13.3. Увлажнение дутья

Естественная влага, содержащаяся в дутье, при высокой температуре в зоне горения диссоциирует на водород и кислород с поглощением тепла Н₂О → Н₂ + 0,5О₂ - 242, 224 МДж.

Кислород влаги, так же как и кислород дутья, взаимодействует с углеро­дом кокса с образованием оксида углерода:

С + 0,5О₂ → СО + 117, 565 МДж.

Суммируя приведенные выше реакции, получим: Н₂О + С → Н₂ + СО - 124, 659 МДж.

Переходящие в газовую фазу продукты этой реакции - водород и оксид углерода - принимают затем участие в восстановлении оксидов.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течение суток, так и по временам года. Например, в зависимости от кли­матических и метеорологических условий содержание влаги в воздухе в тече­ние суток может изменяться на 8-12 г в 1 м³ воздуха или на 1-1,5% по объему.

Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом режиме горна, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-эко­номические показатели.

Устранять колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

Осушаемое дутье впервые применили в Америке в 1904 г. путем заморажи­вания воздуха. При этом содержание влаги в нем снизили с 10-12 до 3-3,5 г/м³, что положительно сказалось на ходе печи - расход кокса уменьшился, а произ­водительность ее возросла.

Несколько позже для достижения постоянства влажности дутья вместо дорогостоящего осушения воздуха применили его увлажнение путем добавле­ния в дутье водяного пара. Первые опыты были проведены в 1927-1928 гг. на Донецком металлургическом заводе. В конце 30-х годов опытные плавки на увлажненном дутье были проведены на Магнитогорском, Кузнецком и Новолипецком металлургических комбинатах. При этом получили значительное повышение производительности (до 10%) и снижение расхода кокса (1-3%). Как следствие, появилась технологическая возможность повысить температу­ру дутья, что в определенной мере компенсировало тепловые затраты в горне на разложение водяного пара.

Однако, несмотря на полученные результаты, увлажнение дутья долгое время не применяли, так как некоторые исследователи связывали образование флокенов в стали с увеличением содержания водорода в чугуне. Только после тщательного изучения результатов опытных плавок на увлажненном (до 26-35 г/м³) дутье, проведенных в 1951 г., увлажнение дутья получило широкое промышленное применение. В этих плавках производительность печей воз­росла на 10-15%, расход кокса снизился на 3,5—5,8% при одновременном по­вышении температуры дутья на 200-250°С и количества дутья на 5-7% без ухудшения качества стали. В течение 1951-1953 гг. большинство доменных печей бывшего СССР было переведено на работу с увлажненным дутьем.

При увлажнении дутья понижается температура в зоне горения и увели­чиваются ее размеры, что сопровождается более ровным ходом доменной печи. При определенных условиях эти изменения позволяют увеличить количество дутья.

Снижение расхода кокса за счет роста восстановительной способности газов, образующихся в горне при увлажнении дутья, возможно только при ус­ловии компенсации затрат тепла на разложение влаги. Эти затраты компен­сируют увеличением нагрева дутья из расчета 72°С на 1% влаги в дутье, или 9°С на 1 г Н₂О в 1 м³ дутья.

В тех случаях, когда при увлажненном дутье не увеличивают количество дутья, появляется возможность повысить нагрев дутья более чем на 9°С на каждый 1 г Н₂О в 1 м³ дутья и получить более высокий процент снижения расхода кокса.

Но достоинства увлажненного дутья не исчерпываются его интенсифи­цирующим действием. Оказалось, что увлажненное дутье позволяет быстро и эффективно влиять на тепловое состояние печи, являясь мощным фактором регулирования доменного процесса «снизу». При возникновении горячего хода его быстро устраняют увеличением содержания влаги в дутье. При похолода­нии нормальный нагрев восстанавливают уменьшением содержания влаги в дутье.

При оценке экономической эффективности увлажнения дутья необходи­мо учитывать стоимость пара, используемого для увлажнения. Наибольший эффект может быть достигнут при использовании вторичного пара.