Co je to výroba ve vysoké peci?

Vysokopecní výroba, výroba litiny redukčním tavením železných rud nebo aglomerovaných koncentrátů železné rudy ve vysokých pecích. Vysokopecní výroba je odvětvím metalurgie železa.

Litina byla známá od 4. do 6. století. př.n.l E. Vysokopecní výroba vznikla jako výsledek rozvoje procesu foukání sýra – „přímé“ výroby železa v pevném stavu přímo ze železné rudy jeho redukcí v nízkých pecích nebo šachtových pecích (domech) na dřevěné uhlí. První vysoké pece se objevily v Evropě v polovině 14. století a v Rusku kolem roku 1630, poblíž Tuly a Kaširy. Na Uralu byla první litina vyrobena v roce 1701 a v polovině 18. století. Díky rozvoji uralské metalurgie se Rusko dostalo na 1. místo na světě, které si drželo až do počátku 19. století. Do poloviny 18. stol. Jediným palivem při výrobě vysokých pecí je dřevěné uhlí. V roce 1735 A. Derby použil uhelný koks při tavení vysokých pecí.

Hlavní vývojové etapy: použití parního dmychadla (I. I. Polzunov, 1766), zahřátí výbuchu, vynález regeneračního cihlového ohřívače vzduchu (E. Kauper, 1857). V roce 1913 Rusko vyrobilo 4,2 milionu tun surového železa a zařadilo se na 5. místo na světě. V roce 1940 vyrobil SSSR 15 milionů tun surového železa (3. místo na světě) a od roku 1947 byl Sovětský svaz na druhém místě za Spojenými státy. V roce 1970 obsadil SSSR 1. místo na světě. Tavení surového železa v SSSR v roce 1971 činilo 89,3 milionů tun M.A. hrálo hlavní roli v rozvoji výroby vysokých pecí v SSSR. Pavlov, M.K. Kurako, I.P. Bardin. Vysokopecní výroba v SSSR se vyznačuje použitím vysoce mechanizovaných a automatizovaných jednotek a vyspělé technologie.

Výchozí materiály (vsázka) při výrobě vysokých pecí jsou: železná ruda, manganová ruda, aglomerát, pelety, dále palivo a tavidla. Tavidný aglomerát (přes 90 %), který obsahuje 50-60 % Fe s bazicitou 1,1-1,3, byl široce používán ve vsázce vysokých pecí SSSR; Použití tavených pelet se rozšiřuje. Nejdůležitější vlastnosti vsázkových materiálů obsahujících železo, které určují technické a ekonomické ukazatele vysokopecního tavení, jsou: obsah železa, složení hlušiny, množství škodlivých nečistot, jakož i distribuce velikosti částic, pevnost a redukovatelnost. Hlavním palivem ve vysokopecní výrobě je uhlí Výpočet optimálního složení vsázkových materiálů metodami lineárního programování je koks. Rozšiřuje se tavení s náhradou části koksu plynným, kapalným nebo pevným palivem vháněným do nístěje vysoké pece. Jako tavidla se používá vápenec a někdy dolomit.

Hlavní typy litiny tavené ve vysokých pecích jsou: surové železo, používané pro výrobu oceli v ocelárnách; slévárna, používaná pro litinové odlitky; speciální litiny. Vedlejší produkty Vysokopecní výroba: vysokopecní plyn [spalné teplo 3,6-4,6 MJ/m3 (850-1100 kcal/m3)] po očištění od prachu se používá k ohřevu dýmu v ohřívačích vzduchu i v továrních kotelnách , koksovny, aglomerace a některé další dílny; vysokopecní struska se používá především v průmyslu stavebních hmot; kouřový prach odstraněný z pece a zachycený systémem čištění plynu, obsahující 30-50 % Fe, se po předběžné aglomeraci (hlavně aglomerací) vrací zpět do vsázky vysoké pece.

Vysokopecní provoz závodu s plným metalurgickým cyklem má zpravidla minimálně 3 vysoké pece s ohřívači vzduchu a systémem čištění plynu. Zásoba vsázky (koks na 6-12 hodin, aglomerát nebo ruda, stejně jako tavidla na 1-2 dny provozu pece) je uložena v bunkrech kozlíku (společné pro všechny vysoké pece). Na mnoha hutních provozech je součástí vysokopecní dílny tzv. rudný dvůr, kde se skladuje hlavní zásoba železných rud, stohovaná nakladači rud. Tvorba stohu a sběr materiálů z něj se provádí s přihlédnutím ke zprůměrování rud. Vysokopecní dílna disponuje také stroji na odlévání železa.

