title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Факторы, определяющие состав газа

Факторы, определяющие состав газа

В главе о процессах горения в горне доменной печи указывалось, что при сгорании углерода в окись углерода в дутье, содержащем 1% водяных паров по объему, получающийся газ должен иметь состав, отвечающий содержанию 35% CO; 0,8% Ho и 64,2% ,N2.
В действительности в горне доменной печи газ имеет другой состав, отвечающий более высокому содержанию окиси углерода и более низкому содержанию азота. Это объясняется тем, что к газу, образующемуся в результате горения кокса, присоединяется окись углерода, получающаяся при процессах прямого восстановления железа, кремния, марганца, фосфора, имеющих в горне достаточно большое развитие.
Однако не следует думать, что газ будет иметь одинаковый состав во всех точках по радиусу горна. Как показывают приводившиеся ранее кривые состава газа по радиусу горна доменной печи на горизонте фурм, состав газа за пределами окислительной зоны характеризуется постоянным увеличением содержания окиси углерода по направлению к оси горна. Многократные отборы проб газа у оси печи, произведенные советскими исследователями, показали, что содержание окиси углерода у оси горна никогда не опускалось ниже 43—44%, часто поднималось до 52—55%, а в отдельных случаях и до 70%; при расстроенном ходе печи у оси обнаруживали более 90% CO.
Повышение содержания окиси углерода у оси печи объясняется тем, что весьма значительная часть газов — продуктов горения кокса, наиболее богатых азотом, поднимается вверх, раньше, чем успевает достигнуть оси горна на уровне фурм. Поэтому содержание газа — продукта реакций прямого восстановления — у оси горна будет больше, чем в других точках по радиусу горна. При ухудшении проницаемости горна количество газов — продуктов горения углерода, достигающих оси горна, будет падать, вследствие чего будет расти процентное содержание газа — продукта прямого восстановления и, следовательно, содержание окиси углерода в этом газе будет повышаться.
Проницаемость горна зависит от ряда факторов, например от прочности кокса (непрочный кокс дает много мелочи и тем самым понижает проницаемость горна), от температуры горна (при понижении температуры в горне жидкие продукты плавки загустевают, проницаемость горна ухудшается) и др.
Образовавшиеся в горне газы поднимаются вверх и состав их может меняться только за счет дальнейшего присоединения окиси углерода — продукта реакций прямого восстановления, до тех пор пока газы находятся в области высоких температур (в данном случае под областью высоких температур мы понимаем температуры, при которых углекислый газ не может существовать вследствие развития реакции СО3 + С = 2СО).
М.А. Павлов, основываясь на расчетных и практических данных, указывает, что газ, выходя из зоны высоких температур, должен содержать в среднем окиси углерода 37—38% (минимум) и 41% (максимум). Содержание окиси углерода в газе зависит от состава чугуна (окиси углерода будет больше, если в чугуне больше кремния, марганца, фосфора); при одном и том же составе чугуна содержание окиси углерода будет уменьшаться при увеличении расхода кокса.
После выхода из области высоких температур газ начинает обогащаться углекислотой за счет реакций косвенного восстановления. Однако процентное содержание азота при этом не изменяется, так как из одного объема окиси углерода образуется один объем углекислоты.
Содержание углекислоты в газе в зоне умеренных температур повышается не только за счет реакций косвенного восстановления, но также и за счет разложения известняка и присоединения к газу выделяющейся углекислоты. При этом увеличивается сумма CO + CO2 и несколько понижается процентное содержание азота.

По экспериментальным данным, полученным советскими исследователями (рис. 91), углекислота начинает появляться в распаре, где температура в среднем выше 1000°C, однако процентное содержание ее здесь очень невелико. Начиная с нижнего горизонта шахты процентное содержание углекислоты в газах заметно увеличивается, но оно неодинаково в различных точках по радиусу. Наименьшее количество углекислоты содержится у стен печи, где проходит больше всего газа; затем содержание углекислоты растет и достигает максимума, отвечающего той точке радиуса, где много руды и рудной мелочи и где вследствие этого меньше всего проходит газа; у оси печи содержание углекислоты иногда значительно понижается, иногда же, наоборот, растет и достигает максимума. Это зависит от условий работы доменной печи.
Кривая содержания окиси углерода представляет собой зеркальное отображение кривой содержания углекислоты: там, где минимум углекислоты, — максимум окиси углерода, и наоборот. Следует иметь в виду, что кривая изменения температуры по радиусу печи также представляет собой зеркальное отображение кривой содержания углекислоты, как это показывает рис. 91.
Выходя из столба материалов, отдельные струи газа смешиваются, и состав газа начинает выравниваться; однако это происходит не сразу, и если отбирать пробы газа из разных точек по радиусу над столбом сырых материалов, то содержание углекислоты в пробах ещё не будет одинаковым. При неравномерной работе печи по окружности содержание углекислоты по отдельным газоотводам тоже бывает неравномерным.
Средний процентный состав колошникового газа доменных печей некоторых наших заводов представлен в табл. 48. Приведенные данные указывают на сравнительно небольшие колебания в содержании углекислоты и других составных частей газа. Это объясняется тем, что было взято лишь небольшое число анализов от нескольких доменных печей, причем условия работы этих печей хотя и не являются одинаковыми, но и не имеют весьма существенных различий.
Если же рассмотреть анализы колошникового газа многих доменных печей, работающих в самых разнообразных условиях и на различных сортах горючего, то колебания в содержании различных составляющих будут гораздо больше, как это можно видеть из табл. 49, составленной М. А. Павловым и указывающей нормальное, наименьшее и наибольшее процентное содержание отдельных составных частей газа.

