Wielki piec. Urządzenie, zasada działania i przeznaczenie. Budowa i zasada działania wielkich pieców Temperatura w wielkim piecu

Pomimo dużej liczby materiałów syntetycznych i polimerowych, które stały się powszechne we współczesnym przemyśle i życiu codziennym, zastosowanie stopów żelaza nie jest gorsze od dłoni. Najbardziej krytyczne części, mechanizmy, narzędzia i inne komponenty wykonane są z różnych gatunków i rodzajów metalu, które posiadają właściwości niezbędne do rozwiązania powierzonych zadań. Aktywne poszukiwania całkowitego zamiennika stopów metali nie zakończyły się dotychczas sukcesem, ponieważ różnica we właściwościach materiałów jest zbyt duża. Rozwój metalurgii nie kończy się, pojawiają się nowe technologie i metody wytwarzania materiałów o dużej wytrzymałości i twardości. Jednocześnie nie zapomniano o dawnych, tradycyjnych metodach wytapiania metali, wypracowanych na przestrzeni wieków i szczegółowo zbadanych przez wiele pokoleń hutników. Rozważmy projekt wielkiego pieca - jeden z najstarszych projektów do produkcji żeliwa odlewniczego, który jest aktywnie wykorzystywany do dziś.

Fabuła

Potrzeba udoskonalenia technologii wytapiania żelaza pojawiła się już dawno temu. Rudy niskotopliwe, znajdujące się niemal na powierzchni ziemi, nie miały dużych objętości i szybko ulegały zużyciu. Istniejąca technika wytapiania była nie do utrzymania i nie pozwalała na pracę z rudami ogniotrwałymi. Należało ulepszyć istniejący sprzęt i technologię. Przede wszystkim konieczne było zwiększenie wielkości pieców i znaczne wzmocnienie trybu ciśnieniowego.

Pierwsze wzmianki o konstrukcjach przypominających wielkie piece znaleziono w Chinach. Pochodzą z IV wieku. W Europie pojawienie się wielkich pieców datuje się na XV wiek, wcześniej używano tzw. pieców serowarskich. Bezpośrednim poprzednikiem wielkiego pieca była kuźnia katalońska, w której stosowano techniki technologiczne zbliżone do metody produkcji wielkopiecowej. Jego charakterystycznymi cechami były:

Ciągły proces dostarczania ładunku;
Zastosowanie wydajnych, napędzanych hydraulicznie jednostek napowietrzających.

Wielki piec z XIV w

Objętość katalońskiej kuźni wynosiła zaledwie 1 m3, co nie pozwalało na uzyskanie dużych ilości produktów. W XIII wieku w europejskim księstwie Styrii powstał Stutofen, powiększona i ulepszona wersja katalońskiej trąbki. Miała około 3,5 m wysokości i posiadała dwa otwory technologiczne – dolny do doprowadzenia powietrza, górny do wydobywania kritsy (surowego żelaza). Stukofen produkował trzy rodzaje półproduktów żelaznych:

Stal;
Żeliwo;
Żeliwo.

Różnica między nimi polegała na zawartości węgla - najwięcej było go w żeliwie (ponad 1,7%), w stali niecałe 1,7%, a w żeliwie ciągliwym 0,04%. Negatywnie oceniono wysoki poziom zawartości węgla, ponieważ żeliwa nie można kuć, spawać i trudno jest z niego wytwarzać broń.

To jest ważne! Początkowo żeliwo zaliczano do odpadów przemysłowych, ponieważ nie można było go kuć. Postawy wobec niej zmieniły się dopiero po rozpoczęciu wytapiania wtórnego, które zaczęto prowadzić z powodu braku rud topliwych. Żeliwo zamienne otrzymywane z żeliwa charakteryzowało się wyższą jakością, co stanowiło zachętę do rozszerzenia procesu konwersji.

Dalsze zwiększanie mocy produkcyjnych i udoskonalanie technologii spowodowało pojawienie się blaufenu o wysokości około 5–6 m, zdolnego do jednoczesnego wytapiania żeliwa i żelaza. Był to już praktycznie wielki piec, choć w nieco mniejszej, uproszczonej konstrukcji. Ustalono, że proces jest dwuetapowy, przy czym pierwszym etapem była produkcja żeliwa, a drugim wytapianie z niego żelaza pod podwyższonym ciśnieniem.

Pojawienie się pierwszych wielkich pieców w Europie datuje się na koniec XV wieku. Niemal natychmiast podobne konstrukcje pojawiły się w Anglii, a w USA pierwsze wielkie piece powstały znacznie później – w 1619 roku. Pierwszy wielki piec w Rosji zbudował A. A. Vinius w swojej manufakturze w Tule. Proces składał się z następujących kroków:

Umieszczenie surówki przed ustami, stopienie i spuszczenie żeliwa w dół.

Utrata części węgla podczas przejścia w pobliżu dysz.

Dostarczenie powstałego żelaza do dyszy, potężny impuls, podczas którego nadmiar węgla wypalił się, a miękkie żelazo osiadło na dnie.

Żelazo usunięto z dna kuźni i kuto, usuwając ciekły żużel i zagęszczając tłoki. Dzięki tej metodzie wydajność gotowego żelaza wynosiła około 92% pierwotnej masy żeliwa, a jego jakość znacznie przewyższała jakość produktu krytycznego.

Kryzys paliwowy stał się poważnym problemem. Do wytapiania rudy używano węgla drzewnego, co doprowadziło do zniszczenia lasów. Problem urósł do takich rozmiarów, że przez 2 wieki metal do Anglii sprowadzano z Europy, a później z Rosji. Okazało się, że las rośnie wolniej niż płonie. Próby wykorzystania węgla wykazały, że zawiera on dużą ilość siarki, co znacznie obniża jakość metalu. Przeprowadzono wiele eksperymentów, które zakończyły się niepowodzeniem.

To jest interesujące! Rozwiązanie znalazł dopiero w 1735 roku angielski hutnik A. Derby II, który znalazł sposób na przeróbkę węgla na koks. Od tego czasu problem paliwa został przezwyciężony, a proces otrzymał nowy impuls do rozwoju.

Kolejnym rewolucyjnym odkryciem było ogrzewanie powietrza wykorzystywanego do doładowania. Pozwoliło to znacznie zmniejszyć zużycie węgla aż o 36%. Istnieją specjalne wymagania dotyczące gatunku i jakości metalu pod względem zawartości manganu, krzemu i fosforu. Udoskonalano i uzupełniano technologię i konstrukcję pieców, stopniowo dochodząc do nowoczesnego wyglądu.

Konstrukcja i zasada działania

Wielki piec jest pionową konstrukcją szybową, przypominającą stożek, rozszerzającą się w dół. Wysokość pieca może sięgać 70 m, objętość robocza wynosi 2700 m³. Dzienna wydajność wielkiego pieca tej wielkości sięga 5000 ton żeliwa. Główną cechą pracy wielkich pieców jest ciągłość procesu. Prace prowadzone są przez całą dobę i nie kończą się do czasu remontu lub demontażu pieca, co może zająć od 3 do 15 lat. W przypadku przerwania pracy i pozostawienia pieca bez paliwa nastąpi tzw. „zanieczyszczenie”, czyli stwardnienie materiałów znajdujących się wewnątrz. Niemożliwe jest ponowne uruchomienie pieca, który został zatrzymany w nietypowy sposób. Ta specyfika zmusza specjalistów do ciągłego martwienia się o utrzymanie trybu pracy instalacji, ale także pozwala im uzyskać maksymalną produktywność.

