Metallurgisten uunien jäähdytysjärjestelmät

Tässä työssä käydään läpi metallurgisten uunien jäähdytysjärjestelmien tekniikkaa ja markkinoita. Kirjallisessa osassa esitellään vuorauksen kulumismekanismit, erilaisia jäähdytysmenetelmiä, jäähdytyspiirin komponentit ja jäähdytysjärjestelmän eri toimintojen instrumentointia. Kokeellisessa osassa kolmen tehdasvierailun kautta tutustuttiin jäähdytysjärjestelmien käytännön sovelluksiin. Lisäksi kokeellinen osa käsitti Outotec Oyj:n jäähdytysteknologian tarkastelemista markkinalähtöisesti. Työn tarkoituksena oli edistää yhtiön jäähdytysteknologiaan liittyvää tuotekehitystä. Kirjallisuuden perusteella normaalitilanteissa vuorauksen merkittävin kulumismekanismi on sulan kuonan aiheuttama syöpyminen. Jäähdytys rajoittaa syöpymisen termodynaamisia ja - kineettisiä edellytyksiä sekä vähentää lämpölaajenemisesta johtuvaa vuorauksen lohkeilua. Teoreettisesti jäähdytyksen riittävä mitoitus on sopivin, kun lämmönsiirto reaktiotilan luoman lämpökuorman ja jäähdytyspinnan välillä synnyttää sellaisen vuorauksen tasapainopaksuuden, että vuorausrakenne pystyy edelleen kannattelemaan omaa painoansa romahtamatta. Tasapainotilassa alkuperäisen vuorauksen pinnalle muodostuu jähmettyneestä kuonasta autogeeninen vuoraus, joka toimii tehokkaana eristeenä reaktiotilan ja tiilivuorauksen välissä. Autogeenisen vuorauksen avulla uunien kampanja-aikaa voidaan pidentää merkittävästi. Kokeellisen osan lähtökohtana oli vertailla erilaisia uuniprosesseja keskenään ja löytää niistä yhtäläisyyksiä jäähdytysjärjestelmien suhteen. Lopputuloksena huomattiin, että jäähdytysjärjestelmät sekä uunirakenteen jäähdytyksessä että jäähdytyspiirissä eivät poikenneet kovin suuresti toisistaan periaatteellisella tasolla. Suurimmat erot löytyivät käytössä olevien jäähdytyselementtityyppien kohdalta ja siitä, mihin erityyppisissä uuneissa pyritään jäähdytyksen suhteen. Tästä päätellen jäähdytysjärjestelmän jäähdytyspiiri voidaan suunnitella yleisluontoisesti ilman suurempaa variointia, mutta vuorausrakenteiden jäähdytysratkaisuja ja elementtikytkentää on mietittävä tarkemmin. Lopuksi esitettiin perinteiseen staattiseen jäähdytysjärjestelmään parannusehdotus, jonka avulla jäähdytys muuttuu dynaamiseksi uunin reaktiotiloissa tapahtuvien ilmiöiden suhteen. Tästä saatava hyöty on parempi reagoiminen lämpökuormien vaihtelulle, jolloin vuorauksen kulumismekanismit saadaan paremmin hallintaan. Mainittua järjestelmää ehdotettiin liitettäväksi Outotecin omien jäähdytyselementtien kanssa yhdeksi pakettiratkaisuksi