Vysoká pec
| Názov tohto článku je nejednoznačný. Ďalšie významy sú uvedené v časti Vysoká pec (disambiguation). |
A Vysoká pec je väčšinou veľké zariadenie v prevedení šachtovej pece, v ktorom sa železo získava redukciou oxidu železa. Okrem oxidických železných rúd sa nechá reagovať aj koks a prísady ako kremenný piesok a nehasené vápno (redoxná reakcia). Naopak sulfidické rudy sa musia pražením najskôr premeniť na oxidy.
Ďalšie odporúčané odborné znalosti
Denná vizuálna kontrola laboratórnych váh
Aká je citlivosť mojej stupnice?
Aký je správny spôsob kontroly opakovateľnosti na váhach?
Obsah
História vysokej pece
Táto technológia bola v Číne známa minimálne od dynastie Han (206 pred Kr. Až 222 po Kr.). Prvé známe vysoké pece v Európe boli najskôr v 13. storočí vo Švédsku, napríklad v Lapphyttane. Jednotlivé vysoké pece vo Francúzsku, Belgicku a predovšetkým v Anglicku boli identifikované v nasledujúcich storočiach. V Coalbrookdale v roku 1709 bolo predtým použité drevené uhlie nahradené koksom.
Najstarším, do značnej miery úplne zachovaným zariadením na vysoké pece v Nemecku a možno aj na celom svete je Luisenhütte vo Woklume neďaleko Balve/Sauerland. Vysokú pec z roku 1783 si môžete pozrieť vo Wilhelmshütte v Bornum am Harz.
Konštrukcia a zaťaženie vysokej pece
Do vysokej pece sa zhora privádzajú dve základné suroviny: takzvaný Möller ako nosič surovín a vysokopecný koks ako nosič energie a redukčné činidlo. Ako hovorí Möller [ahd. Zmes] je termín používaný pre železnú rudu (väčšinou vo forme prírodných rúd alebo spálenú pri pečení sulfidických alebo uhličitanových železných rúd), do ktorej sa pridávajú prísady (napr. Vápno, štrk a dolomit) na zníženie teploty topenia rúd a na zlepšenie skvapalnenia zmesi. sa stáva.
Suroviny sa dopravujú pomocou dopravníkových vedier (Hunte) cez šikmý výťah k plniacemu otvoru (zvonová nádoba) na vrchu vysokej pece, vyprázdňujú sa a privádzajú dovnútra pomocou systému dvojitého zvonového zámku. V moderných vysokých peciach sa v súčasnosti používajú dopravné pásy, ktoré striedavo plnia dva zásobníky materiálu rudami, kamenivom a koksom.
Na úpätí vysokej pece oxiduje oxid uhoľnatý tvorený z koksu a vzdušného kyslíka na oxid uhličitý a kyslík potrebný na to sa odstraňuje z oxidu železa, ktorý sa potom redukuje na železo.
Surové železo a troska klepajúce do vysokej pece
Obsah skvapalnenej vysokej pece sa odstraňuje otvorom v spodnej časti pece; tento otvor je obvykle uzavretý keramickou zmesou a je pravidelne vyvŕtaný počas takzvaného odpichu. Vytekajúci obsah je oddelený vo výčapnej hale susediacej s pecou prostredníctvom kanálového systému (tiež nazývaného „kaluž“) plávajúcej trosky a tiež pokrytý dnou, takže troska zostáva rovnaká. Separátor sa tiež nazýva Fuchs, pretože je tak „inteligentné“ rozlišovať medzi železom a troskou. Väčšina vysokých pecí má dve závitovacie zariadenia. Jeden pre trosku (troskový žľab) a druhý trochu hlbšie pre tekuté železo. Aj tu sa na separáciu používa rozdiel v hustote.
Troska vyrobená pri vysokej peci je tiež cennou surovinou. Po zomletí v závode na mletie trosky sa môže použiť rôznymi spôsobmi ako troskový piesok.
Proces vo vysokej peci pokračuje ďalej pomocou horúceho vzduchu vháňaného zospodu vysokej pece (tzv. Vietor). Tento vietor, ktorý je dôležitý pre činnosť, sa používa v ohrievačoch vetra (Cowper) zohriaty na teplotu. Okrem funkcie prísunu kyslíka víri vietor aj pridané suroviny, ktoré by sa inak spolu upiekli iba na základni pece a už by sa nemuseli ohrievať. Ak dôjde k spekaniu, proces rozrušenia (krátkeho prerušenia vetra) sa ho pokúsi rozpustiť. Rozrušenie zodpovedá podpaľovaniu ohňa v peci, pri ktorom hrozí nebezpečenstvo stagnácie prievanu z dôvodu príliš veľkého množstva popola na mriežke. Vysoká pec je protiprúdový reaktor: Zatiaľ čo nalievaný materiál preteká reaktorom zhora nadol, výsledné reakčné plyny (plyny z pece) prúdia zdola nahor. Odoberajú sa z vrcholu dny, očistia sa od častíc dymu a ďalej sa používajú v chemickom priemysle alebo sa spaľujú v kravíne na vytváranie vetra.
