Højovn

Højovn , højovn  - en stor metallurgisk lodret placeret ovn af skakttypen til smeltning af støbejern og ferrolegeringer fra jernmalm . Det vigtigste træk ved højovnsprocessen er dens kontinuitet gennem hele ovnkampagnen (fra konstruktionen af ​​ovnen til dens eftersyn ) og modstrømmen af ​​stigende blændegasser med en søjle af materialer, der konstant falder ned og vokser fra oven med nye portioner af sigtelsen.

Etymologi

Ordet "højovn" er afledt af det gammelslaviske "dmenie" - højovn. På andre sprog: engelsk.  højovn  - højovn, det.  Hochofen  - højovn, fr.  haut fourneau  - høj ovn. hval. 高炉 (gāolú) - højovn, kroatisk. Visoka peć  - høj ovn.

Det skal huskes på den grundlæggende forskel i betydningen af ​​ordene "domnitsa" og "højovn": i domnitsaen modtog de (i form af stykker eller revner ) stykker af restaureret råjern (fra ordet "rå" , det vil sige uopvarmet blæst) jern, og i højovnen - flydende jern.

Historie

De første højovne dukkede op i Kina i det 4. århundrede [2] . I middelalderen i Europa, den såkaldte. Catalansk smedje , som gjorde det muligt at mekanisere bælg på grund af et hydraulisk drev, hvilket bidrog til en stigning i smeltetemperaturen. Den kunne dog endnu ikke kaldes en højovn på grund af dens specielle dimensioner (kubikmeter).

Højovnens umiddelbare forgænger var stukofen ( blomstringsovne ) [3] , som dukkede op i det 13. århundrede i Steiermark . Shtukofen havde form som en kegle 3,5 meter høj og havde to åbninger: til luftindsprøjtning ( tuyere ) og til at trække blomsten ud [4] .

I Europa dukkede højovne op i Westfalen i anden halvdel af 1400-tallet [5] , i England begyndte man at bygge højovne i 1490'erne, i det fremtidige USA - i 1619 [6] . Dette blev muliggjort af mekanisering. Højden på højovnen nåede 5 meter. I Rusland dukkede den første højovn op i 1630 ( Tula , Vinius ). I 1730'erne På fabrikkerne i Ural blev der bygget højovne nær bunden af ​​dæmningen, og to enheder blev ofte placeret på samme fundament, hvilket reducerede konstruktions- og vedligeholdelsesomkostningerne.

I de fleste tilfælde blev sprængningen leveret af to kileformede bælge , lavet af træ og læder og drevet af et vandpåfyldningshjul , der arbejdede på skift . Enderne af begge bælgs dyser var anbragt i en uafkølet støbejernslanse med rektangulært tværsnit, hvis tå ikke strækker sig ud over murværket. Der blev efterladt et hul mellem dyserne og lansen for at observere afbrændingen af ​​kul. Luftstrømningshastigheden nåede 12-15 m³/min ved et overtryk på ikke mere end 1,0 kPa, hvilket skyldtes den lave styrke af skindet på pelsene. Lave blæstparametre begrænsede intensiteten af ​​smeltning, volumen og højde af ovne, hvis daglige produktivitet ikke oversteg 2 tons i lang tid, og ladningens opholdstid i ovnen fra tidspunktet for lastning til dannelsen af støbejern var 60-70 timer I 1760 opfandt J. Smeton en cylindrisk blæser med støbejernscylindre, der øgede mængden af ​​blæst. I Rusland dukkede disse maskiner op for første gang i 1788 på Alexander Cannon Factory i Petrozavodsk . 3-4 luftcylindre virkede på hver ovn, forbundet med vandhjulet ved hjælp af en krank og gear. Sprængningsmængden steg til 60-70 m 3 /min [7] .

Det høje forbrug af trækul til jernproduktion forårsagede ødelæggelsen af ​​skove omkring Europas smelteværker. Af denne grund blev der i Storbritannien siden 1584 indført en begrænsning af skovhugst til metallurgisk produktion, hvilket tvang dette land, rigt på kul, til at importere en del af støbejernet til sit eget behov i to århundreder, først fra Sverige, Frankrig og Spanien, og så fra Rusland. I 1620'erne forsøgte D. Dudley at smelte støbejern på uforberedt kul, men uden held. Først i 1735, efter mange års eksperimenter , lykkedes det A. Darby II at skaffe kulkoks og smelte jern på det. Siden 1735 er kul blevet det vigtigste brændsel i højovnen (Storbritannien, Abraham Darby III ) [8] .

