Роль кокса в доменной плавке. Качественная оценка расхода углерода кокса в доменном процессе. Механизм горения кокса у фурм

Кокс — твердый продукт коксования угля, полученный пиролизом каменного угля при 900-1100 градусах (без доступа воздуха) за 14-20 часов.

Кокс:

1) источник тепла (2С + O2 = 2CO + Q);

2) разрыхлитель столба шихты;

3) восстановитель (FeOx + xC = Fe + xCO);

4) источник восстановительных газов (C + CO2 = 2CO и C + H2O = CO + H2);

5) карбюризатор (3Fe + C = Fe3C);

6) создает коксовую насадку в нижней части печи, где только кокс остается в твердом состоянии (насадка воспринимает значительную часть веса столба шихтовых материалов).

Углерод кокса расходуется на сгорание у фурм, на прямое восстановление, на растворение в чугуне:

Ск = Сф + Сd + [C]

По мере движения от колошника к горну кокс претерпевает мало изменений, освобождаясь лишь от влаги и летучих и нагреваясь. В итоге, кокс располагается в горне и заплечиках, несколько погружаясь в слой шлака, и образует коксовую насадку, через которую снизу вверх проходят газы, а сверху вниз стекают и фильтруются расплавы чугуна и шлака. Коксовая насадка расходуется за счет взаимодействия с кислородом дутья и тут же пополняется новыми порциями кокса сверху.

Горение кокса — процесс гетерогенный и протекает на границе раздела твердой и газовой фаз. Кислород, адсорбируясь на поверхности твердого топлива, образует с углеродом комплекс переменного состава, распадающийся затем на CO и CO2, которые десорбируются и переходят в газовую фазу. Монооксид углерода при наличии свободного кислорода в газовой фазе окисляется до CO2, и в то же время молекулы CO2 превращаются в молекулы CO.

Ранее считалось, что у каждой фурмы доменной печи образуются зоны циркуляции кокса. Но сейчас установлено, что куски кокса не циркулируют в очаге, а уносятся потоком дутья в направлении от фурмы в расширяющуюся и поворачивающуюся вверх полость, в верхней части которой образуется свод горящего кокса.

Свод перед фурмой является неустойчивым и периодически обрушается в поток дутья, пополняя полость кусками, которые получают ускорение от фурмы. Таким образом, поступление кусков кокса в очаг происходит как бы из бункера, дальняя стенка которого примыкает к своду горящего кокса, что создает иллюзию обратного движения кусков к фурме.

Короче — по Вегману — на интенсивно работающих доменных печах окислительные зоны соседних фурм, смыкаясь между собой, образуют сплошную круговую окислительную зону в виде тора. Таким образом, процесс горения топлива в доменной печи осуществляется в кольцевом пространстве, имеющем форму, близкую к форме тора.

4. Структура фурменной зоны: изменение температуры и состава газа по длине зоны горения. Определение теоретической температуры горения и факторы её определяющие.

Газ, выходящий из фурменных очагов, принято называть фурменным газом. Состав фурменного газа зависит от содержания кислорода в дутье, влажности дутья, состава и расхода вдуваемого топлива.

Теоретическая температура горения топлива в доменной печи (или в фурменных зонах доменной печи) является важным контролируемым параметром состояния доменного процесса, на который ориентируются при управлении доменной плавкой.

Теоретическая температура горения — это та температура, которую имели бы газообразные продукты горения топлива при отсутствии теплообмена с ОС и при условии, что газ состоит из трех компонентов (и не содержит трехатомных газов).

где Q_c - теплота окисления С томлива до СО в различных реакциях в фурменных зонах доменной печи; Q_a - теплосодержание влажно­го дутья (физическое тепло дутья); Q_qk - теплосодержание углерода кокса, сгорающего в фурменных зонах; 0_Д|1С - тепло, расходуемое на диссоциацию паров воды дутья и углеводородов вдуваемого топ-

Vco, VN2, VH2 — выход CO, N2, H2;

Ссо, Cn2, Ch2 — теплоемкости соответствующих газов при теоретической температуре горения.@

С большой вероятностью большинство доменных печей работает при теоретической температуре горения 2173-2473 К (1900-2200 °C).

Состав горнового газа: 35-45% CO, 55-65% N2, 1-10% H2.

Верхний и нижний пределы оптимального значения теоретической температуры горения в значительной степени зависят от качества кокса и применяемых шихтовых материалов, вида вдуваемого топлива и его расхода, давления газа на колошнике и объема доменных печей. Увеличение влажности и вдуваемых добавок снижают ТТГ.

Уменьшение теоретической температуры горения с ростом эффективности восстановительных процессов в шахте доменной печи объясняется снижением расхода кокса и уменьшением прихода тепла в тепловом балансе фурменного очага за счет уменьшения тепла углерода кокса, сгорающего на фурмах.