7.2 Зміна вологості дуття

Стиснене атмосферне повітря, що вдувається в доменну піч завжди містить деяку кількість вологи. Розподіл атмосферної вологості атмосфери подібний до розподілу температур: і добова і усереднена річна зміна абсолютної вологості слідують за зміною температури. На вологість повітря впливає також наближеність регіону до великих водоймищ - наприклад, в Приазов’ї вона вища ніж у маловодному Донбасі (рис.7.2).

Рис.7.2 Сезонні коливання атмосферної вологості в різних

географічних районах України і Росії:

1 – Приазов’я; 2 – Придніп ров’я; 3 – Донбас; 4 – Урал

Ще в першій половині Х1Х сторіччя доменщики мали уяву про сильний вплив коливань атмосферної вологи на роботу печей. Для зменшення цього впливу пропонували протилежні підходи – осушення (Нельсон, Англія, 1825 р.) і зволоження (Штромейєр, Німеччина, 1830 р.). Майже через століття в США виникла і була тимчасово реалізована ідея кондиціонування дуття, тобто автоматичне підтримання вмісту вологи в дутті на заданому рівні.

В області фурмених вогнищ при найвищих температурах можливе розкладення вологи дуття з виділенням в газову фазу водню і кисню:

Н₂О_параН₂ + 1/2О₂ - 242,802 МДж (7.3)

Вуглець розжареного в горні доменної печі коксу і паливних добавок приймає участь в розкладенні водяної пари з утворенням водню і оксиду вуглецю

Н₂О_пара +С Н₂+СО - 124,453 МДж (7.4)

Розкладення водяної пари в горні викликає суттєві зміни в доменному процесі.

• зниження температур в горні внаслідок ендотермічності розкладення супроводжується зменшенням об’єму, швидкості і підйомної сили газів, що надає можливість збільшити витрату дуття і продуктивність печі;

• надходження в газову фазу продуктів розкладення пари О₂ і Н₂ інтенсифікує горіння і відновлення оксидів посереднім шляхом, що сприяє як інтенсифікації виплавки чавуну, так і підвищенню її економічності.

Зміну степені посереднього відновлення при зволоженні дуття парою можна орієнтовно розрахувати за виразом

R_i = R _(7.5)

де: R_i, – степінь непрямого відновлення відповідно після і до зволоження дуття, долі одиниць; – степінь використання відновлювальної здатності водню, долі од.; V_H – кількість водню в доменному газі, м³/т чавуну; О_ш – кількість газифікованого кисню шихти, м³/т чавуну.

Вказані вище позитивні зміни в доменному процесі можливі лише за умов компенсації витрат теплоти на розкладення вологи і підігрівання продуктів цього розкладення. Компенсація звичайно відбувається за рахунок підвищення температури дуття на 5-9С на кожний грам Н₂О в м³ дуття, або 40-72С на кожний 1% вологи в дутті. Якщо ж такої компенсації не було, коливання вмісту атмосферної вологи в дутті супроводжувалися значною перевитратою коксу.

Саме тому осушення дуття, реалізоване в 1904-1916 р.р. в США, Канаді і Англії, в 70-х роках того ж сторіччя в Японії, мало значний позитивний ефект безпосередньо в доменному процесі. Але в доменному виробництві, як в технічній системі взагалі, осушення дуття було далеко не бездоганним удосконаленням технології. Висока вартість спорудження і експлуатації, ненадійність в роботі пристроїв для зневоложення дуття стали на перешкоді подальшого впровадження і існування технології на початку ХХ століття. Використання японських технічно досконалих засобів осушення дуття було згорнуто внаслідок недоцільності втрати калорійності і кількості доменного газу при зневоложенні дуття, оскільки в умовах тодішньої енергетичної кризи доменний газ складав суттєву частку в паливному балансі металургійного підприємства.

В 1937 р. А.П.Афанасьєвим та Л.Я Габрієляном було запропоновано для регулювання ходу та інтенсифікації роботи доменних печей зволожене пароповітряне дуття. Зволоження дуття шляхом добавлення до нього 2-5% водяної пари при відповідному підвищенні температури дуття набуло в СРСР в 50-х роках широкого розповсюдження. Підвищення продуктивності печей внаслідок впровадження технології плавки на дутті підвищеної і постійної вологості складало на окремих заводах від 5 до 15% при економії коксу від 2 до 5%.

З впровадженням технології виплавки чавуну з вдуванням холодного природного газу в горн доменних печей штучне зволоження втратило техніко-економічну доцільність, оскільки за допомогою природного газу більш ефективно досягалася мета - зниження температур в горні і підвищення відновлюваної здатності пічного газу.

Однак технологія з невеликим додаванням пари для оперативного регулювання теплового режиму зберігалася. Похолодання печі при нестачі теплоти в горні усувається тимчасовим зменшенням кількості вдуваємої пари, небажаний розігрів - збільшенням кількості подавання пари.

Практика останніх десятиліть свідчить про те, що в умовах припинення постачання природного газу майже єдиним способом утримання достатньо високої температури дуття і запобігання різкого падіння показників доменної плавки є зволоження дуття парою. В той же час роботу на зволоженому дутті можна розглядати як вимушений тимчасовий захід, обумовлений відсутністю на багато більш ефективних технологій, перш за все вдування пиловугільного палива, як альтернативи природному газу.