ΜΑΘΗΜΑ 11°

ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΣ Γενική διάταξη (Εικόνα 12) Πηγάδι Κοιλία (ομαλότερη συνέχεια) Βάση Τ > 1800 οC Άνω μέρος βάσης (Ημίρρευστο υλικό) Κάτω μέρος βάσης (Ρευστό) Χωνευτήριο Τροφοδοσία Ακροφύσια (Υδρόψυκτα: Cu, πυρίμαχο Me) Ζώνη ακροφυσίων (Αέρας, υγραέριο, Φ.Α., μαζούτ, σκόνη γαιάνθρακα, Ο2, Η2Ο) Ανακομιστές θερμότητας (Εικόνα 13) Πυρίμαχα – Υδρόψυκτα (Εικόνα 14) Απομετάλλωση Αποσκωρίωση

Εικόνα 12. Γενική διάταξη υψικαμίνου και δευτερευόντων εγκαταστάσεων.

Εικόνα 13. Ανακομιστής θερμότητας.

Εικόνα 14. Τομή της υψικαμίνου

ΠΥΡΙΜΑΧΗ ΕΠΕΝΔΥΣΗ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΥ Αντοχή  f(tλειτουργίας Υ/Κ) Φθορά (Εικόνα 15) Αιτίες φθοράς της πυρίμαχης επένδυσης Προστασία Πυριμάχων -Αλκάλια (πτητικά) (40%) Υδρόψυξη Νεφελίνης (Na2O.Al2O3.2SiO2) Υδρόψυξη + πυρίμαχα με υψηλό Λευκίτης (K2O.Al2O3.2SiO2) συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ (Μεγάλη θερμική διαστολή) (kcal/m.h.oC) Pb, Zn  πόροι πυριμάχων  οξείδια  διαστολή Πυρίμαχα με βάση το -2CO = CO2 + C (χαμηλές Τ) (20%) CSi (λCSi > λοξειδίων) -Θερμικοί αιφνιδιασμοί (15%) -Τριβή + Θερμοκρασία (10%) -Αγωγιμότητα (10%) -Αντίσταση στη σκουριά (5%) -Τρόπος Ξήρανσης -Τρόπος Προθέρμανσης (dT/dx, Αποφλοίωση) Πυρίμαχες Ύλες Σύγκριση αντοχής Μάζες (Αντιοικονομικές) των πυριμάχων Αργιλοπυριτικά (Al2O3 40-95%) Υψηλή αλουμίνα (Al2O3 > 95%) Αργιλοχρωμιούχα Csi

Εικόνα 15. Φθορά της πυρίμαχης επένδυσης μιας υψικαμίνου

ΧΗΜΕΙΑ ΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟ Κυριότερες φυσικοχημικές διαδικασίες: - Καύση κωκ (Στα ακροφύσια. Προμήθεια ενέργειας για αναγωγή και τήξη) - Αναγωγή (Οξειδίων σιδήρου) και - Τήξη (Στείρων μεταλλεύματος, τέφρας και ασβεστόλιθου)   Καύση Κώκ Θερμός vs Κρύος αέρας Ζώνη ακροφυσίων C + O2 = CO2 = - 94.05 kcal Έξω από ζώνη ακροφυσίων CO2 + C = 2CO = + 41.21 kcal Συνολική αντίδραση C + ½ O2 = CO = - 26.42 kcal

ΑΝΑΓΩΓΗ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΣΙΔΗΡΟΥ Τ < 1000 οC 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 = - 12.53 kcal Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 = + 9.67 kcal FeO + CO = Feο + CO2 = - 4.43 kcal   Τ > 1000 οC FeO + C = Feο + CO = + 36.78 kcal MnO + C = Mn + CO = + 65.58 kcal SiO2 + 2C = Si + 2CO = + 157.36 kcal P2O5 + 5C = 2P + 5CO = + 227.9 kcal Τ = 550-650 οC 2CO = C + CO2 = - 41.21 kcal

ΤΗΞΗ (Στείρων, τέφρας και ασβεστόλιθου) SiO2 σημείο τήξης 1723 οC Al2O3 σημείο τήξης 2020 οC SiO2 – Al2O3, 5.5% Al2O3 σ.τ. 1590 οC (Εικόνα 16)   Συνεπώς το CaCO3 είναι απαραίτητο Σημείο τήξης ~1150-1250 (Συλλίπασμα) CaCO3 = CaO + CO2 = + 42.86 kcal ΔGT = + R T ln = 40250 – 34.4 Τ Για = 0.3 atm (Εντός της Υψικαμίνου) ΔGΤ = 40250 – 34.4 Τ + 1.987 Τ ln 0.3 ΔGT = 40250 –36.79 T ΔGT  0 40250 – 36.79 T  0 ή T  1094 K ή T  820 οC

Εικόνα 16. Διμερές διάγραμμα SiO2-Al2O3

Πίνακας 10. Τυπική ανάλυση σκουριάς υψικαμίνου Συστατικό Βάρος (%) SiO2 35 CaO 44 Al2O3 15 MgO 3 FeO 1 MnO S Σύνολο 100 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΥ - Υψηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας - Ακαθαρσίες στο αργό μέταλλο - Περιορισμένη δυνατότητα ελέγχου ποιότητας του χυτοσιδήρου - Μικρή Υψικάμινος Χαμηλή παραγωγικότητα και υψηλό κόστος παραγωγής - Μεγάλη Υψικάμινος Ανάγκη ύπαρξης μεγάλης αγοράς - Εκλεκτικότητα της Υψικαμίνου σε πρώτες ύλες και συλλιπάσματα