Дутьевой режим доменной плавки

Под дутьевым режимом доменной плавки понимается комплекс параметров комбинированного дутья (минутный расход, содержание кислорода, влажность, температура, количество топливных добавок и давление), которые определяют параметры фурменного очага, размер и температуру горения.

Размеры фурменного очага, понимая под этим, прежде всего, протяженность циркуляционной зоны, а также размеры кислородной (реакция С+О₂=СО₂) и углекислотной (СО₂+С=2СО) зон горения, оказывают существенное влияние практически на все процессы, происходящие в доменной печи. Расчет характеристик фурменного очага, построенный на использовании эмпирических зависимостей, позволяет оценить протяженность циркуляционной, окислительной зон, относительную площадь окислительных зон. Схема фурменного очага представлена на рис. 12.

Размер фурменного очага определяется кинетической энергией дутья, которая вычисляется по уравнению

Lц

Рис. 12 Схема фурменного очага

Протяженность зоны циркуляции (горения) можно оценивать по следующим эмпирическим соотношениям, (мм):

для доменных печей малого объема (менее 1000 м³)

L _ц = 122.26 + 0.329 Е _кин - 0.00000244 Е ²

для доменных печей большого объема (более 1000 м³)

L _ц = - 806.1+ 0.0284 Е _полн - 0.00000001 Е ² _полн

Для расчетного определения протяженности углекислотной, (окислительной зоны) горения, то в первом приближении можно рекомендовать следующую взаимосвязь

L _ок = 1,28 L _ц , мм

Площадь окислительных зон фурменного очага, отнесенная к поперечному сечению горна, (%) равна:

Необходимо отметить, что оптимальные значения параметров фурменного очага определяются как результат длительного анализа работы доменных печей. Например, для доменных печей малого объема наилучшие показатели работы печи достигаются при условии, что для площади горна занятая фурменными очагами составляет 30-35 %. Малая протяженность фурменного очага способствует развитию периферийного газового потока, что сопровождается снижением степени использования тепловой и восстановительной работы газового потока и образованию в центре горна так называемого тотермана (столба кокса, межкусковые пространства которого заполнены шлаковой составляющей с высоким содержанием FeO). В этом случае площадь горна используется не полностью.

Излишне большая протяженность фурменного очага способствует развитию газового потока по оси печи, что также ухудшает использование теплового и восстановительного потенциала газового потока.

Другой важной характеристикой дутьевого режима является теоретическая температура горения, которая рассчитывается по уравнению

Теоретическая температура фурменных газов во многом определяет развитие реакции SiO₂+C=SiO+CO, протекающей при горении кокса, в золе которого содержится до55 % SiO₂. Парциальное давление SiO при температуре 2200 К составляет 142,8 кПа. В фурменном очаге монооксид кремния переходит в газовую фазу и поднимаясь на горизонты с более низкой температурой оседает на коксе. В дальнейшем SiO восстанавливается и переходит в чугун. По литературным данным, до 80% кремния, перешедшего в чугун, восстанавливается из золы кокса. Поэтому имеются ограничения по максимальному значению теоретической температуры фурменных газов. Принято, что не выше 2200 ^оС.

Низкие теоретические температуры горения также нежелательны в силу того, что шлаки не могут прогреться до необходимой температуры. В современных условиях высокие теоретические температуры горения достигаются за счет нагрева дутья до температуры 1200-1250 ^оС. С высоконагретым дутьем поступает тепло, что способствует снижению удельного расхода кокса.

Рассматривая дутьевой режим доменной плавки, следует обратить внимание на давление горячего дутья. Повышение давления горячего дутья приводит к смещению реакций прямого восстановления железа и примесей в сторону образования исходных веществ (принцип Ле-Шателье), так как эти реакции идут с увеличением объема газов. Реакции прямого восстановления оксидов железа начинаются при более высоких температурах, следовательно, объем печи, в котором протекают реакции косвенного восстановления, увеличивается. Это способствует снижению потребности тепла на производство чугуна и экономии кокса.

Кроме того, повышение давления при постоянстве перепада давления допускает увеличение расхода дутья и приводит к повышению производительности печи.