De lave omkostninger ved koks i sammenligning med trækul, dets høje mekaniske styrke og den tilfredsstillende kvalitet af støbejern blev grundlaget for den efterfølgende udbredte udskiftning af fossile brændstoffer med mineralske. Denne proces endte hurtigst i Storbritannien, hvor næsten alle højovne i begyndelsen af ​​det 19. århundrede blev omdannet til koks, mens der senere blev brugt mineralbrændstoffer i det kontinentale Europa [9] .

Den 11. september 1828 modtog James Beaumont Nielson patent på brugen af ​​hot blast ( britisk patent nr. 5701) [10] og i 1829 udførte han opvarmning af sprængningen på Clyde-anlægget i Skotland . Brugen af ​​højovn opvarmet til kun 150 ° C i stedet for koldblæsning i en højovn førte til et fald i det specifikke forbrug af kul brugt til højovnssmeltning med 36 %. Nilsson kom også med ideen om at øge iltindholdet i sprængningen. Patentet på denne opfindelse tilhører Henry Bessemer , og den praktiske implementering går tilbage til 1950'erne, hvor produktionen af ​​ilt i industriel skala blev mestret [11] .

Den 19. maj 1857 patenterede E. A. Cowper luftvarmere ( britisk patent nr. 1404) [12] , også kaldet regeneratorer eller cowpers, til højovnsproduktion, som sparer en betydelig mængde koks. Indførelsen af ​​varmblæsning på fabrikkerne i Ural blev lettet af udbredelsen i 1860'erne og 1870'erne af Rashet højovne , som havde et ildsted med et elliptisk eller rektangulært tværsnit og var udstyret med fanganordninger til opvarmning af luften, der blev tilført til ovn [13] [14] .

I anden halvdel af 1800-tallet, med fremkomsten og udbredelsen af ​​stålfremstillingsteknologierne, blev kravene til støbejern mere formaliserede – de blev opdelt i ombygning og støberi, mens der blev fastsat klare krav til hver type stålfremstilling, herunder kemisk sammensætning. Siliciumindholdet i støbejern blev sat til 1,5–3,5 %. De blev inddelt i kategorier afhængig af kornets størrelse i bruddet. Der var også en særskilt kvalitet af støbejern - "hematit", smeltet af malme med et lavt fosforindhold (indholdet i støbejern er op til 0,1%).

Råjern adskilte sig i forarbejdningsstadier. Ethvert støbejern blev brugt til pudling, mens valget af støbejern ( hvidt eller gråt ) afhang af egenskaberne af det resulterende jern. Grått støbejern, rigt på mangan og silicium og indeholdende så lidt fosfor som muligt , var beregnet til bessemerisering . Thomas-metoden forarbejdede hvidt støbejern med lavt siliciumindhold med et betydeligt indhold af mangan og fosfor (1,5-2,5 % for at sikre den korrekte varmebalance). Råjern til sur ildstedssmeltning måtte kun indeholde spor af fosfor, mens kravene til fosforindhold til hovedprocessen ikke var så strenge [15] .

I det normale smeltningsforløb blev de styret af typen af ​​slagge , ifølge hvilken det var muligt groft at estimere indholdet af dets fire hovedbestanddele (silicium, calcium, aluminium og magnesium) i den. Silicaslagger har et glasagtigt brud under størkning. Bruddet af slagger rigt på calciumoxid  er stenlignende, aluminiumoxid gør bruddet porcelænsagtigt, under påvirkning af magnesiumoxid får det en krystallinsk struktur. Kiselholdige slagger ved frigivelse af strikning og tyktflydende. Silicaslagge beriget med aluminiumoxid bliver mere flydende, men kan stadig trækkes ind i filamenter, hvis den indeholder mindst 40-45 % siliciumoxid. Hvis indholdet af calcium- og magnesiumoxider overstiger 50 %, bliver slaggen tyktflydende, kan ikke flyde i tynde strømme og danner en rynket overflade ved størkning. Den rynkede overflade af slaggen indikerede, at smeltningen var "varm" - samtidig genoprettes silicium og går over i støbejern, derfor er der mindre siliciumoxid i slaggen. En glat overflade opstod ved smeltning af hvidt støbejern med lavt siliciumindhold. Aluminiumoxid gav slaggens overflade afskalning.

Slaggens farve var en indikator for smeltningsforløbet. Hovedslaggen med en stor mængde calciumoxid havde en grå farve med en blålig nuance under smeltningen af ​​grafit "sort" støbejern i et brud. Ved overgang til hvide støbejern blev det gradvist gult op til brunt, og med et "råt" forløb gjorde et betydeligt indhold af jernoxider det sort. Syre, kiselholdige slagger under de samme forhold ændrede deres farve fra grøn til sort. Nuancer af slaggens farve gjorde det muligt at bedømme tilstedeværelsen af ​​mangan, som giver den sure slagge en ametystfarve, og den vigtigste - grøn eller gul [16] .

