3. Охарактеризуйте заменители кокса, вдуваемые в горн и загружаемые на колошник доменной печи. Что лимитирует замену кокса топливом, вдуваемым в горн доменной печи?

В качестве заменителей кокса наибо­лее широко используются природный и коксовый газы, а также жидкое и пыле­видное топливо.

Природный газ содер­жит 81-98% СН₄, 1,5-16% тяжелых уг­леводородов. Кроме этих горючих компо­нентов, имеются углекислый газ и азот. .

Теплотворная способность природного газа в зависимости от химического состава колеблется в пределах 32-40 МДж/м³. Осо­бенностью использования природного газа, который подается в доменную печь через воздушные фурмы, является разложение его в горне с образованием водорода – активного восстановителя. Подача природ­ного газа в доменные печи значительно облегчается тем, что он поступает из ме­сторождения под большим давлением. Обычно к потребителю газ подается под давлением до 1,2 МПа, а от газораспределительной станции к промышленному предприятию – под давлением 0,6 МПа. Это позволяет подавать газ из газопрово­да в печь, не прибегая к строительству специальных газодувок.

Коксовый газ является продук­том коксования угля. Летучие продукты коксования, выходящие из коксовых печей в виде парогазовой смеси, называются сырым коксовым газом. В этом газе со­держатся также смолы, бензольные угле­водороды, аммиак, сероводород, окислы азота и др. Сырой газ подвергается очист­ке, в процессе которой конденсируются па­ры солей и водяные пары и улавливаются аммиак и бензольные углеводороды. По­сле очистки коксовый газ содержит 57-60% Н₂, 24-26% СН₄, 2,5-3,0% С_nН_m, 6,0-7,0% СО.

В горн доменной печи коксовый газ вносит значительные количества восстановителей Н₂ и СО, на получение которых из углеводородов газа нужно затратить тепло. Для подачи коксового газа в печь необходимо предварительно повысить его давление до 0,64-0,65 МПа в специаль­ных газодувках. Теплотворная способность коксового газа составляет 17-18 МДж/м³.

Мазут представляет собой тяжелый остаток прямой перегонки и крекинга нефти. Горючая масса мазута содержит 84-88% С, 10-11% Н₂, 0,7-4,0% S и 0,8% (О₂ + N₂).

В зависимости от способа подготовки мазута к сжиганию он может содержать от 1,5 до 5% воды. Водомазутные эмульсии лучше воспламеняются и сгорают более полно (т. е. сажеобразование уменьшается). Так, при содержании влаги 3-4% концентрация сажи снижается в три раза. Таким образом, наличие определенного количества воды в мазуте может повысить полноту его сгорания и полностью компенсировать затраты тепла на испарение влаги. Температура вспышки ма­зута 90-140 °С. Среди физических характеристик мазута наиболее существенно влияющих на его транспортировку по мазутопроводам и сжигание являются: температура вспышки, температура застывания (полная потеря жидкоподвижности), плотность и условная вязкость.

Подготовка мазута к вдуванию включает разогрев мазута до температуры хорошей текучести и добавление различных присадок с целью уменьшения сажеобразования и коксуемости мазута в местах ввода его в фурмы доменной печи. В практике используют одно- и многоструйный периферийный (т.е. перпендикулярно к потоку дутья) и центральный (т.е. вдоль потока дутья) подводы мазута. Одноструйный подвод более прост конструктивно и более длителен в эксплуатации, однако перемешивание мазута с воздухом неудовлетворительное, что приводит к повышенному сажеобразованию. Более качественного смешения мазута с дутьем можно добиться при многоструйном подводе мазута, однако при этом возникает склонность к закоксовыванию мазута в устьях подводящих трубок.

Экономия кокса при вдувании мазута возникает в результате замены окиси углерода, образующейся по реакции С + 1/2О₂ = СО при сжигании кокса, окисью углерода и водородом, образующимися при сжигании мазута. Снижению расхода кокса способствует также потенциальная возможность повышения температуры дутья. Кроме того, поскольку водород является достаточно сильным восстановителем, то общее увеличение количества восстановительных газов, образующихся в горне при вдувании мазута, увеличивает степень косвенного восстановления железа из оксидов. Это приводит к экономии углерода, как восстановителя, и уменьшает затраты тепла на прямое восстановление железа. Помимо этого, мазут, сгорая по реакциям неполного горения, выделяет значительное количество тепла, что также способствует экономии кокса как теплоносителя.

Пылевидным топливом (ПУТ) явля­ется уголь, молотый до крупности, позво­ляющей подавать его в горн печи пневмо­транспортом. Состав угольной пыли опре­деляется исходным углем. ПУТ на обогащенном кислородом дутье, обеспечившая долю замещения кокса 30-35 %. Для сокращения расхода кокса с заменой его части на ПУТ из некоксующихся углей требуется кокс и железорудные материалы высокого качества.

Однако следует учитывать, что эти заменители не могут выполнить важнейшую функцию кокса – быть разрыхлителями доменной шихты, обеспечивая ее высокую газопроницаемость.

4 Назовите железорудные минералы, образующие руды, напишите их химические формулы и укажите содержание в них железа. Назовите руды, образуемые этими материалами.

Рудные минералы железных руд представляют собой оксиды, карбонаты железа и некоторые другие соединения. Главные из них описаны ниже.

Гематит, имеющий химический состав Fe₂O₃, – безводный оксид железа. Гематит содержит 70 % железа. Образованная гематитом руда называется красным железняком и является самым распространенным типом руды. Он обычно характеризуется высоким содержанием железа и малым содержанием вредных примесей. Типичным месторождением гематитовых руд является, например, Криворожское.

Магнетит, имеющий химический состав Fe₃O₄, – магнитный оксид железа. Он содержит 72,4 % железа. Отличается от других минералов промышленных железных руд магнитными свойствами, которые теряются при нагреве свыше 570 ºС. Магнетит представляет собой смешанный оксид железа FeO·Fe₂O₃. Руды, образованные магнетитом, называются магнитными железняками, или магнетитами.

Водные оксиды железа – Fe₂O₃·nH₂O в зависимости от значения n образуют различные гидроксиды, но все образуемые ими руды называются бурыми железняками. Различают такие водные оксиды железа: n≈0,1 – гидрогематит, n≈1 – гетит , n≈ 1,5 – лимонит и др.

Наиболее часто встречаются бурые железняки на основе лимонита 2Fe₂O₃·3H₂O, которые называются лимонитовыми.

Бурые железняки характеризуются пониженным содержанием железа, рыхлые, часто сопровождаются марганцем, фосфором, обладают высокими пористостью и восстановимостью.

Сидерит, имеющий химический состав FeСО₃ содержит 48,2 % Fe. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком, или сидеритом, при значительных количествах примеси глины может называться глинистым железняком. Сидериты распространены гораздо меньше, чем другие руды, характеризуются высокой восстановимостью, низким содержанием железа из-за незначительного содержания его в рудном минерале и большого количества пустой породы.

Ильменит, имеющий химический состав FeTiO₃, – железная соль титановой кислоты. Ильменит содержит 36,8 % Fe и 31,8 % Ti. Встречается всегда в сростках с обычным магнетитом, т. е. в виде FeTiO₃·Fe₃O₄. Образуемые ильменитом руды называются титаномагнетитами.

Титаномагнетит является плотной трудновосстановимой рудой, которая дает густые и тугоплавкие титансодержащие шлаки. Обладает магнитными свойствами и хорошо обогащается магнитной сепарацией. Часто сопровождается ванадием.