Содержание к диссертации
Введение
1. Газодинамика шахты доменной печи 8
1.1. Экспериментальные методы изучения газораспреде ления в слое кускового материала 8
1.1.1, Физическое моделирование 8
1.1.2. Экспериментальные методы изучения газораспределения на действующих доменных печах 9
1.1.2.1. Исследование газораспределения с помощью пневмометрических трубок 10
1.1.2.2. Исследование газораспределения с использованием радиоактивных изотопов, инертных и других газов 11
1.1.2.3. Исследование газораспределения с помощью . термоанемометров и термисторов 13
1.2. Расчетные методы и математическое описание закономерностей движения газового потока в слое кускового материала 14
1.2.1. Исследование газораспределения с помощью кте-тикоматематических моделей доменного процесса 15
1.2.2. Исследование газораспределения с использованием балансовых методов расчета 16
1.2.3. Исследование газораспределения по результатам отбора проб материала на разных горизонтах шахты печи 19
1.3. Анализ выражений, устанавливаю щих взаимосвязь параметров газового потока и структуры столбашихты . 20
2. Аналитическое исследование рашрэдшния газового потока и шихтовых материалов по радиусу шахты доменной печи 32
2.1. Метод оценки радиальных расходов газа 32
2.2. Определяющий размер слоя кусковых материалов 33
2.3. Определение порозности слоя кусковых материалов 38
2.4. Распределение рудной нагрузки по радиусу шахты доменной печи 41
2.5. Итерационный цикл определения параметров противотока в шахте доменной печи . 43
2.6. Схема определения параметров противотока в шахте доменной печи 47
3. Исследование работы шахты доменної! печи № 5 новолицецкого металлургического комбината 54
3.1. Методика проведения исследований 55
3.2. Характер газораспределения по высоте шахты доменной печи № 5 на первом этапе исследований 59
3.3. Характер газораспределения по высоте шахты доменной печи № 5 на втором этапе исследований 68
3.4. Характер газораспределения по высоте шахты доменной печи Ш 5 на третьем этапе исследований 75
3.5. Измерения температуры газа по радиусам двух горизонтов шахты печи 83
3.6. Отборы проб материалов на двух горизонтах шахты печи .'. 84
3.7. Измерения статического давления газа по радиусам двух горизонтов шахты печи 87
4. Исследование особенностей процессов восстановления в шахте доменной печи № 5 91
4.1. Поведение перепадов диоксида углерода в шахте доменной печи 91
4.2. Взаимосвязь перепадов диоксида углерода с процессами образования сажистого углерода 99
4.3. Анализ распределения водорода по высоте шахты доменной печи 105
4.4. Анализ тепло- и массообмеяа в слое движущегося столба шихты в шахте доменной печи 109
4.4.1. Характеристика процессов восстановления по радиусу шахты доменной печи ПО
4,4.2. Оценка температуры шихтовых материалов в объеме шахты доменной печи 114
Выводы по главе 4 . 116
5. Анализ газопроницаемости столба ших1ы в доменной печи 118
5.1. Оценка газопроницаемости столба шихты по данным рассевов на бункерах компонентов
загружаемого материала 118
5.2. Изменение гранулометрического состава шихто вых материалов в рабочем пространстве шахты
печи 125
5.3. Взаимосвязь процесса образования сажистого углерода с изменением гранулометрического состава шихты в шахте печи 136
5.4. Анализ интенсивности образования мелочи в шахте печи 138
5.5. Оценка влияния вывода фракции 3-5 мм из возврата на производство агломерата 139
Выводы по главе 5 . 142
6. Проверка метода анализа противотока на доменных печах ж 5 и 6 новолипецкого металлургического комбината 144
6.1. Распределение количества газа по радиусам шахты доменной печи $ 5 . 145
6.2. Сравнение распределений рудных нагрузок, полученных двумя разными методами 151
6.3. Предложение по режиму контроля параметров газораспределения 157
6.4. Уточнение характеристики процессов восстановления по радиусу шахты доменной лечи 159
Общие выводы 164
Список использованной литературы 168
Приложение 181
- Расчетные методы и математическое описание закономерностей движения газового потока в слое кускового материала
- Определяющий размер слоя кусковых материалов
- Характер газораспределения по высоте шахты доменной печи № 5 на первом этапе исследований
- Взаимосвязь перепадов диоксида углерода с процессами образования сажистого углерода
Введение к работе
ХХУ1 съезд Коммунистической партии Советского Союза определил направления экономического развития СССР в П пятилетке и на период до 1990 года, указал главную его задачу - осуществить перевод народного хозяйства на преимущественно интенсивный путь /I/.
