Vysoká pec: zařízení, princip činnosti, tavení, kovovýroba

Studium zařízení vysoké pece, princip jeho činnosti; vsázkové materiály a jejich příprava k tavení.

2. Teoretické informace

K tavení železa se používá vysoká pec (obr. 1) šachtového typu. Podstata tavení železa. Podstatou tavení železa ve vysokých pecích je redukce oxidů železa, které jsou obsaženy v železných rudách, pevným uhlíkem, oxidem uhelnatým a částečně vodíkem vznikajícím při spalování paliva v peci.

Obr. 1. Zařízení vysoké pece. Obr.2. přístroj

Hlavními částmi vysoké pece je vršek 8, v jehož horní části je umístěno zavážecí zařízení. Přes něj se nakládá směs (obohacená ruda a v moderní výrobě – ​​tavený aglomerát a pelety). Směs se zváží a pomocí vozíku 12 zvedacího zařízení se přivádí do zavážecího zařízení. Vozík po převrácení nasype vsázku 9 do přijímací nálevky 10, na jejímž dně je malý kužel 13 a hlína 14, se kterou vsázka dopadá na velký kužel 16. Velký kužel uzavírá dno trychtýř a zabraňuje výstupu plynů z pece horní částí; Pecní plyny jsou odváděny bočními trubkami 11 a po vyčištění se používají jako plynné palivo. Poté, co vsázkové materiály dopadnou na velký kužel, je tento spuštěn dolů a vsázka je z něj vysypána do šachty pece, poté se velký kužel vrátí do své původní polohy.

Pro rovnoměrné rozložení vsázky ve vysoké peci se malý kužel a přijímací nálevka 10 po každém dalším zatížení vsázky otočí o 60°.

Materiály vsázky naložené do pece se roztaví, spustí se dolů a do pece se přivedou nové části vsázky. Ujistěte se, že užitečný objem pece je vždy naplněn vsázkou.

Užitečný objem pece je objem, který zabírá směs od cejna ke spodnímu okraji velkého pláště zavážecího zařízení, když je spuštěno. Moderní vysoké pece mají užitečný objem 2000 – 5500 m 3 . Užitná výška H vysoké pece dosahuje 35 metrů.

Nahoru navazuje největší část vysoké pece – šachta 7, která má tvar kužele, směrem dolů se rozšiřujícího, kde se ohřívá vsázka, odpařuje se z ní vlhkost, rozklad a redukce železa oxidem uhelnatým stoupajícím zdola, který vzniká v ohništi spalováním koksu; ve spodní části dolu, kde je teplota 1000 – 1200 ºС, probíhají reakce redukce železa pevným žhavým uhlíkem.

Šachta přechází do nejširší části pece – rašple 6. Na rašple navazuje část pece zužující se ke dnu, zvaná osazení 5. Za osazeními je válcová část pece – nístěj 3, kde tekuté železo a struska se hromadí na dně 17 (dno pece).

Cejnová pec je namontována na silném železobetonovém základu 1.

Pro uvolňování železné strusky v topeništi je značka 2, pro uvolňování surového železa – odpichový otvor 18.

Litina, v závislosti na objemu pece, se vyrábí přibližně každé 3-4 hodiny, struska – každých 1-1,5 hodiny.

V období mezi odpichy jsou odpichové otvory utěsněny žáruvzdornou hmotou a před uvolněním jsou tyto otvory vyraženy speciálními zařízeními – pistolemi.

V horní části nístěje jsou dmýchací zařízení 4, kterými pod tlakem až 2,5 atm (ve velkých pecích až 4 atm) vstupuje do pece horký vzduch (t = 1000-1200 ºС) ze speciálního ohřevu zařízení.

Vysoká pec má z vnější strany ocelový kužel vyložený zevnitř žáruvzdornými cihlami.

Vnitřní část víka je vyrobena z kovových litinových ocelových segmentů z dutých litinových desek, jejichž dutiny jsou utěsněny šamotovými cihlami, aby se zabránilo zničení při nakládání vsázky.

Šachta je vyložena (vyzděna) šamotovými cihlami s obsahem 35% Al₂O₃ s mezerou 50 – 200 mm mezi pancířem a zdivem. Mezera bude vyplněna jílovo-azbestovou hmotou. Ve 2/3 výšky zespodu se chladí ledničkami.

Přísuv a nýty jsou nejčastěji vyrobeny z tenkostěnných vysokohlinitých jedenapůlcihel dlouhých 345 mm a chlazených žebrovanými deskami zanesenými cihlami.

