Nagyolvasztó kemence

Nagyolvasztó , nagyolvasztó  - nagy kohászati ​​függőlegesen elhelyezett aknás kemence öntöttvas és vasötvözetek olvasztására vasércből . A nagyolvasztó folyamat legfontosabb jellemzője a folyamatosság a kemence teljes kampánya során (a kemence felépítésétől a nagyjavításig ), valamint a felszálló fúvókagázok ellenáramlása egy folyamatosan leszálló és felülről új részekkel növekvő anyagoszloppal. a töltésről.

Etimológia

A "kohó" szó az ószláv "dmenie" - robbanásból származik. Más nyelveken: angol.  nagyolvasztó  - nagyolvasztó, azt.  Hochofen  - magas sütő, fr.  haut fourneau  - magas sütő. bálna. 高炉 (gāolú) - magas sütő, horvát. Visoka peć  - magas sütő.

Nem szabad megfeledkezni a "domnitsa" és a "nagyolvasztó" szavak jelentésének alapvető különbségéről: a domnitsában (darabok vagy repedések formájában ) restaurált nyersvas darabokat kaptak (a "nyers" szóból). , azaz a fűtetlen nagyolvasztó) vas, a nagyolvasztóban pedig - folyékony vas.

Történelem

Az első nagyolvasztók a 4. században jelentek meg Kínában [2] . A középkorban Európában az ún. Katalán kovácsműves , amely lehetővé tette a harmonika gépesítését egy hidraulikus hajtásnak köszönhetően, ami hozzájárult az olvadási hőmérséklet növekedéséhez. Nagyolvasztónak azonban különleges méretei (köbméter) miatt még nem lehetett nevezni.

A nagyolvasztó közvetlen elődje a stukofen ( bloom kemencék) [3] volt, amely a 13. században jelent meg Stájerországban . A Shtukofen 3,5 méter magas kúp alakú volt, és két nyílása volt: a levegő befecskendezésére ( tuyere ) és a virág kihúzására [4] .

Európában a kohók Vesztfáliában a 15. század második felében jelentek meg [5] , Angliában az 1490-es években kezdték építeni a nagyolvasztókat, a leendő USA-ban - 1619-ben [6] . Ezt a gépesítés tette lehetővé. A nagyolvasztó magassága elérte az 5 métert. Oroszországban 1630-ban jelent meg az első nagyolvasztó ( Tula , Vinius ). Az 1730-as években Az uráli gyárakban nagyolvasztó kemencéket építettek a gát tövéhez közel, és gyakran két egységet helyeztek ugyanarra az alapra, csökkentve az építési és karbantartási költségeket.

A legtöbb esetben a robbanást két ék alakú fújtató szolgáltatta , amelyek fából és bőrből készültek, és egy vízzel feltöltő kerék hajtotta, felváltva . Mindkét fújtató fúvókájának végei hűtetlen, téglalap keresztmetszetű öntöttvas lándzsába kerültek, melynek orrrésze nem nyúlt túl a falazaton. A fúvókák és a lándzsa között rést hagytak a szén égésének megfigyelésére. A levegő áramlási sebessége 1,0 kPa-nál nem nagyobb túlnyomás mellett elérte a 12-15 m³/perc értéket, ami a prémek bőrének csekély szilárdságának köszönhető. Az alacsony robbanási paraméterek korlátozták az olvadás intenzitását, a kemencék térfogatát és magasságát, amelyek napi termelékenysége hosszú ideig nem haladta meg a 2 tonnát, valamint a töltet kemencében való tartózkodási idejét a betöltés pillanatától a kemencék kialakulásáig. az öntöttvas 60–70 órás volt.1760-ban J. Smeton feltalált egy hengeres fúvót öntöttvas hengerekkel, amely növelte a robbanás mennyiségét. Oroszországban ezek a gépek először 1788-ban jelentek meg a petrozsényi Sándor ágyúgyárban . Mindegyik kemencére 3-4 léghenger hatott, melyek hajtókarral és fogaskerékkel kapcsolódtak a vízikerékhez. A robbanás mennyisége 60-70 m 3 /percre nőtt [7] .

