» » Топливо и дутье
06.05.2015

Успешное восстановление окислов в шахтной печи, шлако- и штейнообразование, а также плавление шихты зависят от того, как протекает процесс горения топлива в печи и от контакта газов с материалами шихты.
Агломерат и кокс загружают в шахтную печь послойно однако анализ проб шихты взятых с различных горизонтов печи, показал, что уже на высоте около 3 м от фурм эта послойность нарушается на низких горизонтах содержание кокса в шихте возрастает а в области фурм образуется коксовая постель.
Кокс служит практически единственным топливом при шахтной плавке, и качество его заметно влияет на ее результаты. Он должен быть определенной крупности (не содержать частиц мельче 20 и крупнее 125 мм). При мелком коксе снижается газопроницаемость шихты и образуются настыли Кроме того коксовая мелочь запутывается в шлаке, затрудняет его выпуск из печи и отстаивание от других продуктов плавки.
Крупные куски имеют малую реакционную поверхность, поэтому сгорают в зоне фурм медленно, что приводит к растягиванию фокуса горения и понижению в нем температуры.
На заводе Порт-Пири доведя содержание фракции 20—50 мм до 45% от общего расхода кокса, понизили содержание углерода в шихте с 8 до 7,4%; CO2 в печных газах — с 20,8 до 16 6% и свинца в шлаке — с 1,5 до 1,2%, а содержание CO в газах подняли с 4,4 до 10,2%.
Кокс должен обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться при движении через печь. При свинцовой плавке он должен быть более пористым чем при доменной, так как при свинцовой плавке время пребывания его в печи и упругость дутья значительно меньше.
В верхних горизонтах печи кокс почти не горит, и чем более ограничена область его сгорания у фурм, т. е. чем более концентрирован фокус горения, тем лучше идет плавка. Поэтому полезен для плавки более влажный, труднее воспламеняемый кокс: желательное содержание в нем влаги 5—8%.
Сера и фосфор в коксе не мешают при свинцовой плавке, а с повышением зольности кокса сверх обычных 10—12% лишь увеличивается его расход. Обычно расход кокса колеблется от 10 до 13% к весу шихты и зависит главным образом от состава шихты и условий проведения плавки. В известной степени на расход кокса влияют его качества, а так же температура наружного воздуха.
Чем выше содержание свинца в агломерате, тем выше расход кокса, несмотря на уменьшение при этом выхода самого тугоплавкого продукта плавки — шлака. Это объясняется тем, что повышается расход углерода на восстановление окислов, а главное — на прогрев шихты, так как при повышенном содержании свинца в агломерате образуется большое количество легкоплавких силикатов свинца, размягчающих и уплотняющих шихту, делающих ее газонепроницаемой и плохо прогреваемой.
При плавке пористого агломерата с развитой поверхностью производительность шахтной печи увеличивается, так как такой агломерат более доступен действию восстановительных газов в верхних зонах печи, в результате чего он опускается в зону высоких температур в значительной степени восстановленным, более прочным и тугоплавким. Развитая поверхность агломерата обеспечивает возможность плавить его при повышенном содержании свинца и с меньшим удельным расходом топлива.
Известковистые шлаки более тугоплавки, чем железистые, и требуют при плавке большего расхода кокса, однако повышение отношения в шлаке CaO*SiO2 способствует снижению содержания в них свинца и более устойчивому ходу печи.
Плавка с низкой сыпью, когда кокс сгорает до CO2 более полно, требует меньшего расхода кокса, чем плавка с высокой сыпью при которой отводятся более холоднее газы, но большая часть кокса сгорает до CO.
Расход кокса заметно влияет на проплав агломерата и температуру отходящих газов. Чем меньше в известных пределах расход кокса, тем выше при прочих равных условиях удельный проплав и ниже температура отходящих газов (рис. 27). Повышение проплава шихты приводит к снижению удельного расхода тепла на подогрев воды в кессонах и на потери в атмосферу.
Все тепло, полученное от сжигания кокса и не израсходованное на расплавление шихты, на химические реакции и потери через стенки печи, удаляется с отходящими газами.
Топливо и дутье

При повышенном проплаве и ритмичной работе расход кокса понижается. Остановки печи, опускания шихты и другие нарушения процесса плавки неизбежно сопровождаются повышением расхода кокса.
Мелкий агломерат, движущийся у стен, попадая к фурмам, оттесняет кокс в центральную часть печи, отчего также нарушается ход печи, темнеют фурмы и наблюдаются другие неполадки, которые, как правило, можно ликвидировать, увеличив расход кокса.
Повышение расхода кокса на некоторых отечественных заводах до 16% в значительной степени определяется неудовлетворительной гранулометрической характеристикой агломерата и неритмичной работой печей. На малых, круглых печах, в которых распределение материалов более равномерно, обычно наблюдаются более высокий удельный про плав, меньший расход кокса и низкая температура отходящих газов.
При избытке кокса в шихте до некоторой степени снижается степень сгорания углерода до CO2, в результате чего уменьшается приход тепла Важнейшее значение для плавки имеют условия подачи в печь воздуха. Расход воздуха зависит от площади сечения печи в области фурм и расхода кокса, а интенсивность плавки — от количества воздуха, подаваемого в печь в единицу времени.
Ниже приведена характеристика дутья при разных условиях шахтной плавки.
Топливо и дутье