Materiały potrzebne do realizacji procesu wielkopiecowego:

Koks węglowy (paliwo);
Ruda żelaza (spiek, pellet);
Topnik (piasek, wapień i inne niezbędne materiały, które organizują unoszenie się żużla w górę).

Na świecie istnieje bardzo niewiele złóż rudy żelaza, których jakość pozwala na wykorzystanie jej w procesie wytapiania bez wstępnej obróbki. Dlatego w większości przypadków wykorzystuje się specjalnie przygotowane surowce – aglomerat lub pellet, czyli bryły wzbogaconego materiału rudowego. Mają postać okrągłych granulek (pelletów) lub cząstek o nieregularnym kształcie (aglomerat) o wielkości 2–5 cm.

Schemat konstrukcyjny wielkiego pieca

Konstrukcja pieca to masywna pionowa wieża, wyłożona od wewnątrz cegłami szamotowymi (ogniotrwałymi). Jest zainstalowany na solidnym fundamencie, podniesionym powyżej poziomu zerowego do określonej wysokości. Górna, żaroodporna część podstawy nazywa się kikutem. W górnej części fundamentu znajduje się pozioma platforma - platforma, która przejmuje wszystkie obciążenia dynamiczne i temperaturowe, dlatego jest chłodzona wodą. Piekarnik jest chroniony od zewnątrz trwałą metalową obudową o grubości 4–6 cm.

Wnętrze pieca stanowi wieża w kształcie stożka, składająca się z kilku sekcji:

Mój (lub otomana). Część wieży w kształcie stożka, stopniowo rozszerzająca się w dół.
Zgrzyt. Najszersza (środkowa) część wieży, w której rozpoczynają się procesy tworzenia żużla i topienia surowców. Temperatura w tym obszarze waha się od 1400°.
Ramiona. Stosunkowo krótki odcinek w kształcie stożka, zwężający się ku dołowi. W tym miejscu następuje ostateczne stopienie metalu. Temperatura w tym obszarze wynosi 1600–1900°.
Klakson. Dolna część wieży, w której znajdują się otwory nawiewne (dysze). Tam też znajdują się otwory spustowe żeliwa i żużla (otwory do odprowadzania żeliwa i żużla). Dno kuźni to górna część fundamentu (dół).

Za pomocą aparatu napełniającego mieszaninę i topnik wprowadza się do pieca. Gdy żeliwo i żużel topią się i są usuwane, materiały opadają, a na ich miejsce pojawiają się nowe. Gazy powstające podczas procesów chemicznych usuwane są rurociągami umieszczonymi w górnej części wieży. Mają wysoką temperaturę i służą do podgrzewania świeżego strumienia wchodzącego do wielkiego pieca w celu zwiększenia ciśnienia. Ogrzewanie odbywa się w kotłowniach – instalacjach pobierających świeże powietrze, ciepło w urządzeniach wymienników ciepła i dostarczających gorące powietrze do pieca.

Schematy wielkiego pieca

Konstrukcja wielkich pieców i proces wytapiania są praktycznie takie same we wszystkich krajach i nie różnią się zasadniczo. Istnieją jednak różne schematy konstrukcji nośnych, które mają swoje własne cechy i specyfikę.

Cechy schematów różnych konstrukcji pieców

Schemat szkocki (a). Palenisko jest zamontowane na specjalnych konstrukcjach wsporczych zwanych kolumnami głównymi. Z reguły ich liczba odpowiada liczbie dysz. Odbywa się to w celu ułatwienia obsługi i konserwacji otworów doprowadzających powietrze. Jeśli użyjesz innych opcji rozmieszczenia, dysze będą musiały zostać umieszczone nierównomiernie, co wpłynie na tryb zwiększania ciśnienia i ogólną jakość metalu. Wadą tego schematu jest możliwość przenoszenia drgań z urządzeń załadowczych na konstrukcję pieca. Ponadto występują trudności w przeprowadzeniu pilnych napraw lub przebudowy. Jednocześnie taki piec jest tańszy i ma mniejszą wagę, co skraca czas budowy.
niemiecki (b). Palenisko jest instalowane na własnych wspornikach (kolumnach). Poprawia to jakość obsługi kuźni, ale stwarza możliwość nadmiernych naprężeń w obszarze poboczy na skutek obciążeń od ciężaru wieży. Wzmocnienie konstrukcji powoduje problemy z dostępem do barków, co wpływa na tryb i jakość pracy.
Połączone (c). W tej wersji obciążenie ramion jest zmniejszone, ale odbywa się to kosztem bardziej złożonej konserwacji sekcji paleniska. Jednocześnie taki schemat zapewnia wysoką wytrzymałość obudowy, która nadal skutecznie działa nawet w obecności zauważalnych pęknięć. Ta cecha obwodu jest doceniana przez specjalistów pracujących z surowcami o dużej zawartości cynku. Wytwarza nadmierny nacisk na ściany wieży, zwiększając częstotliwość poważnych napraw.
Japoński (g). Konstrukcję nośną stanowi 6 słupów wyposażonych we wsporniki. Pomimo zwiększonej nośności zauważalne są wady - nierównowaga obciążenia zwiększa ciężar podpór, średnica kanału powietrznego jest zwiększona w porównaniu z innymi opcjami konstrukcyjnymi, co przyczynia się do wzrostu obciążeń wyposażenia dyszowego. Dodatkową wadą jest trudność zorganizowania transportu podłogowego na terenie kuźni.
Amerykanin (d). Schemat wyróżnia się obecnością 4 kolumn nośnych. Zaletami są zmniejszone drgania powstające podczas pracy mechanizmów ładujących oraz znacznie lepszy dostęp do otworu spustowego i obszaru dyszy.

Schematy te zostały opracowane i udoskonalone w różnych warunkach, co było przyczyną pojawienia się pewnych różnic w konstrukcji. Jednak wszystkie z nich są z powodzeniem obsługiwane i wytwarzają produkty wysokiej jakości.

Wielki piec DIY

Samodzielne wykonanie wielkiego pieca na pierwszy rzut oka wydaje się absurdalnym pomysłem. Jest mało prawdopodobne, aby komukolwiek przyszło do głowy zorganizowanie na swojej stronie miniaturowego warsztatu metalurgicznego. Istnieje kilka powodów:

Brak surowców. Na świecie pozostały tylko 2 złoża bogate w rudy – w Brazylii i Australii. Kupienie pelletu czy aglomeratu jest prawie niemożliwe - nie ma ich w darmowej sprzedaży, wszystkie dostawy przechodzą przez giełdy towarowe i wynoszą tysiące ton.
Uzyskanie pozwolenia na budowę miniaturowego zakładu metalurgicznego jest niemożliwe. Hutnictwo żelaza jest źródłem znaczących problemów środowiskowych, dlatego żaden urzędnik nie ryzykowałby wydania pozwolenia na takie przedsięwzięcie.
Sąsiedzi zasypią wszystkie władze skargami, ponieważ ciągły dym i opary sprawią, że ich życie stanie się nie do zniesienia.