На конечный состав газа оказывают влияние расход горючего и флюса, степень прямого восстановления, состав чугуна, степень окисления руды, летучие вещества горючего.
Расход горючего. При прочих равных условиях увеличение расхода горючего уменьшает содержание углекислоты в газах. Это объясняется тем, что при увеличившемся расходе горючего количество углекислоты, как продукта косвенного восстановления, по абсолютной величине остается неизменным, а количество образующейся у фурм окиси углерода увеличивается. Таким образом, процентное содержание углекислоты в конечном газе понижается. Вместе с этим увеличивается количество азота в газе вследствие увеличения количества углерода, доходящего до фурм.
Увеличение содержания в газах азота влечет за собой уменьшение процентного содержания суммы CO + СО2. Уменьшение расхода горючего (при сохранении всех прочих условий без изменения) поведет за собой, на основе вышеизложенных соображений, увеличение процентного содержания углекислоты, а также и суммы CO + CO2, процентное содержание азота будет снижаться.
Расход флюса (известняка). Совершенно очевидно, что по мере увеличения расхода известняка процентное содержание углекислоты в газах будет расти; возрастет также и сумма CO + CO2; содержание азота понизится. Увеличение содержания углекислоты в газах в этом случае будет происходить за счет присоединения к углекислоте — продукту косвенного восстановления большого количества углекислоты — продукта разложения известняка; точно так же содержание углекислоты в газах будет расти и в случае введения в шихту или увеличения расхода необожженного сидерита или других карбонатных руд.
Степень прямого восстановления. Увеличение степени прямого восстановления имеет своим следствием уменьшение количества углекислоты, образующейся при косвенном восстановлении, поэтому при увеличении степени прямого восстановления содержание углекислоты в газах понижается. Если при этом расход кокса не изменяется, то к фурмам будет проходить меньше углерода, вследствие чего содержание азота несколько упадет, а сумма CO + CO2 увеличится.
При уменьшении степени прямого восстановления содержание углекислоты будет возрастать, а сумма CO + СО2 — уменьшаться.
Для иллюстрации вышесказанного М.А. Павлов приводит три состава газа (табл. 50), полученных расчетом применительно к условиям работы доменных печей Юга при трех различных степенях прямого восстановления и при одном и том же составе чугуна, расходе флюса (0,357) и расходе горючего (1,0).

Состав чугуна. Состав чугуна может влиять на состав конечного колошникового газа постольку, поскольку в нем изменяется содержание элементов, восстанавливающихся за счет твердого углерода, — кремния, фосфора, марганца. Чем большим будет содержание этих элементов в чугуне, тем больше углерода израсходуется на прямое восстановление их; содержание углекислоты в газах при этом будет несколько уменьшаться. Если бы при этом расход кокса оставался постоянным, то сумма CO + CO2 возросла, а содержание азота понизилось бы. Однако в этих случаях расход кокса не может остаться постоянным, он растет в значительной степени, поэтому сумма CO2 + CO понижается вместе с понижением содержания углекислоты.
Степень окисления руды. Железная руда, поступающая в доменную печь, может иметь большую или меньшую степень окисления, т. е. железо в ней может либо находиться в виде Fe2O3, либо в виде Fe3O4 (магнитный железняк, агломерат) , либо, наконец, составлять ту или иную смесь из этих двух окислов. Чем выше степень окисления руды, тем больше кислорода будет отнято от руды окисью углерода с образованием углекислоты, поскольку Fe2O3, восстанавливается до Fe3O4 только косвенным путем. Поэтому чем выше степень окисления руды, тем больше углекислоты будет содержаться в газах. Однако сумма CO + CO2 при этом меняться не будет.
Для иллюстрации этого М.А. Павлов приводит два следующих процентных состава газа, полученных расчетом:

Летучие вещества горючего. Присоединение летучих веществ горючего может изменить состав колошникового газа в тех случаях, когда количество летучих веществ сравнительно велико. Это имеет место, например, при древесноугольной плавке, поскольку древесный уголь при нагреве его в доменной печи выделяет большое количество летучих (до 400 м3 на тонну угля). Летучие вещества древесного угля богаты метаном и водородом, поэтому содержание их в конечном колошниковом газе сильно растет при понижении содержания азота). Содержание и сумма CO2 + CO тоже несколько понижаются, но очень немного, так как в летучих также содержится CO и CO2.
Для иллюстрации вышесказанного М.А. Павлов приводит состав колошникового газа без летучих веществ древесного угля и с летучими веществами, полученный расчетами для случая выплавки чугуна на богатой бакальской руде на печном угле, содержащем 79% С, при расходе его 0,87 и расходе флюса 0,18 (табл. 52).


title-icon Подобные новости