Обогащение дутья кислородом

Применение дутья, обогащенного кислородом, вносит существенные изменения в ход доменной плавки. Прежде всего заметно повышается температура в зонах горения и тем самым — в значительной части горна. Это объясняется тем, что уменьшается количество продуктов горения на единицу углерода в связи с уменьшением концентрации азота.
При более высокой температуре в зоне горения реакция горения убыстряется; это ведет к уменьшению объема окислительной зоны.
Уменьшение концентрации азота в газах вызывает увеличение концентрации окиси углерода.
Высокая температура в горне доменной печи создает благоприятные условия для восстановления трудновосстановимых элементов — кремния и марганца.
Уменьшение количества газов создает благоприятные условия для более полной передачи тепла от газов к шихте и тем самым — для понижения температуры колошника; с другой стороны, уменьшение количества газов ослабляет подпирающее действие газового потока.
Повышение концентрации окиси углерода в газах создает благоприятные условия для усиления реакции косвенного восстановления, конечно, лишь в том случае, если не произойдет ухудшения в распределении газового потока в столбе шихтовых материалов.
Вышеперечисленное в основном может быть отнесено к факторам, благоприятно действующим на ход доменной плавки. Однако главным преимуществом применения дутья, обогащенного кислородом, следует считать возможность значительной форсировки хода.
Вместе с тем применение дутья, обогащенного кислородом, имеет и свои отрицательные стороны: вследствие того что уменьшается объем окислительной зоны и жар сосредоточивается в горне, могут иметь место подвисание и тугой ход; уменьшение количества азота в дутье ведет к понижению прихода тепла, вносимого нагретым дутьем (следует иметь в виду, что азот вносит в горн гораздо больше тепла, чем уносит его через колошник). Кроме того, понижение количества газов ведет к чрезмерному понижению температуры в верхних горизонтах печи.
С теоретической точки зрения применение дутья, обогащенного кислородом, должно дать наибольшие выгоды при выплавке специальных чугунов — ферросилиция, ферромарганца и других, так как температура в горне доменных печей, работающих на обогащенном кислородом дутье, значительно повышается. Это теоретическое положение было целиком подтверждено проводившимися в нашей стране многочисленными опытными плавками по получению ферросилиция в доменной печи на дутье, обогащенном кислородом до 25—33%. Так, при концентрации кислорода в дутье 25—27% суточная выплавка ферросилиция возросла от 100 до 160—180 т, расход кокса упал с 2,3 до 2,0 г на 1 т сплава. При повышении концентрации до 33% производительность возросла до 218 т, а расход кокса упал до 1,67 т.
При выплавке литейного чугуна высокая температура в горне является также благоприятным фактором. Поэтому можно ожидать, что выплавка литейного чугуна на дутье, обогащенном кислородом, должна сопровождаться не только увеличением производительности, но и более или менее существенной экономией в расходе горючего.
Что же касается выплавки передельного чугуна, то в этом случае высокая температура горна нежелательна, поскольку повышенное содержание кремния в передельном чугуне недопустимо.
Конечно, можно и при высокой температуре горна получить кондиционный по кремнию передельный чугун за счет искусственного усиления реакции прямого восстановления окислов железа в горне доменной печи, но это будет требовать дополнительной затраты тепла и, следовательно, горючего. (Нельзя забывать о том, что кислород, способствуя повышению температуры в горне, никакого добавочного тепла в доменную печь не вносит, существенно отличаясь этим от нагретого дутья. Последнее способствует повышению температуры в горне и в то же время вносит добавочное тепло, за счет которого можно безубыточно покрывать увеличение расхода тепла, вызванное усилением реакции прямого восстановления окислов железа в горне.)
Тем не менее основная выгода применения дутья, обогащенного кислородом, — возможность значительной форсировки хода — полностью сохраняет свое значение и при выплавке передельных чугунов. Поэтому для решения в положительном смысле вопроса о целесообразности применения дутья, обогащенного кислородом, при выплавке передельных чугунов требуется лишь доказать возможность достижения в этом случае достаточно экономного расхода горючего.