10.5. Состав колошникового газа

Состав общего колошникового газа, в первую очередь содержание в нем диоксида и оксида углерода, характеризует степень использования хи­мической и тепловой энергии газа и ход восстановительного процесса. Чем больше в колошниковом газе диоксида углерода и меньше оксида углерода, тем лучше используется энергия газового потока, и тем экономичнее рабо­тает печь. Содержание диоксида углерода в колошниковом газе доменных печей, работающих с низким расходом кокса (350-400 кг/т чугуна), достига­ет 18-20%, а на печах с высоким расходом кокса — только 12-14% (суммар­ное содержание СО и СО₂ находится в пределах 38-44%). Степень исполь­зования восстановительной способности газа рассчитывается по формуле η = СО₂/СО, где СО₂ и СО - содержание (%) диоксида и оксида углерода в колошниковом газе.

При установившемся технологическом режиме текущие изменения в составе газа вызываются, главным образом, изменениями в ходе восстано­вительных процессов. Как уже известно, восстановление оксидов металлов в доменной печи протекает прямым и непрямым путем. Наименьший расход кокса достигается при определенном соотношении прямого и непрямого восстановления. С увеличением прямого восстановления увеличивается по­требность в тепле и наоборот. Несвоевременное корректирование изменяю­щейся потребности в тепле приводит к нарушению теплового режима печи.

Изменение в ходе восстановительных процессов, а следовательно, и в тепловом состоянии печи обнаруживают по составу колошникового газа. Так как диоксид углерода является продуктом непрямого восстановления, а оксид углерода - прямого, то всякое увеличение содержания в газе диокси­да углерода и соответствующее ему уменьшение содержания оксида углеро­да сигнализируют об увеличении непрямого восстановления, развитие кото­рого приведет к ненужному разогре­ву печи, если своевременно не будут приняты меры воздействия.

Отбор газа на анализ осуще­ствляется, обычно, из пылеуловите­ля при помощи импульсной линии (трубки), по которой газ поступает в автоматически действующие газо­анализаторы. Состав газа фиксиру­ется на диаграмме прибора в виде непрерывных кривых, отражающих содержание в газе СО, СО₂ и Н₂.

На рис. 10.6 показана совмес­тная диаграмма состава колошнико­вого газа. Колебания содержания оксида и диоксида углерода в газе происходят, как правило, в противопо­ложных направлениях и обычно не превышают 0,5-1,5%. Однако они сви­детельствуют о значительных сдвигах в ходе восстановительного процесса, которые могут привести к серьезным отклонениям от нормального теплово­го режима.

В настоящее время автоматический контроль состава колошникового газа является основой автоматического регулирования теплового состояния доменной печи.

10.6. Температура и содержание диоксида углерода в газе по радиусу колошника

Распределение температуры и содержания диоксида углерода в газе по радиусам под или над уровнем засыпи характеризует равномерность рас­пределения газового потока по сечению доменной печи. Данные о радиаль­ном распределении газа являются важными показателями для оценки рабо­ты печи, в первую очередь - для оценки газораспределения по сечению ко­лошника.

О распределении газов и степени использования их тепла и восстано­вительной способности судят по содержанию диоксида углерода в пробах газа, отобранных в точках равной площади по радиусу или диаметру сече­ния, расположенного на 1,5-2,5 м ниже верхнего уровня шихты в доменной печи или по значениям температуры газов в тех же точках. Если в слое ших­ты в определенном сечении печи относительное количество железосодержа­щих компонентов невелико и преобладают куски кокса, обеспечивая высо­кую газопроницаемость, то здесь будет проходить больше газа с высокой температурой и низким содержанием диоксида углерода, т. е. использование тепла и восстановительной способности газа будет низким.

Наоборот, в слое шихты с преобладанием мелких железосодержащих компонентов газ будет проходить в меньшем количестве с более полным ис­пользованием тепла и восстановительной способности. Температура газа, вы­ходящего из печи, будет низкой, а содержание диоксида углерода высоким.

