاذ.