Výstavba vysokých pecí a tryskacích provozů – Výroba železných a neželezných kovů

Vysoká pec. Vysoká pec (obr. 1) je šachtová (vertikální) pec.

Vysoká pec je vyzděna šamotovými cihlami; zvenku má pro pevnost ocelové pláště. Části vysoké pece jsou následující (obr. 1, a): hrdlo, šachta, parní odvzdušňovací otvor, ramena a nístěj. Vsázka se do vysoké pece zaváží hrdlem pomocí speciálního mechanického zvedáku. Šachta má tvar komolého kužele, který se rozšiřuje směrem dolů. Tento tvar šachty usnadňuje volný sestup vsázky během tavení. V oblasti parního odvzdušňovacího otvoru a ramen vzniká litina, která se poté taví a proudí do nístěje. Ramena mají tvar komolého kužele, který se rozšiřuje směrem nahoru, takže drží veškerou pevnou vsázku v parním odvzdušňovacím otvoru a šachtě.

V ohništi se shromažďuje tekutá litina. Má měrnou hmotnost 6,9 g/cm3 a měrná hmotnost strusky je asi 2,5 g/cm3, takže struska se nachází v samostatné vrstvě nad litinou, čímž ji chrání před oxidací. Jak se hromadí, struska se uvolňuje odpichovým otvorem a litina se uvolňuje odpichovým otvorem. Teplota litiny při odpichu je 1300-1450°, struska je o 40-80° vyšší.

Oxidační proud potřebný pro spalování paliva je do pece přiváděn bronzovými tryskami, které jsou prstencovitě uspořádány v horní části nístěje v množství 6 až 20 kusů. Aby se zabránilo tavení, trysky jsou duté a chlazeny nepřetržitě cirkulující vodou.

Vyzdívka ohniště, ramena a pára jsou také chlazeny kovovými boxy vloženými do ní s kanály nebo trubkami, kterými proudí voda. Hmotnost horní části pece se přenáší na základ přes sloupy.

V horní části vysoké pece se nachází zavážecí zařízení a výstup vysokopecního plynu. Zavážecí zařízení má „malý“ (horní) a „velký“ (dolní) kužel. Při spuštění malého kužele se materiály sypou z přijímacího trychtýře na velký kužel a při spuštění velkého kužele se nasypou do pece. Jeden z kuželů je vždy v uzavřené poloze, což zabraňuje volnému uvolňování vysokopecního plynu do atmosféry.

Obr. 1. Vysoká pec (a) a rozložení teploty v zónách vysoké pece (b)

Pro dodání vsázky do zavážecího zařízení jsou pece vybaveny speciálními šikmými mosty – skipovými kladkostroji (obr. 2). Dva skipy (speciální vozíky) se pohybují po dvou rovnoběžných drahách (jeden nahoru, druhý dolů) a když je jeden skip vyložen nad zavážecím zařízením, druhý se plní dole, v skipové jámě, z bunkru. Kapacita skipů u velkých pecí dosahuje 7,5 m3.

Obr. 2. Schéma vysokopecní haly

Nakládání, zvedání a vykládání kontejnerů, jakož i ovládání kuželů zavážecího zařízení, se provádí automaticky v závislosti na hladině vsázky ve vysoké peci.

Vysoké pece pracující na dřevěné uhlí mají užitečnou výšku (výška od úrovně litinového odpichu k základně sníženého kužele zavážecího zařízení, obr. 1) až 20 m a pece pracující na koks – až 33 m. Spolu s užitečnou výškou je nejdůležitější charakteristikou pece užitečný objem – objem dutiny pece, vypočítaný z užitečné výšky. Sedmiletý plán v SSSR počítá s výstavbou největších vysokých pecí na světě s užitečným objemem 2000 a 2286 m3.

Vysoká pec pracuje nepřetržitě několik let, poté prochází generální opravou.

