Konstrukce vysoké pece

Surové železo se taví ve vysokých pecích, které jsou šachtové. Podstatou procesu výroby litiny ve vysokých pecích je redukce oxidů železa obsažených v rudě plynnými (CO, H2) a pevnými (C) redukčními činidly vznikajícími při spalování paliva v peci.

Proces tavení ve vysoké peci je kontinuální. Do pece se shora vkládají výchozí materiály (aglomeráty, pelety, koks), do spodní části se přivádí ohřátý vzduch a plynné, kapalné nebo práškové palivo. Plyny získané spalováním paliva procházejí vsázkovým sloupcem a dávají mu svou tepelnou energii. Sestupná náplň se zahřívá, redukuje a poté taví. Většina koksu se spálí ve spodní polovině pece, která poskytuje zdroj tepla, a část koksu se spotřebuje na redukci a nauhličování železa.

Vysoká pec je výkonná a vysoce produktivní jednotka, která spotřebuje obrovské množství materiálů. Moderní vysoká pec spotřebuje denně asi 20000 12000 tun vsázky a denně vyrobí asi XNUMX XNUMX tun surového železa.

Pro zajištění nepřetržitého dodávání a uvolňování tak velkého množství materiálů je nutné, aby konstrukce pece byla jednoduchá a spolehlivá v provozu po dlouhou dobu. Vnější strana vysoké pece je uzavřena v kovovém plášti svařeném z ocelových plechů tloušťky 25–40 mm. Na vnitřní straně pláště je žáruvzdorná vyzdívka, chlazená ve spodní části pece pomocí speciálních chladniček – kovových boxů, uvnitř kterých cirkuluje voda. Vzhledem k tomu, že k chlazení pece je potřeba velké množství vody, využívají některé pece odpařovací chlazení, jehož podstatou je, že do chladniček je dodáváno několikanásobně méně vody než při běžném způsobu. Voda se zahřeje k varu a rychle se odpaří a absorbuje velké množství tepla.

Vnitřní obrys svislé části vysoké pece se nazývá profil pece. Pracovní prostor pece zahrnuje:

Horní

Jedná se o horní část vysoké pece, kterou se nakládají vsázkové materiály a odvádí se vysokopecní nebo kychtový plyn. Hlavní částí vysokopecního zařízení je plnicí zařízení. Většina vysokých pecí má dvoukuželové zavážecí zařízení. V normální poloze jsou oba kužely uzavřeny a spolehlivě izolují vnitřek pece od atmosféry. Po naložení vsázky do přijímací nálevky se malý kužel spustí a vsázka spadne na velký kužel. Malý kužel se uzavře. Po nasbírání stanoveného množství vsázky na velkém kuželu se velký kužel spustí s uzavřeným malým kuželem a vsázka se nasype do pece. Poté se velký kužel uzavře. Tím je pracovní prostor vysoké pece trvale utěsněn.

Materiály vsázky jsou obvykle přiváděny do hrdla pece z jedné strany. V důsledku toho se v nálevce malého kužele vytvoří svah. Dlouhodobý provoz vysoké pece se šikmou úrovní vsázky je nepřijatelný. Pro odstranění tohoto jevu se přijímací nálevka a malý kužel otáčejí. Po naložení vsázky se nálevka spolu s kuželem otočí o násobek úhlu 60, díky čemuž se po vyložení několika posuvů zcela odstraní nerovnosti. 0

READ
Kde se v domě může nacházet azbest?

Moderní pece mohou instalovat zavážecí zařízení, která jsou designově složitější. Místo velkého kužele je instalován otočný skluz, jehož úhel lze nastavit. Toto provedení umožňuje měnit umístění přívodu materiálu podle průměru vršku.