Vysoká pec, vysoká pec, je velká metalurgická, svisle umístěná šachtová tavicí pec pro tavení surového železa a feroslitin ze surovin železné rudy. Nejdůležitějším rysem vysokopecního procesu je jeho kontinuita po celou dobu pecní kampaně (od stavby pece až po její generální opravu) a protiproud stoupajících dmýchacích plynů se sloupcem materiálu, který neustále klesá a seshora narůstá s novými částmi. poplatku. První vysoké pece se v Evropě objevily v polovině 1630. století, v Rusku kolem roku XNUMX.

Popis a procesy.

Vysoká pec je nepřetržitě pracující šachtová jednotka. Vsázka se nakládá shora, přes standardní nakládací zařízení, které je zároveň plynovým uzávěrem vysoké pece. Bohatá železná ruda (v současné době zůstávají zásoby bohaté železné rudy pouze v Austrálii a Brazílii), aglomerát nebo pelety se získávají ve vysoké peci. Někdy se brikety používají jako rudné suroviny.

Vysoká pec se skládá z pěti konstrukčních prvků: horní válcová část – vršek, nezbytný pro plnění a efektivní distribuci vsázky v peci; největší výškově se rozšiřující kuželová část je dřík. Ve kterých probíhají procesy ohřevu materiálů a redukce železa z oxidů; nejširší válcovou částí je parní komora, ve které probíhají procesy měknutí a tavení redukovaného železa; zužující se kónická část – ramena. Kde se tvoří redukční plyn – oxid uhelnatý; válcová část – pec, která slouží k akumulaci tekutých produktů vysokopecního procesu – litiny a strusky. A také horní – dmýchací zóna, kde je kombinovaný dmychadlo vháněno do pece a spodní část – příruba

V horní části topeniště jsou dmýchací otvory – otvory pro přívod dmýchání ohřátého na vysokou teplotu – stlačeného vzduchu obohaceného kyslíkem a uhlovodíkovým palivem.

Na úrovni trysky se vyvine teplota asi 2000 °C. Jak se pohybujete nahoru, teplota klesá a nahoře dosahuje 270 °C. V peci se tak ustavují různé teploty v různých výškách, díky čemuž dochází k různým chemickým procesům přechodu rudy na kov.

V horní části topeniště, kde je přísun kyslíku dostatečně velký, koks hoří, vzniká oxid uhličitý a uvolňuje se velké množství tepla.

Oxid uhličitý, opouštějící zónu obohacenou kyslíkem, reaguje s koksem a tvoří oxid uhelnatý – hlavní redukční činidlo vysokopecního procesu.

Oxid uhelnatý, který stoupá vzhůru, interaguje s oxidy železa, odstraňuje z nich kyslík a redukuje je na méně oxidovaný oxid.

Kovová tavenina získaná jako výsledek reakce stéká po kapkách dolů přes horký koks a nasycuje se uhlíkem, což vede ke slitině obsahující 2,14 – 6,67 % uhlíku. Tato slitina se nazývá litina. Kromě uhlíku obsahuje malý podíl křemíku a manganu. V desetinách procenta obsahuje litina i škodlivé nečistoty – síru a fosfor. Kromě litiny se v peci tvoří a hromadí struska, ve které se shromažďují všechny škodlivé nečistoty.

Dříve byla struska vypouštěna samostatným odpichovým otvorem pro strusku. V současnosti se litina i struska vypouštějí litinovým odpichem současně, tím se při míchání zvyšuje kontakt mezi litinou a struskou a část síry v litině přechází do strusky. K oddělování litiny a strusky dochází mimo vysokou pec – ve skluzu, pomocí oddělovací desky skimmerového zařízení z důvodu rozdílných hustot tekutých tavicích produktů. Litina oddělená ze strusky jde do litinových pánví nebo do pánví mísiče. Struska se sype struskovými skluzy do struskových misek.

Moderní pec spolu se všemi konstrukcemi a kovovými konstrukcemi, vyzdívkou (žáruvzdorným zdivem) a v ní obsaženými vsázkovými materiály a tavícími produkty může mít hmotnost přes 30 tisíc tun Tato hmota se musí rovnoměrně přenášet do země. Spodní část základu (základna) je provedena ve formě masivní betonové desky o tloušťce až 4 m. Na základnu spočívají sloupy nesoucí kovové konstrukce pece (pažnice). Horní část základu (pařez) je monolitický válec ze žárobetonu, na kterém je umístěna nístěj pece.

