Vysoká pec
Šablona:Pojednává Vysoká pec je metalurgické zařízení, sloužící k výrobě surového železa redukcí z železných rud
Popis zařízení
Vysoká pec je typově pec šachtová vysoká 25 - 40 m. Profil pece je přizpůsoben technologii provozu a měnícímu se objemu vsázky. Skládá se ze z kuželovité, k základně se rozšiřující vlastní šachty, která v místě největšího objemu vsázky se mění v zarážce (která slouží zadržení celé náplně v peci) v komolý kužel opačný, který se zužuje k základně (viz. obr). Šachta je tvořena silnými ocelovými pláty, vyzděnými ohnivzdornou vyzdívkou a je zvenčí chlazena tekoucí vodou nebo pomocí litinových nebo měděných chladnic které jsou umístěny mezi pancířem pece a žáruvzdornou vyzdívkou.
Na horním konci šachty je umístěna sazebna sloužící pro doplňování materiálu pro výrobu železa - vsázky. Plnící otvor je uzavřen dvojitým kuželovým sazebním (kychtovým) uzávěrem. Tento umožňuje jednak zavážení pece vsázkovým materiálem a jednak jej utěsňuje tak, že je možno odvádět vysokopecní plyn do plynojemu na ohřev dmychaného větru. Přibližně ve výši zarážky se nachází kruhové potrubí rozdělovače větru. Předehřátý vzduch (vítr) je odsud přiváděn pomocí dmyšen (také forem, píšťal) do tavícího prostoru vysoké pece. Na nejnižší rovině nístěje (dna pece) je umístěn výtok roztaveného železa tzv. odpichový otvor. Nad odpichovým otvorem pro surové železo je výtokový otvor strusky. Struska je potom dále zpracovávána přímo u vysoké pece.
- Zavážka vysoké pece, t.j. doprava železné rudy, koksu a struskotvorných přísad se provádí buďto šikmým výtahem nebo pomocí velkých zavážecích nádob (košů) a tzv. kolmých výtahů.
- Ohřívače vzduchu (cowper) jsou poměrně vysoké ocelové válcovité stavby uvnitř vyzděné ohnivzdornou kanálkovou vyzdívkou a vybavené po celé výšce sahající spalnou komorou. Na horním konci jsou uzavřeny kopulí. Teplota pod kopulí dosahuje až 1 600°C. Ke každé vysoké peci patří 3 až 5 ohřívačů vzduchu. Pracují střídavě, přerušovaně t.j. jeden předává teplo vzduchu, další je předehříván atd. Vytápěny jsou vysokopecním plynem zpravidla s přídavkem zemního plynu nebo topného oleje. Vysokopecní (kychtový) plyn obsahuje přiblžně 20% jedovatého oxidu uhelnatého, CO a je poměrně málo výhřevný (ca. 900 kcal/m3). Mezi vysokou pecí a ohřívači vzduchu je vysokopecní plyn čistěn a zbavován prachu ve filtrech a cyklonech.
Předehřátý vzduch (700 až 1 000 °C) je pomocí mohutných dmychadel dopravován vyzděným potrubím do dmyšen vysoké pece. Vedle dodávky potřebného kyslíku pro spalování koksu slouží vítr ve vysoké peci také k udržování konsistence vsázky (víření) a zabraňuje vzniku spečenin na dně pece.
Vysokopecní zařízení bývají průměrně deset let v nepřetržitém provozu. Po uplynutí této provozní fáze je prováděna generální oprava celého zařízení.
Procesy ve vysoké peci
Do vysoké pece se zaváží železná ruda, koks a struskotvorné přísady. Ty slouží jednak k snížení tavicí teploty hlušin a jednak k ochraně železa během vysokopecního procesu. Jsou to vápenec, dolomit a zřídka také křemičtý stěrk. Použitý typ přísady závisí především na kvalitě rudy a jejím indexu basicity.
V horní části pece pod sazebnou se vypařuje vlhkost a předehřívá vsázka. Se stoupající teplotou v nižší části šachty pece dochází ke kontaktu železné rudy s procházejícími spalinami, které obsahují CO. Zde, v teplotním rozmezí mezi 400 a 1 000 °C, probíhá tzv. nepřímá redukce oxidů železa obsažených v rudě (tj. redukce oxidem uhelnatým ze spalin).
- Fe2O3 + 3 CO --> 3 CO2 + 2 Fe
V nižších pásmech pece dále stoupá teplota a dochází zde při teplotách mezi 1 000 a 2 000 °C jak k přímé redukci ještě neredukovaných oxidů železa z již těstovitého až tekutého kovu uhlíkem tak k nauhličování taveniny. V surovém železe se obsah uhlíku pohybuje v rozmezí 3,5 až 4,5 %.
Přímá redukce:
- Fe3O4 + 4 C --> 3 Fe + 4 CO
- Fe2O3 + 3 C --> 2e + 3CO
- FeO + C --> Fe + CO
Roztavené železo a struska se shromažďují na dně pece v nístěji. Odpichovým otvorem proudí roztavené železo do pánví, pánvových vagonů nebo je odléváno do forem na tzv. housky. Struska bývá přímo na místě granulována a připravena k dalšímu zpracování.
Vysokopecní provozy jsou z pravidla součástí integrovaných hutních závodů a tekuté surové železo je ihned přímo dopravováno do oceláren a dále zpracováno na ocel.
Další informace
• http://www.stahlseite.de/] Vyobrazení a dobrý text k výrobě železa a oceli, německy
• [1] mnoho informací o výrobě železa a oceli, německy