Идея вдувания в доменную печь газообразного и других видов топлива связана со стремлением снизить расход дефицитного кокса и в ряде случаев повысить роль водорода как восстановителя.

Наиболее рационально осуществлять вдувание через фурмы в окислительную зону, где обеспечивается возможно полное сго­рание добавок. В СССР широкое распространение получило вду­вание природного газа, содержащего преимущественно метан СН4.

В окислительной зоне вначале образуются продукты полного сгорания — СO2 и Н2O, а затем за пределами окислительной зоны при взаимодействии их с коксом получаются соответственно СО и Н2:

СО2 + С = 2СО — 172 кдж/моль (—41,22 ккал/моль)]

Н2O + С = СО + Н2 — 131 кдж/моль (—31,46 ккал/моль).

Суммарное выделение тепла получается меньшим, чем при сго­рании кокса, ввиду затрат на диссоциацию метана и других угле­водородов. Кроме того, кокс вносит в горн физическое тепло, на­копленное им при продвижении по высоте печи, а природный газ вводится в горн холодным. Горение же природного газа дает зна­чительно больший объем продуктов сгорания. При сгорании у фурм кокса до СО на 1 кг углерода выделяется 9828 кдж/моль (2390 ккал/моль) и образуется 5,38 м3 продуктов сгорания, а при сгорании СН4 до СО и Н2 на 1 кг углерода приходится 3108 кдж/моль (740 ккал/моль) и образуется 9,11 м3 продуктов сгорания. Поэтому при вдувании природного газа понижается максимальная температура в очагах сгорания и средняя темпе­ратура горна.

Для сохранения прежнего теплового состояния горна вдува­ние природного газа должно сопровождаться снижением влажности дутья, повышением его температуры или обогащением кислородом. Вдувание 1 м3 на 1 т чугуна требует повышения температуры дутья на 4 град; следовательно, при повышении температуры дутья на 100 град количество вдуваемого газа может быть доведено до 25 м3/т чугуна.

Большие количества газа удается применять при одновременном обогащении дутья кислородом, это сочетание дает наибольший эффект. Для сохранения тепловых условий на 1 м3 природного газа требуется добавка 1,3—1,7 м3 кислорода в воздушное дутье. Обо­гащение дутья кислородом связано с повышением температуры сгорания, средней температуры горна и сокращением количества дутья и образующихся газов. Определенное соотношение природ­ного газа и кислорода дает возможность не только существенно снизить удельный расход кокса, но и увеличить производитель­ность печей за счет увеличения количества дутья и лучшей хими­ческой работы газов с более восстановительными свойствами.

Конкретные результаты зависят от исходных условий плавки. При вдувании природного газа в количестве до 0,8 м3 на 1 кг углерода расход кокса снизился в среднем по 40 печам Юга на 12,7%. По заводу им. Дзержинского при вдувании на 1 т чугуна 109 м3 природного газа и 59 м3 кислорода расход кокса снизился на 16,6% и производительность возросла на 9,3%.

Наибольшая экономия кокса достигается при дополнительном снижении влажности и повышении температуры дутья. По рас­четам Гипромеза, для крупных доменных печей Магнитогорского металлургического комбината при дутье с 40% О при темпера­туре 1200° С и вдувании природного газа в количестве 209 м3/т расход кокса может быть снижен по сравнению с обычным дутьем при 900° С в 1,5 раза и доведен до 390 кг/т чугуна.

Улучшение технико-экономических показателей плавки при вдувании природного газа связано главным образом с улучше­нием условий восстановления в доменной печи. Выходящий из горна газ содержит повышенные количества водорода, который является активным восстановителем окислов железа. Участие водорода в процессах косвенного восстановления возрастает с 7— 8% для обычных условий до 25—30%. Такое весьма значительное участие водорода в восстановительных процессах связано с ин­тенсивной регенерацией водорода в области пониженных и осо­бенно в области повышенных температур по реакциям НаО + + СО = СО2 + Н2, Н2O + С = СО + Н2 соответственно и с по­вторным участием его во взаимодействии с окислами железа.

В связи с дефицитностью коксующихся каменных углей целе­сообразна частичная замена кокса пылевидным топливом, подавае­мым через фурмы. Для этого могут быть использованы мелкие фракции некоксующегося угля с пониженным содержанием серы и золы. Но при вдувании угольной пыли через фурмы требуются дополнительные затраты тепла на ее нагрев по сравнению с коксом, поступающим в горн с температурами до 1200—1400° С. ^

Опыты по вдуванию угольной пыли в горн, проведенные на одной из доменных печей завода им. Дзержинского, показали возможность снижения расхода кокса до 7% при подаче пыли в ко­личестве 5—6% от расхода кокса (1250 кг/ч) и одновременной ком­пенсации потерь тепла нагревом дутья. Отмечено небольшое до­полнительное снижение содержаний серы в чугуне, несмотря на низкий ее начальный уровень — с 0,03—0,04 до 0,02—0,025%. Это частично связано с меньшим содержанием серы в угольной пыли по сравнению с коксом.

Опыты по вдуванию больших количеств угольной пыли на Ка­рагандинском металлургическом заводе показали, что при вве­дении с дутьем до 100 кг пыли на 1 т чугуна пропорционально снижается расход кокса с эквивалентом замены 0,625 кг кокса на 1 кг угля (при 37% золы в угле). Установлено, что таким спо­собом может быть заменено до 30% дефицитного кокса. Экономия составила 1,2 руб/т чугуна (на заводе «Запорожсталь» 2,5 руб/т чугуна).