Ing. Miroslava ČIŽMÁROVÁ, PhD

Ing. Miroslava ČIŽMÁROVÁ, PhD.

park Komenského č. 14 [email protected]

TECHNOLÓGIE I Školský rok: 2013 / 2014 Zimný semester: 22 hod./ semester Ročník: II. BC Študijný program: Integrované systémy riadenia, Tepelná energetika a plynárenstvo,

Hutníctvo železa a ocele

Hutníctvo neželezných kovov

TECHNOLÓGIE I 100 % Ing. Miroslava Čižmárová, PhD., Doc. Ing. Jarmila TRPČEVSKÁ, PhD.,

Hutníctvo železa a ocele

Hutníctvo neželezných kovov

Časť A 50 b.

Časť B 50 b.

10 b. + 40 b.

10 b. + 40 b.

Semestrálne zadanie (min. 5,5b.)

Záverečný test Cvičenia (min. 21b.)

Záverečný test

1. Význam, obsah a ciele predmetu. Podmienky absolvovania predmetu. Úvod. Charakteristika vysokopecnej vsádzky. Príprava vysokopecnej vsádzky (peletizácia, aglomerácia). 2. Príprava vysokopecnej vsádzky (výroba koksu). Charakteristika vysokopecného procesu. Výroba surového železa - deje prebiehajúce vo vysokej peci. 3.

Základy výroby ocele. Konvertorové procesy výroby ocele, výroba ocele v elektrickej oblúkovej peci. Odlievanie ocele.

4.

Záverečný test (časť A) 9.55 – 10.55 Obhajoba semestrálneho zadania. (Oprava záverečného testu)

Prednášky  Fröhlichová

a kol. :Hutníctvo železa  Kijac: Ocele na odliatky  http://oceliarstvo.ic.cz/  prednášky: http://web.tuke.sk/hfkmzaz/index.php?hm=studium&sm=skripta&l ang=svk

Zásobníková váha

Pásova váha Miešací bubon

Drvič Odsávacie komory

Aglomerát pre VP

Vratný aglomerát

Chladiaci pás

Hlavné výrobné strediská koksovne sú: - príprava uholnej vsádzky - koksárenské batérie - triediarne koksu - chemické prevádzky.

Surovina

Obsah prvkov [%]

C

Mn

Si

P

S

Fe

0,8

0,06

0,05

94,290

0,08

0,025

0,02

99,525

Chemické zloženie surového železa Surové železo

4,2

0,6

Chemické zloženie vyrobenej ocele Oceľ

0,1

0,25

Dosky kryštalizátora

Dosky kryštalizátora

Troskový rámček

Tuhý liaci prášok Sintrovaný LP Tekutý LP Vodná skriňa Tekutá oceľ

Vzduchová medzera

Kôra kontiodliatku

Vodné skryne kryštalizátora

Vsádzka pre vysoké pece: - kovonosné materiály (železné a mangánové rudy, aglomerát, pelety a taktiež niektoré odpady z priemyslovej výroby), - troskotvorné látky (zásadité troskotvorné prísady -vápenec a dolomitický vápenec alebo kyslé troskotvorné prísady – kremenec, bauxit a hlinité bridlice), - palivo (vysokopecný koks, náhradné palivo zemný plyn, oleje a v súčasnosti najčastejšie práškové uhlie).

Vsádzka sa musí vyznačovať: - rovnomernými vlastnosťami, - nízkym podielom jemnozrnných častíc, - úzkym rozptylom zrnitosti pri vylúčení prachových podielov - dostatočnou mechanickou pevnosťou.

hornina, z ktorej je možné ekonomicky výhodným spôsobom získavať železo. podľa chemicko-mineralogického zloženia rozdeľujeme rudy na: oxidické, uhličitanové a kremičitanové

-

-

Maximálny Skupina

Minerál

železných rúd

Chemický

Hustota

obsah Fe

vzorec

(g. cm-3)

v čistom stave (%)

magnetitové

magnetit

Fe3O4

5,17

72,4

hematit

Fe2O3

5,26

70,0

siderit

FeCO3

3,9

48,3

chamosit

Fe4AlSi3AlO10.