Информация (непрерывная или периодическая) о распределении диок­сида углерода или температуры газов по сечению печи дает представление о распределении материалов и газов и о степени использования газов в печи.

Измерение температуры и отбор проб газов осуществляются путем ввода в печь через отверстие в кожухе и огнеупорной кладке стальной тру­бы, в которой помещены малоинерционная термопара и трубка для отвода газа (рис. 10.7). Движение трубы механизировано.

О тобранные пробы газа поступают на анализ в лабораторию, либо ана­лизируются автоматическим прибором - газоанализатором с записью зна­чений на диаграмме прибора. Более оперативным способом контроля рас­пределения газов является непрерывное измерение температуры газов, на пример с помощью стационарно установленной над уровнем засыпи балки, позволяющее как угодно часто получать информацию о распределении га­зов. Этот вид контроля может быть полностью автоматизирован.

Под рациональным распределением газа понимают такое его распре­деление, при котором без нарушения ровного схода шихтовых материалов в максимальной степени используется энтальпия газового потока и его хими­ческая энергия.

Распределение газов, удовлетворяющее поставленные выше требова­ния, зависит в каждом случае от конкретных условий работы печи: качества шихты, объема печи, состояния профиля, марки выплавляемого чугуна и др. Поэтому рациональное распределение газов в каждом конкретном слу­чае подбирается опытным путем. В основу рационального распределения газов должны быть положены количественные характеристики газового по­тока, полученные в периоды высокопроизводительной и экономичной рабо­ты печи.

Н а рис. 10.8 приведено рациональное распределение газового протока по радиусу доменной печи полезным объемом 1719 м³ выплавляющей передельный чугун при работе на офлюсованном агломерате. Содержание диоксида уг­лерода в периферийном газе составляет 14, в точке максимума 19 и в центре 11%, а соответствующие значения температуры равны 820, 520 и 910 °С.

По мере повышения основности агломерата и снижения содержания мелочи в шихте разность между максимальными и минимальными значени­ями температуры и содержания диоксида углерода в газе по радиусу должна уменьшаться. При равномерном распределении материалов и газов по ок­ружности печи кривые распределения температур и содержания СО₂ в газе должны быть одинаковыми по всем радиусам.

В зависимости от степени неравномерности распределения газовые потоки могут быть периферийными, осевыми или канальными (рис. 10.9).

При периферийном газовом потоке (рис. 10.9, а) значительное количе­ство газов проходит вблизи стен. Газы периферийного кольца уходят из печи

с высокой температурой и низким содер­жанием СО₂. Чрезмерное развитие пери­ферийного потока газов приводит к уве­личению расхода кокса. Однако некото­рое развитие периферийного хода газов необходимо для обеспечения ровного схода шихтовых материалов.

При осевом или центральном газо­вом потоке (см. рис. 10.9, б) значительная часть газов движется в центральном кру­ге. Осевой поток газа на расход кокса вли­яет менее значительно, чем периферий­ный, вследствие различных относитель­ной доли и площади сечения печи, зани­маемой периферийным и центральным потоком газа, а следовательно, и различ­ным количеством газов, проходящих в этих сечениях. Некоторое развитие цент­рального потока газов считается рацио­нальным с точки зрения обеспечения ровного хода печи и интенсификации процессов в центральной части домен­ной печи.

Канальный ход газов (см. рис. 10.9, в) во всех случаях является вредным и слу­жит признаком нарушения ровного хода. Термин «канальный ход газов» услов­ный; под ним следует понимать чрезмер­но интенсивный поток газа в одном или нескольких участках сечения печи. Ших­товые материалы в зоне канального хода газов находятся преимущественно во взвешенном состоянии, а в верхних го­ризонтах возникает «кипящий слой». Крупные тяжелые куски агломерата в зоне канального хода газов движутся с повышенной скоростью, приходят в горн доменной печи плохо восстановленными и не прогретыми, вызывая нарушения теплового состояния горна.