Wskazano tylko te najbardziej podstawowe przyczyny, w rzeczywistości jest ich znacznie więcej. Wyklucza się użycie wielkiego pieca do produkcji metalu w prywatnym domu.

Jeśli jednak weźmie się pod uwagę specyfikę wielkiego pieca, w szczególności tryb spalania ciągłego, wówczas można go wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń. Jest to efektywne rozwiązanie do zaopatrzenia w ciepło zarówno pomieszczeń mieszkalnych, jak i użytkowych - garażu, szklarni, budynków pomocniczych itp. W odróżnieniu od konwencjonalnego pieca na paliwo stałe, gdzie paliwo musi być często doładowywane, a wydajność jest dość niska, wielki piec zapewnia równomierne tlenie się materiału w ciągu 15–20 godzin. Osiąga się to dzięki ograniczonemu dopływowi powietrza, co nie pozwala na aktywne spalanie paliwa i wydłuża proces.

Możesz sam zrobić wielki piec

Piekarnik jest zwykle wykonany z metalowej beczki. Ostrożnie wytnij dno (będzie to potrzebne później), zainstaluj beczkę na gotowym fundamencie. Wycięty okrąg jest wzmocniony sekcjami ceowymi, aby zwiększyć wagę - będzie dociskał paliwo, sprzyjając kompaktowemu umieszczeniu i wydajnemu tleniu. Wycinają otwór na komin, zwykle wystarczy rura o średnicy 10 cm, następnie należy wyciąć pokrywę beczki z blachy, ponieważ dno służy już jako ciśnienie paliwa. Wycina się okrąg o odpowiedniej wielkości i starannie przyspawa się go do lufy. Wykonuje również otwór na rurę. W dnie lufy wycina się otwór na drzwiczki, przez które będzie dodawane paliwo. Można wykonać dodatkowe drzwiczki pod spodem, aby usuwać popiół.

Komin jest przyspawany od góry, długość jego prostej części (do pierwszego kolanka) powinna przekraczać średnicę beczki (najlepiej znacznie większą). Podczas pracy piec bardzo się nagrzewa, dlatego wiele osób wykłada go cegłami lub tworzy ekran odbijający ciepło. Optymalny tryb pracy znajduje się eksperymentalnie. Należy przestrzegać środków bezpieczeństwa przeciwpożarowego, najlepiej dla takiego pieca wyznaczyć oddzielne pomieszczenie bez przedmiotów łatwopalnych.

Wideo: narodziny stali

Wielki piec to jedna z najstarszych i najbardziej sprawdzonych konstrukcji. Jego skuteczność została sprawdzona przez czas, metody i techniki technologiczne zostały dokładnie zbadane i przetestowane. Możliwości wielkiego pieca są takie, że praca takich urządzeń będzie trwała bardzo długo, projekty i technologie zostaną udoskonalone.

Surówkę wytapia się w wielkich piecach, które są piecami szybowymi. Istotą procesu produkcji żeliwa w wielkich piecach jest redukcja tlenków żelaza zawartych w rudzie za pomocą gazowych (CO, H2) i stałych (C) reduktorów powstających podczas spalania paliwa w piecu.

Proces wytapiania w wielkim piecu jest ciągły. Materiały źródłowe (spiek, pellet, koks) ładowane są do pieca od góry, a do dolnej części dostarczane jest ogrzane powietrze oraz paliwo gazowe, ciekłe lub sproszkowane. Gazy powstałe w wyniku spalania paliwa przechodzą przez kolumnę ładunkową i przekazują jej energię cieplną. Opadający ładunek jest podgrzewany, redukowany, a następnie topiony. Większość koksu spala się w dolnej połowie pieca, stanowiąc źródło ciepła, a część koksu jest zużywana na redukcję i nawęglanie żelaza.

Wielki piec to potężna i wysoce wydajna jednostka, która zużywa ogromną ilość materiałów. Nowoczesny wielki piec zużywa dziennie około 20 000 ton wsadu i produkuje około 12 000 ton surówki.

Aby zapewnić ciągłość dostaw i wydań tak dużych ilości materiałów, konieczne jest, aby konstrukcja pieca była prosta i niezawodna w działaniu przez długi okres czasu. Zewnętrzna część wielkiego pieca jest zamknięta w metalowej obudowie spawanej z blach stalowych o grubości 25–40 mm. Wewnątrz obudowy znajduje się wykładzina ogniotrwała, chłodzona w dolnej części pieca za pomocą specjalnych lodówek - metalowych skrzynek, wewnątrz których krąży woda. Ze względu na to, że do chłodzenia pieca potrzebna jest duża ilość wody, w niektórych piecach stosuje się chłodzenie wyparne, którego istotą jest to, że do lodówek dostarcza się kilkukrotnie mniej wody niż przy zwykłej metodzie. Woda nagrzewa się do wrzenia i szybko odparowuje, pochłaniając dużą ilość ciepła.

Wewnętrzny zarys przekroju pionowego wielkiego pieca nazywany jest profilem pieca. Przestrzeń robocza pieca obejmuje:

ognisko;
kopalnia;
para;
ramiona;
klakson

Kołosznik

Jest to górna część wielkiego pieca, przez którą ładowany jest materiał wsadowy i usuwany jest wielki piec lub gaz wierzchni. Główną częścią urządzenia wielkopiecowego jest aparat napełniający. Większość wielkich pieców posiada urządzenia załadowcze z podwójnym stożkiem. W normalnej pozycji oba stożki są zamknięte i niezawodnie izolują wnętrze pieca od atmosfery. Po załadowaniu ładunku do leja odbiorczego mały stożek zostaje opuszczony i ładunek spada na duży stożek. Mały stożek zamyka się. Po zebraniu określonej ilości wsadu na dużym stożku, duży stożek opuszcza się przy zamkniętym małym stożku i wsad wsypuje się do pieca. Następnie duży stożek zamyka się. W ten sposób przestrzeń robocza wielkiego pieca jest trwale uszczelniona.

Materiały wsadowe podawane są zazwyczaj do gardzieli pieca z jednej strony. W rezultacie w lejku małego stożka powstaje nachylenie. Niedopuszczalna jest długotrwała eksploatacja wielkiego pieca przy nierównym poziomie wsadu. Aby wyeliminować to zjawisko, lejek odbiorczy i mały stożek obracają się. Po załadowaniu wsadu lejek wraz ze stożkiem obraca się o kąt wielokrotności 60, dzięki czemu po wyładowaniu kilku nadaw, nierówności zostają całkowicie wyeliminowane.

W nowoczesnych piecach można instalować urządzenia ładujące o bardziej złożonej konstrukcji. Zamiast dużego stożka zainstalowano obrotową rynnę, której kąt można regulować. Taka konstrukcja umożliwia zmianę lokalizacji dopływu materiału w zależności od średnicy blatu.