Beskrivelse og processer

Højovnen er et kontinuerligt fungerende apparat af skafttypen. Ladningen påfyldes ovenfra gennem en standard læsseanordning, som også er højovnens gastætning. Rig jernmalm genoprettes i højovnen (på nuværende tidspunkt er reserver af rig jernmalm kun bevaret i Australien og Brasilien ), sinter eller pellets . Nogle gange bruges briketter som rå malm .

Højovnen består af fem strukturelle elementer: den øvre cylindriske del - toppen , nødvendig for belastning og effektiv fordeling af ladningen i ovnen; den største i højden ekspanderende koniske del - mine , hvor processerne med opvarmning af materialer og reduktion af jern fra oxider finder sted; den bredeste cylindriske del - damp , hvor processerne med blødgøring og smeltning af reduceret jern finder sted; tilspidsede koniske del- skuldre , hvor der dannes en reducerende gas - carbonmonoxid ; cylindrisk del- ild , som tjener til at akkumulere flydende produkter fra højovnsprocessen - støbejern og slagger .

I den øverste del af ildstedet er der lanser - huller til tilførsel af blæst  opvarmet til høj temperatur  - trykluft beriget med oxygen og kulbrintebrændstof.

I niveau med lanserne udvikles en temperatur på omkring 2000 °C. Når du bevæger dig op, falder temperaturen, og på toppen når den 270 ° C. Således er forskellige temperaturer indstillet i ovnen i forskellige højder, på grund af hvilke der forekommer forskellige kemiske processer ved overgangen af ​​malm til metal .

I toppen af ​​ildstedet , hvor ilttilførslen er høj nok, brænder koksen for at danne kuldioxid og frigive en stor mængde varme.

Kuldioxid , der forlader zonen beriget med ilt, reagerer med koks og danner kulilte  , det vigtigste reduktionsmiddel i højovnsprocessen.

Når kulilte stiger op, interagerer kulilte med jernoxider, fjerner ilt fra dem og reducerer dem til metal:

Jernet, der opnås som et resultat af reaktionen, flyder i dråber ned over den varme koks og er mættet med kulstof, hvilket resulterer i en legering indeholdende 2,14 - 6,67 % kulstof . En sådan legering kaldes støbejern . Ud over kulstof indeholder det en lille andel silicium og mangan . I mængden af ​​tiendedele af en procent omfatter sammensætningen af ​​støbejern også skadelige urenheder - svovl og fosfor . Ud over støbejern dannes slagger og akkumuleres i ovnen , hvor alle skadelige urenheder opsamles.

Tidligere blev slaggen tappet gennem et separat slaggehanehul . I øjeblikket tappes både råjern og slagger gennem et hanehul i støbejern på samme tid. Adskillelse af støbejern og slagger foregår uden for højovnen - i slisken ved hjælp af en skilleplade. Råjernet, der er udskilt fra slaggen, kommer ind i de jernførende øser eller blandeske og føres ud enten til stålsmelteværket eller til støbemaskinerne.

Automatisering af højovnsproduktion

De vigtigste retninger for automatisering og kontrol i højovnsproduktion [17] :

• Ladningsmaterialers kemiske sammensætning og fysiske egenskaber.
• Indlæsning af ladematerialer.
• Tilstanden af ​​den øvre zone af ovnen (øverst)
• Tilstand af ovnskakten.
• Kombinerede blæseparametre.
• Tilstanden af ​​den nedre zone af ovnen (smedje)
• Tekniske og økonomiske indikatorer for smeltning.
• Luftvarmere

Ovnfundament

En moderne ovn kan sammen med alle strukturer og metalstrukturer, foring (ildfast murværk) og ladningsmaterialer og smelteprodukter indeholdt i den have en masse på mere end 30 tusind tons. Denne masse skal overføres jævnt til jorden. Den nederste del af fundamentet (sålen) er lavet i form af en massiv betonplade op til 4 m tyk.Søjler, der understøtter ovnens metalstrukturer (huset), er understøttet på sålen. Den øverste del af fundamentet (stub) er en monolitisk cylinder lavet af ildfast beton, hvorpå ovnens ildsted er placeret.

