Доменный газ
Процесс выплавки чугуна в доменных печах сопровождается образованием больших количеств доменного или колошникового газа, близкого по своему составу к воздушному генераторному газу.
Доменная печь представляет собой шахтную печь высотой до 35 и диаметром до 9,5 м с полезным объемом до 2500 м3.
В состав шихты доменных печей входят железные и марганцевые руды и их заменители, топливо и флюсы. Топливом для подавляющего большинства доменных печей служит каменноугольный кокс в виде кусков размером 25-80 мм, обладающий высокими механическими качествами. Содержание летучих в металлургическом коксе обычно не превышает 2%.
Шихтовые материалы загружаются в печь послойно. Воздух, подаваемый в печь через фурмы, предварительно подогревается до 500-800°С в регенеративных подогревателях - кауперах, насадки которых периодически нагреваются за счет сжигания в них 15-25% доменного газа. Над фурменным поясом создается окислительная зона высотой около 500 мм. Выше, в слое шихты, имеющей температуру 1800-2000° С, происходит интенсивное восстановление двуокиси углерода, заканчивающееся на высоте примерно 1000 мм от фурм. В этой же зоне происходит плавка чугуна. Восстановление железа из руды идет в области температур от 400 до 950° С за счет расхода части окиси углерода и водорода газа, а в области более высоких температур - за счет кислорода закиси железа. В верхней части шахты происходит удаление из шихты внешней и внутренней влаги, заканчивающееся при температуре около 800°С, здесь же из кокса выделяются летучие вещества. Из известняка, входящего в состав шихты, выделяется двуокись углерода, которая смешивается с газами, поднимающимися снизу.
Доменный газ зависит от особенностей шихты и колеблется примерно в следующих пределах, %: С02 - 4 -16, СО - 34-25, СН4 - 0-0,4, Н2 - 1-3 и N2 - 56-59. Теплота сгорания колеблется от 3,4 до 4,2 Мдж/м3.
Доменный газ при выходе составляет около 4000 м3 на 1 т чугуна или до 350 000 м3/ч для современной крупной доменной печи. Температура газа 200-400° С, давление до колошника 500-1200мм вод. ст. в зависимости от сопротивления газопроводов, аппаратуры очистки и потребляющих газ устройств.
Доменный газ при выходе из колошника содержит от 30 до 90 г/м3 пыли, а потому обязательна тщательная очистка его перед подачей потребителям.
В табл. IV-9 приведен тепловой баланс доменной плавки, из которого видно, что более 50% подводимого тепла переходит в химически связанное и физическое тепло доменного газа.
Таблица IV-9. Тепловой баланс доменной плавки (на 1т чугуна)
Как было указано, доменный газ расходуется на обогрев кауперов, остальной же газ может быть использован для отопления коксовых, мартеновских (в смеси с коксовым газом) и ряда металлургических нагревательных печей, находящихся рядом с доменным цехом.
В настоящее время ряд доменных печей работает на дутье, обогащенном кислородом, или с присадкой природного газа, заменяющего часть кокса. Состав и выход газа из таких печей отличаются от приведенных.