Podczas procesu wytapiania w wielkim piecu powstaje duża ilość gazu, który jest usuwany z górnej części pieca. Ten rodzaj gazu nazywany jest gazem górnym. Gaz zawiera palne składniki CO i H2, dlatego wykorzystywany jest jako paliwo gazowe w produkcji metalurgicznej. Dodatkowo, przechodząc przez kolumnę ładunkową, gaz wychwytuje drobne cząstki materiałów zawierających żelazo, tworząc tzw. pył spalinowy. Pył zbierany jest w specjalnych oczyszczaczach gazu i wykorzystywany jako dodatek do wsadu podczas aglomeracji lub produkcji pelletu.

Kopalnia

Wał stanowi większą część całkowitej wysokości i objętości pieca. Profil wału w postaci ściętego stożka rozszerzającego się ku dołowi zapewnia równomierne opuszczanie i spulchnianie materiałów wsadowych. Znaczna wysokość szybu pozwala na termiczną i chemiczną obróbkę materiałów poprzez unoszenie się gorących gazów.

Zgrzyt

Jest to środkowa cylindryczna część przestrzeni roboczej pieca, posiadająca największą średnicę. Parowanie powoduje dodatkowe zwiększenie objętości pieca i eliminuje możliwe opóźnienia w dostawie materiałów wsadowych.

Ramiona

Jest to część profilu pieca znajdująca się poniżej komory parowej i ma kształt ściętego stożka, którego szeroka podstawa jest skierowana w stronę komory parowej. Odwrotne zwężenie występów odpowiada zmniejszeniu objętości stopionych materiałów podczas tworzenia się żeliwa i żużla.

Klakson

Jest to dolna cylindryczna część pieca, w której przeprowadzane są procesy wielkopiecowe w wysokiej temperaturze. W piecu spalany jest koks i powstaje gaz wielkopiecowy, następuje interakcja pomiędzy fazami ciekłymi, gromadzenie się ciekłych produktów wytopu (surówka i żużel) oraz ich okresowe uwalnianie z pieca. Kuźnia składa się z części górnej lub dyszy oraz komory dolnej lub metalowej. Nazywa się spód metalowego odbiornika łuskowaty.

W dnie paleniska znajdują się otwory spustowe żeliwa i żużla, którymi są otwory odprowadzające żeliwo i żużel. Po wypuszczeniu żeliwa otwór spustowy zamyka się specjalną masą ogniotrwałą za pomocą tzw. pistoletu, czyli cylindra z tłokiem. Przed otwarciem żeliwnego otworu na baterię pistolet napełnia się masą ogniotrwałą. Po zakończeniu produkcji żeliwa pistolet doprowadza się do otworu spustowego i za pomocą mechanizmu tłokowego masa otworu spustowego zostaje wyciśnięta z pistoletu i wypełnia kanał otworu spustowego. Do otworzenia żeliwnego otworu pod armaturę wykorzystuje się specjalną wiertarkę, która w masie otworu pod baterię wierci otwór, przez który wydostaje się żeliwo.

Otwory żużlowe znajdują się na wysokości 1500 - 2000 mm od poziomu otworu spustowego żeliwnego i zamykane są zatyczką żużlową, którą jest stalowy pręt zakończony końcówką. Żeliwo i żużel opuszczający wielki piec kierowany jest poprzez zsypy do kadzi żeliwno-żużlowych. Obecnie żużel powstaje głównie razem z żeliwem i oddziela się od żeliwa za pomocą specjalnego urządzenia na rynnie pieca.

Żużel wypływający z wielkiego pieca przez otwór spustowy żeliwa oddzielany jest od żeliwa na rynnie pieca za pomocą płyty oddzielającej i przepustu, które pełnią funkcję uszczelnienia hydraulicznego. Żeliwo o dużej gęstości trafia do szczeliny pod płytą oddzielającą, natomiast lżejszy żużel odprowadzany jest do rynny bocznej.

Jeżeli konieczne jest dostarczanie żeliwa innym przedsiębiorstwom, wlewa się je do wlewków (wlewków) o masie 30–40 kg na specjalnej maszynie odlewniczej.

W górnej części paleniska, w odległości 2700 - 3500 mm od osi żeliwnego otworu spustowego na obwodzie paleniska, w równych odstępach zamontowane są dysze powietrzne, przez które podmuch nagrzewa się do temperatury 1100 - 1300°C do pieca podawany jest gaz ziemny i inne dodatki do paliw (olej opałowy, paliwo pyłowe). Każdy wielki piec jest wyposażony w dmuch z własnej dmuchawy. Nagrzewanie szokowe odbywa się w nagrzewnicach powietrza typu regeneracyjnego, gdy pod wpływem ciepła spalonego gazu najpierw podgrzewa się dyszę nagrzewnicy powietrza wykonaną z cegieł ogniotrwałych, a następnie przepuszcza się przez nią powietrze, pobierając ciepło z dysza. W okresie nagrzewania dyszy gaz i powietrze są dostarczane do komory spalania w celu jej spalenia. Produkty spalania przechodzące przez dyszę podgrzewają ją i trafiają do komina. W okresie nagrzewania strumieniowego zimne powietrze dostaje się do nagrzanej dyszy, jest podgrzewane, a następnie wprowadzane do wielkiego pieca. Gdy dysza ostygnie na tyle, że powietrza nie da się ogrzać do zadanej temperatury, zostaje ono przekazane do kolejnej nagrzewnicy, a schłodzona zostaje podgrzana. Dysza nagrzewnicy schładza się szybciej niż nagrzewa. Dlatego blok wielkopiecowych nagrzewnic powietrza składa się z 3–4 urządzeń, z których jedno podgrzewa powietrze, a pozostałe ogrzewają. Profil wielkiego pieca charakteryzuje się średnicami, wysokościami i kątami nachylenia poszczególnych elementów. Wymiary niektórych piekarników pokazano w tabeli 1.

Tabela 1 - Wymiary pieca

Wymiary, mm	Przydatna objętość pieca, m3
Wymiary, mm	2000	3000	5000
Średnica:
kuźnia	9750	11700	14900
raspara	10900	12900	16300
ognisko	7300	8200	11200
Wysokość:
pełny	32350	34650	36900
użyteczne	29200	32200	32200
kuźnia	3600	3900	4500
miny	18200	20100	19500

Wymiary każdej części pieca muszą być ze sobą powiązane i pozostawać w określonych proporcjach z wymiarami innych części pieca. Profil pieca musi być racjonalny, co zapewnia najważniejsze warunki procesu wielkopiecowego:

płynne i stabilne opuszczanie materiałów wsadowych;
korzystny rozkład nadchodzącego strumienia gazu;
korzystny rozwój procesów odzysku i powstawania żeliwa i żużla.

Głównymi wielkościami charakteryzującymi wymiary przestrzeni roboczej są objętość użytkowa pieca i wysokość użytkowa. Obejmują one wysokość i objętość wypełnioną materiałami i wyrobami hutniczymi. Przy określaniu tych parametrów za poziom górny przyjmuje się oznaczenie dolnej krawędzi dużego stożka urządzenia napełniającego w położeniu opuszczonym, a poziom dolny za poziom osi żeliwnego otworu spustowego.