Højovns ildsted

En højovns ildsted er den nederste del af en højovn, cylindrisk i sin indre kontur og konisk (nogle gange cylindrisk) i sin ydre form. Ildstedet er udstyret med anordninger til frigivelse af støbejern og slagger (støbejerns- og slaggehanehuller) og anordninger (rør) til at blæse luft opvarmet (på cowpers) op til 1100-1400 ° C, beriget med ilt op til 23-25 %. En højovns ildsted er den mest kritiske del af dens design. Her akkumuleres op til 1.000 tons og mere af smeltede smelteprodukter - jern og slagger. Hele ladningssøjlen, der vejer 9-12 tusinde tons, udøver pres på bunden af ​​ildstedet. Herdgassernes tryk er 0,4–0,5 MPa, og deres temperatur i koksforbrændingscentrene når 1700–2100 °C. Inde i ildstedet bevæger og fornyer koks, flydende råjern og slagger og ovngasser sig konstant. Faktisk er dette en kraftig reaktor i konstant bevægelse. I den forbindelse stilles der strenge krav til ildstedets udformning med hensyn til styrke, tæthed og brandmodstand. De vigtigste strukturelle elementer i ildstedet er et hus, kølere, et hanehul i støbejern og slagger og værktøj til tuyere.

Støbejernskærv

Dette er en rektangulær kanal 250-300 mm bred og 450-500 mm høj. Kanalen er lavet i ildstedets ildfaste murværk i en højde på 600-1700 mm fra overfladen af ​​brasen. Kanaler til slaggehuller udlægges i en højde på 2000-3600 mm. Støbejernshanehulskanalen lukkes med en ildfast masse. Et støbejernshanehul åbnes ved at bore et hul med en diameter på 50-60 mm med en boremaskine. Efter frigivelsen af ​​råjern og slagger (på moderne store højovne udføres frigivelsen af ​​råjern og slagger gennem støbejernshanehuller), tilstoppes hullerne med en elektrisk pistol. Pistolens tå indsættes i hanehullet, og en taphuls ildfast masse føres ind i den fra pistolen under tryk. Slaggehanehullet i en højovn er beskyttet af vandkølede elementer, der tilsammen benævnes slaggepropper, og en fjernstyret pneumatisk betjent løftestangskonstruktion. Højovne med stort volumen (3200-5500 m 3 ) er udstyret med fire støbejernshanehuller, der fungerer på skift og et slaggehanehul. Frigivelsen af ​​råjern og slagger fra en højovn omfatter følgende operationer:

1. åbning af et støbejernshanehul (om nødvendigt også et slagge);
2. vedligeholdelse relateret direkte til strømmen af ​​jern og slagger;
3. lukning af støbejernshanehullet (hvis slaggen blev frigivet gennem slaggehanehullet, så slaggehanehullet);
4. reparation af hanehuller og tagrender.

Luftvarmere

Luftvarmere er blevet bygget ved højovne siden opfindelsen af ​​E. A. Cowper, det vil sige siden 1857. Luftvarmere ligner store tårne ​​placeret ved siden af ​​højovnen. Fra højovnen gennem et rør - et gasudløb - kommer varm højovnsgas ind i luftvarmeren , som i et særligt kammer inde i luftvarmeren blandes med luften, der kommer ind gennem et andet rør og brænder. Den resulterende endnu varmere gas passerer gennem en dyse - en søjle lavet af mursten med et mellemrum mellem dem til passage af gas. Denne gas opvarmer dysen og udledes fra luftvarmeren gennem det tredje rør. Når dysen er opvarmet til den ønskede temperatur, lukkes almindelig, uopvarmet luft ind i luftvarmeren, som passerer gennem dysen, opvarmes til en temperatur på over 1000 ° C og derefter går til højovnen til jernsmeltning. Samtidig afkøles pakningen gradvist, og når den er afkølet tilstrækkeligt, varmes den op igen ved afbrænding af topgas. Heraf kan det ses, at processen med opvarmning af luft til en højovn ikke er kontinuerlig, og da jern smeltes i en højovn konstant, bygges der flere luftvarmere med - mens en af ​​dem arbejder med at opvarme dysen med aftræk. gas fra højovnen, den anden arbejder med at opvarme luftdysen til højovnen [18] .

• Taganrog. metallurgisk anlæg

• Højovn i Duisburg, Tyskland

• Højovn Tuyeres

• Komponenter i en højovnsladning: piller, koks, kalksten

• Pellets ved højovnsbutikkens malmgård

• Luftvarmere og højovne NTMZ

I heraldik

Smelteovnen er en sjælden ikke-heraldisk figur , der symboliserer holdningen til metallurgiske, malmmine- og malmforarbejdningsindustrier. Brugt i Jekaterinburgs våbenskjolde (1783, 1998) og Lugansks våbenskjolde (1903, 1992), såvel som i Barnauls våbenskjold .

