2 Теплообмін в доменній печі

Для того, щоб в доменній печі утворився чавун металургійну систему потрібно вивести із рівноваги. Це досягається протитечійним рухом гарячих відновлювальних газів вгору і шихтових матеріалів вниз в результаті залізорудна сировина нагрівається, відновлюється і розплавляється, іншими словами між газом і шихтою повинен відбуватися тепло- і масообмін.

Теплообмінні явища відносяться до числа провідних при організації доменної плавки, оскільки температури потоків газів і шихти характеризують не тільки інтенсивність розвитку теплових процесів, але й швидкості, повноту протікання фізико-хімічних процесів відновлення оксидів заліза та інших елементів, що визначають складі: якість чавуну.

2.1 Параметри для оцінки теплообміну в доменній печі

Параметром, що дозволяє вивчати закономірності теплообміну в доменній печі, є відношення теплоємкостей потоків газу (W_г) і шихти (W_ш):

m = W_щ / W_г (2.1)

Теплоємкість потоків визначається як добутки кількості газу (Р_г) і шихти (Р_ш)на їх теплоємність (С_г) і (С_ш):

W_ш = Р_ш  С_ш, кДж/(кгград) (2.2)

W_г = Р_г  С_г, кДж/(м³град) (2.3)

Теплоємність потоку газу (W_г) по висоті доменної печі залишається практично сталою, оскільки зменшення власне теплоємкості газу з падінням температури по висоті печі компенсується збільшенням кількості більш теплоємних газів в результаті відновлення рудної частини шихти, а іноді і розкладання карбонатів.

На відміну від W_г з теплоємкістю потоку шихти (W_ш) відбуваються суттєві зміни, обумовлені хімізмом доменної плавки. Особливо це помітно в нижніх горизонтах печі, де поряд з фізичними процесами розплавлення шихти і перегрівання розплаву, протікають процеси прямого відновлення, на розвиток яких витрачається значна кількість теплоти – більше 7000 кДж на кожний м³ діоксиду вуглецю, що утворився. Врахувати особливості розрахунку теплоємкості потоку шихти дозволяє введення в практику розрахунків шарових процесів поняття – удаваної теплоємкості шихти. Через удавану теплоємкість шихти можна врахувати всі джерела і стоки тепла, що супроводжують як фізичні та і хімічні процеси, а також теплові витрати.

Доцільно вести розрахунок теплоємкостей потоків газів і шихти, відносячи їх до 1 т чавуну. Приклад розрахунку удаваної теплоємкості гіпотетичної шихти для верхньої частини доменної печі представлений в табл. 2.1. Сучасні умови доменної плавки відображають дані представлені на рис. 2.1, із аналізу яких слідує, що за температур вище 1000С суттєво зростають витрати теплоти на фізико-хімічні процеси, особливо на процеси прямого відновлення.

Таблиця 2.1. Розрахунок удаваної теплоємкості шихти

Складові шихти та статті витрати теплоти	Витрата матеріалів, кг/т чавуну	Теплоємкість, кДж/(кгК)	Витрата теплоти, кДж/т чавуну	Витрати теплоти, кДж/(тК)
Кокс сухий	463	1,09	-	504,7
Обкотиші	486	0,88	-	427,7
Агломерат	1176	0,91	-	1072,9
Залізна руда	55	0,87	-	56,6
Вапняк	16	1,17	-	18,7
Волога	13	-	32700	38,4
Розкладання вапняку	-	-	17600	20,6
Зовнішні втрати	-	-	96000	113,0
Непряме відновлення	-	-	53300	62,6
ВСЬОГО:				2190

Рис. 2.1. Змінення теплоємкостей потоків газу та шихти доменної печі в залежності від температури за Ю.Г.Ярошенком зі співробітниками

Сучасні умови доменної плавки відображають дані представлені на рис. 2.1, із аналізу яких слідує, що за температур вище 1000С суттєво зростають витрати теплоти на фізико-хімічні процеси, особливо на процеси прямого відновлення.