Zadaniem wielkiego pieca jest prowadzenie procesów wytapiania żelazostopów i żeliwa. Do produkcji tych materiałów wykorzystuje się rudę żelaza. Historia pochodzenia nazwy takiego sprzętu sięga XIV wieku. Termin „domena” pochodzi od słowa dmuchanie. Pierwsze piece pojawiły się w Europie, a po XVI wieku trafiły do Rosji.

Konstrukcja wielkiego pieca jest następująca: piec jest zainstalowany na fundamencie, a jego zewnętrzną część pokrywa stalowa obudowa. Fundament jest dość wysoki, a jego powierzchnia, żaroodporna część nazywa się pniakiem. Obudowa ma zazwyczaj grubość od 4 do 6 cm, wewnątrz niej wzdłuż ścian znajdują się wyroby ognioodporne. Na fundamencie znajduje się kalenica, która poddawana jest działaniu ciśnienia hydrostatycznego roztopionej masy i wysokich temperatur. Stosy leszczy znajdujące się wewnątrz obudowy otaczają specjalne lodówki. Są one reprezentowane przez żeliwne płyty z wężownicami, przez które krąży woda.

Urządzenia niezbędne w hutnictwie żelaza

Produkcja wielkich pieców jest jednym z trudnych zadań w dziedzinie metalurgii. Ale jednocześnie ten projekt sięga ponad stulecia. Wraz z rozwojem postępu naukowo-technicznego konstrukcja pieca uległa niewielkim zmianom, zaczęto dodawać elementy i części, które pozwoliły znacznie przyspieszyć proces produkcyjny. Ponadto wiele trudnych do kontrolowania trybów w nowoczesnych piecach zostało zautomatyzowanych.

Praca wielkiego pieca jest ważnym elementem współczesnego przemysłu żelaza i stali. W nowoczesnej produkcji używany jest wyłącznie sprzęt o wysokim poziomie wydajności. Ponadto zaawansowane wielkie piece są wyposażone w systemy automatyki. Rolą automatyki jest regulacja, kontrola i rejestrowanie głównych cech operacji wytapiania. Nowoczesny piec może kontrolować poziom zasypywania wsadu, dopływ rudy, temperaturę dmuchu i ciśnienie gazu.

Wydajność takich pieców rośnie, można powiedzieć, z duchem czasu. Ulepszenia systemu wytapiania umożliwiają kilkukrotne zwiększenie wydajności sprzętu.

Schemat wielkiego pieca daje wizualne wyobrażenie o jego działaniu. Tutaj możesz zaobserwować, jak zmienia się konstrukcja sprzętu w obszarach o wysokiej temperaturze. Ponadto, biorąc pod uwagę schemat, można zobaczyć, gdzie i do jakiego poziomu wylewane są składniki surowców.

Procesy w wielkim piecu zachodzą w ściśle określonej kolejności. Sam piec ma kształt pionowy, porównywalny z typem szybu. Wysokość może się nieznacznie różnić, ale nie przekracza 35 m. Średnica konstrukcji jest zwykle 2,5 - 3 razy mniejsza. Proces przebiega w określonej kolejności. Najpierw przywracane jest żelazo. Następnie przywracane są inne pierwiastki - fosfor, siarka i inne. Powstały żużel, który już znacznie zmienił swój skład, spływa i gromadzi się w obszarze paleniska. To skład chemiczny żużla określa skład żeliwa.

Zasada działania urządzenia

Zasada działania wielkiego pieca wyraża się w kilku operacjach fizycznych i chemicznych. Obecność tych operacji zależy od obszaru temperatur samego pieca i ładunku materiału. Ogólnie można wyróżnić następujące procesy:

proces rozkładu wapienia, w wyniku którego powstaje bezwodnik węglowy i tlenek wapnia;
renowacja żelaza i innych pierwiastków;
nawęglanie żelaza;
wytapianie metali;
powstawanie i topienie żużla;
spalanie paliwa i inne.

Nagrzewnica wielkopiecowa to urządzenie, w którym następuje wstępne podgrzanie powietrza. Powietrze to jest następnie wprowadzane do pieca. Wczesne urządzenia do wytopu żeliwa nie posiadały takiego elementu jak nagrzewnica powietrza. Rozwój urządzenia pozwolił znacząco obniżyć koszty paliwa.

Wsad we współczesnym znaczeniu jest mieszaniną koksu, spieku rudy żelaza i surowców topnikowych. Przed procesem wytapiania wsad poddawany jest specjalnemu przygotowaniu. Najpierw jest kruszony, a następnie przesiewany. Po przesianiu duże kawałki kierowane są do ponownego rozdrobnienia.

Efektem procesu spalania jest wzrost temperatury. Najwyższy punkt temperatury może osiągnąć ponad 2000 stopni Celsjusza. Procesy zachodzą pod ciśnieniem gorących gazów. Podczas wznoszenia gazy te schładzają się do 300-400 stopni w pobliżu kokoshnika.

Przeznaczenie pieców

Produkcja surówki w wielkim piecu jest ważną gałęzią przemysłu żelaza i stali. Praca ta wymaga nie tylko konieczności użycia specjalnego sprzętu, ale także starannego przestrzegania określonych technologii. Wytapianie odbywa się w wielkim piecu ze skał odpadowych i rudy. Substancją rudy może być ruda czerwona, brązowa, drzewcowa, magnetyczna ruda żelaza lub rudy manganu.

Redukcja żelaza jest jednym z głównych etapów produkcji żeliwa. W wyniku tego procesu żelazo staje się twarde. Następnie zanurza się go w parze, co sprzyja rozpuszczaniu węgla w żelazie. W ten sposób powstaje żeliwo. To właśnie w gorącej części pieca samo żeliwo zaczyna się topić, powoli spływając do dolnej części.

Zasada działania wielkiego pieca zależy od rodzaju tego nieporęcznego urządzenia. Istnieją piece koksownicze i piece węglowe. Ci pierwsi pracują na koksie, drudzy odpowiednio na węglu drzewnym. Piec szybowy przeznaczony jest do pracy ciągłej. Kształt tego sprzętu to dwa stożki, złożone szerokimi bokami u podstawy. Pomiędzy tymi stożkami znajduje się część pieca o cylindrycznym kształcie – para.

Wielki piec przemysłowy, zwany hutą, przeznaczony jest do przenoszenia przetworzonego materiału z jednego stanu do drugiego. Zatem stan stały stopniowo, pod wpływem temperatury przekraczającej temperaturę topnienia, przechodzi w stan ciekły. Materiał doprowadzony do stanu ciekłego może znajdować się w pozycji zawieszonej, a także w krystalizatorze, tyglu, kuźni kopalnianej lub kąpieli na palenisku. Wielkie piece przemysłowe służą do produkcji metali z rud. To w nich zachodzą procesy wytapiania metali nieżelaznych i stali, topienia szkła i inne.

Naprawę wielkich pieców można przeprowadzić na kilka sposobów. Naprawy główne przeprowadzane są w miarę potrzeb lub w związku z planowanymi naprawami głównymi. W tym okresie ciągły proces pracy zostaje zawieszony. Naprawy główne dzielą się na trzy kategorie. W pierwszej kategorii napraw należy całkowicie usunąć płynne produkty wytapiania z pieca i przeprowadzić dokładną kontrolę całego sprzętu. Druga kategoria oznacza przeciętną naprawę z wymianą niektórych elementów. Trzecia kategoria napraw polega na wymianie urządzeń napełniających i regulacji zabezpieczenia wielkiego pieca.

