Vysoká pec nebo také vysoká pec je komplexní soubor technologických zařízení používaných v hutním průmyslu k výrobě železných kovů. Ve skutečnosti se jedná o velkou strukturu, která zahrnuje nejen pec, ale také pomocné jednotky.
K čemu je vysoká pec? Má jediný cíl – získat litinu, která bude sloužit v hutnictví pro výrobu strojů, zařízení a dalších výrobků obsahujících kov.
Princip činnosti
Princip činnosti vysoké pece je následující: do přijímací komory se vkládá rudná vsázka s koksem a vápencem. Ve spodní části se provádí periodické uvolňování litiny/feroslitin a odděleně roztavené strusky. Vzhledem k tomu, že hladina materiálu ve vysoké peci během uvolňování klesá, je nutné současné nakládání nových dávek vsázky.
Provozní proces je konstantní, spalování je udržováno s řízeným přísunem kyslíku, což zajišťuje vyšší účinnost.
Konstrukce vysoké pece zajišťuje kontinuální proces zpracování rudy. Životnost vysoké pece je 100 let, větší opravy se provádějí každých 3-12 let.
Fotografie vysoké pece
Kdo vynalezl?
Moderní vysokou pec vynalezl J.B.Neilson, která jako první ohřívala vzduch přiváděný do vysoké pece. Stalo se tak v roce 1829 a v roce 1857 E. A. Cowper zavedl do používání speciální regenerační ohřívače vzduchu.
To umožnilo výrazně snížit spotřebu koksu o více než třetinu a zvýšit účinnost pece. Předtím byly první vysoké pece vlastně pece na foukání sýra, to znamená, že se do nich vháněl neobohacený a neohřátý vzduch.
Použití cowpers, tedy regeneračních ohřívačů vzduchu, umožnilo nejen zvýšit účinnost vysoké pece, ale také snížit nebo úplně odstranit kontaminaci, která byla pozorována v případě porušení technologie. Můžeme bezpečně říci, že vynález umožnil dovést proces k dokonalosti. Moderní vysoké pece fungují přesně na tomto principu, i když jejich řízení je dnes automatizované a poskytuje větší bezpečnost.
Proces domény
Moderní pece na tavení železa poskytují přibližně 80 % z celkového množství surového železa. Z míst odlévání je okamžitě dodáván do elektrických hutí nebo otevřených výhní, kde se železný kov přeměňuje na ocel požadovaných jakostí.
Surové železo se vyrábí z litiny, která se následně posílá výrobcům k odlévání do kuplovny. K odvodu strusky a litiny se používají speciální otvory zvané odpichové otvory. V moderních pecích však nepoužívají samostatné odpichové otvory, ale jeden společný, rozdělený speciální tepelně odolnou deskou na kanály pro přívod litiny a strusky.
Jak funguje vysoká pec?
Vysokopecní proces je zcela závislý na přebytku uhlíku v dutině pece, spočívá v termochemických reakcích probíhajících uvnitř, když jsou všechny komponenty zatíženy a zahřáty.
Teplota ve vysoké peci může být 200-250°C přímo pod vrcholem a až 1850-2000°C v aktivní zóně – páře.
Při přívodu horkého vzduchu do pece a zapálení koksu stoupá teplota ve vysoké peci, začíná proces rozkladu tavidla, v důsledku čehož se zvyšuje obsah oxidu uhličitého.
Při poklesu sloupce materiálu ve vsázce se redukuje oxid železitý, ve spodní části kolony se čisté železo redukuje z FeO, proudícího do pece.
Jak železo odtéká, aktivně přichází do kontaktu s oxidem uhličitým, nasycuje kov a dodává mu požadované vlastnosti. Celkový obsah uhlíku v železe může být až 1,7 %.
Schémata vysokých pecí
Schémata řezů vysoké pece (různé možnosti):
Zařízení vysoké pece
Konstrukce vysoké pece je velmi složitá. Jedná se o rozsáhlý komplex, který zahrnuje následující prvky:
- zóna horkého výbuchu;
- tavicí zóna (to zahrnuje topeniště a ramena);
- pára, tj. zóna, kde dochází k redukci FeO;
- důl, kde dochází k redukci Fe2O3;
- ohniště s předehřevem materiálu;
- nakládka vsázky a koksu;
- vysokopecní plyn;
- oblast, kde se nachází sloupec materiálu;
- vývody strusky a tekutého železa;
- sběr odpadních plynů.
Výška vysoké pece může dosáhnout 40 m, hmotnost – až 35 000 tun, kapacita pracovní plochy závisí na parametrech komplexu.
Přesné hodnoty závisí na zatížení podniku, jeho účelu, požadavcích na objem vyrobeného kovu a dalších parametrech.