Při procesu tavení ve vysoké peci vzniká velké množství plynu, který je odváděn z horní části pece. Tento typ plynu se nazývá špičkový plyn. Plyn obsahuje hořlavé složky CO a H2, a proto se používá jako plynné palivo v hutní výrobě. Kromě toho plyn při průchodu vsázkovým sloupcem zachycuje malé částice materiálů obsahujících železo a tvoří tzv. kouřový prach. Prach se shromažďuje ve speciálních čističkách plynu a používá se jako přísada do vsázky při aglomeraci nebo výrobě pelet.

Šachta tvoří většinu celkové výšky a objemu pece. Profil hřídele, který je komolým kuželem rozšiřujícím se směrem ke dnu, zajišťuje rovnoměrné spouštění a uvolňování vsázkových materiálů. Značná výška šachty umožňuje tepelné a chemické zpracování materiálů stoupajícími horkými plyny.

Raspar

Jedná se o střední válcovou část pracovního prostoru pece s největším průměrem. Napařování vytváří určité dodatečné zvýšení objemu pece a eliminuje možné zpoždění vsázkových materiálů.

Ramena

Jedná se o část profilu pece umístěného pod parní komorou a jedná se o komolý kužel, jehož široká základna směřuje k parní komoře. Reverzní zúžení osazení odpovídá zmenšení objemu roztavených materiálů při tvorbě litiny a strusky.

Toto je spodní válcová část pece, kde se provádějí vysokoteplotní vysokopecní procesy. V peci se spaluje koks a vzniká vysokopecní plyn, dochází k interakci mezi kapalnými fázemi, hromadění kapalných produktů tavení (surové železo a struska) a jejich periodickému uvolňování z pece. Kovárna se skládá z horní nebo dmýchací části a spodního nebo kovového přijímače. Spodní část kovového přijímače se nazývá vločkovitý.

Na dně topeniště jsou litinové a struskové odpichové otvory, což jsou otvory pro uvolňování litiny a strusky. Po uvolnění litiny se odpichový otvor uzavře speciální žáruvzdornou hmotou pomocí tzv. pistole, což je válec s pístem. Před otevřením litinového odpichového otvoru se pistole naplní žáruvzdornou hmotou odpichového otvoru. Po ukončení výroby litiny se pistole přivede k odpichovému otvoru a pomocí pístového mechanismu se hmota odpichového otvoru vytlačí z pistole a naplní kanál odpichového otvoru. K otevření litinového odpichového otvoru se používá speciální vrtačka, která do hmoty odpichového otvoru vyvrtá otvor, kterým se uvolňuje litina.

Struskové odpichové otvory jsou umístěny ve výšce 1500 – 2000 mm od úrovně litinového odpichu a jsou uzavřeny pomocí struskové zátkou, což je ocelová tyč s hrotem. Litina a struska opouštějící vysokou pec jsou směrovány skluzy do litinových a struskových pánví. V současnosti se struska vyrábí převážně společně s litinou a od litiny se odděluje speciálním zařízením na skluzu pece.

READ
Co potřebujete vědět jako montážník železobetonu 5. třídy?

Struska vytékající z vysoké pece litinovým odpichovým otvorem se od litiny na skluzu pece odděluje pomocí oddělovací desky a průchodu, které působí jako hydraulické těsnění. Vysokohustotní litina prochází do mezery pod dělicí deskou, zatímco lehčí struska je odváděna do bočního skluzu.

Pokud je potřeba dodávat litinu do jiných podniků, lije se na speciálním licím stroji do ingotů (ingotů) o hmotnosti 30–40 kg.

