Vysokopecní zařízení, princip činnosti vysoké pece

Účelem vysoké pece je provádět procesy tavení feroslitin a litiny. K výrobě těchto materiálů se používají suroviny železné rudy. Historie vzniku názvu takového zařízení sahá až do 14. století. Termín „doména“ pochází ze slova blowing. První kamna se objevila v Evropě a poté, po 16. století, přišla do Ruska.

Konstrukce vysoké pece je následující: pec je instalována na základu a ocelový plášť pokrývá vnější stranu. Základ je poměrně vysoký, tepelně odolná část se nazývá pahýl; Pouzdro má obvykle tloušťku 4 až 6 cm uvnitř, podél stěn jsou ohnivzdorné výrobky. Na vrcholu základu je hřeben, který je vystaven hydrostatickému tlaku roztavené hmoty a vysokým teplotám. Hromady cejnů umístěné uvnitř pláště obklopují speciální chladničky. Představují je litinové desky s cívkami, kterými cirkuluje voda.

Zařízení nepostradatelné v metalurgii železa

Výroba vysokých pecí je jedním z obtížných úkolů v oblasti metalurgie. Ale zároveň tento design pochází z více než jednoho století. S rozvojem vědeckotechnického pokroku se konstrukce pece mírně měnila, začaly se přidávat prvky a díly, které umožňovaly velmi urychlit výrobní proces. Kromě toho bylo mnoho obtížně ovladatelných režimů v moderních pecích automatizováno.

Provoz vysokých pecí je důležitou součástí moderního železářského a ocelářského průmyslu. V moderní výrobě se používají pouze zařízení s vysokou úrovní produktivity. Pokročilé vysoké pece jsou navíc vybaveny automatizačními systémy. Úlohou automatizace je regulovat, řídit a zaznamenávat hlavní charakteristiky tavicích operací. Moderní pec může řídit úroveň nalévání vsázky, dodávku rudy, teplotu foukání a tlak plynu.

Produktivita takových pecí roste, dalo by se říci, v souladu s dobou. Vylepšení tavícího systému umožňuje několikanásobné zvýšení produktivity zařízení.

Schéma vysoké pece poskytuje vizuální představu o tom, jak to funguje. Zde můžete pozorovat, jak se mění konstrukce zařízení v oblastech s vysokou teplotou. Také s přihlédnutím k diagramu můžete vidět, kam se nalévají složky surovin a na jakou úroveň.

Procesy ve vysoké peci probíhají v přesně stanoveném pořadí. Samotná pec má vertikální tvar, srovnatelný s šachtovým typem. Výška se může mírně lišit, ale nepřesahuje 35 m Průměr konstrukce je obvykle 2,5 – 3 krát menší. Proces probíhá v určitém pořadí. Nejprve se obnoví železo. Pak se obnovují další prvky – fosfor, síra a další. Vzniklá struska, která již výrazně změnila své složky, stéká dolů a hromadí se v oblasti ohniště. Právě chemické složení strusky určuje složení litiny.

Princip činnosti zařízení

Princip činnosti vysoké pece je vyjádřen v několika fyzikálních a chemických operacích. Přítomnost těchto operací je dána teplotní oblastí samotné pece a zatížením materiálu. Obecně lze rozlišit následující procesy:

• proces rozkladu vápence, jehož výsledkem je tvorba anhydridu kyseliny uhličité a oxidu vápenatého;
• obnova železa a dalších prvků;
• nauhličování železa;
• tavení kovů;
• tvorba a tavení strusky;
• spalování paliva a další.

Ohřívač vzduchu pro vysokou pec je zařízení, ve kterém se předehřívá vzduch. Tento vzduch je pak přiváděn do pece. Dřívější zařízení na tavení litiny nemělo takový prvek jako ohřívač vzduchu. Vývoj zařízení umožnil výrazně snížit náklady na palivo.

Vsázka v moderním pojetí je směs koksu, aglomerátu železné rudy a tavených surovin. Před procesem tavení prochází vsázka speciální přípravou. Nejprve se rozdrtí, poté prosévá. Po prosévání jsou velké kusy odeslány k opětovnému drcení.

