книги из ГПНТБ / Цылев Л.М. Процесс горения кокса в доменной печи

■Авторы связывали резкий подъем кривой кислорода на рас­

стоянии 1 м от устья фурмы с действием влаги дутья. По их мне­

нию, разложение влаги изменяет тепловое состояние горна в раз­

личных точках по-разному.

А. П. Любан приводит диаграмму изменения состава газа в горне с двумя максимумами СО2 для случая плавки ферросили­

ция [37].

Полученные Д. В. Ефремовым [22] индивидуальные диаграм­

Это обстоятельство наводит на мысль о том, что имеется зако­ номерная причина получения диаграмм такого типа.

Опыты авторов, проведенные в 1954 г. на заводах Ново-Туль­ ском, Ново-Липецком и «Свободный сокол», показали, что диа­ граммы, полученные А. Н. Редько и В. Ф. Кабановым, а также А. П. Любаном, имеют не частный и не случайный характер, как-

ранее казалось, а вызваны общей причиной — циркуляцией кок­ са в окислительной зоне [13].

В недавно появившейся интересной работе Д. В. Гулыги [36], составленной по материалам исследования, проведенного в 1952—1954 гг., сообщается, что ход горения кокса у фурм домен­

ных печей завода «Азовсталь» может характеризоваться диа­

граммами двух типов. Первый тип диаграммы соответствует го­

40

трубки имели диаметр от 57 до 75 мм, занимая существенную часть сечения фурмы Уменьшение живого сечения фурмы в за­ висимости от диаметра трубок показано в табл. 5.

И. 3. Козлович [38], применяя трубку диаметром 57,2 мм, до­

Следует отметить, что газозаборные трубки большого диамет­ ра должны были сильно прогибаться под своей тяжестью. Опи­ раясь на нижний край фурмы, трубки должны были, как прави­ ло, входить в доменную печь ниже струи дутья, выходящей из фурмы.

Другой недостаток применявшегося ранее метода исследова­ ния заключался в том, что пробы газа из окислительной зоны брали в довольно удаленных друг от друга точках (200—250 мм). Это не могло способствовать выявлению особенностей горения кокса в доменных печах.

Метод исследования окислительной зоны, использованный ав­

торами, отличался следующими особенностями. Забор газа про­ изводили сравнительно тонкими трубками (диаметром 41—51 мм,

вместо 60—75 мм). Трубки закрывали не более 4,6—7,2% пло­

щади сечения воздушной фурмы. Точки забора проб газа были удалены одна от другой на 100 мм, в средней же части окисли­ тельной зоны — на 200 мм. Легкая трубка малого диаметра, вво­ дившаяся в печь вручную (усилием 2—3 человек), позволяла производить исследование окислительной зоны через любую фур­ му печи и в то же время достаточно четко оконтуривать границу зоны циркуляции кокса по изменению усилий, затрачиваемых на продвижение трубки. Внутри сильно разрыхленной зоны цирку­ ляции трубка проходила очень легко, но продвижение далее чем на 100—200 мм за пределы этой зоны оказывалось невозможным. Эти 100—200 мм составляют промежуточный разрыхленный слой

1 В этом отношении выгодно отличается исследование Д. В. Ефремова, применявшего трубки диаметром 35 мм. Прим. авт.

42

между полостью циркуляции и окружающей ее малоподвижной

массой кокса.

Чтобы не допускать искажения состава проб газа, вместо про­ дувки трубки сжатым воздухом шлак из трубки удаляли шом­ полом.1

Трубку 'вводили в доменную печь по оси фурм или выше ее,

чтобы установить более четко влияние циркуляции кокса на про­ цесс горения. В последующем был изучен состав газа в вертикаль-

Рис. 24. Схема ввода трубы при изучении горения в вертикальной плоскости струи дутья:

А — сальник для изменения направления трубы

ном сечении окислительной зоны, для чего было сконструировано специальное сальниковое устройство, позволявшее вводить газозаборную трубку в печь под некоторым углом к горизонту (рис. 24). Предельный угол наклона трубки вверх и вниз определялся радиусом фурмы. Пробы газа отбирали в трех направлениях — по оси и под указанными предельными углами наклона трубки,

одну вслед за другой в течение примерно часа. Таким образом удалось изучить часть потока шириной 200—250 мм.

