Анализ производственных данных

В заключение рассмотрим результаты ряда опубликованных исследований на доменных печах. Исходные данные для сведения баланса по водороду его количества, поступающие из различных источников, недостаточно точны, что вызывает погрешности в расчетах, в особенности при небольших количествах водорода.

Кроме того, при существующих методах введения газообразного топлива в горн доменной печи водород крайне неравномерно распределяется по ее сечению. Поэтому рассчитанные по балансу водорода содержания водяного пара в различных точках сечения печи мало пригодны для характеристики поведения водорода в слое материалов.

Состав газа по высоте и сечению печи: Для оценки поведения водорода по сечению и высоте печи необходимо непосредственное определение содержания паров воды в печных газах. В исследованиях на доменных печах для этой цели пока используют психрометр, работа с которым требует соблюдения ряда условий, не всегда в полной мере осуществимых в производственной обстановке. Кроме того, как показано в работе, неизбежны погрешности и при градуировке шкалы прибора по воздуху.

Однако предлагаемый авторами метод расчетно-экспериментального определения психрометрической постоянной с использованием константы равновесия реакции водяного газа не вполне обоснован. Равновесие этой реакции в присутствии шихтовых материалов доменной плавки при температурах ниже 700 800°С, как правило, не достигается. Лучше всего градуировать психрометр по синтетическим газовым смесям, приближающимся по составу к исследуемым. Многие из них лежат ниже кривой, т. е. состав газа далек от равновесного по отношению к этой реакции.

Таким образом, подтверждаются данные лабораторных исследований: реакция водяного газа протекает быстрее восстановления и состав газа в слое шихты не сильно отличается от равновесного по отношению к реакции. Но этот вывод применим к температурам выше 700 800°С. В пробах, относящихся к колошниковому газу, связь между Сн2 и Ссо проявляется значительно слабее. Причем точки располагаются гораздо выше равновесной изотермы 700°С и тем более выше изотерм, отвечающих температурам на колошнике (300 400°С).

В неизотермических областях теплообмена в нижней и верхней частях печи картина более сложная. Как установлено рядом исследований, на нижней ступени теплообмена современных доменных печей процессы восстановления и накопления в газе С02 и Н20 протекают гораздо интенсивнее, чем на верхней; в нижней части течи величина нарастает по ходу движения газа интенсивнее, чем в верхней части.

Константа равновесия, напротив, при низких температурах изменяется с температурой более интенсивно, чем при высоких. Например, при понижении температуры от 500 до 400° С константа равновесия реакции водяного газа увеличивается в 2,5 раза, а при понижении на те же 100 град от 1100 до 1000°С всего в/1,18 раза. Таким образом, на нижней ступени теплообмена числитель в уравнении увеличивается по ходу газа быстрее знаменателя и степень использований водорода, так же как и окиси углерода, возрастает.

На верхней ступени, наоборот, числитель растет гораздо медленнее знаменателя. Степень использования водорода по мере понижения температуры быстро убывает, а степень использования окиси углерода возрастает кислород водяного пара передается углекислому газу. Напомним, что эти выводы применимы лишь к равновесию реакции водяного газа. В верхней части доменной печи такого, однако, не наблюдается.

Вследствие быстрого снижения температуры (ниже 700 800°С) реакция (3) даже в присутствии легковосстановимых железорудных материалов (хороших катализаторов) существенно замедляется и не достигает равновесия. Таким образом, степень использования водорода достигает максимума в верхней части области замедленного теплообмена. Далее по ходу газа она либо остается почти неизменной при заторможенной реакции водяного газа, либо убывает в соответствии со степенью развития этой реакции. Между тем степень использования окиси углерода продолжает расти.

Итак, на верхней ступени теплообмена водород не участвует в обратимых реакциях восстановления низших окислов железа и всю восстановительную работу выполняет окись углерода. Максимальное значение степени использования водорода не может заметно превышать равновесную по отношению к реакции восстановления закиси или магнитной окиси железа водородом величину, отвечающую температуре верхней части области замедленного теплообмена. При наличии в железорудных материалах гематита водород в какой-то мере может участвовать в необратимом превращении Fe 03-Fe304.

Однако по кинетическим причинам да еще при значительных концентрациях в газе СОг и Н20 на верхней ступени теплообмена роль водорода в таком процессе ограничена и Степень его использования не может заметно увеличиться. Для определения отношения атомных концентраций кислорода к углероду (величины В) на разных горизонтах печи необходимо знать степени восстановления окислов железа, достигнутые на соответствующих горизонтах. Как уже отмечалось, значительная часть кислорода отнимается от окислов железа при высоких температурах.

С учетом этих данных принимаем следующие степени восстановления: 80; 60; 35 и 5%, достигнутые при температурах газа 1200; 10130; 800 (внизу области замедленного теплообмена) и 8Й0°С (вверху этой области) соответственно. Эти данные не сильно отличаются от результатов наблюдений на доменной печи Криворожскогб металлургического завода. Работа подтверждает также значительное смещение восстановительных процессов в область высоких температур.

В реальных условиях доменной плавки кривые изменения фактических отношений концентраций Н20/Н2 и С02/СО в верхней части печи размещаются, очевидно, между кривыми для крайних случаев. В начале области смешанного восстановления, когда в газах еще отсутствуют С02 и Н20, водород по термодинамическим и кинетическим причинам полнее участвует в восстановлении, чем окись углерода. По мере накопления в газе С02 и Н20 быстро, уже при достаточно высоких температурах, устанавливается равновесие реакции водяного газа, которое- сохраняется на значительной части высоты печи, вплоть до 700 800° С.

При равновесии реакции водяного газа (т. е. на значительной части высоты печи) восстановительные потенциалы водорода и окиси углерода по отношению к одному и тому же окислу одинаковы. Отношение и степень использования окиси углерода непрерывно растут по ходу газового потока. Степень использования водорода на нижней ступени тепло обмена чаще всего растет по ходу газа. В области замедленного теплообмена она растет пропорционально степени использования окиси углерода.

Отношение степеней использования водорода и окиси углерода определяется температурой в этой области: чем она выше, чем больше отношение. На верхней ступени теплообмена по ходу газа степень использования водорода может только уменьшаться и ее величина достигает максимума в верхней части области замедленного теплообмена. Максимальное значение степени использования водорода для печи в целом не может превысить равновесную для восстановления водородом закиси или магнитной окиси железа величину, отвечающую температуре верхней части области замедленного тепло обмена.

Зависимость отношения и степени использования СО от доли водорода в печных газах (от величины А) неоднозначна. Улучшение использования СО с увеличением А возможно лишь .в том случае, если при этом в определенной "степени возрастает отношение В. Отношение конечных степеней использования водорода и окиси углерода (по составу колошникового газа) определяется главным образом степенью развития реакции водяного газа на верхней ступени теплообмена.

    Пока нет новостей