• Barnauls våbenskjold

• Udkast til Jekaterinburgs våbenskjold 1862

• Luhansks våbenskjold 1903

Noter

1. ↑ Skinder A.I. , Mendeleev D.I. Domæneproduktion // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
2. ↑ Utrolig historie om kinesiske opfindelser . Hentet 15. november 2016. Arkiveret fra originalen 16. november 2016. (ubestemt)
3. ↑ Cheeseforge's gåder . Hentet 4. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 4. oktober 2017. (ubestemt)
4. ↑ HASTOVN (utilgængeligt link) . Hentet 14. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 14. oktober 2017. (ubestemt) 
5. ↑ Højovn . Hentet 15. november 2016. Arkiveret fra originalen 16. november 2016. (ubestemt)
6. ↑ Babarykin, 2009 , s. fjorten.
7. ↑ Babarykin, 2009 , s. femten.
8. ↑ Højovn til jernfremstilling . Hentet 14. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 14. oktober 2017. (ubestemt)
9. ↑ Babarykin, 2009 , s. 17.
10. ↑ Woodcroft B. Emneindeks (kun lavet af titler) over patenter på opfindelsen, fra 2. marts 1617 (14 James I.) til 1. oktober 1852 (16 Victoriae  ) . - London, 1857. - S. 347.
11. ↑ Karabasov, 2014 , s. 73.
12. ↑ Woodcroft B. Kronologisk indeks over ansøgte patenter og meddelte patenter, for året  1857 . - London: Great Seal Patent Office, 1858. - S. 86.
13. ↑ Putilova M. V. . Udviklingen af ​​højovnsproduktion på statsejede mineanlæg i Ural i midten af ​​det 19. århundrede. // Spørgsmål om Urals historie. - 1980. - Udgave. 16: Genesis og udvikling af kapitalistiske relationer i Ural. - S. 63-77.
14. ↑ Karabasov, 2014 , s. 85-87.
15. ↑ Karabasov, 2014 , s. 93.
16. ↑ Karabasov, 2014 , s. 94.
17. ↑ Automatisering af metallurgiske ovne / Kaganov V. Yu. [og andre] - M.: Metallurgy, 1975. - s. 255-257
18. ↑ Khodakov Yu. V., Epshtein D. A., Gloriozov P. A. § ​​78. Jernproduktion // Uorganisk kemi. Lærebog for klasse 9. - 7. udg. - M . : Uddannelse , 1976. - S. 159-164. — 2.350.000 eksemplarer.

Litteratur og kilder

• Babarykin NN Teoriya i tekhnologiya domennogo protsessa [Teori og teknologi for højovnsprocessen]. - Magnitogorsk: GOU VPO "MGTU", 2009. - S. 15. - 257 s.
• Karabasov Yu. S. , Chernousov P. I. , Korotchenko N. A. , Golubev O. V. Metallurgi og tid: Encyklopædi:i 6 bind -M .MISiS Publishing House, 2014. -V. 6: Metallurgi og samfund. Gensidig indflydelse og udvikling. — 224 s. -1000 eksemplarer.  -ISBN 978-5-87623-760-6(bind 6).
• Forklarende metallurgisk ordbog. Grundlæggende vilkår / Udg. V. I. Kumanina . — M.: Rus. yaz., 1989. - 446 s. — ISBN 5-200-00797-6 .
• Efimenko G. G., Gimmelfarb A. A., Levchenko V. E. Jernmetallurgi . - Kyiv.: Vyscha skole, 1988. - 352 s.
• Fersman A.E. Underholdende geokemi. — M.: Detgiz, 1954. — 486 s.
• Ramm A.N. Moderne domæneproces. - M . : Metallurgi, 1980. - 303 s.
• Tovarovsky I. G. Højovn . 2. udgave - Dnepropetrovsk: "Tærskler", 2009. - 768 s.
• Andronov VN Udvinding af jernholdige metaller fra naturlige og teknogene råmaterialer. domæneproces. - Donetsk: Nord-Press, 2009. - 377 s. - ISBN 978-966-380-329-6 .
• Elansky G. N., Linchevsky B. V., Kalmenev A. A. Grundlæggende om produktion og forarbejdning af metaller. Moskva 2005

Links

• Wikimedia Commons har medier relateret til højovn

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Britannica (online) Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger	BNF : 11952049q GND : 4160175-0 J9U : 987007283248205171 LCCN : sh85014790 NKC : ph221554