A vasgyártáshoz használt nagy mennyiségű faszén az erdők pusztulását okozta Európa kohói körül. Emiatt Nagy-Britanniában 1584 óta korlátozást vezettek be a kohászati ​​termeléshez szükséges fakitermelésre, ami arra kényszerítette ezt a szénben gazdag országot, hogy az öntöttvas egy részét saját szükségleteire két évszázadon át importálja, először Svédországból, Franciaországból. és Spanyolországból, majd Oroszországból. Az 1620-as években D. Dudley öntöttvasat próbált megolvasztani előkészítetlen szénen, de sikertelenül. Csak 1735-ben, sokéves kísérletezés után II. A. Darbynak sikerült szénkokszot szereznie, és vasat olvasztani rajta. 1735 óta a szén a nagyolvasztó fő tüzelőanyaga (Nagy-Britannia, Abraham Darby III ) [8] .

A koksz faszénhez viszonyított alacsony költsége, nagy mechanikai szilárdsága és az öntöttvas kielégítő minősége a fosszilis tüzelőanyagok ásványi tüzelőanyagokkal való későbbi széles körű felváltásának alapja lett. Ez a folyamat a leggyorsabban Nagy-Britanniában ért véget, ahol a 19. század elejére szinte az összes nagyolvasztót kokszlá alakították, míg a kontinentális Európában később ásványi tüzelőanyagokat használtak [9] .

1828. szeptember 11-én James Beaumont Nielson szabadalmat kapott a melegfúvás használatára ( 5701 számú brit szabadalom) [10] , és 1829-ben a skóciai Clyde-i üzemben végezte a robbanás melegítését . A csak 150 °C-ra hevített nagyolvasztó használata a nagyolvasztóban történő hidegfúvás helyett a kohós olvasztáshoz használt szén fajlagos fogyasztásának 36%-os csökkenését eredményezte. Nilsson azzal az ötlettel is előállt, hogy növelje a robbanás oxigéntartalmát . A találmány szabadalma Henry Bessemer nevéhez fűződik , a gyakorlati megvalósítás pedig az 1950-es évekre nyúlik vissza, amikor az oxigén ipari méretekben történő előállítását elsajátították [11] .

1857. május 19-én E. A. Cowper szabadalmaztatta a légfűtőket ( 1404 számú brit szabadalom) [12] , amelyeket regenerátoroknak vagy cowper-eknek is neveznek, nagyolvasztó gyártáshoz, amelyek jelentős mennyiségű kokszot takarítanak meg. A melegfúvás bevezetését az uráli gyárakban elősegítette az 1860-as és 1870-es években elterjedt Rashet kohók , amelyek ellipszis vagy téglalap keresztmetszetű kandallóval voltak felszerelve, és csapdával szerelték fel a levegő felmelegítésére. kemence [13] [14] .

A 19. század második felében, az acélgyártási technológiák megjelenésével és elterjedésével az öntöttvasra vonatkozó követelmények formalizálódtak - átalakításra és öntödésre osztották fel őket, miközben az acélgyártás minden típusára egyértelmű követelményeket állapítottak meg, beleértve a kémiai összetételt is. Az öntöttvas szilíciumtartalmát 1,5-3,5%-ra állítottuk be. A törésben lévő szemcse nagyságától függően kategóriákra osztották őket. Az öntödei vas külön osztálya is volt - "hematit", amelyet alacsony foszfortartalmú ércekből olvasztottak (az öntöttvas tartalom legfeljebb 0,1%).

A nyersvasak a feldolgozási szakaszokban különböztek egymástól. A tócsázáshoz bármilyen öntöttvasat használtak, míg az öntöttvas ( fehér vagy szürke ) kiválasztása a kapott vas tulajdonságaitól függött. A mangánban és szilíciumban gazdag, a lehető legkevesebb foszfort tartalmazó szürkeöntvényt bessemerizálásra szánták . A Thomas módszerrel alacsony szilíciumtartalmú fehér öntöttvasakat dolgoztak fel jelentős mangán- és foszfortartalommal (1,5–2,5%, a megfelelő hőegyensúly biztosítása érdekében). A savas nyitott kandallóval történő olvasztás nyersvasának csak nyomokban kellett foszfort tartalmaznia, míg a fő eljárásnál a foszfortartalomra vonatkozó követelmények nem voltak ilyen szigorúak [15] .