В области доменного производства основное внимание будет уделено улучшению качества железорудного сырья и совершенствованию технологии выплавки чугуна/2/. Вместе с тем, предусматривается дальнейшее увеличение среднего полезного объема доменной печи, что приведет в недалеком будущем к повсеместной эксплуатации агрегатов с большими поперечными размерами. В связи с этим возникает проблема эффективного использования рабочего пространства мощных доменных печей, определяющего повышение интенсификации доменной плавки.
Эффективность работы доменной печи главным образом зависит от заданного распределения шихтовых материалов на колошнике, обуславливающего, в свою очередь, соответствующее распределение газового потока, организация которого осуществляется изменением параметров загрузки на основании информации, получаемой с помощью различных методов контроля газораспределения. Однако, в настоящее время распределение материалов и газового потока по сечению колошника не отражается существующими методами контроля в такой степени, какой этого требует экономичная работа доменной печи. Указанные распределения оценивают в основном качественно: или по радиальному изменению состава, или температуры газа, реже одновременно по изменению и температуры, и состава газа. Качественная оценка не позволяет устанавливать между параметрами газораспределения и показателями работы печи количественные взаимосвязи, без которых правильная организация противотока в шахте доменной печи не представляется возможной. Вследствие этого задача количественного описания радиальной неравномерности противотока является одной из наиболее важных и актуальных задач современного этапа развития теории доменного процесса. Решение данной задачи входит в ряд необходимых условий дальнейшего развития доменного производства / 3 /, позволит более обоснованно подходить к проблеме оптимизации режимов доменной плавки,, будет соответствовать возросшим возможностям распределения материалов современными засыпными аппаратами.
В настоящей диссертационной работе сделана попытка аналитического решения этой задачи. Пользуясь разработанным нами методом анализа противотока на основе горизонтального зондирования шахты доменной печи, можно оценить параметры распределений потоков газа и шихты по радиусу шахты, оценить соотношение количества перерабатываемого железорудного материала и обрабатывающего этот материал газа в каждой радиальной зоне столба шихтовых материалов.
Исследование работы мощной доменной печи в современных условиях с применением синхронного метода горизонтального зондирования на двух горизонтах шахты позволило получить также интересные данные о развитии процессов восстановления, в частности, положительные и отрицательные значения градиентов компонентов состава газа в шахте печи.
Теоретический анализ и результаты отбора проб материала из шахты печи показали возможность использования фракции агломерата 3-5 мм в шихте доменных печей..
Прирост производительности аглофабрик СССР от.реализации данной меры составит 7-7,7 млн. тонн агломерата в год.
Таким образом, в настоящей диссертационной работе рассмотре 7ны некоторые актуальные вопросы, имеющие теоретическое и практическое значение.
Настоящая работа является продолжением и развитием работ, проводившихся на кафедре руднотермических процессов Московского института стали и сплавов и выполнена под руководством доцента, кандидата технических наук Б.М. Клемперта, которому автор искренне признателен за оказанную помощь.
Автор благодарит к.т.н. Френкеля М.М., к.т.н. Гришкову А.А., Фурсову Л.А., Урбановича Г.И., Кузнецова А.С, Емельянова Б.Л., Щедрова Е.П., способствовавших выполнению работы на отдельных ее этапах.
Диссертация изложена на 183 стр. машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 123 наименований, приложения, содержит 33 рисунка и 23 таблицы.
