Процессы горения топлива и образования доменного газа

Основная часть тепла поступает в доменную печь в зоне фурм при взаимодействии углерода кокса с кислородом нагретого воздушного дутья. От условий горения кокса у фурм зависит опускание шихтовых материалов и их физико-химические превращения, а также движение в печи газовых потоков, выполняющих большую тепловую и химическую работу.

При взаимодействии кокса с кислородом дутья у фурм происходит циркуляция кусков, уменьшение их размеров и полный переход в газообразные продукты и золу. Изменением размеров зон циркуляции и горения можно регулировать движение и обработку используемых в печи материалов.

Несмотря на то, что горение топлива сосредоточено в небольших по объему очагах (длиной 1,5-2,0 м), расположенных в верхней части горна - перед фурмами, этот процесс играет большую роль в доменной плавке по следующим причинам: 1) выделяющееся при горении тепло обеспечивает протекание химических реакций с высокой скоростью, а также плавление чугуна и шлака; 2) монооксид углерода СО образующийся при сгорании углерода кокса, является основным восстановителем в доменной печи; 3) горение кокса является основным процессом, в результате которого в нижней части доменной печи образуется свободное пространство (благодаря превращению кусков твердого топлива в газ); этот процесс обеспечивает опускание столба шихты, т. е. создает необходимые условия непрерывности доменной плавки.

Зона горения у фурм имеет сложную конфигурацию. Она состоит из очагов горения у каждой фурмы, граничащих и смыкающихся друг с другом. При воздушном дутье кислород расходуется на расстоянии 1100-1500 мм от фурмы, превращаясь в СО₂ по реакции С + О₂ = СО₂. Далее на расстоянии от фурмы 1300-2000 мм СО₂ расходуется с образованием СО: СО₂ + С = 2СО.

В области максимального содержания СО₂ температура газов в горне достигает 1900 ⁰С, при продвижении к оси печи вследствие эндотермических реакций она понижается до 1200-1300 °С. Состав газовой фазы в области горения кокса у фурм является окислительным, во всем остальном объеме печи он восстановительный.

При продвижении образовавшегося в горне печи газа вверх наблюдается изменение его состава, наиболее сильное в шахте. В ее середине содержание СО₂ возрастает от 3 до 8-12, а вблизи колошника - до 16 % , и основном в результате развития реакций косвенного восстановления. Содержание СО в газе изменяется от 35-45 в горне до 23-30 % на выходе из печи, содержание N₂ изменяется незначительно (от 55 до 58 %), при обогащении дутья кислородом оно соответственно ниже. Колошниковый газ выходит из печи с температурой 150-300 ⁰С.