A normál olvasztás során a salak típusa vezérelte őket , amely szerint nagyjából meg lehetett becsülni a benne lévő négy fő oxid (szilícium, kalcium, alumínium és magnézium) tartalmát. A szilícium-dioxid salakok a megszilárdulás során üvegtestre törnek. A kalcium-oxidban gazdag salakok törése  kőszerű, az alumínium-oxid porcelánszerűvé teszi a repedést , magnézium-oxid hatására kristályos szerkezetet vesz fel. Szilíciumtartalmú salakok a kötés felszabadulásakor és viszkózus. Az alumínium-oxiddal dúsított szilika salak folyékonyabbá válik, de legalább 40-45% szilícium-oxidot tartalmazó szálakba még mindig behúzható. Ha a kalcium- és magnézium-oxid-tartalom meghaladja az 50%-ot, a salak viszkózussá válik, nem tud vékony sugárban folyni, megszilárdulva ráncos felületet képez. A salak ráncos felülete azt jelezte, hogy az olvasztás "forró" volt - ezzel egyidejűleg a szilícium helyreáll és átmegy az öntöttvasba, így kevesebb szilícium-oxid van a salakban. Az alacsony szilíciumtartalmú fehér öntöttvas olvasztásakor sima felület keletkezett. Az alumínium-oxid a salak felületét pelyhessé tette.

A salak színe az olvadás előrehaladását jelezte. A nagy mennyiségű kalcium-oxidot tartalmazó fő salak szürke színű, kékes árnyalatú volt a grafit "fekete" öntöttvas olvasztása során törés során. A fehér öntöttvasra való átálláskor fokozatosan barnára sárgult, és „nyers” lefolyással jelentős vas-oxid tartalom feketévé tette. A savas, kovasavas salakok azonos körülmények között zöldről feketére változtatták a színüket. A salak színének árnyalatai lehetővé tették a mangán jelenlétének megítélését, amely ametiszt árnyalatot ad a savas salaknak, a fő pedig zöld vagy sárga [16] .

Leírás és folyamatok

A nagyolvasztó egy folyamatosan működő akna típusú berendezés. A töltet felülről egy szabványos töltőberendezésen keresztül történik , amely egyben a nagyolvasztó gáztömítése is. A gazdag vasércet a nagyolvasztóban állítják helyre (jelenleg csak Ausztráliában és Brazíliában őrizték meg a gazdag vasérc készleteit ), szinterezve vagy pelletként . Néha a brikettet nyers ércként használják .

A nagyolvasztó öt szerkezeti elemből áll: a felső hengeres rész - a felső rész , amely szükséges a töltés betöltéséhez és a kemencében történő hatékony elosztásához ; a legnagyobb magasságú táguló kúpos bánya , amelyben az anyagok melegítési folyamatai és a vas oxidokból történő redukciója zajlik; a legszélesebb hengeres rész - gőz , amelyben a redukált vas lágyulási és olvadási folyamatai zajlanak; elvékonyodó kúpos rész - vállak , ahol redukáló gáz képződik - szén-monoxid ; hengeres rész - kandalló , amely a nagyolvasztó folyamat folyékony termékeinek felhalmozására szolgál -- öntöttvas és salak .

A kandalló felső részében lándzsák vannak - lyukak  a magas hőmérsékletre felmelegített robbanás - oxigénnel és szénhidrogén üzemanyaggal dúsított  sűrített levegő ellátására.

A lándzsák szintjén körülbelül 2000 °C hőmérséklet alakul ki. Ahogy haladsz felfelé, a hőmérséklet csökken, és a csúcsokon eléri a 270 ° C-ot. Így a kemencében különböző hőmérsékleteket állítanak be különböző magasságokban, aminek következtében az érc fémmé történő átalakulásának különféle kémiai folyamatai mennek végbe .

A kandalló tetején , ahol az oxigénellátás elég magas, a koksz ég, szén-dioxid keletkezik , és nagy mennyiségű hő szabadul fel.

A szén-dioxid az oxigénnel dúsított zónát elhagyva koksszal reagál, és szén-monoxidot képez  , amely a nagyolvasztó folyamat fő redukálószere.