Расчетные методы и математическое описание закономерностей движения газового потока в слое кускового материала
Наряду с экспериментальным изучением газораспределения, параллельно развивались теоретические исследования газодинамики слоя, которые в настоящее время интенсивно развиваются благодаря возможности привлечения ЭВМ для выполнения большого объема вычислений.
Модели состоят из системы дифференциальных уравнений и описания процедуры их интегрирования по времени и объему печи. Поскольку системы уравнений описывают, как правило, все важнейшие процессы, протекающие в доменной печи, мы рассмотрим лишь вопросы, касающиеся движения газа в слое, которые являются неотъемлемой составной частью указанных моделей.
Система уравнений, описывающая движение шихтовых материалов и газа в доменных печах, включает следующие соотношения: уравнение неразрывности и уравнение движения для материалов и газа, уравнения теплового баланса, теплообмена и состояния. Решение этой системы уравнений позволяет получать значения параметров газораспределения, в частности, скорости, температуры и давления газа для любой точки слоя. Однако решение таких систем уравнений в полном объеме на современных быстродействующих вычислительных машинах требует больших затрат времени и возможно с невысокой точностью /35/ .
Все работы данного направления исследований, обстоятельный критический обзор которых был выполнен Б.И. Китаевым/6 /, К.К.Шко-диным /36 / , А.Н. Раммом /37 / , в зависимости от вида получаемых расчетных величин можно разделить на две группы. К первой группе относятся модели, результаты которых представлены относительными значениями. Так анализ одного из последних исследований /38 / , относящихся к этой группе, показывает, что разработанная модель потенциального течения газов в слое может быть эффективно использована при выборе оптимальных, с точки зрения равномерности газораспределения, параметров геометрии фурменного устройства и профилядавлений, то для их определения следует учитывать реальный профиль скорости газа на срезе фурмы, изменение порозности в объеме печи.
Ко второй группе относятся модели, результаты которых представлены абсолютными значеннями4 ледуемых параметров, но исходными данными этих моделей являются предварительно найденные изменения по радиусу печи температуры, состава, скорости газового потока /39/ . В работах/40, 41/ , посвященных изучению теплообменных и восстановительных процессов в объеме печи, полученные результаты характеризуют состояние процесса для отдельной вертикали или же отражают изменение показателей, усредненных по горизонтальным сечениям печи. Отмечается, что при наличии данных о неравномерности распределения потоков газа и шихты на колошнике, могут быть найдены температурные и концентрационные поля для всего объема шахты.
Таким образом, с помощью кинетико-математических моделей, обладающих рядом преимуществ и достоинств перед другими методами исследования газораспределения, заключающихся в возможности изучения влияния на него любого фактора доменного процесса, можно достоверно оценивать параметры газового потока только при условии успешного решения задачи определения расходов газа в кольцевых радиальных зонах шахты печи.
Метод оценки количества газа, протекающего в кольцевых концентрических сечениях, основанный на балансе содержащихся в общем колошниковом газе и в печном газе под.уровнем засыпи водорода, оксида и диоксида углерода, предложенный Ю.А. Орловым /42/ , позволяет найти объемную скорость газа в трех радиальных зонах: периферийной, промежуточной и осевой (или центральной). В дальнейшем принцип баланса был использован в большинстве известных методик определения расходов газа, например, в работах /36, 43, 44, 45/ . В работе/44/ сделана попытка выйти из предела ограничения по числу зон. Горизонтальное сечение шахты было разделено на двенадцать зон (три круговых кольца, каждое из которых разбито на четыре равные части взаимно перпендикулярными диаметрами). Сначала составляется система балансовых уравнений по секторам - баланс трех компонентов состава газа и общего его расхода. При этом распределение количества газа внутри каждого сектора принимается равномерным. После определения расхода газа для каждого сектора оценивается газораспределение в радиальном направлении, пренебрегая первоначальным допущением о его равномерности внутри каждого сектора. Здесь использован принцип последовательного приближения.