Odpichování a lití litiny a strusky. Z malých vysokých pecí teče hotová litina žlabem (obr. 2) do slévárny, kde se rozprostírá po formách připravených v zemi a tvrdne ve formě ježků (ježková nebo bajonetová litina). Velké vysoké pece jsou vybaveny speciálními licími stroji, kterými jsou dopravník (kontinuálně se pohybující dopravník), na kterém jsou instalovány litinové formy. Litina nalitá do formy z pánve tvrdne, postupně chladne a v ohybu dopravníku surové železo vypadává z formy a skutálí se žlabem na železniční nástupiště. Litina se z vysoké pece odpichuje 8 až 3krát denně, tj. každé 4 až 2 hodiny, a struska se odpichuje 3 až XNUMXkrát častěji.

Surové železo, určené k převodu na ocel ve stejném závodě, se v pánvích nalévá do speciálního sběrače tekutého surového železa – míchačky, ve které se udržuje v kapalném stavu. V míchačce se vyrovnává chemické složení jednotlivých porcí surového železa a dochází k částečnému odstranění síry ze surového železa do strusky. Kapacita míchaček je 600-1200 tun surového železa.

Struska z vysoké pece se uvolňuje žlabem (obr. 2) do speciálních pánví. Poté se granuluje (přeměňuje na jemně drcené částice) ochlazováním ve vodní nádrži proudem stlačeného vzduchu nebo páry. Granulovaná struska se používá k výrobě struskového betonu a struskových cihel; při granulaci párou se struska přeměňuje na struskovou vlnu, která se používá jako tepelná izolace.

Uvolňování a čištění vysokopecního plynu. Vysokopecní plyn obsahuje 25–34 % oxidu uhelnatého (CO), 1–3 % vodíku (H2); zbytek tvoří dusík a oxid uhličitý. Je to cenné palivo (výhřevnost vysokopecního plynu je 850–1000 kcal/m3). Proto se zachycuje v hrdle vysoké pece a odvádí do odvodu spalin. Před použitím se vysokopecní plyn čistí od prachu, který zachycuje ze vsázky. Potřeba čištění plynu je způsobena tím, že při spalování nečištěného plynu se hořáky a řídicí systém pece (k jehož vytápění se používá) zanášejí prachem. Asi 25 % vysokopecního plynu se používá jako palivo pro ohřev ohřívačů vzduchu (viz níže), zbývajících 75 % se spotřebuje na vytápění koksárenských baterií, napájení elektráren atd.

Přívod a ohřev větru. Složení oxidačního větru, jeho teplota, tlak a vlhkost, spolu s kvalitou vsázky, určují rovnoměrnost tavicího procesu, spotřebu koksu a produktivitu pece. Donedávna se jako oxidační větru používal atmosférický vzduch ohřátý na 600-800 °C s tlakem v dmyšních trubkách 0,5-1,5 atm; na vytavení 1 tuny surového železa se spotřebovalo 750-800 kg koksu.

V současné době se v SSSR většina litiny taví větrem s konstantní vlhkostí 20-25 g/m3 (na vzduchu se vlhkost v závislosti na počasí pohybuje od 2 do 30 g/m3), se zvýšeným tlakem až do 1,5 atm u vysoké pece (tlak u dmychadel je až 2,5 atm) a ohřevem větrem na 1200° a výše. Tato opatření zajišťují prudké zvýšení produktivity (o 50 % a více) pecí a snížení spotřeby koksu na 600 kg/t (v roce 1958 dosáhli čerepovečtí metalurgové spotřeby koksu 586 kg/t).

Ohřev proudu se provádí ve speciálních zařízeních na ohřev vzduchu.

Ohřívač vzduchu (cowper) (obr. 3) je věž o průměru 6-9 m a výšce až 46 m. Těleso (nebo plášť) ohřívače vzduchu je vyrobeno z tlustého ocelového plechu a zevnitř je vyloženo šamotovými cihlami. V šachtě hoří vysokopecní plyn; zbývající prostor je vyplněn výplní (speciální výplň s plynovými kanály), která absorbuje teplo ze spalin vysokopecního plynu.