Типы диаграмм изменения состава газа в окислительной зоне

(результаты исследования)

Несмотря на значительные различия в составе газа по оси фурм в отдельных экспериментах, отмечавшиеся ранее многими

1 Перечисленные элементы методики авторов широко применялись и в прежних исследованиях, проводившихся на ММК, КМК и других заво­ дах. Прим. ред.

43

исследователями, особенности горения кокса, по данным авто­

ров, могут быть связаны с условиями плавки и охарактеризова­ ны особыми типами диаграмм состава газа.

Следует отметить, что при ровном ходе доменной печи про­ цесс горения имеет достаточно устойчивый характер, в чем неод­ нократно убеждались при последовательном (один вслед за дру­ гим) заборе серии проб газа (по 12 бюреток) по оси фурмы, (рис. 25).

Диаграмма типа / соответствует ровному ходу доменной пе­ чи при малом количестве жидких продуктов плавки в горне- (рис. 26). Кривая углекислоты характеризуется двумя макси­ мумами— один из них расположен вблизи глаза фурмы, дру­

44

гой — в конце окислительной зоны (на расстоянии 100—200 мм от ее границы).

Следует сразу же отметить, что существование этих двух мак­ симумов на диаграммах изменения состава газа отнюдь не сви­ детельствует о наличии перед фурмой двух последовательно рас­ положенных очагов горения. Как будет показано ниже, обнару­ женный характер кривых СО2 и О2 тесно связан с аэродинами­

ческими особенностями горения кокса у фурм, с влиянием на него процесса циркуляции. Разновидностью диаграммы типа 1 являются диаграммы, изображенные на рис. 25. Они также отно­ сятся к ровному ходу печи. Протяженность окислительной зоны в этом случае является, как правило, весьма значительной (1500 мм), что связано с хорошей проницаемостью центральной части столба шихты.

Содержание кислорода на диаграммах типа I (см. рис. 25 и 26) быстро уменьшалось вблизи глаза фурмы (часто до 3—7%); в пространстве между максимумами углекислоты содержание

кислорода повышалось до 10—20%, причем максимума (15— 20%) кислород обычно достигал на расстоянии 300—400 мм от границы окислительной зоны. Окись углерода, как правило, по­ являлась в точке наибольшего содержания СО2 и резко возрас­

тала до 35—40% у границы зоны.

Другой характер, хотя и очень схожий с уже описанным, име­ ют дна: раммы типа II. полученные в тех случаях, когда горн переполнен чугуном и шлаком (рис. 27). Об этом можно было судить по сопоставлению времени отбора проб газа и времени выпуска чугуна, а также по появлению на фурмах шлака. При отборе проб газа газозаборная трубка непрерывно заливалась чугуном и шлаком, в то время как при получении диаграмм ти­ па I заливание трубки наблюдалось как исключение. Содержа­ ние кислорода в тазе в некоторых (или во всех) точках, рас­ положенных между двумя максимумами СО2, очень низкое: сум­ ма кислорода в газах [S(O2+ СО2 +-^-СО)] пониженная и со­

ставляет 10—16%• Это показывает, что кислород дутья расходо­

вался в большом количестве на окисление чугуна и закиси же­ леза, содержащейся в шлаке.

Для диаграмм типов I и II чрезвычайно характерным явля­ ется изменение состава газа в конце окислительной зоны. На протяжении 200—300 мм содержание кислорода резко падает до 0%, содержание СО2 быстро возрастает до максимума и затем резко понижается до 1—2%, в то же время содержание окиси углерода на протяжении 100—200 мм изменяется от 0—5 до

30—45%.

Большая часть окиси углерода образуется в промежуточном слое между зоной циркуляции и неподвижным коксом, так же как и большая часть водорода из влаги дутья (рис. 28).