Felemelkedve a szén-monoxid kölcsönhatásba lép a vas-oxidokkal, elvonja belőlük az oxigént és fémmé redukálja őket:

A reakció eredményeként kapott vas cseppenként lefolyik a forró kokszra , szénnel telítve, így 2,14-6,67% szenet tartalmazó ötvözet keletkezik . Az ilyen ötvözetet öntöttvasnak nevezik . A szén mellett kis arányban szilíciumot és mangánt is tartalmaz . Az öntöttvas összetétele tized százalékban káros szennyeződéseket is tartalmaz - ként és foszfort . Az öntöttvas mellett salak képződik és halmozódik fel a kemencében , amelyben minden káros szennyeződés összegyűlik.

Korábban a salakot külön salakcsapon keresztül vezették be . Jelenleg a nyersvasat és a salakot egyszerre öntöttvas csapólyukon csapolják át. Az öntöttvas és a salak szétválasztása a nagyolvasztó kemencéjén kívül - a csúszdában, elválasztólap segítségével történik. A salaktól leválasztott nyersvas a vasszállító üstökbe vagy a keverőüstökbe kerül, és vagy az acélkohóba, vagy a kiöntőgépekbe kerül.

Nagyolvasztógyártás automatizálása

A nagyolvasztógyártás automatizálásának és vezérlésének főbb irányai [17] :

• Töltőanyagok kémiai összetétele és fizikai tulajdonságai.
• Töltőanyagok betöltése.
• A kemence felső zónájának állapota (felső)
• A kemenceakna állapota.
• Kombinált ütési paraméterek.
• A kemence alsó zónájának állapota (kovács)
• Az olvadás műszaki és gazdasági mutatói.
• Légfűtők

Kemence alapozás

Egy korszerű kemence a benne található összes szerkezettel és fémszerkezettel, béléssel (tűzálló falazattal) és töltetanyaggal, olvasztási termékkel együtt 30 ezer tonnát meghaladó tömegű lehet, ezt a tömeget egyenletesen kell a talajra átvinni. Az alapozás alsó része (talp) masszív, legfeljebb 4 m vastag betonlap formájában készül, a talpon a kemence fémszerkezeteit (burkolat) tartó oszlopok támasztják alá. Az alapozás felső része (csonk) egy tűzálló betonból készült monolit henger, amelyen a kemence kandallója található.

Nagyolvasztó kandalló

A nagyolvasztó kandallója a nagyolvasztó kemence alsó része, belső körvonalában hengeres, külső alakjában pedig kúpos (néha hengeres). A kandalló fel van szerelve öntöttvas és salak kibocsátására szolgáló eszközökkel (öntöttvas és salak lyukak), valamint 1100-1400 ° C-ig felmelegített levegő fújására szolgáló eszközökkel (csövek) 23-25 ​​° C-ig oxigénnel dúsított tűzhelyen. %. A nagyolvasztó kemence kandallója a tervezés legkritikusabb része. Akár 1000 tonna és még több olvadt olvasztótermék – vas és salak – halmozódnak fel itt. Az egész 9-12 ezer tonnás töltetoszlop nyomást gyakorol a kandalló aljára. A kandallógázok nyomása 0,4-0,5 MPa, hőmérsékletük a koksz égetőközpontjaiban eléri az 1700-2100 °C-ot. A kandallóban folyamatosan mozog, megújul a koksz, a folyékony nyersvas és salak, valamint a kemencegázok. Valójában ez egy nagy teljesítményű, folyamatosan mozgó reaktor. Ebben a tekintetben szigorú követelményeket támasztanak a kandalló kialakításával szemben a szilárdság, a tömítettség és a tűzállóság tekintetében. A kandalló fő szerkezeti elemei a ház, a hűtők, az öntöttvas és salakos csapfurat, valamint a fúvókaszerszámok.

