Piece metalurgiczne są sercem wielu gałęzi przemysłu. Używa się ich do przetwarzania szerokiej gamy materiałów, od redukcji rudy żelaza, przez surówkę, po produkcję stali i odlewanie metali.
Wielkie piece są rodzajem pieca metalurgicznego, który wykorzystuje paliwo i tlen do wytapiania żelaza. Proces ten obejmuje serię reakcji chemicznych, podczas których ruda, koks i wapień wpadają do pieca. Produktami końcowymi są stopione żelazo i fazy żużlowe oraz gazy spalinowe.
Projekt
Projektowanie pieca metalurgicznego obejmuje uwzględnienie kilku czynników. Niektóre z nich to rodzaj wymurówki, rodzaj systemu ogrzewania i chłodzenia oraz ciśnienia robocze.
Wyłożenie ogniotrwałe jest najważniejszym elementem pieca metalurgicznego. Musi ona wytrzymać wysokie temperatury, ciśnienie i ścieranie się załadowanego materiału wsadowego.
Wyłożenie ogniotrwałe musi być również odporne na uderzenia gorącego powietrza nadmuchowego. Z tego powodu pierś tujera jest zaprojektowana tak, by zapewnić pozytywne uszczelnienie pomiędzy tujerem (miedzianym urządzeniem chłodzonym wodą) a wymurówką.
Pierś tujera jest zwykle umieszczona w części płaszczowej pieca. Średnica tuyere, odstępy między tuyere i liczba wymaganych tuyere zależy od wielkości (zdolności produkcyjnej) pieca.
Fabrykacja
Piec hutniczy to urządzenie służące do wytapiania rudy metalu. Może być zasilany przez spalanie paliwa, energię elektryczną lub ogrzewanie indukcyjne.
Piece metalurgiczne mogą być wykorzystywane do wielu różnych zastosowań, w tym do topienia, odlewania, kształtowania i obróbki. Każdy z tych procesów wymaga specyficznych warunków dla udanej produkcji.
Na przykład, wytapianie rud żelaza (żelaza i stali) wykorzystuje wysokie temperatury do usunięcia materiałów obcych i wytworzenia pożądanych metali. W procesie tym występują również warunki erozyjne i korozyjne.
Te wysokotemperaturowe procesy mogą być trudne do zaobserwowania i zmierzenia w laboratorium. Jednak modelowanie i symulacja obliczeniowa mogą być pomocne w lepszym zrozumieniu fizyki zachodzącej w piecu.
Przekazywanie ciepła
W piecu metalurgicznym przekazywanie ciepła to proces przekazywania energii ze źródła zewnętrznego do materiału (wsadu) wewnątrz pieca. Może się to odbywać przez przewodzenie, promieniowanie i konwekcję.
Przewodzenie to przekazywanie energii wibracyjnej między cząsteczkami, które zachodzi tylko wtedy, gdy dwa materiały są w bezpośrednim kontakcie fizycznym i nie są oddzielone warstwą kamienia, powietrza lub innego płynu. Rzadko występuje w piecach przemysłowych.
Promieniowanie ciepła – Promieniowanie ciepła występuje wtedy, gdy różnica temperatur pomiędzy dwoma ciałami powoduje, że energia cieplna w postaci fal elektromagnetycznych przemieszcza się z jednego ciała do drugiego. Jest to najczęściej spotykana metoda przekazywania ciepła, występująca wtedy, gdy dwa przewodzące obiekty znajdują się blisko siebie i nie mają między sobą warstwy kamienia, powietrza lub innego płynu.
Skład i gęstość paliwa mają znaczący wpływ na przekazywanie ciepła. Świecące płomienie z paliw płynnych i gazowych mają wyższy współczynnik przekazywania ciepła niż płomienie czyste, ponieważ zawierają żarzące się cząsteczki C i sadzy, które zwiększają ich emisyjność.
Kontrola
Piec metalurgiczny to urządzenie używane do topienia i rafinacji metali, stopów i innych materiałów. Jego kontrola jest kluczowa dla zapewnienia prawidłowego działania i bezpieczeństwa.
Proces kontroli temperatury pieca metalurgicznego jest oparty na modelu predykcyjnym. Model ten może zapewnić dokładne przewidywanie i kontrolę temperatury w piecu do spiekania.
Istnieje kilka typów pieców do spiekania, w tym piece szybowe, piece obrotowe i piece z wieloma paleniskami. W zależności od typu, piec może pracować w trybie wsadowym lub ciągłym.
Piec obrotowy składa się z cylindra z wewnętrzną okładziną, zamontowanego w pozycji pochylonej na rolkach. Cylinder jest powoli obracany przez napęd. W ten sposób materiał wsadowy jest przenoszony z części wsadowej do części wylotowej.
