7.4.3 Комбіноване дуття

Дуття, до складу якого входять добавки у вигляді окислювачів (кисень, пара) і добавки у вигляді палива – джерела відновників (газоподібне, рідке та пиловугільне палива) називають комбінованим. Комбінування добавок дає змогу досягти більшої результативності та ефективності процесу за рахунок взаємного компенсуючого впливу на результати плавки.

Перші дослідні плавки при сумісному збагаченні дуття киснем і вдуванні природного газу були проведені в липні-серпні 1958 р. на доменній печі №12 Дніпровського металургійного комбінату в Дніпродзержинську. При вмісті кисню в дутті 23-24% і витраті природного газу 110 м³ на 1 т чавуну продуктивність печі зросла на 9,8%, а витрата коксу знизилась на 17,1%. Позитивний ефект було досягнуто тому, що було усунено негативний вплив кожної із добавок (табл.7.3) внаслідок протилежної дії добавок на процес.

Таблиця 7.3 - Зміна параметрів доменного процесу при використанні збагаченого киснем дуття і природного газу

Параметри процесу	Збагачення дуття киснем	Добавка при- родного газу
Вихід продуктів горіння при згоранні біля фурм 1 кг вуглецю на 1 кг чавуну	-	+
Горновий газ: частка монооксиду вуглецю прихід тепла, МДж/хв.	+ +	- -
Температура: в зоні горіння в нижній частині печі в верхній частині печі температура колошникового газу	+ + - -	- - + +
Розміри зон горіння	-	+
Інтенсивність горіння коксу	+	-
Питома витрата коксу	При виплавці феросплавів знижується, а при вип-лавці переробних чавунів не змінюється	-
Продуктивність печі	+	В бік збільшення змінюється мало

«+» - параметр збільшується; «-« параметр зменшується

Збагачення дуття киснем забезпечує підвищення інтенсивності ходу і продуктивності печі, а природний газ – зниження витрати коксу. При низькій ціні природного газу собівартість чавуну на комбінованому дутті знижувалася тим більше, чим більше витрачалося природного газу на одиницю маси додаткового кисню на збагачення дуття.

Для збереження нормальних теплових і газодинамічних умов в печі на кожний 1 м³ природного газу, поданого в піч, витрата кисню в дутті повинна бути підвищена на 1,3-1,7 м³, а витрата дуття зменшена на 3,8 м³.

Е фективність підвищення концентрації кисню в комбінованому дутті на 1% по мірі підвищення абсолютних її значень знижується. Це явище пояснюється різницею в зміні об’єму продуктів неповного горіння одиниці вуглецю в початковій і в наступних стадіях збагачення дуття киснем. Зміна кількості газів, що утворюються при згоранні 12 кг вуглецю, при підвищенні концентрації кисню в дутті від 21 до 100% показана на рис.7.6 кількість продуктів горіння зменшується у зв’язку з видаленням із дуття азоту. На початковій стадії збагачення спостерігається різке зменшення вмісту N₂ в дутті , тому збагачення дуття киснем на 1% на цій стадії повинно більше впливати на інтенсивність роботи печі, ніж в наступних стадіях:

Підвищення концентрації кисню,%	21 → 22 (а)	31 → 32 (б)	41 → 42 (в)
Зменшення кількості газів і очікуваний приріст продуктивності,%	3,7	2,4	1,7

Об’єм дуття, що містить заданий об’єм кисню, зменшується тим в більшій степені, чим вищий вміст кисню. Відповідно зменшується кількість кисню, котру необхідно додати до дуття, щоби підвищити його концентрацію в даному об’ємі на ту чи іншу відносну величину (на 1%). Так, для підвищення концентрації кисню в дутті, що витрачається на спалювання 12 кг вуглецю, в діапазонах а і б потрібно відповідно 0,65 і 0,30 м³ кисню, а для підвищення з 51 до 52% - всього 0,12 м³ (рис. 7.7). Таким чином, більш високий приріст виплавки чавуну при підвищенні концентрації кисню на 1% в початкових ситуаціях збагачення пояснюється більш високою витратою кисню для підвищення його концентрації на 1%.

Рис. 7.7. Зміна кількості додаткового кисню, необхідного для визначенні підвищення його вмісту в дутті, в залежності від вихідного вмісту за З.І.Некрасовим

В СРСР в семидесяті роки ХХ століття була освоєна технологія застосування комбінованого дуття високих параметрів (35% кисню в дутті, 150 м³/т чавуну природного газу). Вважали теоретично доцільним подальше збагачення дуття киснем до 40-45% при відповідному збільшенні витрати природного газу. В наш час у зв’язку з подорожчанням і кисню, і перш за все, природного газу комбіноване дуття з високих параметрів застосовується рідше і там, де різко відчувається дефіцит чавуну та існують достатні економічні передумови. Щодо комбінованого дуття з використанням пиловугільного палива, то слід зазначити, що застосування кисню в комбінаціях з ПВП теж доцільно, але у спеціальних пальниках для більш повної газифікації пилу.

Питання з теми для самостійного вивчення та осмислення

1. Дайте загальну характеристику відомим методам інтенсифікації доменної плавки.

2. Перелічіть позитивні і негативні зміни, що відбуваються в доменному процесі при підвищенні нагріву дуття.

3. Які удосконалення доменної технології дозволили суттєво підвищити температуру дуття у другій половині ХХ сторіччя?

4. Які зміни в доменному процесі викликає зволоження доменного дуття?

5. Як впливає підвищення концентрації кисню в дутті на процеси, що відбуваються в доменній печі?

6. За рахунок чого досягається економія коксу при вдуванні природного газу?

7. В чому полягають переваги і недоліки пиловугільного палива у порівнянні з іншими замінниками коксу?

8. Вкажіть, яким чином підвищення тиску в доменній печі впливає на газодинамічні процеси?

9. Як підвищення тиску в робочому просторі печі впливає на хімічний склад чавуну?