13.4. Обогащение дутья кислородом

Целесообразность обогащения дутья кислородом известна давно. Одна­ко сложность и дороговизна установок для получения кислорода и необходи­мые соответствующие изменения в технологии выплавки чугуна долго сдер­живали применение кислорода в доменном производстве.

В настоящее время, благодаря успешно проведенным промышленным опытам, в результате которых были разработаны теория и технология домен­ной плавки на обогащенном кислородом дутье, этот способ интенсификации доменного процесса получил широкое распространение.

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие параметры:

Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода (рис. 13.2, а), так как при повышении содержания кислорода в дутье соответственно уменьшается содержание азота.

Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода вследствие уменьшения содержания азота в дутье (рис. 13.2, б).

Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе вследствие уменьшения разбавления его азотом (рис. 13.2, в).

Возрастает температура в зоне горения, так как уменьшается количество образующихся газов на единицу сгораемого у фурм углерода.

Перечисленные изменения параметров сгорания углерода у фурм при обогащении дутья кислородом вызывают снижение перепада давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и соответственно скорости движения газов в столбе шихтовых материалов. Это позволяет увеличить расход дутья в едини­цу времени, т. е. увеличить количество сжигаемого в единицу времени кокса и соответственно повысить производительность печи, т. е. интенсифицировать доменный процесс.

Однако при обогащении дутья кислородом, особенно при выплавке передельного чугуна, уменьшение перепада давления газа не пропорционально уменьшению выхода горнового газа. По мере увеличения содержания кисло­рода в дутье перепад снижается на меньшую величину, чем выход горнового газа, а значит, и степень форсирования хода печи дутьем с увеличением содер­жания кислорода уменьшается.

Причиной ухудшения газодинамики является резкое повышение темпе­ратуры в зоне горения, вызывающее увеличение объема газов в сократившем­ся объеме окислительной зоны. Кроме того, при температуре 2000°С и выше интенсивно идет процесс возгонки монооксида кремния, который конденси­руется в зонах с температурой ниже 1900°С в виде тонкодисперсных частиц, уменьшающих газопроницаемость шихты. Перечисленные причины вызыва­ют тугой ход печи при выплавке передельного чугуна уже при повышении содержания кислорода в дутье на 2-3%, если оно не сопровождается мерами, понижающими температуру в зоне горения.

Влияние обогащения дутья кислородом на расход кокса проявляется сле­дующим образом. Повышение концентрации оксида углерода в газе увеличи­вает непрямое восстановление, соответственно уменьшая расход тепла на пря­мое восстановление при условии, если будет обеспечено достаточное количе­с тво газов и их рациональное распределение.

Уменьшение количества горнового газа и повышение его температуры изменяют условия теплообмена так, что тепло от газов к шихте интенсивно передается в нижней части печи. В верхние зоны печи газ проходит с более низкой температурой, чем при обычном дутье (рис. 13.3). Меньшее количество ко­лошникового газа и более низкая его тем­пература уменьшают количество тепла, уносимого с газом из печи, способствуя повышению ее теплового к. п. д. Наконец, увеличение производительности печи при обогащении дутья кислородом уменьшает потери тепла в расчете на единицу чугуна.

Но обогащенное кислородом дутье вызывает и неблагоприятные изменения в тепловом балансе. Они сводятся к следу­ющему. Понижение температуры в верх­ней части печи приводит к запаздыванию начала непрямого восстановления. Кроме того, оно может уменьшаться вследствие нарушения ровности хода печи при обога­щенном кислородом дутье. Таким образом, увеличение содержания оксида углерода в газе способствует увеличению непрямого восстановления, а снижение температуры и нарушение ровности хода действует в противоположном направлении. Сле­довательно, степень прямого восстановления может измениться в любом на­правлении в зависимости от обстоятельств.

При обогащении дутья кислородом сокращается приход тепла в горн с дутьем в связи с уменьшением содержания азота в дутье. Компенсировать уменьшение прихода тепла с дутьем увеличением его нагрева при плавке пе­редельного чугуна невозможно, так как температура в зонах горения и без это­го уже предельно высокая. Это создает благоприятные технологические усло­вия для применения природного газа, пылеугольного топлива, увлажненного дутья, что снижает теоретическую температуру горения в фурменном очаге и способствует достижению высоких технико-экономических показателей плавки при интенсивном ходе доменной печи.

Производительность печи, выплавляющей передельный чугун, увели­чивается на 2-3% на каждый процент увеличения кислорода в дутье. Промыш­ленные опыты подтвердили возможность обогащения дутья кислородом до 30-31%. Так, например, при выплавке ферросилиция на одной из доменных печей при содержании кислорода в дутье 33% производительность возросла более чем в два раза, а расход кокса сократился с 2,3 до 1,67 т/т. Поэтому при выплавке ферросплавов обогащенное кислородом дутье нашло более широ­кое применение, чем при выплавке передельного чугуна.

При оценке экономической эффективности обогащения дутья кислоро­дом следует учитывать его стоимость.