38. Технико-экономические показатели доменного производства.

Основными показателями доменной плавки являются производительность печи и расход наиболее дорогостоящего и дефицитного компонента шихты – кокса.

Поскольку производительность печи зависит от ее размеров, для оценки работы используют отношение суточной производительности P_сут к полезному объему печи V₀. В нашей стране распространен обратный показатель – коэффициент использования полезного объема печи: КИПО равен V₀/P_сут м³·сут/ч. Чем лучше работает печь, тем ниже КИПО. При плавке литейного и специальных видов чугунов производительность печи ниже, чем при плавке передельного чугуна, поэтому пользуются пересчетными коэффициентами.

Производительность печи зависит от интенсивности плавки, рудной нагрузки на кокс и от простоев печи. Чем выше первые два фактора и ниже третий, тем выше производительносьт.

Интенсивность плавки определяют различными величинами: количеством кокса, использованного в печи и отнесенного к 1 м3 полезного объема печи или к 1 м2 сечения горна; количеством проплавленной железорудной части шихты; количеством дутья на 1 м3 объема печи и т.д. Чаще всего интенсивность оценивают по формуле, т/(м3/сут):

I = K / V₀, где K – количество сожженного в печи кокса, т/сут.

Если отношение количества сожженного в печи за сутки кокса к суточной производительности печи, т.е. удельный расход кокса, обозначить через k, то КИПО = k / I.

При использовании углеродсодержащих добавок интенсивность оценивают по сожженному в печи углероду, т/(м3·сут):

где и - соответственно содержание углерода в коксе и добавках, %; - расход добавок, т/сут.

39. Связь показателей восстановления и расхода кокса.

Ход процесса восстановления существенно влияет на тепловую работу печи, а следовательно на расход горючего углерод расходуется как восстановитель и как теплоноситель – для возмещения затрат тепла на проведение эндотермических реакций прямого восстановления.

Для наиболее простых условий (при отсутствии водорода, карбонатов и пр)

Р = O_ш/С_г = O_ш/(CO+CO₂)

q = 0,5*_CO.

тогда Ri = 0.5(CO+CO₂) _CO/ O_ш

значение CO+CO₂ является величиной, близкой к к расходу углерода на процесс (т.е. это углерод поступивший в печь за вычетом углерода, перешедшего в чугун и вынесенного с пылью. O_ш – изменяется в узких пределах и для одной шихты практически постоянна.

тогда

Ri = К_CO

где К – расход кокса,

 = 0,5Ск(1-b)/ O_ш

Ск – содержание углерода в коксе,

b – доля углерода, перешедшего в чугун и унесенного с пылью.

При постоянных условиях плавки, когда Ск, Ош и b постоянны, существует взаимосвязь расхода кокса в печи и двух показателей степени непрямого восстановления и степени использования химической энергии газа. Существует два пути роста Ri: увеличение количества газа-восстановителя, что связано с повышением расхода кокса и экономически невыгодно, однако оправдано при вдувании в печь углеводородов и улучшение использования газа в печи.

40. Механизм процесса восстановления

Сегодня нет единой трактовки механизма восстановления окислов в доменной печи.

Наиболее исследован процесс восстановления куска руды в области умеренных температур.

В пространстве между кусками руды и в крупных порах течет газ-восстановитель.

• Для контакта с реакционной поверхностью газу-восстановителю нужно диффундировать по микропорам куска, а также через слой образовавшихся твердых продуктов восстановления внутрь куска. Газообразные продукты тем же путем отводятся из зоны реакции. Для описания диффузии через граничный слой газа толщиной l используется коэффициент массопередачи.

 = D/l, где D – коэффициент диффузии газа восстановителя

Коэффициент диффузии газов 1 и 2 в бинарной смеси

где t – температура, С

р – давление , кПа

М₁ и М₂ – молекулярные массы газов

₁ и ₂ - диаметры молекул газа , Å.

При диффузии в порах удары молекул о стенки поры, будут чаще, чем столкномения молекул такое движение называется кнудсеновским или молекулярным, коэффициент кнудсеновской диффузии

D^k = 8/3d(RT/2M)^1/2

где d – эффективный размер поры.

• Далее необходима адсорбция газа-восстановителя на поверхности твердой фазы. На этой поверхности протекает реакция восстановления, включающая отнятие кислорода от окисла, образование и рост зародышей продуктов восстановления – магнетита, вюстита и железа.

• Последующее наращение слоя продуктов реакции происходит в результате твердофазных реакций и диффузии в твердой фазе. Диффузия преимущественно протекает по вакансиям кристаллической решетки вюстита.

Движущей силой на каждом этапе является отклонение от положения равновесия. Например, для диффузии - это разность концентраций (или давления) реагентов в начале и в конце диффузионного пути. Важное значение имеет определение лимитирующей стадии.

По С.Т. Ростовцеву критерием является показатель S = (k/D)^1/2r₀

где r₀ – исходный размер окисного шара.

k – константа скорости химической реакции

 – удельная поверхность пор

D – коэффициент диффузии газа через поры

 – удельный объем пор.

если S<0.1 – процесс идет в кинетическом режиме

если S>40 – процесс идет в диффузионном режиме скорость лимитируется подводом газа-восстановителя к реакционной поверхности.

В промежуточной области при низких температурах – кинетический режим, при высоких – диффузионный.