1.3 Изменение основных процессов при вдувании пут

Возможны два режима сгорания ПУТ:

- кинетический (при низких температурах, когда процесс горения лимитируется химической кинетикой);

- диффузионный (при высоких температурах, когда процесс горения лимитируется диффузией кислорода к поверхности топлива).

Для интенсификации горения мелких частиц в кинетическом режиме необходимо повышение температурного уровня процесса за счет посторонних источников теплоты или повышения концентрации частиц в газе, которые прогревают газ, способствуя процессу воспламенения частиц. Для частиц, сгораемых в диффузионном режиме, необходимо как повышение концентрации кислорода в зоне горения, так и диффузионный обмен внутри и вне частички за счет аэродинамической организации потока.

Практически и экспериментально доказано, что большинство частичек угольной пыли в условиях доменной плавки сгорает в диффузионном режиме ввиду незначительного влияния повышения температуры дутья на степень сгорания ПУТ [18].

Вдувание ПУТ оказывает непосредственное влияние на процессы, протекающие в фурменной зоне.

Процесс горения пылеугольного топлива может быть разделен на четыре стадии: нагрев частиц до воспламенения летучих; горение летучих, нагрев коксового остатка до его воспламенения; горение коксового остатка. Время нагрева частиц до воспламенения летучих в секундах возрастает линейно с увеличением размера частиц и уменьшается пропорционально температуре газовой среды в четвертой степени. Прогрев коксового остатка до его воспламенения наступает после окончания выгорания летучих ПУТ.

Длительность завершающей стадии горения коксового остатка пропорционально количеству горючей массы, кажущейся плотности, квадрату диаметра частиц и обратно пропорциональна температуре среды и степени обогащения дутья кислородом.

Для ускорения процесса сгорания частиц ПУТ первые 3 стадии, занимающие 20-50% общего времени сгорания и не вызывающие появление жидких и пластических масс, целесообразно осуществлять в сопле и в фурме, т.е. до выхода потока в фурменную зону. Выгорание коксового остатка должно завершаться в пределах фурменной зоны.

Количество и состав горновых газов оказывают влияние на ход восстановительных процессов, протекающих в шахте печи, изменение теплосодержания горновых газов, а также изменение степени прямого восстановления, во многом определяют тепловое состояние нижней зоны печи, и тем самым состав продуктов плавки [19].

При вдувании пылеугольного топлива произойдут следующие изменения протекания физико-химических процессов плавки:

1. Изменится соотношение рудной составляющей и кокса в шахте печи и, как следствие, развитие процессов косвенного восстановления.

2. Изменится высота коксовой насадки и время пребывания расплава на коксовой насадке, что приведет к изменению условий прогрева шлака.

3. Изменится температура газов в фурменном очаге за счет того, что углерод кокса попадает в фурменный очаг с температурой примерно 1500 ^оС, а угольная пыль с температурой не выше 50 ^оС.

4. Произойдёт изменение распределения рудной нагрузки по радиусу печи, а следовательно, потока газов и зоны вязкопластичного состояния.

5. Зольная составляющая ПУТ будет перемешиваться с промежуточным шлаком в условиях отличных от зольной составляющих кокса.

6. Условия восстановления кремния в фурменном очаге. SiO₂ в золе кокса частично восстанавливается до SiO выше уровня фурм.

7. Условия восстановления титана.

8. Возрастёт влияние горячей прочности кокса на ход физико-химических процессов.

С целью стабилизации теплового и газодинамического режимов печи для получения требуемого качества и производства чугуна, необходимо провести компенсирующие воздействия – изменить параметры комбинированного дутья и рудную нагрузку.

Изменение этих параметров в свою очередь оказывает существенное влияние на доменный процесс и показатели плавки [20].

Структурная схема влияния ввода дутьевой добавки на показатели процесса представлена на рисунке 1.3.

Надежная количественная оценка и анализ показателей процесса при вдувании ПУТ могут быть выполнена только с учетом всех указанных на рисунке взаимосвязей.

Рисунок 1.3 – Структурная схема влияния ввода УВД на показатели процесса

Влияние ПУТ на параметры дутьевого потока определяется процессами, протекающими в пределах фурмы, и описывается следующими уравнениями.

Объем дутья, истекающего из фурмы, увеличивается на величину равную объема азота, подаваемого для вдувания ПУТ и объема газа, образующегося при сжигании летучих ПУТ:

(1.1)

Принимая допущение, что состав летучих ПУТ – 5% СН₄, объем дутья увеличится на величину:

(1.2)

(1.3)

За счет твердого С угля:

(1.4)

Масса дутья, истекающего из фурмы (кг/сек), при этом увеличится на величину:

. (1.5)

Изменение температуры дутьевого потока связано с протеканием в пределах фурмы реакций сгорания ПУТ: конверсии метана и горения твердого углерода.

Выполнены расчеты влияния степени сгорания углерода ПУТ( ) в фурме на скорость истечения дутья из фурмы и его температуры. Результаты расчета приведены на рисунке 1.4.

Р

Зависимость изменения параметров потока,

исунок 1.4 – Зависимость изменения параметров потока, истекающего из фурмы от доли ПУТ, сжигаемого в рабочем пространстве фурмы

Следовательно, влияние доли ПУТ, сгорающей в пределах тела фурмы, не оказывает существенного влияния на скорость изменения истечения газов из фурмы и их температуру.

Таким образом, горение ПУТ – сложный химико-физический процесс, который зависит как от кинетических характеристик, так и от физических факторов.