Podrobnější verze zařízení:
Stupně oprav vysokých pecí
Pro udržení provozního stavu vysoké pece se pravidelně (každých 3-15 let) provádějí velké opravy. Dělí se na tři typy:
- Do první kategorie patří práce na výrobě tavicích produktů a kontrola zařízení zapojených do technologického procesu.
- Druhou kategorií je kompletní výměna prvků zařízení podléhajících středním opravám.
- Třetí kategorie vyžaduje úplnou výměnu zařízení, po které se provede nové plnění surovin s narovnáním vrcholů.
Systémy a zařízení
Vysoká pec není jen zařízení na výrobu litiny, ale také četné pomocné jednotky. Jako je vsázka a systém dodávky koksu, odstraňování strusky, roztaveného železa a plynů, automatický řídicí systém, cowpers a mnoho dalšího.
Principy provozu pece zůstávají stejné jako před staletími, ale moderní počítačové systémy a automatizace výroby učinily vysokou pec efektivnější a bezpečnější.
Cowpers
Moderní konstrukce vysoké pece zahrnuje použití cowperu k ohřevu přiváděného vzduchu. Jedná se o cyklickou instalaci z tepelně odolného materiálu, který ohřívá trysku až na 1200°C.
Cowper při chlazení zapíná trysku na 800-900°C, což zajišťuje kontinuitu procesu, snižuje spotřebu koksu a zvyšuje celkovou účinnost konstrukce.
Dříve se takové zařízení nepoužívalo, ale počínaje 19. stoletím. je nutně součástí vysoké pece.
Počet cowperových baterií závisí na velikosti areálu, ale většinou jsou minimálně tři, což se děje s očekáváním možné havárie a zachování provozuschopnosti.
Špičkový aparát
Tato část je nejzodpovědnější a nejdůležitější, včetně tří plynových ventilů fungujících podle dohodnutého schématu.
Operační cyklus uzlu vypadá takto:
- ve výchozí poloze je kužel zvednutý, blokuje výstup, spodní kužel je spuštěn;
- kontejner naloží směs do pece;
- rotující nálevka se otáčí a prochází surovinou okénky na malý kužel;
- trychtýř se vrátí do své původní polohy a zavře okna;
- malý kužel se spustí, zatížení přejde do mezikuželového prostoru, po kterém se kužel zvedne;
- velký kužel zaujme svou původní polohu a uvolní vsázku do dutiny vysoké pece ke zpracování.
Přeskočit
Speciální zvedací plošiny. Pomocí takových galošových výtahů jsou suroviny zachycovány ze skipové jámy a dopravovány nahoru po nakloněné kozlíku.
Poté se galoše převrhnou, vloží náplň do nakládací plochy a vrátí se dolů pro novou porci. Proces dnes probíhá automaticky, k řízení se používají speciální počítačové jednotky.
Výfukové otvory a odpichové otvory
Tryska přívodní trubky pece je nasměrována do její dutiny, kterou lze pozorovat průběh tavícího procesu. K tomu jsou pomocí speciálních vzduchových kanálů namontovány peepers s tepelně odolným sklem. Při řezu může tlak dosáhnout 2,1-2,625 MPa.
Odpichové otvory slouží k odvodu litiny a strusky, ihned po uvolnění se těsně utěsní speciální hlínou. Dříve se používaly kanóny, které byly obloženy plastovým hliněným jádrem. V dnešní době se používají dálkově ovládané zbraně, které se mohou ke konstrukci přiblížit. Toto řešení umožnilo snížit míru traumatizace a nehodovosti procesu a učinit jej spolehlivějším.
Jak vyrobit vysokou pec vlastníma rukama?
Nuance
Výroba litiny je vysoce ziskové podnikání, ale není možné organizovat výrobu železných kovů bez vážných finančních investic. Udělej si sám vysokou pec v „provizorních podmínkách“ prostě není proveditelný, což je spojeno s mnoha funkcemi:
- extrémně vysoké náklady na vysokou pec (takové náklady si mohou dovolit pouze velké závody);
- složitost návrhu, i přes skutečnost, že výkres vysoké pece lze nalézt ve veřejné doméně (nad schématem), nebude možné sestavit plnohodnotnou jednotku pro výrobu litiny;
- jednotlivci a jednotliví podnikatelé se nemohou zapojit do výroby litiny, jednoduše na to nikdo nevydá licenci;
- ložiska surovin pro hutnictví železa jsou téměř vyčerpána, ve volném prodeji nejsou pelety ani aglomeráty.
Ale doma si můžete sestavit imitaci pece (mini-vysoká pec), pomocí které můžete tavit kov.