3,03 až

38,0

OH6.n H2O

3,19

rudy hematitové rudy sideritové rudy chamositové rudy

Kvalitu železných rúd posudzujeme na základe vlastností:  chemické vlastnosti (chemické zloženie, stupeň oxidácie, zásaditosť)  fyzikálne vlastnosti (vlhkosť, merná hmotnosť, kusovosť, sypné vlastnosti, pórovitosť, mechanická pevnosť),  metalurgické vlastnosti (redukovateľnosť, priebeh mäknutia).

Chemické vlastnosti  Chemické zloženie - najdôležitejší obsah železa, resp. mangánu v rude  Bohatosť rudy

100  p Br  .100 %( Fe  Mn ) p - spotreba vápenca na 100kg rudy [kg]

Chemické vlastnosti  Hlušinové zložky- zásadité oxidy CaO, MgO, kyslé oxidy SiO2, Al2O3 hlušina rudy je kyslej povahy, preto sú najčastejšími prísadami vo VP vápenec a dolomit  škodlivé prímesí (S, As, P, Cu, Zn, Pb)

Chemické vlastnosti  Stupeň oxidácie železa - je merítkom redukovateľnosti. Stupeň oxidácie železa v železných rudách určuje pomer kyslíka viazaného na železo k množstvu kyslíka, ktoré by bolo k dispozícii, keby bolo všetko železo viazané vo forme Fe2O3.

 Fe 3  .100  0  1   3Fe 

Chemické vlastnosti  Stupeň zásaditosti

CaO p1  SiO2 CaO  MgO p2  SiO2  Al 2 O3

Fyzikálne vlastnosti  Vlhkosť  Merná

hmotnosť  Kusovosť – 5-25mm, vylúčenie podielu pod 5 mm  Sypné vlastnosti  Pórovitosť  Mechanická pevnosť

Metalurgické vlastnosti  Redukovateľnosť

- vlastností, ktoré určujú premeny oxidov Fe alebo Mn na kov, pôsobením redukčného činidla  Mäknutie -je charakterizované teplotou začiatku mäknutia a intervalom mäknutia – udáva šírku a polohu plastického pásma

-

kovonosné materiály

-

troskotvorné látky (30 – 80 mm)

-

palivo

 prevodu

hlušiny železonosnej vsádzky a popola koksu do trosky,  zásadité alebo kyslé troskotvorné látky,  vápenec, dolomitický vápenec, ktorý obsahuje okrem CaCO3 ešte MgCO3, dolomit, alebo vápno,  zloženie čistého vápenca je 56% CaO a 44% CO2, VZV = % (CaO + MgO) - p % ( SiO2 + Al2O3),

-

palivo

Koks  najdôležitejšou prísadou,  jeho spotreba má vplyv na výkon pece a kvalitu vyrábaného surového železa,  najdrahšia zložka vysokopecnej vsádzky,  dá sa čiastočne nahradiť inými palivami  98%C, 0,1 až 0,5%H2, 0,5 až 0,7%N2, 0,4 až 1,1%O2 0,5 až 0,8% prchavej síry.

Koks vo vysokopecnom procese plní nasledujúce úlohy: ako palivo dodáva teplo na ohrev a roztavenie vsádzkových materiálov a teplo potrebné na endotermické reakcie procesov,  ako redukčné činidlo poskytuje uhlík a oxid uhoľnatý na redukciu oxidov kovov z rúd,  ako nauhličovadlo dodáva uhlík pre nauhličenie surového železa,  ako nosná kostra vsádzky zabezpečuje priedušnosť pre plyn a priepustnosť pre kvapalné produkty tavby v oblasti fúkačov (v dolnej časti pece). 

Palivo Koks  obsahuje horľavinu, popol a vodu,  voda a popol znižujú obsah horľaviny, a tým aj úžitkovú hodnotu koksu,  výhrevnosť okolo 33500 kJ.kg-1.  Horľavosť koksu je daná rýchlosťou priebehu reakcie C + O2 = CO2  Reaktivita koksu je daná rýchlosťou priebehu reakcie C + CO2 = 2CO  zápalná teplota koksu je 600 až 750°C.  kusovosť koksu pre vysoké pece 40 až 80 mm -

 plynné

– vykurovacie plyny, napr. zemný plyn, koksárenský plyn,  kvapalné - vykurovacie oleje, u nás oleje z ropy, olej z dechtu, mazut,  práškové - nekoksovateľné uhlie, koksový prach.