Некоторые исследователи решают задачу определения радиальных расходов газа, используя информацию об изменении состава, температуры, статического давления по одному или нескольким радиусам под уровнем засыпи, а также сведения о составе, температуре, давлении и расходе общего колошникового газа. Расчет сводится к решению системы балансовых уравнений компонентов химического состава, теплосодержания и количества газа /36/.
Полученные результаты при использовании вышеизложенных методов расчета существенно искажают действительную картину газораспределения, поскольку, системы балансовых уравнений недостаточно обусловлены, т.к. отдельные параметры газа коррелированы между собой, и уравнения не являются полностью независимыми. Кроме того, при сравнительно небольшом числе зон (оно не может превышать порядка системы уравнений) возникает существенная погрешность, связанная с предположением о равномерности распределения расхода, состава и
Определяющий размер слоя кусковых материалов
За определяющий размер слоя принимают:- гидравлический радиус межкусковых каналов /65/: где ГУ! - гидравлический радиус, м; . .S - площадь поверхности кусков в .единице объема слоя, ггМ ; - эквивалентный диаметр кусков, равный диаметру шара, у которого площадь поверхности, приходящаяся на единицу объема, равна средней удельной площади поверхности одного куска /59/:где y/tf - средний объем одного куска, м ;q - средняя площадь поверхности одного куска, w;- приведенный диаметр кусков, эквивалентный либо диаметрушара, объем - либо диаметру шара, поверхность которого равна средней пло
В свою очередь приведенные выражения взаимно связаны. Так, эквивалентный диаметр межкусковых каналов может быть выражен через средний их диаметр /22/:где К - коэффициент формы, представляющий собой поверхность куска с объемом и поперечными размерами, равными единице. В работе /65/ эквивалентный диаметр межкуоковых каналов выражен через эквивалентный диаметр кусков следующим образом: где 2/3 - фактор формы для слоя из шаров. /15/. ЕслиС1$ч определять, используя выражение (Г.ТО), а вместо 2/3 подставить коэффициент формы для кусков доменной шихты, то выражение (2.8) примет вид (Г.28).
Поиск определяющего размера слоя кусковых материалов с ис- . пользованием выражений (2;2) - (2.8) в виде, представленном выше, затруднителен в силу необходимости принятия допущений о величине О, \1ц , Jb ,, соответствующей реальным условиям доменной плавки, в которых общепринятой характеристикой загружаемой шихты является гранулометрический состав её компонентов;
Гранулометрический состав обычно приводится в виде весового процентного или долевого содержания отдельных фракций различной крупности. За средний диаметре! какой-либо фракции принимают среднее арифметическое крайних диаметровdf и Сг этой фракции, оцениваемых по размерам верхнего и нижнего сит /81/:
Тогда средний диаметр кусков материала (агломерата, окатышей, кокса, их смеси и др.) находят как:или по формуле:
В выражениях.(2.10), (2.II) в качестве Xt подразумевают или весовую долю, занимаемую фракцией диаметром СІ(,, или объемную. Вследствие этого можно разделить подходы к оценке определяющего размера на.веоовой и объемный. Так, весовой метод, использующий выражение (2.10), применяют авторы работ /9, 81, 82/, используя выра жение (2ІІІ) - /9, 16, 59, 83/. Объемный метод, использующий выражение (2 10), встречается в работеVI5/, используя выражение (2.II) - в большинстве работ /10, 15, 22, 25, 37, 62, 84, 85/.
Средний диаметр, определяемый по формуле (2.10) как весовым, так и объемным методом, существенно превышает действительный средний диаметр кусков шихты. Поэтому данную формулу целесообразнее использовать при сравнительном анализе качества железорудного сырья различного гранулометрического состава, так как изменениям рассчитываемых с её помощью значений соответствуют однозначные изменения газопроницаемости столба шихты /86/.