Výsledkem procesu spalování je zvýšení teploty. Nejvyšší teplota může dosáhnout více než 2000 stupňů Celsia. Procesy probíhají pod tlakem horkých plynů. Při stoupání se tyto plyny ochladí na 300-400 stupňů v blízkosti kokoshnik.

Účel pecí

Výroba surového železa ve vysokých pecích je významným odvětvím železářského a ocelářského průmyslu. Tato práce vyžaduje nejen nutnost použití speciálního vybavení, ale také pečlivé dodržování určitých technologií. Tavení se provádí ve vysoké peci z odpadních hornin a rudných hmot. Rudnou látkou může být červená, hnědá, jizvová, magnetická železná ruda nebo manganové rudy.

Redukce železa je jednou z hlavních fází výroby litiny. V důsledku tohoto procesu železo ztvrdne. Dále se ponoří do páry, která podporuje rozpouštění uhlíku v žehličce. Tak vzniká litina. Právě v horké části pece se začíná tavit samotná litina, která pomalu stéká dolů do spodní části.

Princip činnosti vysoké pece závisí na typu tohoto objemného zařízení. Existují koksovny a pece na dřevěné uhlí. První pracují na koksu, druzí, respektive na dřevěném uhlí. Šachtová pec je navržena pro nepřetržitý provoz. Tvar tohoto zařízení jsou dva kužely, složené se širokými stranami na základně. Mezi těmito kužely je část pece, která má válcový tvar – pára.

Průmyslová vysoká pec, nazývaná tavírna, je navržena tak, aby převáděla zpracovávaný materiál z jednoho stavu do druhého. Pevné skupenství tedy postupně vlivem teploty překračující bod tání přechází do kapalného skupenství. Materiál přivedený do kapalného stavu může být v zavěšené poloze, dále v krystalizátoru, kelímku, důlní kovárně nebo lázni na ohništi. Průmyslové vysoké pece se používají k výrobě kovů z rud. Právě v nich probíhají procesy tavení barevných kovů a oceli, tavení skla a další.

Opravy vysokých pecí lze provádět několika způsoby. Větší opravy se provádějí podle potřeby nebo v souvislosti s plánovanými většími opravami. V tomto období je pozastaven nepřetržitý proces práce. Velké opravy jsou rozděleny do tří typů kategorií. V první kategorii oprav musí být tekuté tavicí produkty zcela uvolněny z pece a musí být provedena důkladná kontrola všech zařízení. Druhá kategorie označuje průměrnou opravu s výměnou některých prvků. Třetí kategorie oprav zahrnuje výměnu plnicích zařízení a seřízení ochrany 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. Konstrukce vysoké pece předpokládá nepřetržitý provoz konstrukce po dobu 3-12 let až do větších oprav.

Zařízení vysoké pece

Moderní pec je obrovská konstrukce o hmotnosti až 35000 40 tun a výšce až 4 m. Aby bylo možné dlouhodobé tavení bez prostojů, musí být pec silná a spolehlivá. Vnější strana zařízení je pokryta ocelovým pláštěm – základna je obložena silným plechem (až XNUMX cm).

Vnitřek je vyložen ohnivzdornou podšívkou. Vyžaduje neustálé chlazení, proto jsou na dně instalovány kovové nádrže, 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.
*

Trouba je konstrukce skládající se z mnoha prvků. Představeny jsou ty hlavní:

• rošt (rošt);
• napařování;
• moje;
• hora;
• ramena.

Koloshnik

Jedná se o horní prvek, který slouží k nakládání surovin (vsázce) a odvodu výfukových plynů. Hlavní částí vysoké pece je vsázková jednotka. Ve většině případů jsou dávková plnicí zařízení dvoukuželová. Mezi náplněmi jsou oba kužely zakryty. Po přivedení suroviny menší prvek klesá dolů a železná ruda padá do většího. Jakmile se shromáždí potřebná část, malý kužel se uzavře a ruda z velkého kužele vstupuje do pece. Poté je velké zařízení také utěsněno.

Pokročilejší vysoké pece mají vylepšenou konstrukci hrdla. Roli velkého kužele plní otočný skluz s nastavitelným úhlem sklonu. To umožňuje plnit surovinu z jakékoli strany.

Hrdlo pece slouží zároveň jako výstup plynu. Proces tavení produkuje obrovské množství plynu. Spolu s ním se odstraňuje i prach obsahující železo, který zachycují plynové čističe.