45

Типы Ш и IV диаграмм изменения состава газа перед фур­ мой доменной печи представлены соответственно на рис. 29 и 30-

Эти диаграммы, описанные ранее [22 и 13], характерны для не­ ровного хода лечи и периодов подвисаний.

32-

30-

28-

тур а дутья — 680° С)

При обрывах шихты на ходу течение процесса горения кокса у фурмы доменной печи сильно искажается (рис. 31). Обвалы

материалов нарушают нормальную циркуляцию кокса, вызыва­ ют внезапное появление значительного содержания окиси угле­ рода в газах, как у устья фурмы, так и в середине окислитель­ ной зоны.

Изменение состава газа в вертикальной плоскости потока,

Результаты исследования состава газа в трех направлениях

46

представлены на диаграммах рис. 32. Кривые изменения содер­

жания кислорода в газе сходны между собой благодаря нали­ чию максимумов на расстоянии 700 мм от устья фурмы (см.

°асстояние от устья фурмы, мм

Рис. 29. Диаграмма типа III изменения состава газа в зоне горения доменной печи при подвисании кокса над фурмен­ ным очагом:

ние кислорода в интервале 0—800 мм приходится на осевое на­ правление (см. рис. 32, б). Наименьшее — на нижнюю часть по­ тока, которая имеет тесный контакт с коксом и жидкими про­

дуктами плавки; поэтому здесь кислород быстро расходуется на окисление кокса и чугуна. В верхней части потока, ближай­ шей к устью фурмы (ом. рис. 32, а), содержится меньше кисло­ рода, чем в осевой, благодаря соприкосновению с кусками кокса,

вторгающимися в струю дутья сверху. Максимуму кислорода в

47

газе соответствует минимум углекислоты. Окись углерода об­

разуется в заметных количествах в осевой и верхней части по­ тока на расстоянии 900 мм, а в нижней части — на 'расстоянии

800 мм.

Кривые рис. 32 послужили для построения линий равного со­ держания СО2, О2 и СО в -вертикальном сечении потока дутья, состав которого по мере удаления от устья фурмы обогащается

Рис. 30. Диаграмма типа IV изменения состава газов в зоне горения доменной печи:

а— доменная печь Ново-Липецкого завода 4 ноября 1954 г. (количество дутья—2000 м3/мин; давление дутья — 1,8 ати\ температура дутья — 860° С); б— доменная печь завода <Свободный сокол» 5 ноября 1954 г. (количество дутья — 1480 м3/мин; давление дутья — 1,05 ати; темпера­

тура дутья — 750° С)

продуктами горения кокса (рис. 33). Вытянутость линий равной концентрации СО2 и О2 наклонно вниз указывает на первона­ чальное направление потока после выхода из фурмы. Затем на расстоянии 700—800 мм поток начинает подниматься; дальше

линии равных концентраций пересекают вертикальную плос­ кость потока в соответствии с внешними контурами зоны цирку­ ляции.

Вблизи фурмы, в верхней и нижней частях потока в газе при­ сутствует окись углерода, которая может быть двоякого проис-

48

хождения — из окружающей зону циркуляции газовой атмосферы или из продуктов горения, начинающегося непосредственно у са­ мого устья фурмы.

Подобный же характер имеют линии равной |Концентрации СОг, О2 и СО для отдельного исследования (рис. 34).

Рис. 31. Диаграмма изменения состава газа в зоне горения доменной печи при обрывах шихты:

2000 м3/мин; давление дутья — 1,6 ати; температура дутья — 820° С)

Во всех случаях длина окислительной зоны является наи­ меньшей ,в нижнем направлении; кверху она увеличивается на

150—200 мм.

Полученные при исследовании кривые изменения состава га­ за, отличные от ранее известных, указывают на самую непосред­ ственную связь между процессом горения и явлением циркуля­ ции кокса. Эта связь убедительно подтверждается исследова­ нием состава газа в вертикальной плоскости воздушного потока.