A Relau Peletupan Panas ialah relau letupan pembuat besi yang dibekalkan dengan udara yang telah dipanaskan — lazimnya hingga 900–1,300°C — sebelum ditiup ke dalam relau melalui muncung yang dipanggil tuyeres, dan bukannya disuap udara suhu bilik ("letupan sejuk"). Pemanasan awal itu sendiri berlaku dalam peralatan berasingan yang dipanggil dapur letupan panas (juga dikenali sebagai dapur Cowper), dan udara panas yang terhasil ialah apa yang dirujuk sebagai "letupan panas." Hampir setiap relau letupan yang beroperasi hari ini menggunakan sistem ini, kerana udara yang dipanaskan secara mendadak mengurangkan penggunaan bahan api dan meningkatkan pengeluaran berbanding dengan relau letupan sejuk yang digunakan sebelum tahun 1830-an.
Perbezaan itu penting kerana letupan panas bukan sekadar perubahan kecil — ia merupakan salah satu daripada segelintir inovasi yang menjadikan pembuatan besi berbahan api kok berskala besar berdaya maju dari segi ekonomi. Relau letupan yang disuap dengan udara yang dipanaskan hingga 900–1,250°C boleh menjana suhu peleburan kira-kira 1,650°C, dengan ketara mengurangkan penggunaan kok bagi setiap tan besi yang dihasilkan. Memahami cara sistem letupan panas berfungsi - dan mengapa suhu udara itu sangat penting - adalah kunci untuk memahami kecekapan relau letupan moden.
Sistem relau letupan panas dibina di sekeliling dua peralatan yang disambungkan bekerja bersama: relau letupan itu sendiri, tempat tindak balas peleburan berlaku, dan dapur letupan panas, tempat udara dipanaskan sebelum ia sampai ke relau.
Dapur itu pada asasnya ialah cangkerang keluli silinder menegak yang dilapisi dengan bata api, dengan bahagian dalam dipisahkan kepada dua ruang: ruang pembakaran, di mana gas dari relau letupan dan sumber bahan api lain dibakar, dan ruang penjanaan semula yang diisi dengan kotak bata tahan api yang dipanaskan oleh gas terbakar. "Bata penyemak" refraktori ini ialah medium penyimpanan haba — ia menyerap haba semasa pembakaran dan melepaskannya kemudian apabila udara segar ditolak melaluinya.
Dapur letupan panas tidak berfungsi secara berterusan dalam satu mod — ia bergilir-gilir antara dua fasa. Semasa tempoh on-gas (menembak), gas bahan api dibakar untuk memanaskan storan haba bata penyemak; semasa tempoh on-letupan, udara dipanaskan dengan mengalirkannya melalui storan haba tersebut. Semasa tempoh pelepasan semasa letupan, udara segar didorong oleh kipas pada tekanan tinggi merentasi bata yang dipanaskan, dan selepas dipanaskan sehingga 1,200°C, udara ini — kini dipanggil letupan panas — disalurkan ke bahagian bawah relau letupan untuk peleburan bijih besi.
Oleh kerana satu dapur tidak boleh memanaskan gas dan memanaskan udara pada masa yang sama, kebanyakan relau letupan dihidangkan oleh tiga dapur: sementara dua sedang dipanaskan, letupan udara melalui ruang penjanaan semula dapur ketiga dalam perjalanan ke dalam relau letupan. Putaran inilah yang membolehkan relau letupan menerima bekalan udara panas yang berterusan tanpa gangguan sepanjang masa.
Udara yang dipanaskan bergerak dari dapur ke relau melalui paip yang sibuk, yang mengedarkannya ke muncung letupan panas, atau tuyeres, yang dipasang di sekeliling dasar relau. Oleh kerana suhu letupan panas perlu dikekalkan tetap untuk kecekapan relau yang baik, dan suhu secara semula jadi turun apabila dapur menjadi sejuk, letupan panas dicampurkan dengan bahagian terkawal letupan sejuk dalam ruang pencampuran untuk mengekalkan suhu penghantaran yang stabil walaupun haba tersimpan dapur individu sedang digunakan.