Zaktualizowano:

2016-08-18

Wielki piec jest niezbędnym urządzeniem w procesach metalurgicznych. Takie piece pojawiły się dość dawno temu i umożliwiły wytapianie surowców rudy żelaza, przekształcanie ich w różne artykuły gospodarstwa domowego, broń wojskową itp. Jak dzisiaj wygląda wielki piec i czym jest to urządzenie? O tym w naszym materiale.

Zdjęcie wielkiego pieca

Wielki piec ma długą historię. Jednostki takie pojawiły się w Europie po raz pierwszy w XIV wieku.

Dopiero kilka wieków później, w XVI wieku, wielkie piece dotarły na terytorium Rosji.

W piecach proces topienia żeliwa odbywa się w sposób ciągły. Surowce do wytapiania ładowane są na górze pieca, a systemy dostarczania paliwa i tlenu znajdują się na dole. Po podgrzaniu ruda żelaza topi się.

Dzięki wysokiej wydajności piece wyróżniają się dość prostą konstrukcją i doskonałą niezawodnością. Tylko w takich warunkach można osiągnąć pożądany rezultat działania sprzętu.

Ale jak działa nowoczesny wielki piec?

Konstrukcja to urządzenie o imponujących rozmiarach, którego wysokość może sięgać 30 metrów lub więcej;
Średnica urządzenia jest około trzykrotnie mniejsza;
Ściany pieca wykonane są z szamotu lub innych materiałów o doskonałych właściwościach ognioodpornych;
Dolna część paleniska oraz podstawa wykonane są z bloków węglowych, które charakteryzują się wysokim stopniem odporności ogniowej. Aby zapewnić, że właściwości ognioodporne są zawsze na wysokim poziomie, dostarczane są metalowe lodówki, przez które krąży woda;
Zewnętrznie sprzęt jest zamknięty w stalowej obudowie o grubości 40 milimetrów;
Dzięki zaawansowanemu podejściu technologicznemu i możliwościom nowoczesnej technologii wielkie piece osiągają masę kilkudziesięciu tysięcy ton;
Ogromny ciężar około 30 tysięcy ton wymaga odpowiedniego fundamentu;
Fundament stanowi płyta betonowa o grubości 4 metrów, do której przymocowana jest kolumna i monolityczny cylinder. Do ich produkcji stosuje się specjalny beton żaroodporny;
Na fundamencie zamontowany jest piec wielkopiecowy;
Piec przeznaczony do topienia surowców ma imponującą objętość, ponieważ wraz ze wzrostem wielkości poprawia się wydajność urządzenia;
Największe modele wielkich pieców mają użyteczną objętość około 3 tysięcy metrów sześciennych;
W górnej części kuźni zamontowane są specjalne dysze niezbędne do doprowadzenia powietrza. Zainstalowano nie więcej niż 36 jednostek;
Wielki piec potrzebuje do działania ogromnej ilości powietrza. Na potrzeby pieca stosuje się turbodmuchawy;
Nagrzewnica powietrza, będąca niezbędnym elementem konstrukcyjnym, odpowiada za ogrzewanie powietrza;
Nowoczesne piece mogą pracować bez przerwy przez 10 lat. Podczas załadunku surowców producent otrzymuje na wyjściu żeliwo;
Surowce obciążone są kaloszami – są to specjalne, skalibrowane porcje, z którymi wielki piec radzi sobie doskonale;
Wielki piec jest w stanie wyprodukować około 5 tysięcy ton żeliwa dziennie;
Procesy załadunku i przygotowania są zmechanizowane;
Aby uzyskać wysokiej jakości wytapianie żeliwa, konstrukcja wielkiego pieca przewiduje pewne mechanizmy pomocnicze do załadunku i podnoszenia użytych surowców.

Cechy pracy

Zapoznaliśmy się z konstrukcją i niektórymi cechami wielkiego pieca. Teraz konieczne jest zrozumienie procesów technologicznych zachodzących w tym sprzęcie przemysłowym.

Materiałami wyjściowymi są substancje rudne. Może to być dowolny rodzaj rudy żelaza lub rudy zawierającej mangan.
Wielki piec to urządzenie służące do produkcji żeliwa i wytapiania go z odpowiednich surowców.
Podczas ładowania materiałów do piekarnika ważne jest zachowanie określonych proporcji. Mieszankę odpowiednio dobraną w proporcjach nazywa się mieszaniną. Jego skład obejmuje rudę, topnik i koks.
Głównym etapem procesu produkcji żelaza jest redukcja żelaza. Żelazo otrzymywane przez parowanie, podczas którego rozpuszcza się węgiel, w wielkim piecu wytwarza się żeliwo.
W najwyższych temperaturach wielkiego pieca żeliwo zaczyna się topić.
Dzięki przemyślanemu schematowi pracy wielkiego pieca, proces spalania przebiega w sposób ciągły. Spalanie wspomagane jest odpowiednio dostarczoną porcją powietrza.
Powietrze podgrzewane jest do wymaganej temperatury, jaką zapewniają technologie procesu wytapiania. Po doprowadzeniu zimnego powietrza piekarnik nie nagrzewał się, lecz ochładzał. Prowadziłoby to do wolniejszego procesu wytapiania produktów.
Specjalna rura zapewnia usunięcie produktów spalania.
Na wylocie wielkie piece wytwarzają żeliwo w postaci płynnej, które jest uwalniane przez specjalne otwory w dolnej części konstrukcji.
Duża kadź wychwytuje stopioną surówkę i transportuje ją do warsztatów w celu dalszej obróbki.
Przetwarzanie ciekłego żelaza na stal nie jest obowiązkowym etapem procesu technologicznego. Wszystko zależy od tego, na jakich zadaniach skupia się przedsiębiorstwo metalurgiczne wykorzystujące wielkie piece.
Pozostałości materiałów pochodzących z recyklingu nie trafiają na wysypisko śmieci. Opuszczają piekarnik poprzez odpowiednie urządzenia. Nazywa się je otworami spustowymi żużla. Odpady te wykorzystywane są do dalszej produkcji materiałów budowlanych.

Funkcje konserwacji i naprawy

Ponieważ wielkie piece pracują w trybie ciągłym, do kwestii ich konserwacji należy podchodzić ze szczególną ostrożnością.

Celem konserwacji jest zapobieganie przedwczesnemu zużyciu. W tym celu osoby odpowiedzialne za konserwację muszą ściśle polegać na karcie danych technicznych dostarczonych przez producenta dla swoich pieców;
Jeżeli istnieją specjalistyczne zasady działania dla konkretnego wielkiego pieca w produkcji, wszelkie czynności konserwacyjne przeprowadzane są ściśle na ich podstawie;
W przypadku braku wykazu zasad należy oprzeć się na innych materiałach dyrektywnych;
W przypadku wystąpienia usterek przeprowadzane są okresowe czynności naprawcze. Jednocześnie nie należy przerywać procesu produkcji żeliwa w wielkim piecu;
Wyjątkiem są naprawy główne, w razie potrzeby wielki piec zostaje zatrzymany.

