Vysoká pec

Vysoká pec je určena k výrobě surového železa ze železné rudy. Produktivita je dána velikostí pece. Maximální výkon je pozorován, když je objem šachtových pecí 2-5 tisíc metrů krychlových. Jejich průměr je 11-16 m, výška – 32-37 m.

Šachtová pec se skládá z následujících prvků:
• horní;
• doly;
• raspara;
• ramena;
• kovárna;
• cejni.

Koloshnik – jeden z prvků pracovního prostoru, který zajišťuje určitou úroveň materiálů rozmístěných po průřezu hřídele.

Moje – válcová část vysoké pece, kde se udržuje teplota dostatečná k roztavení vsázky. Ve stejné části pece dochází k redukci železa.

Raspar – nejširší část konstrukce, určená pro hlavní tavicí procesy. Dole jsou ramena, která přispívají k přehřívání a pohybu taveniny a strusky do další části konstrukce.

Kovárna je umístěna nad římsou, která je zdivem ze šamotových cihel. Nístěj je část pece, kde se shromažďuje surové železo a struska. Mezi rameny a topeništěm jsou dmýchací trubice pro přívod horkého vzduchu (vzduch obohacený kyslíkem) a zemního plynu.

Princip činnosti

Nálož se zvedne pomocí skipového kladkostroje a spadne do přijímací nálevky. Složení vsázky je zastoupeno vápencem, koksem, taveným aglomerátem a rudou. Je možné přidat pelety.
Horní kužely (velké a malé) pracují střídavě a přenášejí směs materiálů do hřídele. Při provozu vysoké pece dochází k postupnému dodávání vsázky. K zahřívání dochází v důsledku spalování koksu, doprovázeného uvolňováním tepla.

Teplota plynu v topeništi se pohybuje od 1900 do 2100 stupňů Celsia. Skládá se z N₂H₂ a CO. Při pohybu ve vrstvě náboje přispívá nejen k jejímu zahřívání, ale také spouští procesy redukce železa. Vysoké teploty plynu je dosaženo díky vysoké teplotě vzduchu v ohřívačích vzduchu (1000-2000 stupňů).
Plyn o teplotě 250 – 300 stupňů vycházející z pece je kychtový plyn, po odstranění prachu tryskavý plyn. Nejnižší výhřevnost vysokopecního plynu odpovídá 3,5 – 5,5 MJ/m 3 . Složení může být různé, určené v důsledku dodávky zemního plynu a obohacení výbuchu kyslíkem a je představováno následujícími látkami:

Plyn je v zásadě potřebný k tomu, aby tryskám vysokopecních ohřívačů dodal určitou teplotu. V kombinaci se zemním nebo koksárenským plynem se používá pro různé pece včetně tepelných a topných.
Železo, které vstupuje do spodní části vysoké pece, prochází tavením a hromadí se v peci ve formě litiny. Tekutá struska vzniká z oxidů křemíku, manganu, železa v kombinaci s vápnem a zůstává na povrchu litiny, protože má nižší hustotu.

Litina a struska pravidelně vystupují odpovídajícími odpichovými otvory – litina, struska. V případech, kdy je množství strusky nevýznamné, se používá pouze litinový odpichový otvor. V místě lití dochází k oddělování strusky. Teplota litiny v kapalné formě se pohybuje od 1420 do 1520 stupňů.

Vysoká produktivita vysoké pece je dosažena díky přítomnosti výkonných ohřívačů vzduchu, což jsou regenerační výměníky tepla. Ohřívače vzduchu pro vysoké pece jsou často nazývány cowpers na počest jejich tvůrce.
Cowper je vertikálně umístěný plášť válcového tvaru vyrobený z ocelového plechu a žáruvzdorné cihlové víko. Spalovací prostor ohřívače vzduchu, konkrétně jeho spodní část, se skládá z hořáku a potrubí horkého vzduchu. V prostoru podružné trysky byly použity ventily, které umožnily napojení s výstupem na dýmovnici a potrubím studeného foukaného vzduchu.

