Доменный газ

Доменный газ является сопутствующим продуктом выплавки чугуна и ферросплавов в доменных печах. Его состав формируется в результате сгорания кокса и топливных добавок в воздухе с различным содержанием кислорода в горне, восстановления железа и других элементов чугуна, разложения известняка и других процессов, протекающих в доменной печи. Используется как газообразное топливо в доменном цехе для нагрева насадок регенеративных воздухонагревателей, в других цехах металлургических предприятий и на коксохимических заводах.

Состав доменного газа зависит от технологии доменного процесса и марок выплавляемого чугуна, расхода кокса, степени обогащения кислородом и увлажнения дутья, количества вдуваемого природного газа в печь. Основными горючими веществами доменного газа являются монооксид углерода и водород. При выплавке передельного чугуна содержание СО в доменном газе составляет 23-30 %, водорода – 1,5-9 %. Также в доменном газе содержится до 0,5 % метана. Содержание монооксида углерода в газе увеличивается при выплавке ферросплавов и специальных чугунов, повышенном расходе кокса, обогащении дутья кислородом, предварительной частичной металлизации шихты. Увлажнение дутья и вдувание природного газа приводит к увеличению содержания в доменном газе водорода и метана, в результате чего доменный газ становится более взрывоопасным. Увеличение содержания водорода в доменном газе может также быть следствием прогара элементов системы охлаждения и поступления воды в рабочее пространство доменной печи.

Горючие вещества разбавлены в доменном газе азотом и СО_2. Углекислый газ является продуктом восстановления железа и разложения карбонатов, прежде всего известняка. Его содержание при выплавке передельного чугуна составляет 16-19 %. Содержание азота в доменном газе 45-52 %. С обогащением кислородом доменного дутья содержание азота в доменном газе уменьшается. Азот почти целиком вносится в доменную печь и в доменный газ воздушным дутьем. Незначительное количество азота поступает в доменный газ с летучими веществами кокса. Он практически не реагирует с другими веществами в печи, что позволяет приближенно определять выход газа по соотношению содержания азота в доменном газе и в воздушном дутье

Выход доменного газа при выплавке 1 т чугуна колеблется от 1600 до 2100 м³. С уменьшением удельного расхода кокса на 1 т чугуна выход доменного газа снижается.

Плотность доменного газа в зависимости от его состава колеблется от 1,25 до 1,37 кг/м³. В доменном газе после выхода из печи содержится до 3,5 % влаги, которая образуется при восстановлении железа.

Наибольшая теплота сгорания доменного газа составляет 6900 кДж/м³ при выплавке ферромарганца с обогащением дутья кислородом; наименьшая около 3000 кДж/м³ при выплавке передельного чугуна.

Уменьшение содержания кислорода в дутье, расхода природного газа на выплавку чугуна и замена природного газа пылеугольным топливом приводит к снижению теплоты сгорания доменного газа. Скорость распространения пламени для доменного газа составляет 0,56 м/с.

Температура воспламенения доменного газа не является постоянной величиной и зависит от его состава и примерно равна 650–700 °С.

Доменный газ, предварительно смешанный с воздухом, способен при соприкосновении с огнем или раскаленными предметами взрываться. Пределы взрываемости доменного газа не являются постоянными, а колеблются в зависимости от его состава. Нижний - от 24 до 46 %; верхний - от 62 до 72 %.

Давление, возникающее при взрыве доменного газа, достигает 460 кПа против расчетного 570 кПа, что объясняется значительным рассеиванием теплоты сгорания в окружающую среду.

Вместе с доменным газом из печи выносится значительное количество пыли, до 50 кг на 1 т чугуна. До газоочистки в газе содержится 25-30 г/м³ пыли, после трёх стадий очистки в газе остается пыли 5 мг/м³.

Колошниковая пыль обладает пирофорностью – способностью самовозгораться при соприкосновении с воздухом, что повышает опасность взрывов доменного газа в пылеуловителях и газопроводах грязного газа. Это свойство присуще преимущественно пыли, образующейся при плавке специальных чугунов. В результате экзотермических реакций слой пыли сильно разогревается, самовозгорается до светло-красного каления и разогревает конструкции. Если своевременно не нейтрализовать взрывчатую газовую смесь паром и не охладить разогревшийся слой пыли, возможен взрыв доменного газа.

Доменный газ взрывоопасен. Для борьбы со взрывоопасностью его разбавляют водяным паром или азотом. Кроме того, стараются держать доменный газ под избыточным давлением, чтобы исключить подсос воздуха внутрь промышленных агрегатов и образовать взрывную смесь.

Доменный газ очень ядовит. Отравляюще свойства обусловлены высоким содержанием угарного газа СО. Угарный газ, проникая в организм, из-за высокого химического сродства с О₂ отнимает его из красных кровяных телец крови, разрушая их. В результате наступает лавинообразно усиливающееся кислородное голодание и белокровие и организм погибает.