Istnieją trzy rodzaje poważnych renowacji.

Naprawa pierwsza klasa. W takim przypadku konieczne jest usunięcie z pieca wszystkich surowców i przeprowadzenie oględzin urządzeń biorących udział w procesach technologicznych.
Naprawy drugiej klasy. Zapewnia wymianę elementów, które odgrywają drugorzędną rolę w konstrukcji wielkiego pieca.
Naprawy trzeciej klasy. Oznacza to całkowitą wymianę jednostek niezbędnych do załadunku surowców i wydawania materiałów wyjściowych.

Nierzadko zdarza się, że wielkie piece są wyłączane w celu przeprowadzenia prac remontowych i dalszej modernizacji urządzeń. W ten sposób producent zmniejsza częstotliwość przestojów sprzętu, tracąc mniej pieniędzy.

Wielkie piece to wyjątkowe urządzenia, które zadziwiają swoimi wymiarami i możliwościami.

Wydajność zależy od wielkości pieca. Maksymalną moc obserwuje się, gdy objętość pieców szybowych wynosi 2-5 tysięcy metrów sześciennych. m. Ich średnica wynosi 11-16 m, wysokość – 32-37 m.

Schemat wielkiego pieca

Piec szybowy składa się z następujących elementów:
szczyt;
miny;
raspara;
ramiona;
kuźnia;
leszcze.

Kołosznik- jeden z elementów przestrzeni roboczej, który zapewnia pewien poziom materiałów rozmieszczonych w przekroju poprzecznym wału.

Kopalnia– cylindryczna część wielkiego pieca, w której utrzymuje się temperatura wystarczająca do stopienia wsadu. W tej samej części pieca następuje redukcja żelaza.

Zgrzyt– najszersza część konstrukcji, przeznaczona do głównych procesów topienia. Poniżej znajdują się ramiona, które przyczyniają się do przegrzania i przemieszczania się stopu i żużla do następnej sekcji konstrukcji.

Kuźnia jest umieszczona nad półką, która jest murem wykonanym z cegieł szamotowych. Kuźnia jest częścią pieca, w której gromadzone są i. Pomiędzy ramionami a paleniskiem znajdują się dysze doprowadzające gorące (powietrze wzbogacone w tlen) i gaz ziemny.

Zasada działania

Ładunek jest podnoszony za pomocą podnośnika i opada do leja odbiorczego. Skład wsadu jest reprezentowany przez wapień, koks, spiek topnikowy i rudę. Istnieje możliwość dodania pelletu.
Górne stożki (duży i mały) pracują naprzemiennie, przenosząc mieszaninę materiałów do wału. Podczas pracy wielkiego pieca następuje stopniowe dostarczanie wsadu. Ogrzewanie następuje w wyniku spalania koksu, któremu towarzyszy wydzielanie ciepła.

Temperatura gazu paleniskowego waha się od 1900 do 2100 stopni Celsjusza. Składa się z N2, H2 i CO. Poruszając się w warstwie, nie tylko przyczynia się do jej nagrzania, ale także uruchamia procesy redukcji żelaza. Wysoką temperaturę gazu uzyskuje się dzięki wysokiej temperaturze powietrza w nagrzewnicach powietrza (1000-2000 stopni).
Gaz o temperaturze 250 - 300 stopni wydobywający się z pieca jest gazem wierzchnim, po odpyleniu - gazem podmuchowym. Najniższa wartość opałowa gazu wielkopiecowego wynosi 3,5 - 5,5 MJ/m 3 . Skład może być różny, określony w wyniku dostarczenia gazu ziemnego i wzbogacenia podmuchu tlenem i jest reprezentowany przez następujące substancje:

N2 – 43-59%;
CO – 24-32%;
CO 2 – 10-18%;
H2 – 1-13%;
CH4 – 0,2-0,6%.

Zasadniczo gaz jest potrzebny do nadania określonej temperatury dyszom grzejników wielkopiecowych. W połączeniu z gazem ziemnym lub koksowniczym stosowany jest do różnych pieców, także cieplnych i grzewczych.
Żelazo wpływające do dolnej części wielkiego pieca ulega stopieniu i gromadzi się w piecu w postaci żeliwa. Ciekły żużel powstaje z tlenków żelaza połączonych z żeliwem i pozostaje na jego powierzchni ze względu na mniejszą gęstość.

Okresowo przez odpowiednie otwory spustowe wypływa żeliwo i żużel - żeliwo, żużel. W przypadkach, gdy ilość żużla jest niewielka, stosuje się tylko żeliwny otwór spustowy. Separacja żużla następuje w miejscu odlewania. Temperatura żeliwa w postaci płynnej waha się od 1420 do 1520 stopni.

Wysoką wydajność wielkiego pieca osiąga się dzięki obecności wydajnych nagrzewnic powietrza, które są regeneracyjnymi wymiennikami ciepła. Nagrzewnice wielkopiecowe często nazywane są cowpersami na cześć ich twórcy.
Cowper to pionowo ustawiona osłona w kształcie walca, wykonana z czapek blaszanych i ceglanych. Komora spalania nagrzewnicy powietrza, czyli jej dolna część, składa się z palnika i kanału gorącego powietrza nadmuchowego. W przestrzeni poddyszowej zastosowano zawory, które umożliwiły połączenie wylotu z kanałem dymowym i kanałem zimnego podmuchu.

Nowoczesna wersja pieca szybowego składa się z czterech miedziaków pracujących naprzemiennie: nagrzewanie dyszy jednego z dwóch miedziaków następuje w wyniku zasysania nagrzanych do wysokiej temperatury spalin, a ogrzane powietrze przedostaje się przez trzeci miedziak. Czwarty cowper jest rezerwowym.

Czas trwania nadmuchu wynosi 50-90 minut, po czym schłodzony miedziak jest podgrzewany, a nadmuch przeprowadzany jest w kolejnej, najgorętszej miedzi. Podczas rozgrzewania palnik pracuje, a spaliny przedostają się do komina przez otwarty zawór bez przeszkód. W tym momencie zawory znajdujące się na kanałach powietrza gorącego i zimnego nadmuchu są zamknięte.
W wyniku spalania paliwa powstają produkty spalania, które przemieszczają się do góry i przedostają się z komory spalania do przestrzeni podkopułowej, następnie opadają i podgrzewają dyszę. Dopiero potem produkty paliwowe o temperaturze 250-400 stopni wchodzą do komina przez zawór dymowy.

Podczas piaskowania następuje proces odwrotny: zawór dymowy jest zamknięty, palnik nie pracuje, natomiast zawory zainstalowane na kanałach powietrza gorącego i zimnego podmuchu są otwarte. Zimny podmuch podawany jest do przestrzeni poddyszy pod ciśnieniem 3,5-4 atm, następnie przechodzi przez nagrzaną dyszę i w postaci nagrzanej przechodzi przez komorę spalania do kanału gorącego powietrza podmuchowego, skąd jest dostarczany do piec.