Nístěj vysoké pece je spodní část vysoké pece, válcového vnitřního tvaru a kuželového (někdy válcového) vnějšího tvaru. Kovárna je vybavena zařízeními pro uvolňování litiny a strusky (litinové a struskové odpichové otvory) a zařízeními (duchy) pro vhánění vzduchu ohřátého (na cowperech) na 1100–1400 °C, obohaceného kyslíkem na 23–25 %. Topeniště vysoké pece je nejkritičtější částí její konstrukce. Hromadí se zde až 1000 a více tun roztavených tavicích produktů – litiny a strusky. Celý sloupec vsázky o hmotnosti 9-12 tisíc tun působí tlakem na dno nístěje Tlak plynů z nístěje je 0,4-0,5 MPa a jejich teplota v oblastech spalování koksu dosahuje 1700-2100 °C. Uvnitř pece se neustále pohybuje a obnovuje koks, tekuté surové železo a struska a pecní plyny. V podstatě jde o výkonný kontinuálně se pohybující reaktor. V tomto ohledu jsou na konstrukce pece kladeny přísné požadavky na pevnost, těsnost a požární odolnost. Hlavními konstrukčními prvky kovárny jsou plášť, chladiče, litinový a struskový odpichový otvor a dmýchací zařízení.

Jedná se o obdélníkový kanál o šířce 250-300 mm a výšce 450-500 mm. Žlab je proveden v ohnivzdorném zdivu topeniště ve výšce 600-1700 mm od povrchu příruby. Kanály pro struskové odpichové otvory jsou položeny ve výšce 2000-3600 mm. Kanál litinového odpichového otvoru je uzavřen žáruvzdornou hmotou. Litinový odpichový otvor se otevírá vyvrtáním otvoru o průměru 50-60 mm pomocí vrtačky. Po uvolnění litiny a strusky (u moderních velkých vysokých pecí se litina a struska uvolňují litinovými odpichovými otvory) se otvory ucpou pomocí elektrické pistole. Špička pistole vstupuje a do ní je pod tlakem přiváděna žáruvzdorná hmota s odpichovým otvorem z pistole. Odpich strusky na vysoké peci je chráněn vodou chlazenými prvky, které se souhrnně nazývají struskové zátky a pákovou konstrukcí s pneumatickým pohonem ovládaným dálkovým ovladačem. Velkoobjemové vysoké pece (3200–5500 m³) jsou vybaveny čtyřmi střídavě pracujícími litinovými odpichovými otvory a jedním struskovým odpichem. Uvolňování surového železa a strusky z vysoké pece zahrnuje následující operace:

• 1. otevření litinového odpichového otvoru (v případě potřeby ve struskovém odpichu);
• 2. údržba související přímo s únikem litiny a strusky;
• 3. uzavření litinového odpichového otvoru (pokud byla struska uvolněna odpichovým otvorem strusky, pak odpichovým otvorem strusky);
• 4. oprava odpichového otvoru a okapů.

Provoz vysoké pece začíná jejím foukáním. V tomto případě se topeniště a ramena zatíží koksem a hřídel se zatíží tzv. ofukovací vsázkou. Do plně zatížené pece se přivádí ohřátý dmychadlo (snížené množství), koks se zapálí a začíná spouštění materiálů. První uvolnění surového železa a strusky se provádí po 12-24 hodinách, poté se množství výbuchu a zatížení rud (poměr hmotnosti rudy k hmotnosti koksu v krmivu) postupně zvyšuje a několik dní poté foukání vysoké pece dosahuje normální produktivity.

Nepřetržitý provoz (kampaň) vysoké pece od foukání do foukání (zastavení pro velké opravy) trvá 5-6, v některých případech 8-10 let i více, během nichž je pec 1-2x zastavena na tzv. průměr. opravy výměny opotřebovaného důlního zdiva. Tavení litiny ve výkonných pecích v jedné kampani dosahuje 5-8 milionů tun litiny i více.

Řízení provozu (chodu) vysoké pece spočívá v regulaci (v souladu s jakostí surovin a druhu tavené litiny) složení vsázky, množství, teploty a vlhkosti foukání, jakož i množství krmiva nebo pořadí nakládání jednotlivých složek vsázky a úroveň vsázky. Postup vysoké pece je řízen měřicími přístroji, které zaznamenávají hlavní parametry zatížení, tryskání, kychtového plynu a teploty zdiva pece na různých úrovních.