Moderní verze šachtové pece je vyrobena se čtyřmi střídavě pracujícími kaučuky: ohřev trysky jedné ze dvou kačírek nastává v důsledku nasávání spalin zahřátých na vysokou teplotu a ohřátý vzduch proniká přes třetí kavít. Čtvrtý cowper je rezerva.

Trvání tryskání je 50-90 minut, poté se ochlazená kapota zahřeje a tryskání se provede v další nejžhavější kapotě. Při zahřívání je hořák v provozu a spaliny vstupují do kouřovodu otevřeným ventilem bez překážek. V tomto okamžiku jsou ventily umístěné na potrubí horkého a studeného vzduchu uzavřeny.
V důsledku spalování paliva se tvoří produkty spalování, které se pohybují nahoru a vstupují ze spalovací komory do prostoru pod kopulí, poté klesají a ohřívají trysku. Teprve poté vstupují palivové produkty o teplotě 250-400 stupňů do komína přes kouřový ventil.

Během tryskání dochází k opačnému procesu: kouřový ventil je uzavřen, hořák nefunguje, zatímco ventily nainstalované na potrubí horkého a studeného vzduchu jsou otevřené. Studený vzduch je přiváděn do prostoru pomocné trysky pod tlakem 3,5-4 atm, poté se pohybuje vyhřívanou tryskou a v zahřáté formě prochází spalovací komorou do potrubí horkého vzduchu, odkud je přiváděn do pec.

Za určitých podmínek může být výbuch navlhčen a obohacen dusíkem nebo kyslíkem. Při použití dusíku je možné hospodárně využívat koks a řídit proces tavení ve vysoké peci. Úspory koksu jsou také možné v důsledku obohacení výbuchu kyslíkem až na 35-40% v kombinaci se zemním plynem. Zvýšením vlhkosti na 3-5% je možné získat vyšší teplotu ohřevu tryskače v cowperu. Takových výsledků je dosaženo díky zesílení přenosu sálavého tepla v trysce.

Výška krytů je asi 30-35 m, průměr není větší než 9 m Horní a spodní část trysky jsou vyrobeny z křemičitých nebo vysokohlinitých cihel a žáruvzdorných, resp. Buňky 40, 4545, 13045 mm jsou vytvořeny z balených cihel o tloušťce 110110 mm. Ve vysokých pecích se používají i další trysky, a to trysky sestávající z bloků se šesti stranami, s horizontálními průchody a kruhovými články. Používají se také trysky na bázi kuliček s vysokým obsahem oxidu hlinitého.

Pro každý krychlový metr objemu cihlové trysky je k dispozici přibližná topná plocha 22-25 metrů čtverečních. m. Objem vysoké pece je 1-2x větší než objem cowperové trysky. Například s objemem pece 3000 metrů krychlových. m objem cowper bude asi 2000 metrů krychlových. m (3000/1,5).

Nejběžnější jsou cowpery vybavené vestavěnou spalovací komorou. Mezi jejich hlavní nevýhody patří nadměrné zahřívání střechy a deformace spalovací komory v důsledku dlouhodobého provozu pece. Cowper hořák může být vzdálený a spalovací komora může být také umístěna pod kopulí. S externím hořákem je zajištěna vysoká odolnost a pohodlí, ale cena takových zařízení je nejvyšší. Cowpery vybavené spalovací komorou pod kopulí jsou nejlevnější, ale provozní proces je složitější, protože hořák a ventily jsou umístěny poměrně vysoko.

Během procesu foukání se teplota, na kterou se vzduch ohřívá (1350-1400 stupňů), postupně snižuje a pohybuje se od 1050 do 1200 stupňů. Při použití stacionární vysoké pece se takovým rozdílům zabrání regulací teploty. Požadované indikátory se objeví jako výsledek přidání studeného vzduchu přicházejícího z kanálu studeného foukaného vzduchu. Teplota tryskání klesá na 1000-2000 stupňů a tím i obsah studeného vzduchu ve směsi.

