Водород и степень прямого восстановления

Введение в доменную печь водородсодержащих топлив уменьшает степень прямого восстановления окислов железа Rd. Бесспорно, одной из причин такого уменьшения является повышение относительного количества И общей концентрации восстановителей в печных газах. Повышение концентрации реагентов, ускоряя восстановление, не должно, однако, давать ощутимого увеличения суммарной степени использования восстановителей Cs.

Ряд авторов полагает, что процесс дополнительно ускоряется водородом. В работах это обосновывают схемой восстановления пористых окислов совместно водородом и окисью углерода, предложенной К. К. Шкодиным. Из теоретического анализа следует, однако, что в условиях доменной печи при температурах материалов ниже 900°С замена части окиси углерода водородом не должна давать ощутимого ускорения газообмена в порах.

С этим согласуются и результаты лабораторных исследований, по которым замена части окиси углерода водородом при восстановлении материалов, применяемых .в современной доменной практике, во всяком случае при 900°С и ниже, мало влияет на скорость процесса для слоя в целом. Таким образом, наблюдаемое в ряде случаев увеличение Сг три вдувании в доменную печь природного газа нельзя объяснить предполагаемым, но не реализуемым ускорением восстановления водородом при умеренных температурах.

Не исключено, что специфические свойства водорода проявляются при более высоких температурах, в области смешанного восстановления. Но там окислы находятся уже в размягченном и даже расплавленном состоянии и механизм процесса должен отличаться от схемы, предложенной в работе. Особенности восстановления, в частности водородом, в таких условиях экспериментально мало изучены, и без специальных исследований трудно судить о его поведении, тем более в слое и при участки в процессе твердого углерода.

Уместно напомнить, что предположение ряда авторов об ускоряющем влиянии водорода в доменной печи основано на некоторых экспериментальных исследованиях, .проводившихся именно при умеренных, а не высоких температурах. Другой важной причиной повышения степени непрямого восстановления при вдувании восстановительных газов является замедление процессов газификации углерода при одновременной интенсификации восстановительных процессов нижних частях доменной печи.

Инжекция природного (коксового) газа, (повышая концентрацию в газеН2, с одной стороны, ускоряет восстановление, с другой тормозит газификацию углерода. Для каждого завода при увеличении расхода природного .газа выход колошникового газа на 1 г чугуна изменяется сравнительно мало, в то время как его выход, отнесенный к единице массы кокса, значительно возрастает.

В результате сокращаются время контакта газов с коксом и степени превращения CO2 и H2O при взаимодействии с углеродом, что равносильно уменьшению скорости газификации углерода. Это ведет расширению температурной области непрямого и смешанного восстановления и сокращению степени прямого восстановления.

Следует отметить еще немаловажную причину уменьшения Rd изменение условий теплообмена и вида температурного поля в нижней части печи. М. А. Стефанович, Ю. В. Федулов и Л. Я. Шпарбер, обосновавшие эту причину, полагают, что введение природного газа вызывает качественно такие же изменения условий теплообмена, как и понижение нагрева дутья: снижается температура около фурменных очагов, увеличивается высота нижней ступени теплообмена и расширяется зона умеренно высоких температур.

Следовательно, расширяется область смешанного восстановления и понижается степень прямого восстановления. Такое изменение вида температурного поля возможно, однако, в том случае, если повышение подачи природного газа сопровождается снижением отношения водяных эквивалентов материалов и газов, иными словами, увеличением относительного количества печных газов.

На исследуемой печи ММК последнее действительно наблюдалось: расходам природного газа 0;60и90отве-чали выходы колошникового газа 1980, 2090 и 2130 м3/т чугуна соответственно. Расчеты А. Н. Рамма также показывают, что повышение расхода природного газа Г при условии постоянства теоретической температуры горения (1940±200°С) и прочих равных условиях ведет к увеличению относительного количества колошникового газа vT. Для доменных печей ряда заводов зависимость между величинами vr и Г получается либо противоположной, либо не наблюдается.

Дело в том, что применение природного газа обычно корректируют повышением нагрева и снижением влажности дутья. В ряде случаев одновременно улучшают и сырьевые условия. Все это дополнительно снижает расход кокса, ведет к уменьшению выхода колошникового газа и увеличению коэффициента замены кокса природным газом б. При значении 8> 1,7 величины Г и б начинают изменяться в противоположных направлениях. При работе на дутье, обогащенном кислородом, это предельное значение коэффициента б снижается.

С увеличением расхода природного газа (при постоянном содержании кислорода в дутье) фактическая величина 6 уменьшается и роль теплообменного фактора возрастает. К числу других причин, улучшающих использование восстановительных компонентов в доменной печи по мере увеличения расхода природного газа, можно отнести уменьшение неравномерности распределения по сечению печи водорода и, следовательно, улучшение его контакта с рудными материалами.

    Пока нет новостей