Vonkajšia stena vysokej pece je trvalo chladená vodným chladením. Chladiaci systém býval otvorenej konštrukcie, čo znamená: voda sa privádzala studenou do steny pece a potom sa opäť ochladzovala v chladiacej veži. To malo za následok veľkú stratu vody a energie. Nové vysoké pece sú vybavené uzavretými chladiacimi okruhmi. Napríklad „čierny gigant“ v Duisburgu má päť rôznych chladiacich okruhov, ktoré sú všetky osobitne uzavreté. Voda, ktorá sa stráca v dôsledku kolísania teploty alebo straty, je nahradená špeciálnou vodou s nízkym obsahom vápna s 0,1 ° dH.
Skutočná vysoká pec je zvyčajne vysoká 25–30 m, celý systém až 60 m. „Čierny gigant“ v Duisburg-Meiderich má výšku pece 42 ma priemer rámu okolo 14 m.
Stredné vysoké pece dosahujú denný výkon 6 000 t, veľké vysoké pece až 13 000 t surového železa. Ak sa surové železo nepoužíva ako liatina, zvyčajne sa v prevádzačoch rafinuje na oceľ. Za týmto účelom sa do surového železa vháňa kyslík alebo sa pridáva šrot (oxid železitý), aby sa oxidovali nečistoty, ktoré ešte obsahujú surové železo, a aby sa z tekutého kovu vymyli ako plyny alebo troska.
Vysoké pece sú v prevádzke asi 10 rokov. Po skončení tejto takzvanej cesty pece musí byť skutočná vysoká pec podrobne prepracovaná; Väčšinou sa obnovuje celá výstelka zo žiaruvzdorných tehál a vymieňajú sa rôzne oceľové komponenty. Príležitosť pripraviť sa na novú cestu do pece sa potom často využíva na vylepšenie procesov a inštaláciu nového zariadenia na úsporu energie a zlepšenie kvality.
Chemické reakcie vo vysokej peci
Okrem spaľovania koksu a tvorby redukčného činidla oxidu uhoľnatého je dôležitou základnou schémou chemickej reakcie aj redukcia oxidu železa oxidom uhoľnatým (nepriama redukcia) a koksom (priama redukcia rudy):
Energetické spaľovanie koksu. Tvorba plynného redukčného činidla oxid uhoľnatý. Redukcia oxidu železa na elementárne železo.
Reakcia 1 poskytuje energiu pre celý proces. Pretože je kyslík dodávaný vo forme fúkaného predhriateho vzduchu, je reakcia taká prudká, že sa dosiahne teplota nad 2 000 ° C. Tento efekt si môžete predstaviť na ohni na grile, ktorého uhlie žiari prudko bielo, keď na neho fúkate teplým sušičom vlasov. Na druhej strane reakciou sa dodáva oxid uhličitý CO2, ktorý je potrebný pre reakciu 2.
Reakcia 2 dodáva toxický oxid uhoľnatý (CO), ktorý pôsobí ako skutočné redukčné činidlo vo vysokej peci. Na rozdiel od tuhého uhlíka môže plynný CO ľahko dosiahnuť všetky povrchy oxidov železa a reagovať tam. Táto reakcia je typickou rovnovážnou reakciou (Boudouardova rovnováha). Pri vysokých teplotách je rovnováha vpravo, pri nízkych teplotách vľavo.
Reakcia 3 ukazuje v súhrnnej forme redukciu typického oxidu železitého (červený železný kameň, hrdza). V skutočnosti prechádza niekoľkými medzistupňami, ktoré prebiehajú v rôznych zónach vysokej pece:
Výsledkom je magnetit železa (magnetický železný kameň). Vzniká oxid železitý. Výsledkom je kovové železo, ktoré sa zhromažďuje vo vysokej peci nižšie.
Surové železo sa spracováva v „oceľovom kotle“ vháňaním kyslíka alebo pridaním šrotu (oxid železitý) oxidáciou sprievodných látok (uhlie, síra, mangán, kremík) a ich premenou na plyny (oxid siričitý, oxid uhličitý) alebo pomocou prísad ako troska (vápnik). a kremičitany a fosfáty mangánu). Príklad:
Oxid železa a surové železo obsahujúce kremík reagujú za vzniku železa (ocele) a oxidu kremičitého.