Öntöttvas bevágás

Ez egy téglalap alakú csatorna, 250-300 mm széles és 450-500 mm magas. A csatorna a tűzhely tűzálló falazatában készül, a keszeg felületétől 600-1700 mm magasságban. A salaklyukak csatornáit 2000-3600 mm magasságban helyezik el. Az öntöttvas menetes csatorna tűzálló masszával van lezárva. Az öntöttvas menetfúró fúrógéppel 50-60 mm átmérőjű lyukat fúrva nyitható. A nyersvas és salak kibocsátása után (a modern nagy kohókon a nyersvas és a salak kibocsátása öntöttvas csapfuratokon keresztül történik) a lyukakat elektromos pisztollyal tömítik el. A pisztoly orrát behelyezik a csapfuratba, és nyomás alatt a pisztolyból egy csaplyukú tűzálló masszát táplálnak be. A nagyolvasztóban a salakcsap nyílását vízhűtéses elemek, amelyeket összefoglalóan salakdugóknak nevezünk, és egy távirányítós pneumatikus működtetésű karszerkezet védi. A nagy térfogatú (3200-5500 m 3 ) nagyolvasztó kemencék felváltva működő öntöttvas és egy salakos csaplyukkal vannak felszerelve. A nyersvas és salak nagyolvasztóból való kibocsátása a következő műveleteket foglalja magában:

1. öntöttvas csap nyílás (szükség esetén salakos is);
2. a vas és a salak áramlásához közvetlenül kapcsolódó karbantartás;
3. az öntöttvas csapólyuk lezárása (ha a salakot a salakcsapon keresztül engedték ki, akkor a salakcsapon keresztül);
4. csaplyukak és ereszcsatornák javítása.

Légfűtők

A nagyolvasztókhoz E. A. Cowper feltalálása óta, azaz 1857 óta gyártanak légfűtőket. A légfűtők nagy tornyoknak tűnnek, amelyek a nagyolvasztó mellett helyezkednek el. A nagyolvasztóból egy csövön keresztül - gázkimeneten - forró kohógáz jut be a légfűtőbe , amely a légfűtő belsejében egy speciális kamrában keveredik a másik csövön keresztül belépő levegővel és elég. A keletkező még forróbb gáz egy fúvókán halad át - egy téglából készült oszlopon, amelyek között rés van a gáz áthaladásához. Ez a gáz felmelegíti a fúvókát, és a harmadik csövön keresztül távozik a légfűtőből. Amikor a fúvókát felmelegítik a kívánt hőmérsékletre, a légfűtőbe közönséges, fűtetlen levegőt engednek be, amely a fúvókán áthaladva 1000 °C feletti hőmérsékletre melegszik, majd a nagyolvasztóba kerül vasolvasztásra. Ezzel párhuzamosan a tömítést fokozatosan lehűtik, majd ha kellően lehűlt, felső gáz égetésével újra felmelegítik. Ebből látható, hogy a nagyolvasztónál a levegő felmelegítési folyamata nem folyamatos, és mivel a nagyolvasztóban folyamatosan olvasztják a vasat, több légfűtőt is építenek vele - míg az egyik a fúvókát füstcsövekkel melegíti. gáz a nagyolvasztóból, a másik a nagyolvasztó légfúvókáját melegíti [18] .

• Taganrog. kohászati ​​üzem

• Nagyolvasztó Duisburgban, Németországban

• Blast Furnace Tuyeres

• A nagyolvasztó töltet összetevői: pellet, koksz, mészkő

• Pellet a kohóműhely érctelepén

• Légfűtők és nagyolvasztók NTMZ

A heraldikában

Az olvasztó kemence ritka , nem heraldikai figura , a kohászathoz, az ércbányászathoz és az ércfeldolgozó iparhoz való hozzáállást szimbolizálja. Használt Jekatyerinburg (1783, 1998) és Lugansk (1903, 1992), valamint Barnaul címerében .

