2. Удаление влаги и летучих веществ, разложение материалов

Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы постепенно нагреваются. В процессе нагрева прежде всего из них удаляется влага.

Находящаяся в порах влага (гигроскопическая) испаряется при температурах 200 - 300°С и уходит из печи вместе с газами.

Удаление из шихтовых материалов химически связанной влаги (гидратной) начинается при 300 - 400°С. Так, например, гидрат окиси железа при этих температурах переходит в безводную окись:

Более крупные куски шихты, в которых еще сохранилось некоторое количество влаги, могут опуститься до горизонта, где температура выше 600°С. В этом случае водяные пары будут реагировать с углеродом кокса по реакции

Загружаемый в доменную печь кокс содержит от 0,7 до 2% летучих веществ, которые при 500°С и выше возгоняются и уходят вместе с газом. Наряду с удалением влаги и возгонкой летучих происходит разложение карбонатов (углекислых солей). Так, например, в шихте могут содержаться карбонат железа FeCO3 разлагающийся при 380 - 400°С, карбонат марганца МnСO3, разлагающийся при 560°С, карбонат магния MgCo₃, разлагающийся при 650°С и карбонат кальция СаСO3, разлагающийся при 900 - 910°С. При разложении карбоната образуются окисел и углекислота, причем реакция сопровождается поглощением тепла. Известняк, представляющий собой карбонат кальция с небольшой примесью кремнекислоты и глинозема, разлагается при температуре выше 900°С на окись кальция и углекислоты по реакции

Чем больше кусок известняка, тем дольше происходит его диссоциация (разложение). Поэтому крупные куски известняка, не разложившись полностью, успевают опуститься до зоны высоких температур. В этом случае выделяющаяся углекислота частично реагирует с углеродом кокса при температуре 1000°С и более:

Эта реакция отрицательно влияет на протекающие в печи процессы, поскольку при 1000°С уже начинают восстанавливаться окислы, размягчаться сырые материалы и потеря тепла в это время не только нежелательна, но и вредна. Одно из преимуществ офлюсованного агломерата состоит в том, что диссоциация известняка проходит на агломерационной ленте, т. е. вне доменной печи. Кроме того, применение офлюсованного агломерата уменьшает образование углекислоты, так как в состав агломерата входит не карбонат кальция, а его окись. Это улучшает восстановительную способность газа.

Если в шихтовых материалах присутствуют щелочные соединения металлов и легкоплавкие металлы, то в более низких горизонтах происходит их испарение (возгонка). Так, например, пары цинка, конденсируясь в верхних горизонтах, осаждаются на кладке, разрушают ее или способствуют образованию настылей (наростов), что приводит к искажению профиля печи.

Выплавка специальных чугунов (ферромарганца, ферросилиция и др.) сопровождается более высокими температурами вследствие повышенного расхода кокса. В области наивысших температур возгоняются такие вещества, как кремнезем, глинозем и др. Поднимаясь кверху и проводя горизонты более низких температур, пары этих соединений конденсируются с образованием тончайшей пыли, которая уносится вместе с газами из печи. Эта пыль придает колошниковому газу белый или желтовато-белый цвет. Процессы возгонки не связаны с разложением материалов, но их нельзя отнести и к процессам восстановления.

Разлагаются не только твердые материалы, но и отдельные газы. Так в верхних горизонтах печи при температуре около 500°С в присутствии окислов железа окись углерода разлагается (распадается) на углекислоту и сажистый углерод (реакция Белла - Будуара), что сопровождается большим выделением тепла:

Образующийся сажистый углерод отлагается на поверхности и в порах руды и агломерата. Приведенная реакция обратима. При высокой температуре протекает обратная реакция. Сажистый углерод активно взаимодействует с закисью железа (600 - 700°С):

Отложившийся на кусках руды и агломерата сажистый углерод возвращается в нижние горизонты печи, где он может участвовать не только в восстановлении железа, но и в его науглероживании. Отложение сажистого углерода в этом случае можно считать положительным явлением.

Однако отложение сажистого углерода может принести вред. Отлагаясь в порах кирпича, он восстанавливает окислы железа, в присутствии которого еще быстрей идет отложение углерода, и кирпич разрушается. При сильном развитии этой реакции часть сажистого углерода бесполезно выносится из доменной печи газами.