Ideea de a utiliza oxigenul pentru arderea combustibilului a fost sugerată de D. I. Mendeleev în 1818. I. Mendeleev în 1889. Cu toate acestea, testarea industrială a utilizării oxigenului în cuptoarele în aer liber a început în anii ’40 ai secolului XX, după introducerea metodelor economice de producție a acestuia. De la sfârșitul anilor ’50 ai secolului XX, oxigenul a fost utilizat pe scară largă pentru intensificarea cuptoarelor în aer liber.
În prezent, oxigenul este utilizat în cuptoarele în aer liber în principal printr-o metodă combinată: pentru intensificarea arderii combustibilului și pentru suflarea băii în vederea accelerării oxidării impurităților.
Intensificarea arderii combustibilului
Atunci când combustibilul este ars în aer îmbogățit cu oxigen, cantitatea de azot de balast din produsele de ardere scade, ceea ce reduce consumul de căldură pentru încălzirea acestora și, în consecință, crește temperatura de ardere a combustibilului. Cu toate acestea, atunci când aerul este îmbogățit cu oxigen >30%, gradul de disociere a dioxidului de carbon și a vaporilor de apă crește semnificativ, ceea ce reduce efectul utilizării oxigenului. Prin urmare, în cuptoarele în aer liber, gradul de îmbogățire a aerului cu oxigen nu depășește 30%.
Oxigenul pentru intensificarea arderii combustibilului este introdus, de obicei, prin tuyere răcite cu apă, amplasate sub arzătoare sau pe lateralul acestora. Oxigenul este furnizat la o presiune de 0,6-1,2 MPa (6-12 at).
Aplicarea oxigenului pentru intensificarea arderii combustibilului permite creșterea productivității cuptorului cu 15-25%, cu reducerea simultană a consumului de combustibil cu 10-20%.
Purjarea băii cu oxigen
Utilizarea oxigenului pentru suflarea băii în cuptoarele în aer liber a fost sugerată de N. I. Mozgov în 1933. În prezent, suflarea băii în cuptoarele în aer liber se realizează cu ajutorul tuyerelor de boltă răcite cu apă, introduse în spațiul de lucru prin nișe în boltă. Pentru suflare se utilizează tuyere cu o singură duză și cu mai multe duze.
Introducerea oxigenului gazos în baie accelerează procesele de oxidare, în special oxidarea carbonului. Oxidarea tuturor impurităților de către oxigenul gazos este însoțită de eliberarea de căldură. Prin urmare, la suflarea cu oxigen a băii se accelerează încălzirea metalului. Aceste circumstanțe permit reducerea duratei de topire în cuptorul deschis.
Cu toate acestea, la suflarea cu oxigen a băii se oxidează, de asemenea, fierul și se produc stropiri intense de metal și zgură. Stropii de metal și zgură, ajungând pe boltă, o distrug rapid. Se observă mai puține stropiri atunci când se utilizează tuyere cu duze multiple, care sunt predominant utilizate. Prin concepție, lansetele cu duze multiple sunt similare cu cele utilizate în convertizoarele de oxigen.
Cel mai mare efect al utilizării oxigenului pentru purjare este posibil cu purjarea îndelungată în timpul perioadei de topire și fierbere. Pentru a evita supraoxidarea băii până la momentul dezoxidării, purjarea se termină de obicei cu 15-25 de minute înainte de dezoxidare. Purjarea cu oxigen a băii permite reducerea duratei de topire cu 0,5-1,5 h, în funcție de capacitatea cuptorului și de conținutul de carbon specificat.
La cuptoarele de capacitate medie (200-400 tone) suflarea se realizează de către două tuyere, iar la cuptoarele de capacitate mai mare — de către trei. Presiunea oxigenului este de 0,8-1,5 MPa (8-15 at), debitul 1000-8000 m 3 /h.