 úprava

kusovosti a obohacovanie sa uskutočňuje v mieste ťažby rúd,  homogenizácia a obyčajne aj spojovanie sa realizujú v hutníckych závodoch, preto ich radíme k hutníckym spôsobom úpravy, Studené spôsoby úpravy rúd sú: drvenie, triedenie, rozdružovanie, spriemerňovanie. Teplé spôsoby úpravy rúd sú: praženie, peletizácia, aglomerácia, kde môžu prebehnúť deje chemické a fyzikálnochemické.

Závislosť spotreby koksu od obsahu Fe v rude s kyslou hlušinou (A) a so zásaditou hlušinou (B)

 

Kolísanie obsahu Fe v denných zásielkach rudy môže dosahovať + - 5% Zmena chemického zloženia vsádzky má za následok zmenu zloženia Fe, zmeny teploty v nisteji VP, nerovnomerný chod pece, zmena zloženia trosky, zvýšená spotreba koksu

A

B

Spôsob ukladania vrstiev materiálu v homogenizačných hromadách. A – pri zariadení podľa prof.Patrmana, B – pri zariadení Robins – Messiter.

 doprava

rudy, koncentrátu, tros. prísad a

paliva  Rotačný výklopník, Čelný výklopník  Zima – rozmrazovací tunel: nad 100 oC, 3-18 hodín, jeden tunel 22 – 26 vagónov,  doprava – dopravníkové pásy  HOMOGENIZÁCIA

PELETIZÁCIA  zrnitosť zbaľovaného materiálu menšej ako 0,2 mm  vznikajú surové zbalky pevnosti 5 až 50 N/zbalok,  spevňujú pri 1250 až 1350 C.  vypálené pelety sa vyznačujú pravidelným guľovitým tvarom, vysokým obsahom Fe, vysokou pevnosťou v tlaku 1765 až 3922 N/peletu,

PELETIZÁCIA  Výroba surových zbalkov  Výpaľovanie surových zbalkov Zbaliteľnosť surových zbalkov:  granulometrického zloženia materiálu - zrnitosť pod 0,2 mm,  tvaru a povrchových vlastností zŕn zbaľovaného materiálu,  chemicko-mineralogického zloženia.

PELETIZÁCIA  Výroba surových zbalkov Zariadenie na výrobu surových zbalkov :  1. zbaľovacie bubny (jednoduchý bubon, bubon so zabudovanými kónusmi),  2. zbaľovacie misy (jednoduchá, stupňovitá, oválna a kónická),  3. zbaľovací kužeľ.

1 2

PELETIZÁCIA

4 3

1 2 4

Smer otáčania

Dm tg

Prívod vody 

Dm

m

h c



PELETIZÁCIA  Výpaľovanie surových zbalkov Pri ohrievaní a vypaľovaní vysušených zbalkov prebiehajú nasledujúce chemické procesy: dehydratácia, oxidácia magnetitu na hematit, reakcie v tuhom stave, rozklad uhličitanov, rekryštalizácia magnetitu a hematitu, vznik troskovej taveniny, odsírenie, teplotný rozpad hematitu.

 PREDOHRIEVANIE

A VYPAĽOVANIE ZBALKOV

NA PELETY 1.vypaľovací pás = predsušenie, sušenie a predohrievanie peliet 2.rúrová rotačná pec 3.chladič

AGLOMERÁCIA ŽELEZORUDNÝCH MATERIÁLOV  studený úsek a teplý úsek Studený úsek: prípravy vsádzky - výklopníky, zariadenie na drvenie, mletie, triedenie rúd, sklad rudy a homogenizačné skládky.  Teplý úsek: zmiešavacie zásobníky, prípravu a dávkovanie zmesí, predpeletizačné bubny, spekacie pásy a chladiče aglomerátu. 

heterogénnej sústave plynná – kvapalná – tuhá fáza,  horenie paliva, prenos tepla, redukčno-oxidačné procesy 

 AGLOMERÁCIA  Zmes

aglomeračnej rudy, jemnozrnného koncentrátu, prísad a paliva sa pred spekaním navlhčí a v zbaľovacom bubne predpeletizuje  cieľom zmenšiť podiel jemnozrnných častíc a zvýšiť priedušnosť zmesi.  predpeletizovaná zmes - uložená na spekacom zariadení sa na povrchu vrstvy zapáli silným zdrojom tepla.