• Barnaul címere

• Jekatyerinburg 1862. évi címertervezete

• Luhanszk címere 1903

Jegyzetek

1. ↑ Skinder A.I. , Mendeleev D.I. Domain production // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 kötetben (82 kötet és 4 további). - Szentpétervár. , 1890-1907.
2. ↑ A kínai találmányok hihetetlen története . Letöltve: 2016. november 15. Az eredetiből archiválva : 2016. november 16.. (határozatlan)
3. ↑ A sajtkovács rejtvényei . Letöltve: 2017. október 4. Az eredetiből archiválva : 2017. október 4.. (határozatlan)
4. ↑ BLAST FURNACE (elérhetetlen link) . Letöltve: 2017. október 14. Az eredetiből archiválva : 2017. október 14.. (határozatlan) 
5. ↑ Nagyolvasztó . Letöltve: 2016. november 15. Az eredetiből archiválva : 2016. november 16.. (határozatlan)
6. ↑ Babarykin, 2009 , p. tizennégy.
7. ↑ Babarykin, 2009 , p. tizenöt.
8. ↑ Vasgyártó nagyolvasztó . Letöltve: 2017. október 14. Az eredetiből archiválva : 2017. október 14.. (határozatlan)
9. ↑ Babarykin, 2009 , p. 17.
10. ↑ Woodcroft B. Találmányi szabadalmak tárgymutatója (csak címekből készült), 1617. március 2-tól (14 James I.), 1852. október 1-ig (16 Victoriae  ) . - London, 1857. - 347. o.
11. ↑ Karabasov, 2014 , p. 73.
12. ↑ Woodcroft B. A bejelentett és kiadott szabadalmak kronológiai mutatója, az  1857. évre . - London: Great Seal Patent Office, 1858. - 86. o.
13. ↑ Putilova M. V. . A kohógyártás fejlődése az uráli állami bányaüzemekben a 19. század közepén. // Az Urál történetének kérdései. - 1980. - Kiadás. 16: A kapitalista viszonyok keletkezése és fejlődése az Urálban. - S. 63-77.
14. ↑ Karabasov, 2014 , p. 85-87.
15. ↑ Karabasov, 2014 , p. 93.
16. ↑ Karabasov, 2014 , p. 94.
17. ↑ Kohászati ​​kemencék automatizálása / Kaganov V. Yu. [és mások] - M.: Kohászat, 1975. - p. 255-257
18. ↑ Khodakov Yu. V., Epshtein D. A., Gloriozov P. A. § ​​78. Vasgyártás // Szervetlen kémia. Tankönyv 9. évfolyamnak. - 7. kiadás - M . : Nevelés , 1976. - S. 159-164. — 2.350.000 példány.

Irodalom és források

• Babarykin NN Teoriya i tekhnologiya domennogo protsessa [A nagyolvasztó eljárás elmélete és technológiája]. - Magnyitogorszk: GOU VPO "MGTU", 2009. - S. 15. - 257 p.
• Karabasov Yu. S. , Chernousov P. I. , Korotchenko N. A. , Golubev O. V. Kohászat és idő: Enciklopédia:6 -M .MISiS Kiadó, 2014. -V. 6: Kohászat és társadalom. Kölcsönös befolyás és fejlődés. — 224 p. -1000 példányban.  -ISBN 978-5-87623-760-6(6. kötet).
• Magyarázó kohászati ​​szótár. Alapfogalmak / Szerk. V. I. Kumanina . — M.: Rus. yaz., 1989. - 446 p. — ISBN 5-200-00797-6 .
• Efimenko G. G., Gimmelfarb A. A., Levchenko V. E. Vaskohászat. - Kijev.: Vyscha iskola, 1988. - 352 p.
• Fersman A.E. Szórakoztató geokémia. — M.: Detgiz, 1954. — 486 p.
• Ramm A.N. Modern tartományi folyamat. - M . : Kohászat, 1980. - 303 p.
• Tovarovsky I. G. Nagyolvasztó. 2. kiadás - Dnyipropetrovszk: "Küszöbök", 2009. - 768 p.
• Andronov VN Vasfémek kitermelése természetes és technogén alapanyagokból. domain folyamat. - Donyeck: Nord-Press, 2009. - 377 p. - ISBN 978-966-380-329-6 .
• Elansky G. N., Linchevsky B. V., Kalmenev A. A. A fémek előállításának és feldolgozásának alapjai. Moszkva 2005

Linkek

• A Wikimedia Commons rendelkezik a Blast furnace - hoz kapcsolódó médiával

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy norvég Britannica (online) Britannica (online) Treccani Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11952049q GND : 4160175-0 J9U : 987007283248205171 LCCN : sh85014790 NKC : ph221554