Topeniště je vyzděno šamotovými cihlami s vysokým obsahem oxidu hlinitého s obsahem 45 %. Al₂O₃. Cejn je vyroben z uhlíkových bloků (délka bloků je 3-4 m, průřez 400400 a 500500 mm), vnitřní část je vyzděna z cihel s vysokým obsahem oxidu hlinitého.

Topeniště, závěr a kovový přijímač jsou uzavřeny v litinových sporákových lednicích o tloušťce cca 160 mm s naplněnými trubkami o průměru 45 mm, kterými cirkuluje voda.

Základ pece se skládá ze dvou částí: spodní, podzemní, zvané podrážka, a horní, zvané pařez. Podešev je železobetonová a pahýl je ze žáruvzdorného betonu. Základ je proveden ve formě žáruvzdorné desky o tloušťce cca 4 m.

Zařízení a princip činnosti vysoké pece

Tavení železa v průmyslovém měřítku je nemožné bez velkých, složitých a výkonných pecí. Vysoká pec je vertikální šachtová konstrukce, ve které se železná ruda taví na užitečný kov. Zařízení vysoké pece předpokládá nepřetržitý provoz konstrukce po dobu 3-12 let až do generální opravy.

Obrázek 1. Vysoká pec

Zařízení vysoké pece

Moderní pec je obrovská konstrukce o hmotnosti až 35000 40 tun a výšce až 4 m. Aby bylo možné dlouholeté tavení bez prostojů, musí být pec odolná a spolehlivá. Venku je zařízení zakryto ocelovým pláštěm – základna je obložena silnými plechy (až XNUMX cm).

Uvnitř je ohnivzdorná podšívka. Potřebuje neustálé chlazení, proto jsou dole namontovány kovové nádoby, ve kterých cirkuluje voda. Protože je potřeba hodně kapaliny, někdy se používá chlazení odpařováním. Podstatou metody je odpařování vroucí vody, která aktivně absorbuje tepelnou energii.
*

Obrázek 2. Zařízení vysoké pece

Pec je konstrukce skládající se z mnoha prvků. Hlavní jsou:

Horní

Jedná se o horní prvek, který slouží k nakládání surovin (vsázce) a odvodu výfukových plynů. Hlavní částí vršku je plnicí jednotka. Zařízení pro plnění náplně jsou ve většině případů dvoukuželová. Oba kornouty jsou zakryté mezi náplněmi. Po dodávce surovin se menší prvek sníží a železná ruda spadne do většího. Jakmile se nasbírá potřebná část, malý kužel se uzavře, z velké rudy vstupuje do pece. Poté je také zapečetěno velké zařízení.

Pokročilejší vysoké pece mají vylepšenou horní konstrukci. Roli velkého kužele plní otočný skluz s nastavitelným úhlem sklonu. Díky tomu je možné plnění surovin z jakékoliv strany.

Komín slouží zároveň jako odvod plynu. Během procesu tavení vzniká obrovské množství plynu. Spolu s ním se odstraňuje i prach obsahující železo, který zachycují plynové čističe.

Obrázek 3. Schéma výroby vysoké pece

Šachta zabírá většinu prostoru pece. Design, rozšiřující se směrem dolů, je komolý kužel. Díky tomu dochází k dodávání náboje rovnoměrně. Vysoká pec je vertikální a poměrně vysoká konstrukce. To je nezbytné pro zajištění chemického a tepelného zpracování surovin se zahřátými plyny.

Raspar

Prvek ve tvaru válce je umístěn ve střední části zóny pracovní domény. Rašple se vyznačuje největším průměrem. Účelem návrhu je zvětšit prostor pece a eliminovat zbytečné suroviny. Zde se tvoří odpadní horniny.

Ramena

Zkrácená verze páry ve tvaru kužele – komolá složka je otočena širokou částí nahoru. Pomocí ramen se při výrobě surového železa zmenšuje objem natavené vsázky.

Hlavní část, ve které probíhá tavení kovů. Zde hoří koks a vzniká plyn, hromadí se struska a litina a z konstrukce se pravidelně uvolňuje tekutý kov. Topeniště se skládá z dmyšní zóny a kovového přijímače. Přes dmýchací trubice, pomocí ohřívače vzduchu a prstencového vzduchového potrubí, vstupuje horký vzduch do pece. Je nezbytný pro spalování paliva. Spodní část kovového přijímače se nazývá cejn.

Na dně topeniště jsou struskové a litinové odpichové otvory – otvory, kterými prochází roztavený kov. Po uvolnění litiny se otvor uzavře pomocí pístového mechanismu s ohnivzdornou hmotou.

Struskové otvory jsou umístěny 1,5-2 m nad litinovými odpichovými otvory. Uzavírají se ocelovými vývrtkami s hroty. Struska se od litiny odděluje pomocí jednotky umístěné na skluzu pece. Obě složky se plní do speciálních kbelíků.