 



AGLOMERÁCIA ŽELEZORUDNÝCH MATERIÁLOV pásmo horenia paliva sa prúdom vzduchu, presávaného spekanou vrstvou, postupne presúva v smere prúdiaceho vzduchu a tak zabezpečuje vytvorenie a ochladenie taveniny. proces spaľovania neprebieha súčasne v celej vrstve ale postupne v úzkom pásme, ktoré sa posúva smerom k roštu.

Priebeh spekania a rozdelenie teplôt v spekanej vrstve





Nad pásmom horenia paliva je vrstva hotového aglomerátu, ktorý sa ochladzuje presávaným vzduchom, pričom časť tepla chladnúceho aglomerátu sa prenáša do pásma horenia paliva. Spaliny, vznikajúce v pásme horenia paliva, odovzdávajú časť tepla nižšie ležiacim vrstvám a predohrievajú ich.

 Čas

zapaľovania je 40 až 45 sek., niekedy až 1,6 min.,  celkový čas spekania vsádzky vo vrstve vysokej 20 cm je 8 min.,  čas chladenia 22 až 50 min.,  rýchlosť spekacieho pása je 2,9 až 3,6 m.min-1.

Fe

S

2+

F E D C B

Fecelk



P

A

rozpad kryštalickej vody B,D, disociácia vápenca C,D, horenie paliva C,D,E, čiastočná redukcia oxidov Fe, tvorba taveniny.

1.

Význam, obsah a ciele predmetu. Podmienky absolvovania predmetu. Úvod. Charakteristika vysokopecnej vsádzky. Príprava

vysokopecnej vsádzky (peletizácia, aglomerácia). 2.

Príprava vysokopecnej vsádzky (výroba koksu). Charakteristika vysokopecného procesu. Výroba surového železa - deje prebiehajúce vo vysokej peci.

3.

Základy výroby ocele.

4.

Konvertorové procesy výroby ocele, výroba ocele v elektrickej oblúkovej peci.

5.

Odlievanie ocele.

6.

Záverečný test (časť A) 7.30 – 8.30

 koks

je zušľachtené palivo,  získané karbonizáciou uhlia, to je jeho zahrievaním bez prístupu vzduchu,  je jednou zo základných surovín, používaných pri výrobe surového železa vo vysokej peci,  surovinou pre výrobu koksu je uhlie,

 Pôvod

a zloženie – deriváty nekromasy, budované v podstate štyrmi prvkami: uhlíkom, vodíkom, kyslíkom a dusíkom  Lokalizácia vzniku – vznik na povrchu zemskej kôry a ich uloženie od povrchu do hĺbky niekoľko tisíc metrov  Existencia vo viacerých fázach – plynnej, kvapalnej, emulzne disperznej, tuhej  Schopnosť horieť- vydávanie tepelnej

koksovacie vlastnosti - zmeny uhoľnej hmoty pri zahrievaní uhlia bez prístupu vzduchu:  zmeny

stavu uhoľnej hmoty, ovplyvňujúce spekavosť a plasticitu uhlia  zmeny objemu uhoľnej hmoty, prejavujúce sa puchnutím, rozpínavosťou a zmršťovaním  zmeny hmotnosti uhoľnej hmoty, dané priebehom odplynenia

 Príprava

vsádzky  Koksárenská batéria  Chémia Kvalita a produkcia koksu súvisí s kvalitou používaných druhov uhlí, dokonalosťou prípravy uhoľnej vsádzky a samotným karbonizačným procesom.

1plniace otvory 1klenba 1otvor pre odvod karbonizačných plynov

1KS

1hladina vsádzky

1stena

1SS 1podlaha

1v 1dvere 1š

1d

1 - vrstva koksu a polokoksu, 2 - kritická vrstva, 3 plastická vrstva, 4 - predplastická vrstva, 5 vrstva uhlia, 6 - stred komory, 7 - stena komory

plyny opúšťajú komoru o teplote 700 až 800°C.  chladené vstrekovanou čpavkovou vodou a do predlohy vstupujú o teplote asi 100°C  pri ochladení skondenzuje z plynu okolo 60 % dechtových podielov, ktoré sú spolu s čpavkovou vodou ako „kondenzát“  zloženie karbonizačných plynov sa mení s dobou koksovania.  surový koksárenský plyn, ktorý je z predlohy prakticky o trvalo rovnakej kvalite dopravovaný sacím potrubím k ďalšiemu spracovaniu.  odsávanie plynu z komory a predlohy je riadené tak, aby bol v komore počas celej doby koksovania udržiavaný trvalý pretlak plynu a nedochádzalo k nasávaniu vzduchu do komory. 

