Загромождение горна доменной печи

2.8.12.1 Загромождение горна является следствием неровной работы доменной печи с неудовлетворительным газовым потоком, частыми обрывами шихты. Загромождение горна происходит вследствие ухудшения работы осевой зоны доменной печи, систематических нарушений графика выпусков продуктов плавки, длительной работы доменной печи на шлаках с повышенной вязкостью, попадания воды в доменную печь, ухудшения механической прочности кокса или качества отсева его на грохотах перед весовыми воронками, чрезмерной кусковатости агломерата, неудовлетворительного смешивания дутья с природным газом. В этих случаях активная часть объема горна сокращается и происходит учащённое горение воздушных фурм.

2.8.12.2 Признаки загромождения горна:

- замедление схода шихты перед выпуском чугуна и шлака;

- увеличение общего перепада давления газов по высоте доменной печи;

- учащённое горение воздушных фурм;

- неровность выпусков чугуна по массе и химсоставу;

- увеличенный выход графита и коксовой мелочи во время выпусков чугуна;

- систематическое уменьшение, по сравнению с обычным, массы чугуна, наливаемого на выпуске до появления шлака.

2.8.12.3 При первых признаках загромождения горна необходимо:

- проверить состояние охлаждения доменной печи и устранить попадание воды в доменную печь, если оно имеет место;

- сделать "промывку" горна доменной печи;

- вводить в шихту сварочный шлак или другие промывочные добавки с соответствующей компенсацией по расходу кокса.

2.8.12.4 Для разработки горна необходимо:

- обеспечить нормальный нагрев горна; колебаний нагрева и работу с пониженным нагревом не допускать;

- уменьшить основность шлака;

- ввести в шихту сварочный шлак или другие промывочные добавки;

- принять, по возможности, меры к обеспечению доменной печи коксом лучшей прочности и кусковатости;

- произвести периодические "промывки" горна;

- дополнительно проверить состояние охлаждения доменной печи и устранить попадание воды в доменную печь, если оно имеет место;

- принять меры к выпуску из горна доменной печи коксовой мелочи и графита;

- повысить теоретическую температуру горения на 20-50 ⁰С.

3) Опишите и зарисуйте совместную диаграмму состава колошникового газа.

Для каждой температуры при определенном соотношении СО и СО₂ в газовой смеси устанавливается рав­новесие. Газовые смеси, находящиеся в равновесии с восстанавли­ваемыми оксидами, называются равновесными или нейтраль­ными смесями.

В зависимости от газообразного продукта восстановления различают прямое и непрямое (косвенное) восстановление. В первом случае продуктом является СО,а во втором СО₂ или Н₂О.

Рисунок 1- Кривые равновесия газовых смесей СО и СО₂ с оксидами железа и железом

На горизонтальной оси абсцисс отложена тем­пература. На вертикальной оси ординат вверх отложено в объем­ных процентах содержание СО, а вниз — содержание СО₂, т. е. газовая фаза состоит только из СО и СО₂ и каждая точка на оси ординат или горизонтальная линия на диаграмме соответствуют только одному значению СО и СО₂, причем сумма их всегда равна 100.

Равновесная линия 1 реакции (1) сливается с осью абсцисс диаграммы по той причине, что равновесие реакции достигается при очень низкой (доли процента) концентрации СО в газовой смеси.

Равновесие реакций (2) и (54) с повышением температуры ха­рактеризуется восходящими кривыми 2 и 3, а равновесие реак­ции (3) — нисходящей кривой 4. Это свидетельствует о том, что при восстановлении Fe₃O₄ до Fe и FeO до Fe содержание СО в рав­новесной смеси с увеличением температуры возрастает — возра­стают значения k и п в реакциях (2) и (4), а при восстановлении Fe₃O₄ до FeO с повышением температуры содержание СО убывает — уменьшается значение т в реакции (3).

Равновесное изменение состава газовой смеси при изменении температуры, а следовательно, конфигурации кривых равновесия па диаграмме зависят от знака теплового эффекта реакции.

По знаку теплового эффекта можно заранее предсказать на­правление кривой равновесия, пользуясь правилом подвижного равновесия (принцип Ле-Шателье), которое свидетельствует о том, что всякое внешнее воздействие на равновесную систему смещает равновесие в направлении, противоположном внешнему воздействию. При повышении температуры равновесие реакции смещается в направлении образования веществ, сопровождаю­щимся поглощением тепла, и, наоборот, при понижении темпера­туры — в направлении образования веществ, сопровождающимся выделением тепла. Поэтому протекание экзотермических реакций (2) и (4) с повышением температуры затрудняется, требуя по­вышения содержания СО в газовой смеси, а протекание эндотерми­ческой реакции (3) с повышением температуры облегчается, т. е. может идти с меньшим содержанием СО в газовой фазе.

Принцип Ле-Шателье- система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, при внешнем воздействии (изменении температуры, давления, концентрации реагирующих веществ и т. д.) стремится вернуться в состояние равновесия

Равновесные линии (рис. 1 ) делят диаграмму на три поля: Fe, FeO и Fe₃O₄. Четвертое поле Fe₂O₃ на диаграмме отсутствует, так как равновесная линия 1 сливается с осью абсцисс.