Rozšířilo se tavení se vstřikováním přídavných druhů paliva, obohacování výbuchu kyslíkem a práce se zvýšeným tlakem kychtových plynů. S rostoucím tlakem v horní části se tlakový rozdíl mezi spodní a horní částí vysoké pece zmenšuje; to vede k rovnoměrnějšímu vybíjení náplně, zlepšuje proces regenerace plynů a snižuje odstraňování prachu.

Vysoká pec se vyznačuje vysokým stupněm automatizace. Na moderní vysoké peci jsou všechny operace vkládání vsázky prováděny automaticky: sada komponent vsázky s proséváním jemných částic, vážením, transportem na vrchol a vkládáním do pece podle daného programu. Automaticky je udržována optimální úroveň nabití a rozložení vsázkových materiálů na vrcholu, tlak kychtového plynu, spotřeba vody na chlazení, teplota a vlhkost foukání, jakož i obsah kyslíku v něm a spotřeba zemního plynu. Automatické spínání ohřívačů vzduchu a řízení jejich topného režimu. Automatické analyzátory zajišťují nepřetržitý záznam složení vysokopecního plynu a otřesu. Zavádějí se automatické řídicí systémy pro dodávku výbušniny a zemního plynu, a to jak pro celkový průtok, tak pro jednotlivé dmyšny.

Nové vysoké pece jsou vybaveny centralizovanými monitorovacími a řídicími systémy, které zajišťují průměrování přístrojových ukazatelů a výpočet komplexních ukazatelů provozu pece. Probíhají práce na komplexní automatizaci vysokých pecí včetně řízení tepelného režimu vysoké pece pomocí počítače.

Výkon vysoké pece závisí především na kvalitě surovin a stupni přípravy pro tavení. Hlavní ukazatele: denní produktivita vysoké pece v tunách a spotřeba koksu na 1 tunu surového železa. V SSSR je produktivita vysokých pecí někdy charakterizována koeficientem využití užitečného objemu (kipo), tj. poměrem užitečného objemu v m3 k denní tavbě surového železa v tunách s objem 3000 m3 je 7000 tun surového železa denně. V roce 1970 bylo průměrné kipo 0,597 (v některých případech 0,43-0,45). Spotřeba koksu na jednotku vyrobené litiny má velký ekonomický význam kvůli vysokým nákladům na koks. Použití přídavného paliva umožňuje snížit spotřebu koksu o 8-20% a tím snížit cenu litiny. V SSSR při tavení surového železa z dobře připravené vsázky bohaté na železo je spotřeba koksu 550-600 kg/t a v některých závodech – ne více než 450-500 kg/t.

Zlepšení vysoké pece je zaměřeno na zlepšení přípravy surovin pro tavení, zvýšení výkonu (objemu) vysokých pecí, zavedení pokročilé technologie a automatické řízení provozu vysoké pece.

Podstata vysokopecního procesu spočívá v tom, že se redukuje hlavní množství železa a následně se při vyšších teplotách ve spodní části nístěje odděluje roztavená litina a struska do vrstev v důsledku jejich různé hustoty (hustota litina je přibližně 2,5krát větší než hustota strusky).

V každém okamžiku je celá vysoká pec naplněna vsázkovým materiálem – od nístěje až po vršek. Otvory dmýchací trubice je pod tlakem přiváděn vzduch ohřátý na 1000 – 1200°. Když se vzduch dostane do vrstvy koksu umístěné v peci, rychle se spotřebovává pro jeho spalování. Ve vzdálenosti ~2m od stěny topeniště již plyn neobsahuje kyslík. Protože ke spalování koksu ve vysoké peci dochází za nedostatku vzduchu, není konečným produktem spalování uhlíku oxid uhličitý, ale oxid uhelnatý. Produkty spalování vznikající v nístěji pece (obsahující CO a ) o teplotě vyšší než 2000 °C jsou směrovány nahoru. Při ohřevu vsázky se plyn ochladí a opouští pec vrchem (proto se plyn nazývá kychtový plyn) při teplotě 200-300°C. Při pohybu vsázkou se plyn současně s výměnou tepla účastní redukčních procesů, v důsledku kterých se část oxidu uhelnatého CO přeměňuje na oxid uhličitý. Vysokopecní proces je protiproudý – sloupec vsázkových materiálů je spouštěn směrem k proudu stoupajícího plynu. Ke snížení vsázky dochází ve spodní části vysoké pece v důsledku spalování koksu a tavení rudného materiálu a tavidla. Periodicky, po několika minutách, se do vysoké pece vkládá další část vsázky vrchem.