W pewnych warunkach podmuch można zwilżyć i wzbogacić azotem lub tlenem. Stosując azot, można go ekonomicznie wykorzystać i kontrolować proces wytapiania w wielkim piecu. Oszczędności koksu możliwe są także w wyniku wzbogacenia podmuchu tlenem do 35-40% w połączeniu z gazem ziemnym. Zwiększając wilgotność do 3-5%, można uzyskać wyższą temperaturę nagrzewania dmuchu w miedzi. Takie wyniki osiąga się dzięki intensyfikacji wymiany ciepła przez promieniowanie w dyszy.

Wysokość miedziaków wynosi około 30-35 m, średnica nie większa niż 9 m. Górna i dolna część dyszy są wykonane odpowiednio z krzemionki lub cegły wysokoglinowej i materiału ogniotrwałego. Ogniwa o wymiarach 4545, 13045, 110110 mm powstają z cegły prasowanej o grubości 40 mm. W wielkich piecach stosuje się również inne dysze, a mianowicie dysze składające się z bloków o sześciu bokach, z poziomymi kanałami i okrągłymi komorami. Stosowane są również dysze oparte na kulkach wysokoglinowych.

Na każdy metr sześcienny objętości dyszy ceglanej zapewniona jest przybliżona powierzchnia grzewcza wynosząca 22-25 metrów kwadratowych. m. Objętość wielkiego pieca jest 1-2 razy większa niż objętość dyszy miedzianej. Na przykład przy objętości pieca 3000 metrów sześciennych. m objętości miedzi będzie wynosić około 2000 metrów sześciennych. m (3000/1,5).

Najczęściej spotykane są miedziaki wyposażone w wbudowaną komorę spalania. Do ich głównych wad należy nadmierne nagrzewanie się stropu oraz deformacja komory spalania w wyniku długotrwałej pracy pieca. Palnik Coppera może być oddalony, a komora spalania może być również umieszczona pod kopułą. Dzięki zewnętrznemu palnikowi zapewniona jest wysoka trwałość i wygoda, jednak cena takich urządzeń jest najwyższa. Kopuły wyposażone w podkopułową komorę spalania są najtańsze, ale proces obsługi jest bardziej skomplikowany, ponieważ palnik i zawory są umieszczone dość wysoko.

Podczas procesu rozdmuchiwania temperatura, do której nagrzewa się powietrze (1350-1400 stopni) stopniowo spada i waha się w granicach od 1050 do 1200 stopni. Stosując stacjonarny wielki piec, można uniknąć takich różnic poprzez regulację temperatury. Wymagane wskaźniki pojawiają się w wyniku dodania zimnego powietrza pochodzącego z kanału zimnego powietrza nadmuchowego. Temperatura podmuchu spada do 1000-2000 stopni, a wraz z nią zawartość zimnego powietrza w mieszance.

Przybliżony bilans materiałowy do produkcji żeliwa w wielkim piecu

Rozważmy bilans cieplny wytapiania 1 kg żeliwa. Przy sporządzaniu bilansów uwzględnia się spiek, żeliwo, żużel i gaz wielkopiecowy.

Pelety: tlenek żelaza(III) – 81%, dwutlenek krzemu – 7%, tlenek wapnia – 5%, tlenek żelaza(II) – 4%, tlenek i tlenek – 1%, tlenek manganu – 0,3%, tlenek fosforu – około 0,09 %, siarka - około 0,03%.

Aglomerat: tlenek żelaza (III) – 63%, tlenek żelaza (II) – 16%, tlenek wapnia – 10%, dwutlenek krzemu – 7%, tlenek glinu – 2%, tlenek magnezu i tlenek manganu – 1%, tlenek fosforu – około 0,25%, siarka - około 0,01%.

Żeliwo: żelazo – 94,2%, węgiel – 4,5%, mangan – 0,7%, krzem – 0,6%, siarka – około 0,03%.

Żużel: tlenek wapnia – 43%, dwutlenek krzemu – 36%, tlenek glinu – 10%, tlenek magnezu – 7%, tlenek manganu – 2%, tlenek żelaza(II) i siarka – 1%.

Gaz wielkopiecowy: azot – 44%, – 25,2%, dwutlenek węgla – 18%, wodór – 12,5%, metan – 0,3%.

Przeanalizujmy zużycie paliwa w wyniku stosowania aglomeratu topnikowego. Koszty paliwa ustalane są na podstawie zużycia gazu ziemnego i koksu (510-560 kg ekwiwalentu paliwa/t stopu), łącznie ze zużyciem gazu użytego do ogrzania nagrzewnicy powietrza (90-100 kg ekwiwalentu paliwa/t stopu), z wyjątkiem urobku gazu wielkopiecowego (170-210 kg ekwiwalentu paliwa/t stopu). W rezultacie całkowite zużycie wynosi: 535 + 95 - 190 = 440 (kg se.e./t stopu).

Biorąc pod uwagę, że na produkcję koksu i aglomeratu zużyto już pewną ilość paliwa (odpowiednio około 430-490 kg na 1 tonę stopu i 1200-1800 kg na 1 tonę stopu), całkowite zużycie paliwa pierwotnego wymagane na wyprodukowanie tony stopu wynosi: 440 + 40 + 170 = 650 (kg se.e./t), z czego 170 i 40 kg se./t, w przeliczeniu na tonę stopu, przeznacza się na produkcję koksu.

Wydajność wielkiego pieca ocenia się za pomocą współczynnika wykorzystania objętości użytecznej (VUF). Wskaźnik oblicza się jako stosunek użytecznej objętości konstrukcji do wytopu żeliwa w ciągu 24 godzin. W przypadku nowoczesnych pieców norma wynosi 0,43-0,75 metra sześciennego. m dzień/t. Im niższy CIPO, tym efektywniejsze wykorzystanie piekarnika.
Bardziej logiczne jest rozważenie wskaźnika jako stosunku wydajności do jednostki objętości. Wygodniej jest zastosować wskaźnik wydajności właściwej wielkiego pieca (Pu = 1/KIPO), którego wartość wynosi 1,3-2,3 tony (m3/dobę).

Oszczędności paliwa można uzyskać, stosując się do poniższych zaleceń:

Zwiększenie ciśnienia gazu u góry do 1,5-2 atm (zmniejszając objętość gazów można zmniejszyć usuwanie pyłu wierzchniego lub zwiększyć prędkość przepływu strumienia);
zastosowanie w piecu paliwa pyłowego, co pozwala zaoszczędzić około 0,8 kg koksu na kilogram paliwa pyłowego;
podwyższenie temperatury, do której nagrzewa się powietrze w kadziach, w celu zmniejszenia zużycia koksu;
wykorzystanie ciepła ze spalin miedziowych w celu podwyższenia temperatury powietrza i gazów wielkopiecowych przed ich doprowadzeniem do komory spalania;
zasilanie podgrzanych gazów redukcyjnych analogicznie jak w piecach do metalizacji (możliwe jest zmniejszenie zużycia koksu, możliwa jest oszczędność do 20% paliwa);
wykorzystanie ciepła fizycznego z ognistych ciekłych żużli (rozwiązanie tego problemu jest obiecujące, ale nie zostało jeszcze wdrożone ze względu na okresowe uwalnianie żużli).