Любая точка на кривых характеризует положение равновесия той или иной реакции, а каждая точка вне кривых — нейтральный состав газовой смеси только для того вещества, в поле которого находится точка. Для других веществ состав газа, описываемый данной точкой, свидетельствует об удалении от равновесия и о протекании реакций в сторону образования того вещества, в поле которого находится точка. Например, если в поле устойчивого существования FeO поместить Fe, FeO и Fe₃O₄, то железо окисли­тся до FeO, Fe₃O₄ восстановится до FeO, a FeO останется без из­менения. Реакции будут протекать до тех пор, пока не израсходу­ется тот или иной реагент или пока газовая смесь не станет рав­новесной.

ассмотрим примеры.

Пример 1. В газ, содержащий 30% СО и 70% СО₂, при 1000° С (точка а на рис. 1) поместили Fe₃O₄. Так как в этих условиях устойчива только FeO, то Fe₃O₄ будет восстанавливаться, обогащая газовую смесь диоксидом угле­рода до тех пор, пока газ не достигнет равновесного состава, от­вечающего точке б на кривой 4 (83% СО₂ и 17% СО). Если же Fe₃O₄ израсходуется раньше, чем будет достигнуто равновесие, то реакция прекратится и газовая смесь будет иметь состав, соот­ветствующий некоторой точке между точками а и б.

Пример 2. При тех же исходных условиях (точка а ), но при неизменном составе газа будем изменять температуру. До тех пор, пока изменение температуры происходит в поле FeO, никаких других изменений не произойдет. При понижении температуры до 750° С (точка в) газовая смесь окажется в равно­весии с FeO и Fe₃O₄. Дальнейшее понижение температуры вызовет в соответствии с принципом Ле-Шателье протекание экзотерми­ческой реакции

3FeO + СО₂ - Fe₃O₄ + CO

и изменение состава газовой смеси в сторону возрастания СО и убывания СО₂. На диаграмме это изменение выразится переме­щением состава по кривой 4 вверх. Если FeO будет израсходовано, например, в точке г, то установится постоянный состав газовой смеси. При дальнейшем понижении температуры процесс пере­ходит в поле Fe₃O₄ по горизонтали в направлении гд.

Пользуясь условиями равновесия и принципом Ле-Шателье, можно анализировать возможность протекания реакций в любой области диаграммы, а также определять численные значения коэф­фициентов к, т и п в реакциях (2)—(4). Определим, например, значение п в реакции (4) при температуре 1000° С. Равновесная газовая смесь для этой реакции при 1000° состоит из 72% СО и 28% СО₂. Определим отношение компонентов равновесной га­зовой смеси:

СО /СО₂ = 72/28= 2.57 (5)

Подставим в выражение (5) вместо СО и СО₂ коэффициенты (п — 1) и 1, стоящие при СО и СО₂ в правой части реакции (4). Тогда (п — 1) /1 = 2,57, а п = 3,57.

Это значит, что при 1000° С и п, равном 3,57, реакция (4) будет находиться в равновесии. При п > 3,57 FeO будет восста­навливаться до Fe, а при п < 3,57 железо будет окисляться до FeO. Аналогично для каждой температуры можно определить значения k и т.

В присутствии углерода между СО и СО₂ устанавливается рав­новесие в соответствии с обратимой реакцией

2СО = СО₂ + С + 165,797 МДж. (6) Поскольку реакция (6) протекает с изменением объема газо­образных веществ, то положение равновесия определяется не только температурой, но и давлением. В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении давления равновесие реакции (6) смещается в направлении образования веществ, сопровождаю­щемся уменьшением объема, т. е. в направлении образования СО₂ и С, и, наоборот, с уменьшением давления — в направлении образования СО.

В доменной печи восстановление железа из его оксидов и превращение оксида и диоксида углерода в присутствии избытка углерода совершается совместно. Поэтому анализ диаграммы рав­новесия реакций (1)—(4) необходимо вести с учетом кривой равновесия реакции (6). На рис. 2 кривая 5 равновесия реакции (6) на­несена на уже известную нам диаграмму (см. рис1). Из диаграммы видно, что состав газовой смеси из СО и СО₂, равно­весной с углеродом, сильно изменяется с изменением температуры, особенно в интервале 550—800° С.

Равновесная кривая 5 реакции (6) делит диаграмму на две области — левую и правую, в которых система в большей или меньшей мере удалена от положения равновесия. В левой области реакция идет в направлении образования СО₂ и сажистого угле­рода за счет разложения СО и затрудняет течение восстанови­тельного процесса. В правой области реакция идет в направлении обогащения смеси оксидом углерода за счет расходования диоксида углерода и углерода. Здесь процесс восстановления облегчается, так как образующийся газообразный продукт восстановления — диоксид углерода — непрерывно расходуется в реакции обогащая газовую смесь восстановителем СО. Эта реакция идет очень быстро при температуре около 1000° С и выше.

1) Опишите и зарисуйте диаграммы давления колошникового газа при ровном ходе печи, при обрывистом движении шихты, при канальном движении газов.