Bezprostředně po vstupu do pece se vsázka začne ohřívat a při jejím kontinuálním snižování dochází za sebou k následujícím procesům: odpařování vlhkosti ve vsázce, redukce oxidů železa a některých dalších prvků a disociace uhličitanů. Vzhledem ke specifickým podmínkám tavení (přítomnost atmosféry redukčního plynu v peci a silného redukčního činidla – koksu) není konečným produktem zpracování rudy ve vysokých pecích čisté železo, ale litina – slitina železa a uhlíku obsahující 91-94 % Fe, 3,5-4.5 % C a 1-5 % ostatní prvky.

Na úrovni spodní části vsázky nebo v osazeních při teplotě vyšší než 1200 °C začíná tvorba prvních podílů roztavené litiny a strusky. Ten se skládá ze 3 částí: odpadní horniny rudného materiálu, tavidla a koksového popela. Roztavená litina a struska ve formě kapiček stékají dolů v proudu a hromadí se v peci a vytvářejí dvě vrstvy: spodní – litinu a horní – strusku. V důsledku procesu tvorby strusky se roztaví odpadní hornina rudného materiálu, koksový popel a tavidlo, což napomáhá jejich oddělení od redukovaného železa a usnadňuje odstranění z vysoké pece. Struska je jedním z hlavních regulátorů chemického složení litiny. V závislosti na složení je přechod určitých prvků na litinu usnadněn nebo ztížen. Typické složení vysokopecní strusky je následující, %: CaO 35-45, SiO₂ 36-38, Al₂O₃ 7-15, MgO 0,5-1,0, FeO 0,4-0,8, S 1-2. Kapky litiny procházející vrstvou strusky v peci se zbaví většiny síry a litina a struska získávají své konečné chemické složení.

Jedním z charakteristických rysů vysokopecního procesu tedy je, že k tvorbě chemického složení litiny dochází, když se pevná vsázka a roztavené hmoty kovu a strusky pohybují směrem dolů. Vrstva litiny v peci, bez ohledu na to, kolik je tam nm, nemění své chemické složení. Postupem času se množství litiny a strusky v peci zvyšuje. Když se horní hladina strusky přiblíží k horizontu dmýchadel, je nutné uvolnit litinu a strusku z pece. Za tímto účelem se otevře litinový a struskový odpichový otvor. Po uvolnění nahromaděných produktů tavení se odpichové otvory opět uzavřou. Další uvolňování litiny a strusky se provádí v závislosti na produktivitě vysoké pece – po 1-2 hodinách. Četnost vypouštění tedy nesouvisí s potřebou získat chemické složení litiny (výsledná litina je vždy připravena k uvolnění), ale je dána stávající technologií obsluhy ohniště.

Vysokopecní výroba zaujímá v systému hutního závodu významné postavení. Vysokopecní dílna produkuje nejen kov, ze kterého se následně vyrábí různé výrobky, ale také velké množství plynu používaného jako palivo v různých topných zařízeních válcoven, termických, koksárenských, vysokopecních a jiných provozů. Pro potřeby národního hospodářství se využívá i třetí produkt vysokopecního tavení – struska (pro výrobu některých výrobků odléváním, ve stavebnictví jako náhrada drceného kamene, jako surovina při výrobě cementu, struska, struska, struska, struska). při výrobě struskové vlny atd.).

Výběr vysokých pecí

Je vhodné vybrat vysokou pec na základě požadovaného množství litiny pro výrobu daného objemu oceli. Vzhledem k tomu, že vysoká pec pracuje v kontinuálním režimu, bude daný objem výroby surového železa za den vyjádřen:

= = 15972,6 tun železa. za den

Na základě získaných výsledků vybíráme na základě údajů uvedených v tabulce 6 typ vysoké pece.

Vybíráme typ vysoké pece MMK č.10.

Počet vysokých pecí se určí z poměru:

kde je produktivita vybrané vysoké pece, t/den.

Tabulka 6. Hlavní ukazatele velkých vysokých pecí v Rusku.

Indikátory vysokých pecí ruských továren