V horní části topeniště, ve vzdálenosti 2700 – 3500 mm od osy litinového odpichového otvoru po obvodu topeniště, jsou ve stejných rozestupech instalovány vzduchové dmychadla, kterými se tryská ohřívá na 1100 – 1300 °C. se přivádí do pece, stejně jako zemní plyn a další přísady do paliva (topný olej, práškové uhelné palivo). Každá vysoká pec je vybavena tryskáním z vlastního dmychadla. Tryskový ohřev se provádí v ohřívačích vzduchu regeneračního typu, kdy se pod vlivem tepla spalovaného plynu nejprve ohřeje tryska ohřívače vzduchu ze žáruvzdorných cihel a poté přes ni prochází vzduch, který odebírá teplo tryska. Během doby ohřevu trysky se do spalovací komory přivádí plyn a vzduch pro její spalování. Produkty spalování procházející tryskou ji ohřívají a jdou do komína. Během periody ohřevu trysky vstupuje studený vzduch do vyhřívané trysky, je ohříván a poté přiváděn do vysoké pece. Jakmile tryska vychladne natolik, že vzduch nelze ohřát na nastavenou teplotu, převede se do dalšího ohřívače vzduchu a ochlazený se zahřeje. Tryska ohřívače vzduchu ochlazuje rychleji, než se zahřívá. Proto se blok vysokopecních ohřívačů vzduchu skládá ze 3–4 zařízení, z nichž jedno ohřívá vzduch a zbytek ohřívá. Profil vysoké pece je charakterizován průměry, výškami a úhly sklonu jednotlivých prvků. Rozměry některých pecí jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1 – Rozměry pece

Velikost mm Užitný objem pece, m3
2000 3000 5000
Průměr:
kovárna 9750 11700 14900
raspara 10900 12900 16300
horní 7300 8200 11200
Výška:
plné 32350 34650 36900
užitečné 29200 32200 32200
kovárna 3600 3900 4500
moje 18200 20100 19500

Rozměry každé části pece musí být vzájemně propojeny a musí být v určitých proporcích s velikostmi ostatních částí pece. Profil pece musí být racionální, což zajišťuje nejdůležitější podmínky pro vysokopecní proces:

  • plynulé a stabilní spouštění vsázkových materiálů;
  • příznivé rozložení přicházejícího proudu plynu;
  • příznivý vývoj regeneračních procesů a tvorby litiny a strusky.
READ
Jak se zbavit rzi ve sprše?

Hlavní veličiny charakterizující rozměry pracovního prostoru jsou užitný objem trouby a užitná výška. Zahrnují výšku a objem naplněný materiály a produkty tavení. Při stanovení těchto parametrů se za horní úroveň považuje značka spodní hrany velkého kužele plnicího zařízení ve spuštěné poloze a spodní úroveň je úroveň osy litinového odpichového otvoru.

Vysoká pec je vertikální tavicí konstrukce šachtového typu určená k redukci produktů spalování uhelného koksu (vodík, oxid uhelnatý nebo pevný uhlík) obsažených v železné rudě, peletách nebo aglomerátu oxidu železa za účelem výroby surového železa nebo litiny.

Válcovaná litina

Žáruvzdorné materiály

Výroba

Charakteristickým rysem provozu takových konstrukcí je potřeba zajistit kontinuitu procesu tavení kovů po dobu 15-20 let (až do plánovaných velkých oprav). Tato specifičnost se vysvětluje tím, že při poklesu teploty nebo zastavení pece se všechny součásti uvnitř (roztavená litina, vsázka a struska) slinou do jediné hmoty, kterou nelze roztavit.

Vlastnosti konstrukce vysoké pece

Bez ohledu na kapacitu a velikost mají všechny vysoké pece podobnou, relativně jednoduchou konstrukci sestávající z několika základních prvků.

Nadace

Základ musí unést celkovou hmotnost samotné pece a taveniny v ní, která může dosahovat až desítek tisíc tun. Konstrukce se skládá ze dvou částí: spodní (podešev), což je betonová deska o tloušťce nejméně 4 m, a horní (pařez), pro jejíž výrobu se používá žáruvzdorný beton.

