Воздух, поступивший в фурмы, проходит в шахту и, взаимодействуя с углеродом топлива, поддерживает горение кокса по следующим реакциям.

Непосредственно у фурм в условиях избытка кислорода развивается реакция

С + O2 → CO2 + 393800 кДж . (3.1)

Данная реакция является основным источником теплоты, образующейся в вагранке. Благодаря этой реакции температура кокса и газов достигает наивысших значений. В результате реакции (3.1) создается восходящий поток раскаленных газов. Теплота потока газов используется для подогрева материалов, плавления, перегрева металла и шлака.

По мере уменьшения избытка кислорода реакция (3.1) заменяется реакцией

2C + O2 → 2CO + 110600 кДж. (3.2)

В соответствии с реакцией (3.2) растет содержание СО в газах.

Изменение состава газов н температуры по высоте шахты вагранки

Изменение состава газов по высоте шахты вагранки представлено на рис. 3.2. Далее восходящий поток газов, проходя через столб раскаленного кокса, очень скоро полностью теряет свободный кислород, в результате чего возникает и развивается эндотермическая реакция, связанная с поглощением теплоты:

С + CO2 → 2CO — 172600 кДж. (3.3)

Температура газов восходящего потока несколько понижается, но вскоре поток газов встречается с первой металлической колошей, реакция (3.3) прерывается, и далее состав газов остается практически неизменным. Температура потока продолжает понижаться за счет полезной передачи теплоты встречному потоку материалов. Благодаря этому колоши металла и топлива нагреваются, и, опускаясь от загрузочного окна к плавильному поясу, металл плавится и стекает на подину. Материалы проходят ряд зон (рис. 3.2 и табл. 3.2), где указаны основные процессы в зонах (при этом зона перегрева включает в себя III и IV зоны рис. 2.2.).

Процессы, происходящие в вагранке по зонам шахты

Рассмотрение этих процессов приводит к важным выводам, знание которых делает возможным активно управлять ходом ваграночного процесса, добиваясь большей эффективности плавки. Хорошо или плохо работает вагранка, какова эффективность ее работы, об этом можно судить по производительности вагранки и температуре.

Схема устройства вагранки открытого типа с копильником