Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
(11-4)
В области относительно невысоких температур (от 400 до 950 °С) происходит косвенное восстановление железа из руды. Для восстановления расходуется окись углерода, проходящая через слой шихты. Процесс восстановления железа окисью углерода может быть выражен суммарным уравнением
FeaOs+ЗСО=2Fe+ЗСОа+77,036 Мдж. (11-5)
Из приведенных уравнений видно, что при косвенном восстановлении расходуется некоторая часть окиси углерода, содержащейся в газе, а взамен нее в поток газа включается двуокись углерода. Реакции протекают в конечном счете с выделением тепла.
В области высоких температур (выше 950 °С) идет процесс прямого восстановления
FeO + С=Fe+СО—144,352 Мдж, (11-6)
т. е. в процессе прямого восстановления углерод окисляется за счет кислорода закиси железа FeO, а получающаяся окись углерода присоединяется к газовому потоку. Процесс идет с поглощением тепла. Прямым путем восстанавливается в железо примерно половина закиси железа, но косвенное восстановление более выгодно, и поэтому зону умеренных температур целесообразно увеличивать.
Некоторая часть железа восстанавливается также водородом, который получается от разложения как водяных паров, поступающих с воздухом, так и влаги сырых материалов, достигших зоны высоких температур. Разложение идет по реакции
С+Н20=С0+(Н2. (11-7)
Процесс восстановления железа водородом идет по реакции
FeiOs+ЗНг=2Fe+3HgO—'296,073 Мдж. (11-8)
В последнее время дутье искусственно увлажняется и влажность его автоматически регулируется, что устраняет вредные колебания естественной влажности воздуха и увеличивает восстановительную способность газов, так как реакция (11-7) увеличивает в газах содержание СО и Нг И обогащает дутье кислородом, содержащимся в водяных парах. В результате производительность доменной печи увеличивается. Каждые 10 г влаги на 1 ма дутья увеличивают скорость плавки на 3 — 3,6% и снижает удельный расход нокса на 1,4%.
Восстановленное железо в печи науглероживается, т. е. сплавляется с углеродом, причем имеет место частичное образование карбида железа по уравнению
3Fe+2C0 = FesC+C02. (11-9)
Сплав железа с углеродом, называемый чугуном, стекает вниз, в горн, откуда через летку выдается для дальнейшего передела.
Выходящий через верхнюю часть печи (колошник) доменный газ имеет теплоту сгорания Q°= 3,3-5-4,0 [Мдж/м3. Этот газ ие содержит смолы, но загрязнен пылью. Состав его зависит от качества кокса и агломерата железной руды и флюсов, режима плавки, давления газа на выходе, температуры нагрева дутья, степени обогащения дутья влагой и кислородом. Средний состав сухого газа в объемных процентах для печей, выпускающих передельный чугун на каменноугольном коксе при использовании офлюсованного агломерата, следующий: СО =*26,5%; CHi=0,l%, Нг=1,8%; СОг= 13,7%; N2=57,7%. Этому составу соответствует низшая теплота сгорания Q' = 3,6 Мдж!м3.
196
Удельный выход доменного газа определяется по материальному балансу углерода на 1 т чугуна:
°т = CO,*+iCO-(-СН4 *12 ' ’ M'lm' (11-10)
100 22,4
здесь Сф, сч и сп — количество углерода, кг, на 1 т чугуна соответственно в коксе, флюсах, чугуне и пыли; СОь СО и CH4 — содержание в газе двуокиси углерода, окиси углерода и метана, %[ по объему.
Пример 11-1. Определить выход доменного газа по следующим данным: СО— =26,5%; CHi=0,l%; 002=13,7%. Содержание углерода в коксе 85%. Удельный расход кокса >?>=0,712 т кокса на 1 т чугуна. Количество углерода в чугуне Сч==40 кг/т чугуна, количество углерода в пыли, выносимой из печн, сп=2,40 кг/т чугуна. .
Количество углерода в коксе составляет:
ск =0,712 • 850=605 кг на 1 г чугуна.
Удельный выход сухого доменного газа определяем по формуле (11-10), пренебрегая углеродом флюсов:
605 — 40 — 2,53 °г~ 13,7 + 26,5 + 0,1 12 м на m чУгУна‘
100 *~22~4
Удельный выход доменного газа в зависимости от условий (от размера печей, качества шихты и режима работы) составляет от 2 500 до 4 000 м3 на 1 т чугуна, и в газ переходит до 50—58% химически связанного тепла кокса.
Удельный расход кокса в доменных печах колеблется от 0,55 до 0,75 т кокса на 1 т чугуна. Работа доменных печей характеризуется интенсивностью плавки, под которой понимается количество израсходованного кокса за сутки в 1 м3 объема печи. Эта величина изменяется примерно от 1,55 до 1,25 т кокса на 1 м3 объема печи.
Для характеристики работы доменной печи пользуются также коэффициентам использования объема е, показывающим, в каком объеме выплавляется за сутки 1 т чугуна. Этот коэффициент изменяется примерно от 0,50 до 0,70 м3 в сутки на 1 г чугуна. Чем меньше этот коэффициент, тем лучше используется объем печи.
Абсолютная выработка газа очень велика. Например, в доменной печи со средним объемом рабочего пространства около 1700 м3 вырабатывается доменный газ (с теплотой сгорания QHC=3610 кдж/м3) в количестве
V = = 300-10’, м'/ч.
С целью интенсификации работы доменных печей они в настоящее время переведены на повышенное давление: на колошнике вместо 10—15 кн/м2, как было ранее, давление доведено до 250 кн/м2, а в некоторых печах и более. При повышенном давлении согласно закону действующих масс увеличивается скорость теплообменных и массообменных процессов в печи, газы более равномерно распределяются по сечению и, следовательно, увеличивается производительность печи.
