10 Особенности сжигания кокса при восстановительной шахтной плавке свинцовых агломератов

Кокс в шахтной печи выполняет две функции: он одновременно является топливом и восстановителем. Для обеспечения необхо­димых восстановительных условий в печи соотношение между СО и СО2 в реакционной зоне печи должно быть близко к единице. Температура плав­ления шлаков шахтной свинцовой плавки различных заводов находится в пределах 1080—1200°С. Энтальпия свинцового агломерата при 1200°С равна 836 кДж/кг, а шлака 1340 кДж/кг. Используя эти данные, можно дать оценку дутьевому режиму, необходимому для поддержания в печи заданных условий. При взаимодействии кислорода дутья и кокса в печи могут протекать следующие режимы:

С+O2=СO2+Q3 1

С+1/2O2=СО+Q1 2

С+СО2=2СО–Q2 3

СО+1/2O2=СO2+Q4 4

Значение ΔG у этих реакций отрицательно в широком интервале темпе­ратур.

Q3>Q1>Q4>Q2.

В области фурм кисло­род воздуха проникает в глубь печи на расстояние до 600 мм. Однако ос­новное его количество расходуется главным образом на горение кокса на расстоянии ~350 мм. Этой узкой области отвечает наиболее высокая концентрация СО2 в газах и наивысшие температуры. Сгорание углерода кок­са в этой зоне преимущественно осуществляется по реакции 1 с наи­большим значением Q3/ Это так называемая окислительная зона или зона фокуса. По мере заглубления струи газов в глубь печи концентрационная кривая СO2, так же как и температурная кривая, проходит через макси­мум/ Следует отметить совпадение этих максимумов по ши­рине печи. Очевидно, что за кислородной зоной горение кокса происходит главным образом по реакциям 2 и 3. В этой же зоне наблюдается; резкое повышение концентрации СО в газовой фазе. Эту зону шахтной пе­чи можно назвать восстановительной. С переходом на более высокие горизонты в газовой фазе наблюдается снижение концентрации СО и возрастание кон­центрации СО2. Это явление связано с развитием восстановительных реакций. Восстановительная зона простирается почти на 3,5 м выше уровня фурм.

Обогащение дутья кислородом, которое сейчас применяется на боль­шинстве свинцовых заводов, приводит к увеличению содержания СО2 в продуктах горения и повышению температуры фокуса. Кислород дутья используется в реакционной зоне почти цели­ком во всех рассмотренных случаях. Обычно колошниковые газы до раз­бавления содержат около 1% О2, а сумма СО и СО2 в них превышает 30%.

При обогащении дутья кислородом горение кокса в зоне фокуса в большей степени, чем при воздушном дутье, контролируется реакцией 1. При этом происходит повышение содержания СО2 в газовых продуктах горения и увеличение температуры в зоне фокуса. Характерно, что использование дутья, обогащенного до 21,5% кислородом, вызывает некоторый сдвиг зоны наиболее высоких температур к стенке кессона. Кислород дутья оказывается полностью израсходованным уже на расстоя­нии 450 мм от среза фурм.

Нагрев воздушного дутья до 400°С также ин­тенсифицирует процесс горения кокса по реакции 1. Соотношение между расходом кокса и количеством кислорода, подаваемого в печь, выбирают на практике опытным путем в зависимости от физических и физико-химических свойств шихты и кокса. Обычно расход кокса от массы шихты составляет 8-15 %. Удельный расход воздуха ко­леблется от 21 до 32 м3/м2 площади фурм в минуту при скорости сжига­ния углерода кокса от 6 до 10 т/(м2-сут). Давление дутья находится в пределах 14,7-19,6 кПа.

Большинство технологических показателей, таких как удельный про­плав, расход кокса, пылевынос и др., улучшается при использовании подо­гретого дутья и воздуха, обогащенного кислородом.

В то же время использование интенсификаторов процесса в шахтной плавке свинцового сырья приводит и к некоторым отрицательным момен­там. Важнейшим из лих надо считать увеличение содержания свинца и ме­ди в печных шлаках. Повышение перехода цветных металлов в шлак при обогащении дутья кислородом или подогреве дутая может быть обусловлено несколькими причинами. Во-первых, повышение окислительного по­тенциала газовой фазы в зоне фокуса может привести к реокислению час­ти восстановительных в верхних горизонтах печи цветных металлов. Во-вторых, интенсификация проплава может привести к снижению восстано­вительной способности печи. Часть шихты, не успев восстановиться в твер­дом состоянии, может перейти в жидком состоянии в горн печи, где усло­вия для восстановления РbО значительно хуже. И, наконец, в случае обога­щения дутья кислородом уменьшается объем отходящих газов, а, следова­тельно, ухудшаются условия для равномерного распределения газов по всему сечению печи. При обычной шахтной плавке на холодном дутье почти три четверти тепла приходит е печь от сжигания углерода кок­са. При использовании нагретого до 400°С дутья около 10 % тепла вносит­ся в печь с подогретым воздухом. В расходной части баланса показано, что примерно половина тепла уносится из печи отходящими газами и шлаком, до 15 % тепла уходит на охлаждение кессонов.

Металлургический кокс — наиболее дорогое и дефицитное топливо.