H2 CH4 CmHn CO CO2 O2 N2 NO H2S HCN

55-58% 24-26% 2.3-2.5% 6-6.8% 3-4% 0.4% 3.0% 0,7 – 0,0006 0,3 – 0,4 0,02 – 0,04

 Koksárenský

plyn  škodlivé prímesi (decht, čpavok, síran amónny, síra, benzol, naftalén)  využíva sa ako technický čistý koksárenský plyn.  z 1 t suchého uhlia vzniká 320 – 360 m3.

decht - čpavok - benzol - technicky čistý koksárenský plyn

Koksárenská batéria

Chémia

Gazifikácia decht

koks surový plyn

zmesný

Technický koksárenský plyn dechtový plyn

plyn

spekanie VP

Vysoká pec

plyn

železo

elektrická energia

vykurovanie

vodík

metanol

DRI

 rudný

dvor,  úprava vysokopecnej vsádzky (aglo.),  vysoká pec,  sústavu zariadení na čistenie plynu vznikajúceho pri aglomerácii a vo vysokej peci,  troskové hospodárstvo,  dopravné cesty a zariadenia na odvoz produktov,  vodné hospodárstvo a olejové hospodárstvo,  laboratóriá.

V jej spodnej časti sú umiestnené zariadenia na prívod vzduchu a vypúšťanie železa a trosky,  vo vrchnej časti je zavážacie zariadenie,  v šachte je zabezpečený odvod plynov vznikajúcich v priebehu tavby,  vysokopecný plyn prechádza potrubím (prašník, hrubé a jemné čistenie plynu,  vysokopecný plyn sa využíva na vyhrievanie ohrievačov vetra alebo v iných zariadeniach hutných závodov,  vzduch – vietor sa privádza do vyhriatych ohrievačov vetra, v ktorých sa ohreje a potom sa privádza do výfuční,  tekutý kov sa vnútrozávodnou dopravou transportuje do oceliarne alebo sa na liacom stroji odlievajú ”bochníky”,  tekutá troska sa dopravuje na troskové hospodárstvo,  vysokopecný prach sa zachytáva a obyčajne sa spolu s aglorudou speká na aglomerát. 





2950

m

3

5000

V =1386

4200

3000

2300

6500

5850

9300

8200

2800



16000



3200 2000



sadzobňa zabezpečuje čo najmenšie zmeny násypného profilu surovín. šachta, zabezpečuje výmenu tepla medzi plynmi a pevnou vsádzkou ohrevom materiálov sa ich objem zväčšuje a preto sa šachta rozširuje, čím je umožnené prúdenie plynu vsádzkou a pokles vsádzky. najširšia časť vysokej pece – rozpor – umožňuje usmernenie prúdu plynov tak, aby nedochádzalo k silne rozvinutému vonkajšiemu chodu pece zmenšenie objemu vsádzkových materiálov pri prechode do tekutého stavu vyžaduje zmenšenie prierezu, ktoré je zabezpečené v sedle pece. tekuté produkty vysokopecnej tavby – železo a troska - sa hromadia vo valcovitej časti nazvanej nistej,

3200



  

Základ pece Nistej Odpichový otvor surového železa Rez A-A

2

1

4

A

5

A



V hornej časti nisteje sú umiestnené výfučne

Kohezívna zóna (KZ)

Mŕtvy muž (MM)

Vírivá zóna (VZ)

Hniezdo

Optimálny tvar

Nevhodný tvar

 Sedlo  Rozpor

a šachta  Sadzobňa pece 1

7

10

7 5

5

8

8

0,4

2

8 10

5

8

6

6

5

10 0,3

Vysokopecný plyn

7

7

9 4

8

3

Vysokopecný plyn 9

0 10

20

1d

 Sadzobňa

pece

ZA

ZA

ZA

ZA

ZA

ZA

ZW

ZW

ZW

ZW

ZW

ZW

Poz.1

Poz.2

Poz.3

ZA

ZA

ZA

ZA

ZA

ZA

ZW

ZW

ZW

ZW

ZW

ZW

Poz.4

Poz.5

Poz.6

19

6 18

18

3

 ohreve

vetra pred jeho prívodom do vysokej pece

O 8 700

14

5

7

2 O 8 500

40 000

4

13

16 11

11 12 10

15 8 18

9 14 9 400

1

17

Deje prebiehajúce vo vysokej peci rozdeľujeme na:  deje mechanické,  výmena tepla,  deje chemické. Proces výroby surového Fe zahŕňa:  redukcie oxidov a zložitých zlúčenín,  rozklad hydrátov a solí,  horenie tuhého, kvapalného a plynného paliva,  reakcie v pevnej fáze a heterogénne reakcie,  výmeny tepla,  pohyb tuhých, kvapalných a plynných zložiek, atď.