Celá tato gigantická stavba má obrovskou hmotnost. Tato hmotnost musí být přenášena na zem rovnoměrně. Vysoká pec je proto instalována na masivním betonovém základu, jehož tloušťka podrážky může dosáhnout 4 m. Podrážka slouží jako podpěra pro sloupy, které zase spoléhají na kovové konstrukce. Horní základová část je ze žáruvzdorného betonu ve formě monolitického válce.

Tlak obrovské hmoty na zem je kompenzován konstrukcí mocného základu

Tabulka ukazuje vztah mezi velikostmi některých moderních pecí.

Přídavné prvky pece

Fungování pece vyžaduje obsluhu pomocných zařízení. Mezi nimi:

• ohřívače vzduchu; velké prvky věžového typu jsou umístěny vedle pece; vstupuje do nich špičkový plyn, který pak hoří; díky tomu se vytváří ještě teplejší plyn, který ohřívá vzduch složitým systémem; ten – zahřátý na teplotu nejméně 1000 stupňů – se používá k tavení železa;
• Dmychadla; pro spalování paliva je potřeba stlačený vzduch; vzduch vstupuje do pece díky zařízením, které tvoří tlak asi 25 MPa;
• zařízení pro zvedání a plnění nálože;
• čističe plynů pro čištění topných plynů;
• další pomocná zařízení – například mostové jeřáby, které jsou vybaveny slévárenskými dvory.

Moderní pece jsou vybaveny automatizačními systémy. Automatizace umožňuje řídit a regulovat hlavní parametry spojené s fungováním vysoké pece. Pod kontrolou úrovně zásypu surovin, tlaku plynu, teploty tryskání atd.

Moderní vysoké pece jsou vydány na milost a nemilost automatizaci. Počítač řídí hlavní výrobní procesy

Jak funguje vysoká pec?

Princip činnosti vysoké pece je založen na složitých fyzikálních a chemických procesech. Existují takové operace:

• spalování paliva;
• obnova železa;
• rozklad vápence na oxid vápenatý a anhydrid uhličitý;
• nasycení železa uhlíkem;
• tavení kovů;
• tavení strusky atd.

V nejobecnějším smyslu je vysokopecní tavení výrobou surového železa ze železné rudy. Hlavní materiály, se kterými je možné tavit železo:

• palivo – koks;
• železná ruda – surovina, ze které se taví litina;
• tavidlo – speciální přísady z písku, vápence a některých dalších materiálů.

Vsázka vstupuje do pece ve formě malých tavených kusů – pelet nebo aglomerátů. Jako rudní látka mohou působit manganové rudy nebo různé variace železné rudy. Suroviny se nalévají na povrch ve vrstvách, střídají se s vrstvami tavidla a koksu.

Účelem tavidla je oddělit litinu od nečistot a odpadní horniny (strusky)

Na povrchu žhavého železa plave struska. Nečistoty jsou vypuštěny dříve, než tekutý kov ztuhne.

Zásobování surovinami, stejně jako provoz pece, musí být nepřetržité. Stálost procesu zajišťují speciální dopravníky. Vsázka, která se dostane přes popsané prvky do topeniště, prochází řadou technologických procesů.

Obrázek 6. Schéma vysoké pece

Spalování koksu dává požadovanou teplotu, která by neměla klesnout pod 2000 stupňů. Spalování podporuje spojení kyslíku a uhlí. Zároveň vzniká oxid uhličitý. Pod vlivem vysoké teploty se z posledně jmenovaného stává oxid uhelnatý. Díky tomu je železo obnoveno.

Regenerace železa je jedním z nejdůležitějších výrobních kroků. Bez tohoto procesu je nemožné, aby kov získal potřebnou pevnost.

Litina se stává litinou poté, co železo prošlo roztaveným koksem. Aby byl výsledek možný, musí být železo nasyceno uhlíkem. Mezi litiny patří slitiny, ve kterých uhlík tvoří 2–5 %.

Poté, co se hotový kov nahromadí v topeništi, je uvolňován odpichovými otvory. Horním otvorem se nejprve uvolňuje struska a poté – spodním otvorem – litina. Ten je odváděn kanály do kbelíků a posílán k dalšímu zpracování.

Závěr

Vysoká pec je jednou z nejdůležitějších součástí železářského a ocelářského průmyslu. V moderní realitě jsou vysoké pece obvykle „zabudovány do“ metalurgických závodů. Průměrná pec je schopna dodat asi 12000 20000 tun surového železa denně, přičemž spotřebuje přibližně XNUMX XNUMX tun suroviny.