Восстановительные процессы в шахте печи

Снижение удельного расхода кокса сопровождается изменением соотношения объемов кокса и рудных материалов в шахте печи. Доля объема шахты печи, занятая рудными материалами увеличивается. Зависимость отношения объема ЖРМ к объему кокса приводится на рис. 4.

Изменение отношения объема ЖРМ к объему кокса приведет к увеличению времени пребывания шихты в печи и, следовательно, к увеличению времени пребывания ЖРМ в зоне косвенного восстановления. Следовательно, возможно снижение степени прямого восстановления за счет кинетики восстановления. Зависимость времени пребывания шихты в печи от удельного расхода кокса при разной производительности приводится на рис. 5.

Рис. 5.

Влияние времени пребывания шихты в печи на отклонение показателей использования газового потока от равновесных значений выражается через скорость реакции.

Уравнение скорости реакции выглядит следующим образом:

.

где x — концентрация вещества, xp — равновесная концентрация, k — константа скорости реакции, n — порядок реакции.

Проинтегрируем данное выражение, разделив переменные:

.

.

Получаем формулу, по которой можно определить отклонение концентрации вещества от равновесной:

.

Уравнение (5) решаем в относительных координатах. В этом случае относительное изменение отклонения показателей использования восстановительной энергии газового потока от термодинамического равновесия рассчитывается по уравнению:

где фб — время пребывания шихты в печи в период принятый за базовый, час.;

ф — время пребывания шихты в печи в период принятый за проектный, час.

Задача решается в рамках оценки изменения степени использования СО .

.

Зависимость равновесной степени использования СО от температуры пи разных давлениях приводится на рис. 6.

Рис. 6.

С использованием приведенных на рис. 6 данных рассчитано влияние производительности доменной печи на степень использования СО. Результаты расчета приводятся на рис. 7.

Рис. 7.

Анализ производственных данных подтвердил наличие зависимости степени использования СО от производительности печи (Рис.8).

Рис. 8.

Время пребывания шихты в печи определяется по уравнению.

Объем шихты определяется по уравнению.

Здесь, Мжрмудельный расход ЖРМ, т/т чугуна; -насыпные массы ЖРМ и кокса (соответственно) м3/т.

Учет зависимости времени пребывания шихты в печи от суточной производительности при разном расходе кокса позволяет оценить изменение степени использования СО. Данная зависимость, рассчитанная при производительности доменной печи 6500 т/сутки, приводится на рис. 9. Для условий работы доменных печей НТМК увеличение степени использования СО на 0,01 привадит к снижению удельного расхода кокса на 4,3 кг на тонну чугуна. Можно ожидать, что при вдувании ПУТ будет снижение кокса за счет изменения времени пребывания шихты в печи.

Известно, что скорость химической реакции в системе «газ — твердая фаза» определяется скоростью диффузии газа в порах. Поэтому, наибольший эффект от изменения времени пребывания шихты в печи будет получен при использовании сырья с равномерно распределенной в объеме куска пористостью. Поэтому задача повышения качества рудных материалов становится весьма актуальной.

Кроме того, скорость схода шихты по сечению печи существенно изменяется. Наибольшая скорость движения в осевой зоне печи, а наименьшая в районе рудного гребня.

Рис. 9.