Vysokú pec môžeme charakterizovať ako zariadenie, v ktorom sú integrované najmenej štyri agregáty:

Vrstva

 ohrievacia

pec  redukčná pec  taviaca pec  agregát panvovej metalurgie

Redukčná oblasť

Kohézna zóna

Zóna prekapávania

Vírivá zóna Mŕtvy muž

Troska Železo

Nistej

Hranice zón

V Zóna ohrevu

R

H2O(l)

H2O(g)

H2O(s)

H2O(g)

MgCO3

MgO

3Fe2O3 + CO

2Fe 3O4 + C O2

Fe3O4

3FeO

Zóna tavenia

Zóna metalurgických reakcií

+ C O2

3Fe2O3 + H2

2Fe 3O4 + H 2O

Fe3O4

+ H2

3FeO

+ H 2O

FeO

+ CO

Fe

+ C O2

FeO + H2 Fe (Nepriama redukcia)

+ H 2O

CaCO3

CaO

+ C O2

Fe

+ CO

Fe

+ CO

FeO Zóna Boudowardovej reakcie

+ CO

+ C O2

+C

Tvorba trosky FeO

SiO2

+C C(s)

C(l)

+ 2C

Si

3CaO.P2O5 + 5C MnO

+C

+ 2CO

2P + 5CO + 3CaO Mn

+ CO

Spaľovanie FeS + CaO + C

Fe + CaS + CO

500 700 900

1900 1700

1300

Definovanie zón vo VP

Teploty v rôznych miestach VP

Hlavným redukovadlom vo vysokopecnom procese je uhlík, oxid uhoľnatý a vodík:  prakticky

úplne vyredukovateľné (Fe, Ni, Co, Pb, Cu, P, Zn, a iné),  čiastočne redukovateľné (Si, Mn, Cr, V, Ti a iné),  neredukovateľné (Ca, Mg, Al, Ba a iné).

pri teplotách pod 570°C pri teplotách nad 570°C

Fe2O3 - Fe3O4 - Fe Fe2O3 - Fe3O4 – FeO - Fe

Pri teplote nad 570°C prebiehajú tieto reakcia: 3Fe2O3 + CO =2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + m CO = 3FeO + CO2 + /m -1/ CO FeO + n CO = Fe + CO2 + / n- 1/ CO Pri teplote pod 570°C: 3 Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + pCO = 3Fe + 4 CO2 + / p - 4 / CO

1b

1a

Rovnovážne zloženie plynu pri redukcii oxidov železa oxidom uhoľnatým. a - b : príklad zloženia reálneho plynu vo vysokej peci.

CO2 + C = 2CO

2CO = C + CO2

H298 = - 164 959 kJ

H298 = + 166 258 kJ

Závislosť rovnovážneho zloženia plynu na teplote

Pri teplote nižšej ako 570°C: Fe2O3 - Fe3O4 - Fe Pri teplote vyššej ako 570°C: Fe2O3 - Fe3O4 - FeO - Fe

Rovnovážne zloženie plynu pri redukcii oxidov železa vodíkom

Vyššie oxidy železa sa redukujú nepriamou cestou na FeO a FeO sa môže redukovať nepriamou aj priamou cestou. Priama redukcia je redukcia uhlíkom a splodinou redukcie je oxid uhoľnatý. FeO + CO = Fe + CO2 CO2 + C = 2CO FeO + C = Fe + CO Výsledkom je redukcia FeO pevným uhlíkom: FeO + C = Fe + CO 2CO = CO2 + C FeO + CO =Fe + CO2 Výsledkom je vlastne reakcia redukcie nepriamou cestou, prostredníctvom plynnej fázy.

- vo vysokej peci sa oxidy železa redukujú takmer úplne, - stupeň redukcie činí 99 až 99,8 %, - z uvedeného vyplýva, že 99 až 99,8 % Fe prechádza do surového železa a iba 0,2 až 1,0 % Fe prechádza, ako nevyredukované do trosky.

