double arrow

Теплообмен в доменной печи. Понятие о водяных эквивалентах

Основные положения теории акад. А. А. Байкова. Современные представления о механизме восстановления металлов из оксидов углеродом.

Отправные положения для объяснения процессов и механизма восстановления оксидов любых металлов разработаные акад. Байковым. Суть его теории сводится к двум основным принципам:

1) процесс восстановления от высшей степени оксиленности металла к нулевой протекает последовательно путем постепенного понижения валентности металла и через образование его промежуточных более низших окислов;

2) процесс восстановления, осуществляемый одновременно воздействием нагрева и восстановителя , представляет собой совокупность двух одновременно совершающихся превращений: диссоциации окисла и соединения кислорода с восстановителем с образованием нового окисла с меньшей в данных условиях упругостью диссоциации.

Порядок последовательного протекания диссоциационно-адсорбционного механизма:

1) диссоциациия оксидов металлов и образование на поверхности частиц оксидов хемосорбированных и адсорбированных подслоев собственного кислорода;

2) электронная эмиссия на поверхности твердых редукционных реагентов (С) и выделение или изменение орбиталей валентных электронов на молекулах газовых редукционеров, адсорбированных на наружную поверхность оксидных частиц;

3) перенос электронов от доноров — редукционных реагентов к акцептору — диссоциированному адсорбированному и хемосорбированному кислороду , образование противоположно заряженных ионов.

4) возникновение электростатических сил притяжения между ионами, вызывающих сближение их и образование нейтральной молекулы газа;

5) сопоставление упругостей диссоциации оксидов метлла и оксидов образующихся молекул газа.

Дальнейшее изменение состава и количества газов будет зависеть от дополнительных факторов, например, избытка углерода.

Распределение температур в слое шихты является одним из важнейших условий, которое определяет процесс доменной плавки. Распределение температур в слое шихты целиком зависит от теплообмена между газом-теплоносителем и шихтой.

Основное тепло выделяется в горне печи в процессе горения топлива. Выделяющееся тепло не может быть полностью освоенным нижней частью печи, и значительная доля тепла передается в верхние зоны. В условиях доменной плавки теплоносителем является газ, который образуется у фурм печи. Поглотителями тепла являются твердая шихта и расплавы чугуна и шлака.

Теплопередача в слое кусковых материалов шихты осуществляется конвекцией, излучением и теплопроводностью. Конвекция — основной вид теплопередачи от газов к твердым материалам (она имеет преобладающее значение в передачи тепла от газов кускам шихты, так как расстояние между кусками весьма мало и тепловое излучение невелико). Излучение играет большую роль в зоне фурм, где развивается высокая температура в результате горения топлива. Теплопроводность имеет место при прогреве куска материала шихты от поверхности к центру.

Теплообмен в различных зонах печи протекает по-разному. Согласно современной теории теплообмена, в доменной печи существуют три ступени теплообмена: верхняя (теплообмен происходит в условиях > Wm и тепло газа используется не полностью), нижняя ^г < Wrn — здесь наблюдается самый интенсивный теплообмен), а также зона умеренных температур, которую называют резервной зоной (в средней зоне теплообмен происходит вследствие протекающих в ней экзотермических реакций).



Из графика видно, что в верхней и нижней зонах печи на единицу высоты печи температура снижается сильнее, чем средней зоне. В зонах печи температура газа выше, чем температура шихты. Это свидетельствует о том, что теплообмен в нижней и верхней частях печи протекает более интенсивно, чем в средней зоне.

Среднюю по высоте часть печи называют резервной или холостой зоной. Здесь температура шихты и газа незначительно отличаются друг от друга.

Степень незавершенности теплообмена — минимальная разность температур газа и шихты.

Водяные эквиваленты. Характер теплообмена между газом и кусками шихты зависит от соотношения их водяных эквивалентов.

Водяным эквивалентом газа (или шихты) называют произведение массы или объема часового расхода потока газа (шихты) на удельную теплоемкость вещества потока:

W = GC,

где G — расход газа или шихты; С — теплоемкость газа или шихты.

Водяной эквивалент — количество тепла, необходимое для изменения температуры данного потока на 1 градус.

Если водяной эквивалент газового потока больше водяного эквивалента потока шихты, то есть Wг > Wrn, то температура шихты достигает начальной температуры теплоносителя (газа) Т'г, а теплоноситель выходит из теплообменника с температурой Т''г.


Когда водяной эквивалент шихты больше водяного эквивалента газа, то есть Wrn > W^ газы отдают все свое тепло шихте и охлаждаются до температуры поступающей шихты Тш. Однако этого тепла не хватает, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов. Шихта после теплообмена будет недогретой, ее температура Тш будет ниже температуры поступающих в шахту газов Тг.

Итак, тепло нагретого дутья полностью используется в нижней части печи, поскольку здесь Wг < Wrn и происходит интенсивный теплообмен; введение кислорода в дутье или уменьшение удельного расхода кокса снижает температуру колошника благодаря тому, что уменьшается количество газов и W^


Сейчас читают про: