Глава IX. Интенсификация доменного процесса

1. Применение природного газа

Природный газ в основном состоит из метана (см. табл. 6). Природный газ в доменной плавке применяют для снижения удельного расхода кокса в результате замены углерода кокса углеродом природного газа и введения в печной газ дополнительного количества восстановителя (водорода). При этом удается повысить температуру дутья и концентрацию в нем кислорода. Улучшение восстановительной способности печных газов позволяет несколько увеличить производительность доменной печи. Природный газ вдувается в доменную печь вместе с воздухом.

Горение природного газа приводит к образованию в окислительной зоне СО₂ и Н₂О, которые впоследствии, реагируя с углеродом кокса, дают СО и Н₂. В результате повышенного содержания водорода в доменном газе и общего количества восстановителей увеличивается степень косвенного восстановления и, как следствие, снижается расход кокса.

При замене единицы углерода кокса единицей углерода метана количество продуктов сгорания увеличивается в результате образования водорода на 70%. Например, при расходе природного газа 0,04 мг/м³ дутья (4%) количество горновых газов должно увеличиться на 6,5% по сравнению с их количеством при работе без природного газа. Для обеспечения нормальных газодинамических условий (если печь до этого работала на предельном количестве дутья) иногда требуется уменьшить интенсивность сжигания углерода топлива, т. е. снизить количество дутья.

Опыт показывает, что при вдувании природного газа, несмотря на увеличение количества горновых газов в единицу времени, ровный ход печей сохраняется, хотя несколько растет перепад давлений по высоте шихты. При этом плавному сходу шихты способствуют уменьшение объема газов в нижней части печи (в результате снижения температуры горения) и увеличение активного веса столба шихтовых материалов, вызванное ростом рудной нагрузки на кокс.

Наиболее выгодное количество дутья в каждом отдельном случае устанавливают опытным путем, исходя из наиболее высокой производительности, экономичной работы доменной печи и плавного схода шихтовых материалов. Расход дутья (при неизменном количестве горновых газов в единицу времени) должен быть снижен из расчета 16,5 м³/м³ вдуваемого природного газа. Практически уменьшение расхода дутья, как правило, равно расходу природного газа.

Вдувание природного газа в горн доменной печи приводит к снижению теоретической температуры горения как из-за меньшего поступления тепла (газ вдувается холодным), так и вследствие увеличения продуктов горения, приходящихся на единицу сжигаемого углерода.

Горение углерода кокса в горне доменной печи происходит по реакции

где коэффициент 3,76 - отношение азота к кислороду в воздухе.

Эта реакция сопровождается образованием 2 + 3,76 = 5,76 молекулярных объемов, или 5,76 × 22,4= 129 м³ горнового газа. При этом на 1 кг углерода образуется 129: (2X12) = 5,38 м³ газа и выделяется тепла

или

Горение природного газа, состоящего в основном из СН₄, протекает по реакции

с образованием 2 + 4 + 3,76 = 9,76 молекулярных объемов, или 9,76 × 22,4 = 218 м3 горнового газа. На 1 кг углерода метана приходится горнового газа 218 : (2 × 12) = 9,1 м³ и тепла

или

При горении 1 кг углерода метана получается горнового газа в 1,7 раза больше (9,1:5,38=1,7), а тепла в 3,15 раза меньше (2340:740 = 3,15), чем при горении 1 кг углерода кокса. Это приводит к понижению температуры в окислительной зоне. Чтобы тепловое состояние горна не нарушалось, наряду с вдуванием природного газа следует повышать и температуру дутья.

Для того чтобы сохранить температуру горения, необходимо повысить температуру дутья на 3,7 - 3,9°С/м³ природного газа или снизить влажность дутья на 0,4 г/м³. Так, например, если доменная печь работала при температуре дутья 700°С и влажности 25 г/м³, то при вдувании 100 м³ природного газа на 1 т чугуна требуется повысить температуру дутья до 950°С и уменьшить его влажность примерно на 14 г/м³.

Снижение расхода кокса при использовании природного газа как топлива уменьшает количество золы и серы в шихте, что позволяет поднять основность шлаков и получить дополнительную экономию кокса.

Поскольку уменьшение расхода кокса ухудшает газопроницаемость шихты, то для более эффективного использования природного газа особое внимание необходимо уделять улучшению качества (повышению прочности, отсеву мелочи) агломерата и кокса, повышению содержания железа в рудной части шихты, увеличению постоянства шихтовых материалов.

Наивыгоднейшее количество вдуваемого природного газа определяется степенью нагрева дутья и подпирающим действием газового потока; с повышением нагрева дутья количество расходуемого газа может быть увеличено.

Технология доменной плавки на литейный и передельный чугуны с применением природного газа принципиально не отличается.

Правила техники безопасности и эксплуатации оборудования трассы природного газа определяются на заводах специальной инструкцией.