Přibližná materiálová bilance pro výrobu litiny ve vysoké peci

Uvažujme tepelnou bilanci tavení 1 kg litiny. Při sestavování bilancí se berou v úvahu pelety, aglomeráty, litina, struska a vysokopecní plyn.

Pelety: oxid železitý – 81 %, oxid křemičitý – 7 %, oxid vápenatý – 5 %, oxid železitý – 4 %, oxid hlinitý a oxid hořečnatý – 1 %, oxid manganu – 0,3 %, oxid fosfor – asi 0,09 %, síra – asi 0,03 %.

Aglomerát: oxid železitý – 63 %, oxid železitý – 16 %, oxid vápenatý – 10 %, oxid křemičitý – 7 %, oxid hlinitý – 2 %, oxid hořečnatý a oxid manganu – 1 %, oxid fosforečný – asi 0,25 %, síra – asi 0,01 %.

Litina: železo – 94,2 %, uhlík – 4,5 %, mangan – 0,7 %, křemík – 0,6 %, síra – asi 0,03 %.

Struska: oxid vápenatý – 43 %, oxid křemičitý – 36 %, oxid hlinitý – 10 %, oxid hořečnatý – 7 %, oxid manganu – 2 %, oxid železitý a síra – 1 %.

Vysokopecní plyn: dusík – 44 %, oxid uhelnatý – 25,2 %, oxid uhličitý – 18 %, vodík – 12,5 %, metan – 0,3 %.

Analyzujme spotřebu paliva jako výsledek použití taveného aglomerátu. Spotřeba paliva v šachtové peci je stanovena na základě spotřeby zemního plynu a koksu (510-560 kg ekvivalentu paliva/t slitiny), celkem se spotřebou plynu pro ohřev ohřívače vzduchu (90-100 kg palivový ekvivalent/t slitiny ), s výjimkou výstupu vysokopecního plynu (170-210 kg palivového ekvivalentu/t slitiny). Ve výsledku je celková spotřeba následující: 535 + 95 – 190 = 440 (kg s.e./t slitiny).

Vzhledem k tomu, že na výrobu koksu a aglomerátu již bylo vynaloženo určité množství paliva (cca 430-490 kg na 1 tunu slitiny, resp. 1200-1800 kg na 1 tunu slitiny), je celková spotřeba primárního paliva nutná vyrobit tunu slitiny je: 440 + 40 + 170 = 650 (kg palivového ekvivalentu/t), z toho 170 a 40 kg ce/t, přepočteno na tunu slitiny, je vynaloženo na výrobu aglomerátu a koksu.

Produktivita vysoké pece se posuzuje faktorem využití užitečného objemu (VUF). Ukazatel se vypočítá jako poměr užitečného objemu konstrukce k natavení litiny za 24 hodin. U moderních kamen je norma 0,43-0,75 kubických metrů. m den/t. Čím nižší je CIPO, tím efektivněji je trouba využívána.
Je logičtější považovat ukazatel za poměr produktivity k jednotce objemu. Výhodnější je použít ukazatel měrné produktivity vysoké pece (Pu = 1/KIPO), jehož hodnota je 1,3-2,3 tuny (mXNUMX/den).

Úspory paliva lze dosáhnout dodržováním následujících doporučení:

• zvýšení tlaku plynu v horní části na 1,5-2 atm (snížením objemu plynů je možné snížit odstraňování horního prachu nebo zvýšit rychlost proudění tryskání);
• použití práškového uhelného paliva v peci k úspoře asi 0,8 kg koksu na kilogram práškového uhelného paliva;
• zvýšení teploty, na kterou se ohřívá vzduch v krytech pro snížení spotřeby koksu;
• využití tepla z výfukových plynů z cowperu ke zvýšení teploty vzduchu a vysokopecního plynu před jejich přivedením do spalovací komory;
• přívod ohřátých redukčních plynů stejným způsobem jako v metalizačních pecích (lze snížit spotřebu koksu, je možná úspora až 20 % paliva);
• využití fyzikálního tepla z ohnivě kapalných strusek (řešení tohoto problému je slibné, ale dosud nebylo realizováno kvůli periodickému uvolňování strusek).