Obr. 3. Schéma provozu ohřívačů vzduchu

Podle schématu (obr. 3) je voda z dmychadla směrována do ohřívače vzduchu, prochází horkou tryskou, spalovací komorou a je vedena potrubím do dmychadel, kterými je vháněna do pece.

Z hrdla vysoké pece je vysokopecní plyn veden plynovodem k čištění (není znázorněn na obrázku), po kterém je částečně využíván k ohřevu ohřívače vzduchu 2 spalováním ve směsi se vzduchem. Produkty spalování procházejí mřížkou ohřívače vzduchu 2, ochlazují se na teplotu 300-400° a potrubím jsou odváděny do atmosféry.

Ohřev trysky trvá asi 2 hodiny a práce na ohřevu vzduchu může trvat pouze asi 1 hodinu, proto musí současně pracovat tři ohřívače vzduchu (dva na plyn, jeden na dmýchání).

Použití kyslíkem obohaceného proudu vzduchu a odpovídající snížení množství vháněného dusíku, který je balastem, prudce zvyšuje teplotu ve spodních zónách pece. To usnadňuje obnovu obtížně obnovitelných prvků (křemík, mangan, chrom). Kyslíkový proud vzduchu se používá při výrobě feromanganu a litiny.

Podle sedmiletého plánu plánuje SSSR převést více než 50 vysokých pecí na nový režim využívající kyslík.

Účel. Design pece. Technologický proces tavení litiny.

Vysoká pec

Litina se taví v šachtových pecích – vysoké pece. Podstatou procesu výroby litiny ve vysokých pecích je redukce oxidů železa, které tvoří rudu, oxidem uhelnatým, vodíkem a pevným uhlíkem uvolněným při spalování paliva.
Při tavení litiny se řeší následující problémy:

1. Redukce železa z oxidů rud, jeho nauhličování a odstraňování ve formě tekuté litiny určitého chemického složení.
2. Tavení odpadní rudy, tvorba strusky, rozpouštění koksového popela v ní a jeho vynášení z pece.

Struktura a provoz vysoké pece

Vysoká pec má ocelový plášť vyzděný žáruvzdornými šamotovými cihlami. Součástí pracovního prostoru pece je topeniště6, můj 5, pára 4, ramena 3, horn 1, cejn 15. V horní části je plnicí zařízení 8, přes kterou se vsázka nakládá do pece. Náboj je přiváděn do vozíků 9 výtahy, které se pohybují po mostě 12 do plnicího zařízení a po převrácení nalijte směs do přijímací nálevky 7 distributor náboje. Při spouštění malého kužele 10 směs spadne do misky11a při spouštění velkého kužele 13 – do vysoké pece, která zabraňuje úniku plynů z vysoké pece do atmosféry.

