ГОРІННЯ ПАЛИВА У ФУРМ І ЗМІНА СКЛАДУ ГАЗІВ ПО ВИСОТІ ПЕЧІ

Кокс, що завантажують через засипний апарат, опускаючись разом з іншими складовими шихти, поступово нагрівається і потрапляє в горн в розпеченому стані. Через фурми вдувається повітря. Розпечений кокс, зустрічається з повітрям і горить з виділенням тепла:

С + О₂ = СО₂.

Отриманий двоокис вуглецю при високій температурі взаємодіє з вуглецем, відновлюючись до окису вуглецю по реакції

СО₂ + С = 2СО,

що йде з поглинанням тепла. Виділене при спалюванні коксу тепло витрачається в печі на нагрівання і сушіння шихтових матеріалів, на відновлення заліза з руди, плавлення чавуну і шлаку. Кокс горить у кожній фурмі в окисній зоні. Температура в окисній зоні у фурмі досягає 1800-1900°С. Колошниковий газ, що виходить з печі, має температуру 200-300°С.

Разом з повітрям в фурми надходить деяка кількість вологи, що міститься в атмосферному повітрі. Крім того, на багатьох доменних печах до повітря, що вдувається додають певну кількість водяної пари.

Водяні пари, що знаходяться в повітрі, при зіткненні в горні з розпеченим коксом розкладаються по реакції

Н₂О + С = Н₂ + СО,

яка протікає з поглинанням тепла. У результаті реакції утворюються два відновлювальних гази – водень і окис вуглецю. Крім вологи, що надходить в фурми з повітря, яке вдувається, в шахті доменної печі виділяється волога, яка міститься в шихті. При температурі близько 500°С водяні пари, що виділилися з шихти, з'єднуються з окисом вуглецю за екзотермічною реакцією

Н₂О + СО = Н₂ + СО.

Волога, що виділяється при сушінні шихти на більш високих горизонтах печі при 200-300°С, видаляється з печі з колошниковими газами.

Вільний кисень і двоокис вуглецю, що знаходяться в зонах окислення перед фурмами, окислюють краплі і струмки чавуну, що стікають зверху через ці зони, а окислені елементи знову відновлюються розпеченим коксом нижче зон окислення.

В результаті горіння коксу біля фурм, відновлення двоокису вуглецю в окис і розкладання водяної пари утворюються гази, що містять за об'ємом близько 35% СО, 0,8% Н₂ і 64,2% N₂. Під тиском повітря, що подається повітродувкою, ці гази з зон окислення проникають до центру горна і піднімаються вгору до колошника. Склад газів на всьому шляху змінюється.

Вміст окису вуглецю в газах горна найбільший, він збільшується в результаті реакції прямого відновлення заліза, кремнію і марганцю і досягає 48% біля осі горна. На більш високих горизонтах печі вміст окису вуглецю в газах поступово знижується внаслідок розвитку реакції непрямого відновлення.

Концентрація двоокису вуглецю в газах в горні і при температурах вище 1200°С близька до нуля. В результаті реакції непрямого відновлення в зонах з температурою 950-1000°С і нижче концентрація двоокису вуглецю в газах зростає і може служити мірилом, що дозволяє судити про хід цих реакцій; концентрація двоокису вуглецю зростає також в результаті розкладання вуглекислих солей (СаСО₃, МgСО₃, FеСO₃).

Вміст двоокису вуглецю по перетину печі коливається від 2 до 16%, а в газі, що виходить з печі – від 4,5 до 14,5%, рідко вище. Зазвичай сумарний вміст СО + СО₂ в колошниковому газі дорівнює 40-42%.

Частина водню, що утворився при розкладанні вологи дуття в горні, витрачається в реакціях непрямого відновлення; середній вміст водню в колошникових газах при зволоженому дутті близько 1,8%.

При згорянні вуглецю в двоокис вуглецю об’єм двоокису вуглецю, що утворився, дорівнює обсягу кисню, який брав участь в реакції. Але при відновленні двоокису вуглецю за реакцією СО₂ + С = 2СО відбувається подвоєння обсягу газів. Тому при наявності в сухому повітрі 21% О₂ и 79% N₂ після перетворення вуглецю в окис вуглецю обсяг горнових газів збільшується 1,21 рази по відношенню до обсягу повітря, поданого в піч а відносний вміст азоту в газах знижується з 79 до 65,3%. Відносний вміст азоту і доменних газах знижується також при розкладанні водяної пари з реакції

Н₂О + С = Н₂ + СО.

За реакцією з одного обсягу водяної пари виходить один об'єм водню і один об'єм окису вуглецю. Середній вміст азоту в доменних газах в горні близько 64,2%, на більш високих горизонтах він нижче.

Середній склад відпрацьованих газів при виплавці на коксі певних чавунів наступний: 13% СО₂; 28% СО; 0,4% СН₄; 1,8% Н₂; 56,8% N₂.