Horní

Kouřovod je válcový prvek umístěný v horní části pece, určený pro nakládání železné rudy, koksu a vsázky. Materiály podávané pomocí skipového kladkostroje vstupují do otočné nálevky s otvory ve spodní části, která propouští naloženou vsázku do malého kužele a po návratu do původního stavu blokuje výstup vysokopecních plynů. Malý kužel se spustí a vysype zátěž do mezikuželového prostoru, odkud vstupuje do reverzně kuželového (konkávního) uzávěru šachty pece, poté se zvedne a cyklus začíná znovu. Díky tomuto provoznímu schématu jsou naložené materiály rozmístěny ve vrstvách a opakují se tvar brány.

Moje

Největší část pece, kterou je v příčném řezu seříznutý kužel, rozšiřující se ve spodní části. Právě v této části pece dochází k fyzikální a chemické interakci mezi vkládanými materiály a plyny uvolňovanými při spalování koksu.

Konstrukce vysoké pece

Raspar

Největší prvek v průměru, válcového tvaru, ve kterém proces tvorby a tavení strusky začíná při teplotě asi 1400 °C. Šířka pařáku je dána nutností snížit rychlost proudění plynu, aby nedocházelo k zamrzání směsi nakládaných materiálů.

Ramena

Prvek ve tvaru dole se zužujícího komolého kužele, ve kterém při vyšších teplotách (v rozmezí 1600-1900°C) dochází k dalšímu tavení strusky a kovu.

Horn

Kovárna je umístěna ve spodní části vysoké pece a skládá se ze dvou součástí. V zóně dmýchací trubice jsou zařízení, která zajišťují tlakový přívod vzduchu obohaceného 23-25% kyslíku ohřátého na teplotu 1100-1400°C. Druhá součást, kovová jímka, je vybavena otvory (kohouty) pro uvolňování roztaveného železa a strusky.

READ
Jak odstranit složitou blokádu?

cejn

Příruba je spodní část kovového přijímače, která je vystavena nejvyššímu teplotnímu zatížení a tlaku, vyrobená z tepelně odolných uhlíkových nebo vysokohlinitých materiálů a vybavená chladicím systémem.

Zvenku jsou všechny prvky pece chráněny kovovým pláštěm z plechů z vysokopevnostní žáruvzdorné oceli o tloušťce 30-50 mm v oblasti topeniště, nístěje a ramen a 22-45 mm v oblasti kopule, vrchol a hřídel. Vnitřní část je obložena ohnivzdornými šamotovými, vysokohlinitými nebo uhlíkovými cihlami.

Suroviny a palivo

Na procesu tavení železa ve vysoké peci se podílejí následující komponenty:

  • Rudné materiály, což jsou obohacené železné rudy obsahující malé množství odpadních hornin ve formě pelet nebo aglomerátů (ruda v surové formě se používá velmi zřídka a v malých množstvích). Přechod od rudy k upraveným surovinám umožnil zvýšit produktivitu výroby o 25–30 % při současném snížení spotřeby koksu o 15–20 %.
  • Tavidla jsou speciální přísady obsahující oxidy hořčíku a vápníku. Díky zavádění tavidel do směsi se teplota tavení žáruvzdorného koksového popela a odpadní horniny rudné části sníží na 1300-1400°C. Obvykle se jako tavidlo při tavení používá obyčejný nebo dolomitizovaný vápenec.
  • Nejčastěji se k dosažení teplot potřebných pro tavení používá uhelný koks. Kromě zajištění vysokých teplot působí uhlík obsažený v koksu jako redukční činidlo železa z rudných materiálů a také tím, že je pevným palivem a je součástí vsázky, pomáhá zlepšit jeho propustnost pro plyny. Ve vsázce je podíl koksu cca 50 % z celkového objemu a spotřeba je cca 200-450 kg na tavení 1 tuny surového železa (spotřeba závisí na kvalitě koksu a vsázky a také na vlastnosti technologického procesu). Vzhledem k tomu, že náklady na litinu tvoří 40–50 % koksu, často se jako přísady používají levnější druhy paliv (ne však více než 30–40 % z celkového objemu): práškové uhelné palivo (PUF), odpad z výroba hořlavých plastů a jiné.

