» » Влияние физических и физико-химических свойств кокса на зоны горения
09.06.2015

На распространение зоны горения влияют размер кусков, пористость и реакционная способность горючего.
Поверхность кусков в массе определенного веса зависит от их размеров: чем больше куски, тем меньше поверхность в единице веса, следовательно, тем больше должен быть объем, в котором происходит окислительный процесс. Влияние размера кусков на их поверхность можно понять из простого расчета.
Принимаем куски шарообразной формы диаметром d1 и d2. Тогда их вес при количестве кусков n1 и n2 составит
Влияние физических и физико-химических свойств кокса на зоны горения

Таким образом, общая поверхность кусков в единице веса обратно пропорциональна диаметрам кусков. Так как насыпной вес мелкокускового материала больше, чем крупнокускового, то в равных объемах поверхность и подавно будет тем больше, чем меньше размер кусков.
Исследования Мотта и Уиллера показали, что исчезновение кислорода из газовой фазы на колосниковой решетке совершается тем ближе к решетке, чем меньше размер кусков кокса. На более близком от решетки расстоянии достигалось содержание 20% CO в газовой фазе. К таким же выводам пришли также Гейсер и Бестегорн.
Пористость горючего также влияет на объем зоны горения. При увеличении поверхности пор горючего улучшается контакт при соприкосновении кусков с газом. М.А. Павлов показал, что зона горения может значительно увеличиваться при переходе от древесного угля (пористость 80—90%) к коксу (пористость 45—55%), а от кокса — к антрациту. В последнем поры часто закрыты, а пористость ничтожна.
Исследования окислительной зоны древесноугольной доменной печи, проведенные И.А. Соколовым и H.Н. Кругловым, а также И.З. Козловичем, показывают, что при древесном угле зона занимает меньший объем, чем при коксе. (Однако данные эти несравнимы, потому что древесноугольные доменные печи отличались от коксовых не только более пористым горючим, но также количеством и скоростью дутья). По исследованиям П- А. Щукина (сопоставлением многочисленных данных) подтвердилось, что окислительные зоны при древесном угле меньше, чем при коксе, а при коксе меньше, чем при антраците.
В течение длительного времени обсуждался вопрос о влиянии реакционной способности топлива и его горючести на окислительную зону. Под горючестью твердого топлива понимают быстроту его горения в воздухе, а под реакционной способностью — быстроту реагирования с углекислым газом. Очевидно, более реакционнее топливо окажется и более горючим, так как оба эти свойства определяются пористостью и химической активностью углерода в данном топливе.
В доменной печи при плавке на топливе с большей горючестью раньше исчезает кислород перед фурмами, а при большей реакционной способности — углекислота газовой фазы на более коротком расстоянии от фурм взаимодействует с углеродом. Таким образом, характеристика этого свойства топлива может ограничиться только его реакционной способностью. Она определяется пропусканием углекислоты через слой измельченного топлива при заданной скорости и температуре 800—1000° в течение определенного времени.
Показателем реактивной или реакционной способности является величина R = 0,5СО/СО2+0,5СО конечном газе, выражающая отношение кислорода CO ко всему кислороду, содержащемуся в газе. Этим коэффициентом оценивается степень перехода СО2 в CO.
Раньше считалось, что реакционная способность топлива сказывается в разных участках печи по-разному: в области шахты и распара, где температура превышает 900—1000°, реактивное горючее энергичнее реагирует с углекислотой с поглощением большого количества тепла. Окислительная же зона сокращается с повышением реактивной способности горючего, так как и в ней интенсифицируется та же реакция. Однако дальнейшие исследования показали, что изменения реакционной способности и даже пористости одного вида горючего (кокс) существенно не влияют на развитие вредной реакции СО2+С→2СО в шахте.
Влияние физических и физико-химических свойств кокса на зоны горения

С другой стороны, согласно исследованиям Брохе и Надельмана, при температуре выше 1000° и особенно при 1400—1500° в горне доменной печи скорость реакции настолько велика, что реакционная способность малоактивного графита или высокореакционного кокса не влияет на распространение окислительной зоны.
В последнее время А.П. Любан, Е.К. Белов и В.Г. Манчинский показали, что методика определения реакционной способности, примененная ранее, была несовершенной: исследования проводились над слоем кокса высотой 100 мм, достаточной для того, чтобы при 1300—1500° весь углекислый газ прореагировал с углеродом до 100% CO. В этом случае максимальный показатель реакционной способности не зависел от рода горючего. При уменьшении высоты слоя горючего до 10 мм разные виды горючего (графит, кокс) и даже разновидности кокса (рутченковский и кемеровский) по реакционной способности значительно отличались.
Роль реакционной способности сказалась при исследовании окислительных зон в печи Косогорского завода, выплавлявшей ферромарганец на рутченковском и кемеровском коксах. Углекислый газ медленно реагировал с углеродом менее реакционного и более плотного кемеровского кокса, чем при рутченковском коксе (донецком). Однако СО2 исчезала окончательно при обоих коксах на равном расстоянии от фурм. Кислород же расходовался при кемеровском коксе на расстоянии 1000 мм, а при рутченковском на 870 мм от глаза фурмы (рис. 168 и 169).
Влияние физических и физико-химических свойств кокса на зоны горения