Letupan panas bukanlah ciptaan moden — ia bermula pada awal abad ke-19 dan mewakili salah satu kejayaan penting dalam sejarah pembuatan besi perindustrian. Sehingga tahun 1820-an, udara sejuk sebenarnya dianggap menghasilkan besi berkualiti lebih baik daripada udara panas, sebahagian besarnya kerana kelembapan berkurangan dalam udara musim sejuk yang sejuk dilihat sebagai bermanfaat.
Letupan panas telah dicipta dan dipatenkan untuk relau besi oleh James Beaumont Neilson pada tahun 1828 di Wilsontown Ironworks di Scotland. Neilson mendapati bahawa dengan meningkatkan suhu letupan kepada hanya 300°F (149°C), dia boleh mengurangkan penggunaan bahan api daripada 8.06 tan arang batu kepada 5.16 tan bagi setiap tan besi yang dihasilkan, dengan pengurangan selanjutnya boleh dicapai pada suhu yang lebih tinggi. Hasilnya adalah dramatik dan boleh disahkan dengan cepat pada skala: angka yang didokumenkan dari Clyde Iron Works antara 1829 dan 1833 menunjukkan peleburan kok letupan sejuk menggunakan 8.2 tan arang batu setiap tan besi dan menghasilkan 37.5 tan besi babi setiap relau setiap minggu, manakala letupan panas dengan arang batu potongan kok digunakan kepada 5.3 tan metrik setiap minggu dan dinaikkan kepada output
Peralatan asal Neilson mempunyai had sebenar. Paip besi tuang yang disokong dalam ketuhar bata mempunyai ciri pengembangan yang berbeza, mengakibatkan beberapa paip retak, dan peralatan penghantaran menggunakan tuyere pepejal dan sambungan kulit fleksibel yang tidak dapat menahan suhu tinggi. Sehingga tahun 1860, orang Inggeris Edward Alfred Cowper mencipta dapur letupan panas pertama yang berjaya — reka bentuk batu dam penjana semula yang, dalam bentuk halus, masih menjadi standard industri hari ini. Penerimaan pantas yang menyusul adalah menarik: letupan panas digunakan secara umum di seluruh Great Britain menjelang 1835, hanya tujuh tahun selepas penemuan asal Neilson.
| Jenis Relau | Arang Batu Digunakan bagi setiap Tan Besi | Keluaran Besi Babi setiap Minggu |
|---|---|---|
| Letupan sejuk dengan kok | 8.2 tan | 37.5 tan |
| Letupan panas dengan kok | 5.3 tan | 54.9 tan |
| Letupan panas dengan arang batu | 3.0 tan | 62.2 tan |
Sebab teras letupan panas berfungsi adalah termodinamik yang mudah: udara sejuk yang memasuki relau perlu dipanaskan dengan membakar bahan api di dalam relau sebelum ia boleh melakukan sesuatu yang berguna, yang membazir kok hanya dengan menaikkan suhu udara masuk. Dengan memanaskan awal letupan udara sebelum ia masuk ke dalam relau, input haba meningkat dalam bentuk haba masuk akal yang secara langsung mengurangkan kadar kok.
Penyelidikan moden mengesahkan hubungan itu bertahan pada kadar yang sangat boleh diramal. Bagi setiap peningkatan 100°C dalam suhu udara keluar letupan panas, nisbah kok relau letupan boleh dikurangkan sebanyak 4–7%, output boleh ditingkatkan sebanyak 3–5%, dan kapasiti suntikan arang batu meningkat sejajar. Anggaran industri yang berasingan meletakkannya dalam istilah mutlak: setiap peningkatan 10°C dalam suhu letupan panas pada paip kesibukan mengurangkan kadar kok relau letupan kira-kira 4 hingga 6 kg setiap tan logam panas.
Inilah sebabnya mengapa letupan panas menjadi penting dan bukannya pilihan kerana teknologi relau telah maju. Pemanasan awal letupan sekitar 1,200°C kini dianggap penting apabila arang batu ditumbuk disuntik melalui tuyeres, kerana letupan udara panas memastikan pemanasan yang lebih cepat, pirolisis arang batu dan pembakaran produk gas yang terhasil.
Tidak semua dapur letupan panas dibina dengan cara yang sama. Mengikut susun atur dan struktur ruang pembakaran dan penjana semula yang berbeza, dapur letupan panas secara amnya dibahagikan kepada tiga bentuk struktur asas: pembakaran dalaman, pembakaran luaran, dan pembakaran atas. Memilih di antara mereka sebahagian besarnya adalah persoalan tentang berapa banyak ruang lantai yang tersedia dan suhu puncak letupan panas yang disasarkan oleh operasi.
