Доменное производство

Движение и теплообмен плавильных материалов и газов

Доменный процесс является процессом непрерывного, нецикли­ческого характера. Основные его исходные звенья — опускание загруженных шихтовых материалов и противоток газов из зоны горения кокса — происходят постоянно и приблизительно в одном и том же режиме. Этим определяется устойчивость условий работы отдельных элементов печи и протекающих превращений. Создаются более выгодные предпосылки для контроля и автоматического регулирования как тепловых, так и физико-химических процес­сов в доменной печи.

В основе доменного процесса — физико-химические изменения, происходящие с исходными материалами вплоть до образования чугуна и шлака. Эти процессы находятся в тесной связи с движе­нием материалов, их перераспределением в печи, а также с тепло­обменом горячего доменного газа и нагреваемых материалов.  Шихтовые материалы непрерывно движутся навстречу потоку газов, образующихся при сгорании кокса у фурм. Движение столба материалов обусловлено освобождением объема при горении кокса в горне, истиранием, измельчением и плавлением материа­лов, расходованием кокса на восстановление и периодическими выпусками чугуна и шлака. Скорости опускания шихтовых ма­териалов по сечению печи весьма неравномерны и могут коле­баться, например, от 20 до 140 мм/мин. По высоте печи скорости
уменьшаются от верхних к нижним горизонтам с 10 до 3,5 м/ч.

Интенсивность теплообмена газов и опускающихся материалов по высоте доменной печиНеодинаковая скорость опускания материалов по сечению печи сопровождается явлением опережения. Оно заключается в более быстром продвижении вниз более тяжелого и мелкого материала т. е. железорудной части шихты. Эта составляющая шихты перемещается по вертикали и оттесняет кокс к стенкам. Распределение материалов, существующее на уровне засыпи, изменяется. У периферии оказывается больше кокса, который, в отличие от руды или агломерата, перемещается не только по вертикали, но и по горизонтали. Получает развитие периферийный поток газов.

Движение газового потока вверх происходит с гораздо большими скоростями, чем опускание материалов. Время пребывания газов в печи составляет, по результатам измерений с помощью радиоактивных изотопов, 1—3 сек. Несмотря на это, теплообмен газового потока с жидкими и твердыми фазами в печи происходит весьма полно. Наиболее интенсивно он протекает в нижней и верхней зонах печи, что видно из сопоставления температур газов и шихты (рис. 31). Согласно теории Б. И. Китаева, подобное распределение температур определяется наличием теплотехнической зоны с практически завершенным теплообменом (холостая высота, рис. 31). Резкое падение температур в нижней зоне, кроме прямого теплообмена высокотемпературных газов, обусловлено интенсивным протеканием эндотермических реакций восстановления углеродом. В верхней зоне значительное понижение температуры газов связано с охлаждающим действием загружаемых материалов.

Все рубрики