- Si je stálou súčasťou vysokopecnej vsádzky - chemická afinita kremíka ku kyslíku je veľmi vysoká, - redukuje sa len uhlíkom koksu alebo karbidom železa, okolo teplôt 1500°C

SiO2 + C = SiO + CO SiO + C = Si + CO SiO2 + 2C = Si + 2CO

Plastické pásmo Priama redukcia FeO na Fe

Redukcia SiO na Si Redukcia SiO2 na SiO

pod teplotou 1500°C prebieha redukcia SiO2 - Si, nad teplotou 1500°C v stupňoch SiO2 - SiO - Si. - SiO sa pri teplotách pod 1500°C rozkladá: 2SiO = SiO2 + Si - v oblasti nižších teplôt sa kremík v malej miere redukuje uhlíkom : SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO - v roztavenom stave môže prebiehať redukcia uhlíkom karbidu železa : 2 Fe3C + SiO2 = FeSi + 5 Fe + 2 CO -

Redukcia vyšších oxidov mangánu až po najnižší oxid prebieha nepriamou cestou podľa schémy: MnO2 - Mn2O3 - Mn3O4 - MnO Vyššie oxidy mangánu sú redukované oxidom uhoľnatým a vodíkom. Redukcia mangánu z MnO nie je možná s CO alebo H2, je možná iba uhlíkom podľa reakcie: MnO + C = Mn + CO

Vznik surového železa vo vysokej peci začína už v spodnej časti šachty, nauhličovaním vyredukovaného železa a pokračuje v nižšie položených miestach pece, postupným prechodom do tekutého stavu a prechodom iných prvkov do železa.  Nauhličovanie železa v pevnom stave prebieha sadzovitým uhlíkom, ktorý vznikol ako pevný produkt priebehu Bellovej reakcie. Sadzovitý uhlík so železom vytvára karbid Fe3C : 2 CO = CO2 + C C + 3 Fe = Fe3C 3 Fe + 2 CO = Fe3C + CO2 

 vzniká

roztavením hlušiny kovonosnej časti a troskotvorných prísad a popola koksu  procesu tavenia predchádza spekanie jednotlivých oxidov, ktoré je spojené so vznikom nových chemických zlúčenín. Horná časť šachty

CaO/SiO 2

MgO MnO Al2O3 FeO

SiO2

CaO

Stred šachty

Rozpor %CaO, SiO2

CaO/SiO2

%MnO, MgO, FeO, Al2O 3

+ + + +

++ +

+

+

C(k) + O2 = CO2 C(k) + CO2 = 2CO C + 1/2 O2 = CO CO +1/2 O2 = CO2 C(k)+ H2O(g) = CO + H2 alebo C(k) + 2H2O (g) = CO2 + 2H2

A) zvislý rez

B) vodorovný rez

5 4 700 2% CO 2

950 -970



7 A

870

3 1% O 2 700

850-870

1% O 2 1000

C)

1200

2% CO 2

6

700

950 -970

B 2

8

 1

9

D)

Pre riadenie technologického procesu vo vysokej peci, je určujúce riadenie prúdenia plynu v peci. Prúdenie v peci možno ovládať:  na vstupe vsádzky, t.j. zavážaním pomocou zavážacieho systému sazobne,  na vstupe spaľovacieho vzduchu, t.j. horúceho vysokopecného vetra, riadením jeho parametrov, najmä množstva, tlaku, zloženia, teploty,  výstupom tekutých produktov tavby, čo je zvláštnosťou vysokej pece

 Hlavným

produktom: surové železo,  Vedľajším

produktom: - vysokopecná troska, - vysokopecný plyn, - vysokopecný výhoz (úlet).

Surové železo

Troska

Vysokopecný plyn

Obsah prvkov

Obsah zložiek

Obsah zložiek

C

4,5 % CaO

40 % CO2

20 %

Si

0,7 % MgO

9%

23 %

P

0,1% SiO2

38 % H2

Mn

0,5 % Al2O3

7%

Teplota pri 1450°C Teplota pri odpichu Približná hustota

odpichu 6t.m-3 Približná hustota

CO

1550°C Teplota v

3%

200°C

sadzobni 3 t.m-3 Výhrevnosť

3,2 MJ.m-3