Dalam reka bentuk pembakaran dalaman, dapur terdiri daripada dinding refraktori silinder dengan dinding partition menegak dalaman yang membahagikan cangkerang tunggal ke dalam ruang pembakaran dan ruang penyemak yang mengandungi bata penyemak. Ini adalah susun atur tradisional yang lebih padat, tetapi ia datang dengan had struktur: reka bentuk kebuk pembakaran dalaman dengan dinding pembahagian mempunyai titik lemah yang diketahui di sudut kebuk pembakaran.
Dapur pembakaran luaran terdiri daripada ruang pemeriksa dan ruang pembakaran yang berasingan, disambungkan dengan silang dan bukannya dinding dalaman yang dikongsi. Mengasingkan dua ruang menjadi cangkerang yang berbeza menghilangkan titik lemah tekanan sudut reka bentuk dalaman dan secara amnya menyokong suhu puncak yang lebih tinggi.
Kategori dapur yang lebih baharu tidak mempunyai ruang pembakaran dalam erti kata konvensional sama sekali — ini dikenali sebagai dapur pembakaran kubah, dapur tanpa aci atau dapur Kalugin. Secara keseluruhannya, teknologi dapur letupan panas, terutamanya reka bentuk dan kualiti refraktorinya, telah mengalami peningkatan yang besar dalam beberapa tahun kebelakangan ini, mencapai tahap kematangan yang memastikan hayat kempen melebihi 30 tahun untuk dapur yang dibina dengan baik.
Oleh kerana zon dapur yang berbeza mengalami suhu yang sangat berbeza, tiada bata refraktori tunggal boleh digunakan sepanjang masa. Pemilihan bahan berlapis-lapis mengikut kepanasan setiap bahagian ruang penyemak sebenarnya.
Pendekatan berlapis ini — memadankan gred refraktori dengan haba sebenar yang dialami setiap zon — itulah yang membolehkan dapur tunggal mengendalikan kecerunan suhu dengan selamat yang menjangkau ratusan darjah dari atas ke bawah.
Dapur letupan panas menjimatkan sejumlah besar kok, tetapi ia sendiri merupakan pengguna tenaga yang penting - fakta yang sering diabaikan apabila menilai kecekapan relau letupan keseluruhan. Jumlah gas relau letupan yang diperlukan oleh dapur menyumbang kira-kira 40% daripada jumlah pengeluaran gas relau letupan, dan penggunaan tenaga dapur boleh mencapai 25% daripada jumlah penggunaan tenaga loji.
Pada asas setiap tan, angka-angkanya sama memberitahu: berdasarkan data daripada enam sistem dapur letupan panas yang cekap di seluruh dunia, jumlah purata keperluan tenaga primer ialah 1.8 GJ setiap tan logam panas untuk dapur letupan panas, berbanding dengan 11.6 GJ setiap tan untuk relau letupan itu sendiri. Ini bermakna sistem dapur, walaupun lebih kecil dari segi tenaga mutlak daripada relau, masih mewakili bahagian yang bermakna dan boleh dikawal daripada jumlah penggunaan tenaga tumbuhan — dan satu di mana keuntungan kecekapan diterjemahkan terus ke dalam penjimatan kok.
Penambahbaikan praktikal di loji operasi telah menunjukkan ini dalam nombor nyata dan bukannya teori. Hasil yang didokumenkan daripada pengoptimuman bateri dapur di pengeluar keluli bersepadu A.S. termasuk pengurangan kadar bahan api dapur sebanyak 8 hingga 15 kg bagi setiap tan logam panas dan peningkatan suhu letupan panas sebanyak 15°C hingga 30°C, yang diterjemahkan kepada pengurangan kadar kok sebanyak kira-kira 6 hingga 12 kg bagi setiap tan logam panas.
Bagi sesiapa yang mengendalikan atau menilai sistem relau letupan panas, segelintir parameter secara konsisten menentukan prestasi dapur dan di mana kecekapan diperoleh atau hilang.
OEM/ODM Pengeluar Pembakaran & Peralatan Terma Berprestasi Tinggi
