Контроль хода доменной печи.

Пронизывая столб шихты, газ нагревает шихтовые материалы и осуществляет работу по восстановлению оксида железа. Объем этой работы определяется объемом сухой зоны материалов в печи и характером их распределения по радиусу, т.е. формой зоны когезии. Таким образом, эффективность противоточного теплообмена и противоточного массообмена в сухой зоне доменной печи определяется характером распределения газов по радиусу печи, который полностью зависит от структуры столба шихты. В связи с этим контроль за распределением газов по радиусу и окружности печи имеет первостепенное значение для оптимизации хода доменной печи, т.е. для достижения максимально высоких технико-экономических показателей работы печи по заданным критериям (производительность, суммарный расход топлива, расход кокса, себестоимость чугуна) и при заданных ограничениях.

Для контроля за распределением газов и шихтовых материалов по радиусу и окружности доменной печи современное мировое доменное производство имеет в наличии достаточно большой арсенал специальных средств контроля и измерений, разработанных как в России так и за рубежом. На некоторых доменных печах в целях периодического контроля распределения параметров газового потока и отбора проб используют зонды в середине шахты и в распаре печи, а также средства контроля температуры газа в фурменных очагах.

Для периодических разовых измерений используются зонды для контроля температуры и состава газа по оси воздушных фурм и гибкие вертикальные зонды для измерения температуры и определения состава газа по высоте печи в различных радиальных сечениях, опускающиеся вместе с шихтой. Такие зонды позволяют экспериментально определить положение и форму зоны когезии.

Принципиально новым средством измерения структуры столба шихты по радиусу и высоте в шахте доменной печи, позволяющим эффективно контролировать распределение материалов и газов по радиусу печи, является разработанная в МИСиС зондовая автоматическая сканирующая система.

29. Процессы в горне доменной печи.

В горне доменной печи встречаются и взаимодействуют два потока: опускающаяся шихта и горновые газы. Сверху в горн опускаются твердые, нагретые до высокой температуры куски кокса, а также жидкий чугун и шлак. Извне через фурмы, расположенные в верхней части горна, поступает нагретое дутье и обычно еще углеводородсодержащие добавки. Вблизи фурм происходит процесс сжигания углерода топлива и углеводородов природного газа или мазута. Получающиеся горновые газы поднимаются вверх навстречу опускающейся шихте.

Основным и важнейшим процессом в горне является сжигание углерода кокса, обеспечивающее выделение необходимого тепла, образование восстановительных газов и освобождение объема, который заполняется вышележащими материалами, способствуя движению шихты в печи сверху вниз.

Окислительно-восстановительные процессы в горне.

Помимо процессов горения топлива в горне доменной печи происходят процессы окисления элементов чугуна, стекающего по коксовой насадке над фурменными очагами, а также процессы повторного восстановления окисленных в фурменных очагах элементов и довосстановления оксидов железа из шлаковой фазы. В первую очередь из капель чугуна проходящих через окисленную зону, окисляются элементы с максимальным сродством к кислороду: углерод, кремний, марганец, фосфор и железо. Образующиеся оксиды металлов переходят в шлак, а затем, контактируя с углеродом кокса в горне, снова восстанавливаются или восстанавливаются частично. Как хорошо видно, в результате окисления элементов чугуна в фурменной зоне часть кислорода из газовой фазы переходит в жидкую фазу, при этом уменьшается отношение кислорода к азоту в газе. За пределами окислительной зоны при стекании первичного шлака по коксовой насадке происходит восстановление оксидов железа из шлака, а так же частичное или полное восстановление окисленных элементов чугуна (за исключением углерода). В результате отношение кислорода к азоту повышается и превышает таковое в дутье благодаря переходу в газ кислорода оксидов железа, восстанавливаемого из шлаковой фазы.

Кремний восстанавливается и переходит в чугун выше уровня фурм. В окислительной зоне он окисляется до уровня ниже содержания в конечном чугуне. За пределами окислительной зоны содержание кремния существенно выше его содержания в конечном чугуне. В горне печи кремний чугуна играет роль восстановителя.

Аналогично, но в гораздо меньшей степени ведет себя марганец, который восстанавливается окончательно в металлоприемнике углеродом чугуна из шлака. Содержание марганца в пробах на уровне фурм обычно ниже, чем в конечном чугуне.

Окончательное науглероживание чугуна происходит лишь в горне. На уровень фурм чугун проходит с меньшим, чем в конечном чугуне, содержанием углерода, который и окисляется из чугуна, проходящего через окислительные зоны.

Железо до уровня фурм не успевает полностью восстановиться из шлака, и содержание оксидов железа в шлаке до уровня фурм составляет 3-10%. Изменение содержания оксидов железа в пробах шлака отобранных из фурмы вдоль окислительной зоны до ее границы, качественно повторяет изменение содержания CO₂ в газе, составляя от 10-20% на расстоянии 100-200 мм от фурмы, до 40-43% (в некоторых эксперементах до 60 – 75%) в фокусе горения и затем уменьшаясь до 25 – 7,5% на границе окислительной зоны. За пределами окислительной зоны содержание оксидов железа в шлаке уменьшается, составляя несколько процентов. На коксовой насадке от уровня фурм до металоприемника железо из FeO шлака быстро восстанавливается до содержания FeO в конечном шлаке не более 0,5 – 0,7% при нормальной работе печи.

Окислительно-восстановительные процессы в горне печи способствуют «срабатыванию» кокса и коксовой мелочи в горне печи и обмену кокса в коксовой насадке, обеспечивая движение кокса в центре печи. С этой точки зрения они являются полезной составляющей доменной плавки. Тепловой баланс доменной печи при этом не нарушается.