Расход воздуха и интенсивность горения кокса взаимозависимы. При свинцовой плавке интенсивность горения кокса колеблется в пределах 3—7 т/м2 в сутки, в го время как при доменной плавке на горячем дутье она около 40 т/м2 при удельном расходе воздуха 100 м3/м2 в минуту Воздухопроводы, фурмы и столб шихты в печи создают значительное сопротивление воздуху, поступающему в печь, и поэтому воздуходувки должны подавать дутье под давлением, обеспечивающим необходимый расход воздуха.
Поскольку сопротивление воздухопроводов и фурм обычно почти постоянно, основным фактором, определяющим количество поступающего в печь воздуха при заданной упругости дутья, является сопротивление столба шихты, которое тем больше, чем мельче шихта и чем раньше отдельные ее части размягчаются и закрывают поры в столбе шихты.
Характер движения газов в печи имеет существенное влияние на ход процесса. В области фурм в отличие от всех вышележащих областей давление в слое шихты падает от стенок к середине печи. С ростом расхода дутья и его температуры этот перепад давлений увеличивается, поэтому поток газов от фурм к оси печи усиливается.
В области фурм происходит двухмерная фильтрация газов, во всех вышележащих областях — одномерная.
Даже при малой подаче воздуха, соответствующей минимальным его практическим расходам, движение газов в печи турбулентно. Интенсивность радиального проницания газов в шихту имеет существенное практическое значение но исследована еще недостаточно.
С изменением давления, скорости движения и количества газов в печи изменяются проплав и запыленность колошниковых газов. При низкой сыпи, оказывающей малое сопротивление проходящим газам, расход дутья обычно повышается, что сопровождается возрастанием проплава и выноса пыли с колошниковыми газами.
Упругость дутья обычно колеблется в пределах 50—150 мм рт. ст и редко достигает 200 мм. С увеличением давления растут потери воз духа через неплотности в воздухопроводах и фурмах, которые при плохом уплотнении достигают 40—50%.
Следует считать, что гранулометрический состав шихты, определяющий ее газопроницаемость, также играет существенную роль в распределении температуры; чем меньше в шихте мелочи, тем это распределение благоприятнее.
При плавке хорошо подготовленной шихты, оказывающей малое сопротивление прохождению газов, подача в печь оптимального количества воздуха обеспечивается при низкой упругости дутья Если же шихта подготовлена плохо, приходится повышать давление нагнетания, что не всегда приносит желаемые результаты и экономически не выгодно.
При растянутом, неконцентрированном фокусе область, в которой материалы размягчаются и приобретают пластичность, расширяется, а вместе с этим увеличивается и сопротивление проходящим через шихту газам, так как пластичная масса заполняет пустоту между твердыми частицами. Это приводит к неравномерному распределению газов в печи и ухудшению ее работы.
При концентрированном фокусе горения шихта долго сохраняется в твердом состоянии, хорошо пронизывается газами и быстро расплавляется.
Температура и концентрация фокуса в значительной степени зависят от количества подаваемого в печь воздуха и интенсивности горения кокса.
Чем горячее фокус горения в печи, тем ниже температура в верхних слоях сыпи. При холодном растянутом фокусе температура в верхних слоях шихты возрастает.
Температура ванны и вытекающих из печи жидких продуктов плавки зависит от температуры и конфигурации фокуса и от температуры плавкости шлака (как наиболее тугоплавкого компонента) и является свойством аддитивным, зависящим от того, при какой температуре и в каком количестве поступили продукты плавки в горн печи.
Изменение температуры по высоте круглой шахтной печи с высотой столба шихты от 2,5 до 4 м замерено Евдокименко и Егуновым. В верхних слоях шихты, до глубины 1,2 м, происходит быстрый рост температуры на 300—350°. Далее на протяжении около 1,5 м температура совсем не возрастает или же возрастает незначительно. Ниже расположена третья область, в которой наблюдается быстрый рост температуры. Наличие зоны с постоянной температурой в столбе шихты свидетельствует, как известно, о завершенности теплообмена в печи, что хорошо подтверждает практика завода «Электроцинк», работающего длительное время при высоте сыпи над фурмами не более 3,2—3,5 м и с температурой колошника 200°.
Опыт применения обогащенного кислородом воздуха при шахтной плавке (до 25% О2) показал, что проплав при этом увеличивается на 15—20%, расход кокса сокращается на 10—15%, выход пыли уменьшается на 20—25%. Содержание свинца в шлаке при этом не изменяется, температура газов на колошнике несколько снижается и ход печи становится более устойчивым.
Опыт эксплуатации печей Усть-Каменогорского завода, работающих на обогащенном кислородом дутье, свидетельствует о несомненной технической прогрессивности такого способа плавки.