Moje

Šachta zabírá většinu prostoru pece. Struktura, která se směrem ke dnu rozšiřuje, je komolý kužel. Díky tomu je dávka dodávána rovnoměrně. Vysoká pec je vertikální a poměrně vysoká konstrukce. To je nezbytné pro zajištění chemického a tepelného zpracování surovin zahřátými plyny.

Raspar

Válcový prvek je umístěn ve střední části pracovní zóny vysoké pece. Největší průměr je typický pro páru. Účelem návrhu je zvětšit prostor pece a eliminovat zbytečné suroviny. Vzniká zde hlušina.

Ramena

Zkrácená kónická verze rašple – komolý díl směřuje širokou částí nahoru. Ramena slouží ke snížení objemu roztavené vsázky při výrobě litiny.

Horn

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. Pec se skládá z dmyšní zóny a kovového přijímače. Horký vzduch vstupuje do pece přes trysky, přes ohřívač vzduchu a prstencový vzduchový kanál. Je nezbytný pro spalování paliva. Spodní část kovového přijímače se nazývá dno.

Ve spodní části pece jsou struskové a litinové odpichové otvory – otvory, kterými prochází roztavený kov. Po uvolnění litiny se otvor pomocí pístového mechanismu uzavře ohnivzdornou hmotou.

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

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

Tlak obrovské hmoty na zem je kompenzován konstrukcí silného základu

Tabulka ukazuje vztah mezi velikostmi některých moderních pecí.

Přídavné prvky pece

Provoz pece vyžaduje obsluhu pomocných zařízení. Mezi nimi:

• ohřívače vzduchu; velké prvky věžového typu jsou umístěny vedle pece; do nich vstupuje vysokopecní plyn a následně hoří; v důsledku toho vzniká ještě teplejší plyn, který ohřívá vzduch složitým systémem; ten – zahřátý na teplotu minimálně 1000 stupňů – se používá k tavení litiny;
• dmychadla vzduchu; Stlačený vzduch je nezbytný pro spalování paliva; vzduch vstupuje do pece přes zařízení, která vytvářejí tlak asi 25 MPa;
• zařízení pro zvedání a plnění dávky;
• pračky plynu pro čištění vysokopecních plynů;
• další pomocná zařízení – například mostové jeřáby, kterými jsou vybaveny slévárenské dvory.

Moderní pece jsou vybaveny automatickými systémy. Automatizace umožňuje sledování a regulaci hlavních parametrů spojených s fungováním vysoké pece. Úroveň plnění surovinou, tlak plynu, teplota tryskání atd. jsou pod kontrolou.

Moderní vysoké pece jsou ponechány automatizaci. Počítač řídí hlavní výrobní procesy

Jaký je princip činnosti vysoké pece?

Princip činnosti vysoké pece je založen na složitých fyzikálních a chemických procesech. Rozlišují se následující operace:

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

V nejobecnějším smyslu je vysokopecní tavení výroba surového železa ze surovin železné rudy. Hlavní materiály, které lze použít k tavení litiny, jsou:

• palivo – koks;
• železná ruda je 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. Rudnou látkou mohou být manganové rudy nebo různé variace železné rudy. Surovina se nalévá do hrdla pece ve vrstvách, střídavě s vrstvami tavidla a koksu.

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

Struska plave na povrch horké litiny. Než tekutý kov ztuhne, nečistoty se vypustí.

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

Při hoření koksu vzniká požadovaná teplota, 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 jednou z nejdůležitějších výrobních fází. Bez tohoto procesu je nemožné, aby kov získal potřebnou pevnost.

Litina se stává litinou poté, co železo projde 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 peci, je uvolněn odpichovými otvory. Nejprve se horním otvorem uvolní struska a spodním otvorem se pak uvolní litina. Ten je odváděn kanály do kbelíků a posílán k dalšímu zpracování.

Závěr

Vysoká pec je jednou z nejdůležitějších součástí metalurgie železa. V moderní realitě jsou vysoké pece obvykle „zabudovány do“ metalurgických závodů. Průměrná pec je schopna vyrobit přibližně 12000 20000 tun litiny denně při spotřebě přibližně XNUMX XNUMX tun suroviny.