Schéma vysoké pece

Když je pec v provozu, vsázkové materiály se taví a spouštějí a nové části vsázky jsou vedeny přes nakládací zařízení, takže je naplněn celý užitečný objem.
Výroba železa. Vysokopecní výroba litiny. Technologie výroby litiny. Proces výroby litiny.
Užitný objem vysoké pece – objem, který zabírá náplň od příruby ke spodnímu okraji velkého kužele plnicího zařízení, když je spuštěn. Užitná výška vysoké pece (Н) dosahuje 35 m a užitečný objem je 2000. 5000 m3.
V horní části kovárny jsou výsuvná zařízení 14, kterým vstupuje do topeniště ohřátý vzduch potřebný pro spalování paliva. Vzduch pochází z ohřívače vzduchu, uvnitř kterého je spalovací komora a tryska ze žáruvzdorných cihel, ve kterých jsou vertikální kanály. Vyčištěný vysokopecní plyn je přiváděn do spalovací komory k hořáku, který při spalování tvoří horké plyny. Plyny procházející tryskou ji ohřívají a jsou odváděny komínem. Vzduch prochází tryskou, ohřívá se na teplotu 1000. 1200 0C a proudí do dmýchacího zařízení a odtud tryskami 2 – do pracovního prostoru pece. Po ochlazení trysek se zapnou ohřívače.
Spalování paliva. V blízkosti dmýchací trubice hoří zemní plyn a koksový uhlík, které interagují se vzdušným kyslíkem:
C + O2 = CO2 + Q
CH4 + 2 = C2 + 2H2 (pára) + Q
V důsledku spalování se v peci uvolňuje velké množství tepla nad úrovní dmýchadel, vznikají teploty nad 2000 0C. Produkty spalování interagují s horkým koksem podle následujících reakcí:
CO2 + C = 2CO – Q
H2O + C = CO + H2 – Q
Vzniká směs redukčních plynů, ve které je oxid uhelnatý CO hlavním reduktorem železa z jeho oxidů. Pro zvýšení produktivity je vzduch přiváděný do vysoké pece zvlhčován, což vede ke zvýšení obsahu redukčního činidla. Horké plyny, stoupající, odevzdávají teplo vsázkovým materiálům a ohřívají je, přičemž se nahoře ochlazují na 300. 400 0C. Vsázka (aglomerát, koks) klesá směrem k proudu plynu a při teplotě asi 570 0C začíná redukce oxidů železa.
Redukce železa ve vysoké peci. K redukci železa dochází, když se náplň pohybuje po dole a teplota stoupá od nejvyššího oxidu k nejnižšímu, v několika fázích:
Fe2O3 —> Fe3O4 —> FeO —> Fe
Teplota určuje povahu chemických reakcí. Redukčními činidly pro oxidy železa jsou pevný uhlík, oxid uhelnatý a vodík. Nazývá se redukce pevným uhlíkem (koks). přímou obnovu, se vyskytuje ve spodní části pece (parní zóna), kde jsou teploty vyšší, podle reakce:
FeO + C = Fe + CO – Q
Redukce plyny (CO a H2) se nazývá nepřímá obnova, se vyskytuje v horní části pece při relativně nízkých teplotách, podle reakcí:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 – Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
Díky CO a H2 jsou všechny vyšší oxidy železa redukovány na nižší a 40. 60 % kovového železa.
Při teplotě 1000. 1100 0C pevné železo redukované z rudy, interakcí s oxidem uhelnatým, koksem a černým uhlím, intenzivně rozpouští uhlík. Při nasycení uhlíkem klesá bod tání a na úrovni páry a ramen se železo taví (při teplotě asi 1300 0C).
Kapky slitiny železo-uhlík, stékající po kusech koksu, jsou navíc nasyceny uhlíkem (až 4 %), manganem, křemíkem, fosforem, které se redukují z rudy při teplotě 1200 0C, a sírou obsaženou v koksu. .
Na dně vysoké pece vzniká struska v důsledku tavení oxidů hlušiny, tavidel a palivového popela. Strusky obsahují Al2O3, CaO, MgO, SiO2, MnO, FeO, CaS. Struska vzniká postupně, její složení se při zatékání do pece, kde se hromadí na povrchu tekuté litiny, mění díky její nižší hustotě. Složení strusky závisí na složení použitých vsázkových materiálů a tavené litiny.
Litina se z pece uvolňuje každé 3…4 hodiny litinovým odpichovým otvorem 16a struska – každých 1. 1,5 hodiny přes odpich pro strusku 17 (odpich je otvor ve zdivu umístěný nad bokem). Otvor pro odpich se otevře vrtačkou a poté se zakryje ohnivzdornou hmotou. Litina a struska se nalévají do litinových pánví a struskových misek.
Surové železo se dostává do konvertorů kyslíku nebo do provozů s otevřeným ohništěm, nebo se odlévá do forem licím strojem, kde tuhne ve formě ingotů o hmotnosti 45 kg.