Tyto práce vyžadují maximální pozornost a při absenci zkušeností se důrazně nedoporučují. Proč by mohlo být nutné vytvořit takovou strukturu? Nejčastěji se jedná o vytápění skleníku nebo chaty nejefektivněji využívaným palivem.
Nástroje a materiály
K vytvoření struktury doma budete potřebovat:
- kovová hlaveň (lze nahradit trubkou s větším průměrem);
- dva kusy kulaté trubky s menším průměrem;
- kanálová sekce;
- Ocelový plech;
- vodováha, pila na železo, svinovací metr, kladivo;
- invertor, sada elektrod;
- cihly, hliněná malta (nutná pro založení stavby).
Všechny práce by měly být prováděny pouze venku, protože proces je poměrně špinavý a vyžaduje volný prostor.
Krok za krokem
- Horní část připraveného obrobku ve tvaru sudu je odříznuta (měla by být ponechána, protože bude potřeba později).
- Z oceli se vyřízne kruh o průměru menším, než je průměr hlavně, a v něm se udělá otvor pro trubku.
- Trubka je pečlivě přivařena ke kruhu a ve spodní části jsou přivařeny úseky kanálu, které při provozu pece stlačí palivo.
- Víko pece je vyrobeno z předem vyříznutého dna sudu, ve kterém je vytvořen otvor pro poklop s dvířky. Dále je nutné vyrobit dvířka, kterými bude odstraněn zbylý popel.
- Kamna musí být instalována na základ, protože se během provozu velmi zahřívají. K tomu je nejprve instalována betonová deska, poté je položeno několik řad cihel, které tvoří vybrání uprostřed.
- Pro odvod spalin je instalováno komínové potrubí, průměr rovné části bude větší než průměr tělesa kamen (nutné pro lepší odvod plynu).
- Reflektor není povinným konstrukčním prvkem, ale jeho použití může zvýšit účinnost pece.
Návrhové prvky
Vlastnosti takovéhoto vlastnoručně vyrobeného sporáku jsou:
- úroveň účinnosti je dobrá;
- je možné pracovat offline až 20 hodin;
- V peci nedochází k aktivnímu spalování, ale doutnání za stálého uvolňování tepla.
Hlavním rozdílem mezi „domácí“ vysokou pecí bude omezení přístupu vzduchu do spalovací komory, to znamená, že doutnání dřeva nebo uhlí bude probíhat při nízké hladině kyslíku. Na podobném principu funguje průmyslová vysoká pec, ale domácí vysoká pec slouží pouze k vytápění, nelze v ní tavit kov, přestože teplota uvnitř komory bude dostatečná.
Náklady na příkladu faktoru účinnosti č. 7
Výroba vysokých pecí je proces náročný na zdroje a nákladný proces, který nelze uvést do výroby. Vzhledem k tomu, že vysoké pece jsou využívány výhradně v průmyslu, je jejich návrh a montáž prováděna pro konkrétní hutní komplex, který zahrnuje mnoho objektů a součástí vnitřní infrastruktury. Tato situace je pozorována nejen v Ruské federaci, ale i v jiných zemích světa, které mají vlastní metalurgická zařízení.
Náklady na výrobu a instalaci vysoké pece jsou poměrně vysoké, což souvisí s náročností práce. Příkladem je velký doménový komplex č. 7 s názvem „Rossiyanka“, instalovaný v roce 2011. Jeho cena byla 43 miliard rublů, na výrobě se podíleli nejlepší inženýři z Ruska a zahraničí.
Komplex zahrnuje následující jednotky:
- zařízení pro příjem rudy;
- vstupní stanice nadjezdu bunkru a centrálního uzlu;
- nadjezd bunkru;
- kompresorová stanice (instalovaná na slévárně);
- zařízení pro vstřikování paliva z práškového uhlí;
- využití tepelné elektrárny;
- řídící centrum a administrativní budova;
- slévárna;
- vysoká pec;
- bloky pro ohřev vzduchu;
- benzínka.
Nový areál zajišťuje výrobu více než 9450 490 tun litiny denně, užitný objem pece je 3650 metrů krychlových a pracovní objem XNUMX XNUMX metrů krychlových. Konstrukce vysoké pece zajišťuje bezodpadovou a ekologickou výrobu litiny, jako vedlejší produkty se získává vysokopecní plyn pro tepelné elektrárny a struska používaná při stavbě silnic.
Výkon
Vysoká pec je metalurgické zařízení, které umožňuje získat litinu zpracováním železné rudy v průmyslovém měřítku.
Zvláštnost technologie zajišťuje nejen vysokou kvalitu výsledných produktů, ale také ekonomickou spotřebu koksu. Během výrobního procesu je možné řídit podmínky tavení pomocí počítačových systémů a získat produkt s přesně specifikovanými vlastnostmi.
