Доменное производство

Процессы при нагреве сырых материалов

При работе доменных печей преимущественно на агломерате колошник и шахта освобождаются от эндотермических процессов испарения влаги и особенно разложения соединений, содержащихся в сырых материалах — гидратов и карбонатов. Эти про­цессы сохраняют лишь второстепенное значение и должны учитываться при работе с увлажненными и не прошедшими горячей подготовки материалами.

Увлажненные материалы содержат гигроскопическую влагу, удерживаемую за счет физических капиллярных сил в порах и непосредственно на поверхности кусков. Эта влага испаряется в поток отходящих газов, причем из крупных, медленно прогревающихся кусков, а также из узких и закрытых пор, при температурах до 200° С. Температуры газов на колошнике 200—300° С достаточны для завершения этого процесса.

Удаление гидратной влаги связано с условиями диссоциации гидратов Мех (ОН)y. При обычном содержании водяных паров в колошниковом газе до 2—3% рН2O составляет до 5,067 кн/м(0,05 aт) и условие диссоциации гидратов pH2OMex(OH)y ≥ pH2Oгаз выполняется, начиная с 200° С [для Fe (ОН)3]. Процесс заканчивается при 300° С, а в более крупных кусках при 400° С. Присутствующий в некоторых рудах химически прочный гидрат пустой породы каолинит Al2O3-2SiO2-2H2O разлагается в интервале температур 400—800° С.

Разложение углекислых солей (карбонатов) начинается в соответствии с химической прочностью при различных температурах, когда pCO2MeCO3 ≥ pCO2газ. Карбонаты шпатовых железняков FeCO3 и марганцевых руд МnСO3 достигают рсо = 101,32 кн/м2 (1 aт) при 400 и 560° С соответственно, т. е. начало их разложения относится к еще более низким температурам, так как pCO2газ  < 101,32 кн/м2 (1 aт). Значительно позже начинается разложение известняка, содержащего СаСO3 и диссоциирующего по реакции

СаСO3 = СаО + СО2; ∇G° = 171 000 — 144,6T дж/моль

(40 825 — 34,51 T кал/моль),

Упругость диссоциации СаСO3 достигает рсо2 при температурах около 850° С (pCO2газ = 30,4÷40,5 кн/м2 (0,3÷0,4 aт). Интенсивная диссоциация известняка происходит при условии pCO2CaCO3 ≥ pобщ т. е. приблизительно при 980—1000° С [когда рСО2 достигнет 253—304 кн/м2 (2,5—3 aт)]. Для достижения таких температур в центре кусков температура их поверхности должна быть 1100—1150° С (известняк мало теплопроводен), а температура газа у поверхности 1150—1200° С. Таким образом, процесс диссоциации известняка может затягиваться до нижних горизонтов шахты. Исключение известняка из шихты при переходе на работу с офлюсованным агломератом позволило сэкономить до 15% общего прихода тепла, облегчить дефицит теплового баланса средней зоны печи и улучшить восстановительные свойства доменного газа за счет снижения в нем содержаний СO2.