Chemické složení všech složek vsázky musí být jednotné, protože změny v něm zvyšují spotřebu materiálů.

Výroba vysokých pecí

Hlavní fáze vysokopecního procesu

Vysokopecní proces lze rozdělit do několika hlavních fází.

Foukání vysoké pece

V této fázi lze kamna, která byla postavena nebo prošla většími opravami, vysušit horkým vzduchem, aby se odstranila zbytková vlhkost ze švů žáruvzdorného vnitřního obložení. Sušení se provádí po dobu 5-6 dnů s postupným zvyšováním teploty ze 100°C na 800°C.

Po vysušení se vyzdívka pece ochladí na 50-60 °C, protože vyšší teploty mohou způsobit vznícení koksu během fáze vsázky. Po čekání na ochlazení je do kovárny naložena první várka koksu a foukací vsázka je naložena do pece až po úroveň vršku.

READ
Co odvádí blesk?

Po plném naložení se provede foukání, což je v podstatě uvedení pece do provozu. Do pece je přiváděn vzduch ohřátý na teplotu 700-800°C se zvýšeným obsahem kyslíku až o 25%, což vede k vznícení koksu. První struska se získá přibližně o 15 hodin později a litina – 20-24 hodin po foukání. Návrat do normálního provozu obvykle trvá několik dní.

Procesy

V různých zónách provozované vysoké pece probíhají následující procesy:

  • Oxidace. V zahřátém stavu je koks na úrovni dmýchadel přiváděn do spalovací zóny a zároveň je dmýchacími trubkami přiváděn kyslíkem obohacený vzduch ohřátý na 1000-1300°C v objemu přibližně dvojnásobku objemu pece. . Kyslík obsažený ve směsi vzduchu spaluje uhlík, což má za následek uvolňování oxidu uhličitého. Oxid uhličitý zase reaguje s uhlíkem za vzniku oxidu uhelnatého (CO). Současně se voda, která vstupuje se vzduchem, pod vlivem vysokých teplot, rozkládá na vodík a kyslík. Nakonec se v kovárně vytvoří směs plynů, která obsahuje 58-63 % dusíku, 35-40 % oxidu uhelnatého a 1,5-2 % vodíku.
  • Proces snižování vsázkových materiálů a pohybu plynu. V důsledku spalování koksu a tavení vsázky se ve spodní části šachty pece uvolní místo, do kterého se vlastní vahou spouští koks a vsázka z výše umístěné vrstvy a uvolní se prostor. v horní části pro nový náboj. Celý cyklus, od naložení až po příjem hotového výrobku, trvá v průměru 5-8 hodin. Kychtový plyn vznikající v peci o teplotě 1900-2300°C pod tlakem přiváděného vzduchu prochází naplněnou vsázkou, uděluje jí teplo, a je odváděn vrchní částí při teplotě 150-350°C. .
  • Regenerace železa. Roli redukčního činidla v procesu získávání železa z rudných materiálů hraje oxid uhelnatý a vodík, které při reakci s kyslíkem obsaženým v oxidu železa tvoří oxid uhličitý a vodu.
  • Tvorba litiny a strusky. V důsledku kontaktu redukovaného železa s koksem dochází k jeho nasycení uhlíkem, čímž vzniká litina – slitina, která obsahuje 2-4 % uhlíku a drobné nečistoty křemíku, hořčíku, síry a fosforu. Vlivem rozdílu hmotnosti se roztavené surové železo hromadí ve spodní a struska v horní části topeniště. Tavenina vstupuje do litinových odpichových otvorů, načež se v sousedním skluzu dělí na litinu a strusku.

Konečnou fází pracovního cyklu vysoké pece, která obvykle trvá až 20 let, je foukání, při kterém se zbylá vsázka taví bez přidávání nových dávek materiálu. Zbytky taveniny (tzv. kozí litina) umístěné pod litinovým odpichovým otvorem se odstraňují speciálním otvorem.