Температура газа в доменной печи

Наивысшие температуры в доменной печи имеют место в горне, где происходит горение. Распределение температуры, выраженное в градусах, в различных точках сечения горна доменной печи не было известно в течение весьма длительного времени. М.А. Павлов рассказывает, что в прежнее время для суждения о тепловом состоянии горна доменщики вдвигали через глаз фурмы длинный железный лом диаметрам около 30—40 мм — до противоположной стены. Лом выдерживался в горне то или иное время, в зависимости от состояния горна, после чего вынимался. По накалу лома судили о степени прогрева горна и о распределении температур по радиусу горна, которое не было и не могло быть равномерным: вблизи фурмы; на некотором расстоянии от глаза ее, где находился фокус горения, лом бывал нагрет до ослепительно белого каления и даже оплавлялся, далее нагрев лома заметно понижался по мере приближения к середине горна.
При ненормальной работе доменной печи, например, при скоплении большого количества мусора в горне, лом оставался темным, не успев прогреться при сравнительно кратковременной выдержке. Наконец, при расстроенном ходе печи бывало, что лом вообще не мог пройти через середину горна, что свидетельствовало о присутствии нерасплавленных масс в этом месте.
Ввиду больших экспериментальных трудностей измерение температур в горне долгое время не производилось. Лишь благодаря работам советских исследователей, создавших специальные измерительные приборы, этот пробел был заполнен. Вместо единичных наблюдений, проведенных зарубежными исследователями, что не давало никакой гарантии их достоверности, советские исследователи произвели сотни измерений, вследствие чего полученные ими данные являются вполне достоверными, лишенными всякого элемента случайности.
Исследования начались с 1934 г. и продолжались в течение нескольких лет подряд. Измерения температур производились посредством графито-вольфрамовых и платино-платинорадиевых термопар, которые вводились в горн при помощи специальной охлаждаемой водой трубки.

На рис. 80 показано изменение температур по радиусу горна доменной печи с полезным объемом 1180 м3 (исследования 1935, 1936 и 1937 гг.). Каждая кривая построена по данным, представляющим собой среднее из многих наблюдений. Из рисунка видно, что температура в фокусе горения, расположенном на расстоянии около 600 мм от глаза фурмы, составляет примерно 1900° С. Затем по направлению к оси горна температура в зависимости от сорта выплавлявшегося чугуна (литейного или передельного) и условий работы колебалась в пределах 1400—1250° С.
На рис. 81 приведена кривая изменения температуры газа по радиусу горна доменной печи с полезным объемом 1300 м3. Эта кривая отражает ту же самую закономерность в распределении температур, которая была получена для печи объемом 1180 м3.

Измерение температур в распаре и шахте представляет меньшие экспериментальные трудности, хотя и не является простым и легким делом. Поэтому долгое время мы не располагали достаточно достоверными данными о температурах, господствующих в распаре и шахте доменных печей.
Многочисленные данные об измерении температур как по высоте шахты, так и по радиусу ее, полученные советскими исследователями, позволили заполнить этот пробел. В табл. 42 приведены результаты замера температур, по данным некоторых работ советских исследователей. Таблица показывает, что, так же как и в горне, температуры по радиусу распара, по радиусу шахты на различных горизонтах не остаются постоянными. Наибольшая температура наблюдается непосредственно у стенки печи; по направлению к оси печи температура падает. Минимум температуры достигается в зависимости от хода печи либо на некотором расстоянии от стенки печи (после чего температура снова поднимается, достигая второго максимума у оси), либо непосредственно у оси печи. При выплавке литейного и передельного чугуна температура в распаре колеблется в пределах от 1350—1300° С для максимума и до 900—950° С для минимума.

На среднем и верхнем горизонтах шахты распределение температур по радиусу принципиально такое же, как и по распару, но численные значения температуры иные. Для среднего горизонта шахты максимум температуры колеблется, как правило, в пределах 1000—900° С, поднимаясь в виде исключения до 1235° С; минимум температур колеблется в пределах 525—700° С. В верхнем горизонте максимум температур колеблется в пределах от 460 до 690° С, минимум — 125—300° С.
Температура газов, покидающих доменную печь, или, как говорят, температура колошника может колебаться в зависимости от многих факторов. Например, увеличение удельного расхода кокса будет способствовать повышению температуры колошника по той причине, что в этом случае количество газов на единицу чугуна возрастает, в то время как величина рудной сыпи остается без изменений, вследствие чего газы будут уносить с собой больше тепла и температура колошника увеличится. Наоборот, уменьшение удельного расхода кокса будет способствовать снижению температуры колошника.
Если распределение материалов ухудшится, то неравномерность в распределении газового потока усилится; это проявляется обычно в том, что в отдельных каналах, проложенных газом в столбе шихтовых материалов, проходит очень много газов, эти газы отдают шихте лишь незначительную часть заключающегося в них тепла и выходят из столба шихты с высокой температурой, что и вызывает повышение температуры колошника.
Существенное понижение уровня засыпи против обычного, уменьшая высоту столба шихты и тем самым сокращая время контакта газов с шихтой, ведет к повышению температуры колошника.
Температура колошника может в значительной степени меняться в зависимости от качества загружаемой шихты. Так, загрузка в шихту горячего агломерата будет способствовать повышению температуры колошника; наоборот, применение сырых бурых железняков с высоким содержанием гигроскопической влаги будет способствовать понижению этой температуры.
Увеличение веса руды по отношению к весу кокса будет способствовать понижению температуры колошника.
Что касается абсолютного значения температуры колошника, то в зависимости от условий работы она может колебаться при выплавке передельных и литейных чугунов от 80—100°С до 300—350° С.
При выплавке доменных ферросплавов — ферросилиция и ферромарганца — температура колошника вследствие высокого расхода кокса бывает значительно выше и может достигать 450—600° С, если для ее снижения не применяется искусственных мер (например, усиленная поливка шихты водой перед загрузкой в печь).
Средние температуры колошника представлены в табл. 43 (по данным 1949—1950 гг.).
В действительных условиях температура колошника никогда не остается постоянной. Загрузка свежей порции материалов вызывает быстрое понижение температуры; по мере подогрева только что опущенной порции шихты температура колошника растет, колебания температуры колошника между двумя завалками колошника могут составлять 150—225° С.