3.1.2 Обогащение дутья кислородом

Повышение концентрации кислорода в дутье доменных печей, предложенное Т. Бессемером в 1876 г., привело к существенным изменениям в ходе доменной плавки. Воздействие этих изменений на процесс является как положительным, так и отрицательным фактором.

Эффективность использования кислорода в печи определяется суммарным воздействием ряда факторов.

1. Основным результатом обогащения дутья кислородом является интенсификация горения углерода у фурм, вызванная тем, что в единицу времени в печь вводят больше массовых единиц кислорода. Это в свою очередь означает увеличение количества углерода, сгорающего в единицу времени у фурм, т. е. рост производительности доменной печи. Но поскольку перепад давлений между горном и колошником печи снижается, то, не повышая давления газа, количество сжигаемого в единицу времени углерода можно увеличить.

Однако с увеличением содержания кислорода в дутье возрастает вероятность нарушения ровного хода печи. Как правило, при достижении доли кислорода в дутье 23—25 % наблюдаются возникновения тугого хода, подвисаний и осадок. Это объясняется в основном перераспределением температур по высоте печи, концентрацией жара в горне (что может привести к усилению возгонки моноокиси кремния), снижением горизонта шлакообразования, приходом в нижнюю часть печи плохо подготовленной (слабо нагретой и восстановленной) шихты. Определенную роль могут сыграть также ухудшение распределения газов по сечению печи из-за снижения их количества и уменьшение размеров окислительной зоны горна печи.

Все это не дает возможности вести плавку передельного и литейного чугуна на дутье, обогащенном кислородом, выше 25— 26 %, без использования других добавок к дутью.

В последнее время в связи с широким применением комбинированного дутья проблема использования кислородного дутья приобрела новое значение.

3.1.3 Водяной пар в дутье

В дутье, используемом в доменной печи, всегда имеется некоторое количество водяных паров. В фурменной зоне печи водяные пары диссоциируют по реакции Н₂О = Н₂ + 0,5О₂ — 242,8 МДж с выделением свободных водорода и кислорода. Однако в присутствии избытка углерода кокса кислород используется для сгорания углерода, поэтому реакцию разложения водяного пара можно написать в следующем виде: Н₂О + С = Н₂ + СО — 124,870 МДж. Использование добавок водяного пара к доменному дутью обсуждается с начала прошлого века. Осушение дутья было предложено Гейли в 1894 г. Однако в промышленных условиях регулирование содержания влаги дутья осуществлено в широком масштабе в СССР с конца 40-х годов.

Основными результатами увлажнения дутья являются снижение температуры фурменных очагов (из-за отрицательного теплового эффекта реакции водяного пара и углерода кокса), обогащение дутья кислородом влаги, а горнового газа активным восстановителем — водородом. Снижение прихода тепла в горн в условиях начала применения увлажненного дутья, как правило, имело положительный эффект.

При постоянном тепловом режиме горна возрастают доля кислорода в дутье и количество водорода в горновом газе. Первое должно привести к увеличению производительности печи, второе — к улучшению восстановительной работы газа, а следовательно, и к экономии кокса. В ряде случаев использование увлажненного дутья не сопровождалось пропорциональным повышением температуры дутья, и распределение температур газа и шихты по высоте печи становилось более рациональным. Это делало ход печи более ровным, что в свою очередь способствовало росту технико-экономических показателей доменной плавки.