Выражение (2.II) с учетом объемных долей фракций материалов позволяет определять величину более близкую к действительному значению среднего диаметра кусков шихтовых материалов. Покажем сказанное на примере: пусть в I единице объема размещены частицы с диаметром 0,2, а в 3 единицах объема - с диаметром 0,5. Тогда в I единице объема находится I : (0,2)3 = 125 частиц, а в 3 едини-цах объема - 3 : (0,5) = 24 частицы; получим средний диаметр частиц: где У. - насыпная масса материалов, т/м;)fr - насыпная масса фракции, составной части материалов, т/м ; р - количество фракций; QL - весовая доля фракции. В свою очередь, Jft можно определить, используя выражение /87/:где JfjK - кажущаяся плотность материалов, т/м ;"Jf. - объем межкусковых промежутков на единицу массы фракции, При определении 1) і. используется функциональная зависимость этого параметра от at , причем для кокса /88/:для агломерата /89/:
Таким образом, приведенные выше выражения (2.9), (2.11)-(2.15) с учетом табличных значений величин насыпных масс компонентов шихты /90/ позволяют оценить по результатам проводимых на бункерах, рассевов компонентов шихтовых материалов их средние диаметры, т.е. позволяют оценить определяющие размеры компонентов шихты перед их загрузкой в печь.
Однако материалы в процессе загрузки в печь разрушаются с уменьшением размера кусков. Поэтому необходимо в формулу (2;12) ввести поправку на разрушение материалов на пути их движения от места проведения рассева до исследуемого горизонта шахты:где -і - коэффициент уменьшения среднего размера кусков материала, представляющий собой, отношение конечного среднего диаметра кусков соответствующего компонента шихты к его исход ному, значению, на пути движения материала от места проведения рассева до исследуемого горизонта шахты. Теперь определим средний диаметр кусков железорудной части загруженных материалов по формуле, аналогичной (2.II):ри - объем в подаче компонента железорудных материалов.ших алов шихты, соответственно.агломерата, окатышей и др., определяемый по формуле (2 і 16), м; ГП - количество компонентов железорудных материалов шихты. Объемы компонентов шихты определим по данным о составе загружаемых в печь подач:)где 6-і - масса в подаче соответствующего.компонента шихты (агломерата, окатышей, кокса и др.), т.где ок " порозность шихты в области кусковых материалов, MVM3; УС 1С - объем межкусковых промежутков на единицу массы материалов подачи, соответственно кокса и железорудных материалов, м3/т; (ук - количество кокса, загружаемого в печь, т; р- количество железорудных материалов, загружаемых в печь; Y jf - соответственно кажущаяся плотность железорудных материалов, кокса, т/м3; - степень перемешивания пылеватых частиц с кусковыми материалами; Хр - доля мелочи в общем количестве, перерабатываемых железорудных, материалов при их движении в шахте .печи. Выражение (2.19) отличается возможностью анализа трехкомпо-нентного слоя шихты, состав которого, в соответствии с этим, разделяется на крупную фракцию - кокс, мелкую - железорудную часть шихты и на третью фракцию - мелочь. Если первые две фракции в рабочем пространстве печи формируют насадку, пропускающую газ, то третья фракция является материалом, заполняющим.межкусковые промежутки насадки и ухудшающим её газопроницаемость.
Анализ трехкомпонентного слоя шихты становится необходимым для достоверной оценки параметров структуры столба материалов, перерабатываемых в современных доменных печах большого объема. Отличительной чертой последних является высокоинтенсивная работа с проплавлением шихты, характеризующейся большими рудными нагрузками. В этих условиях железорудная часть шихты выступает как структурный элемент насадки, поскольку объемные доли данной части шихты и кокса в общей массе загружаемых материалов приблизительно равны, и, следовательно, железорудные материалы уже нельзя рассматривать только в качестве мелкой фракции, заполняющей межкусковые промежутки в слое кокса.
Характер газораспределения по высоте шахты доменной печи № 5 на первом этапе исследований
В течение девяти суток с начала задувочного периода до выхода доменной печи В 5 на нормальный рабочий режим контролировали ради Среднесменные показатели работы печи во время задувочного периода представлены на рис. 3.2, параметры загрузки - в табл. 3.3,
Проанализируем газораспределение в шахте печи В 5 на первом этапе исследований.Состав газа по радиусам колошника и середины шахты за период 28-30 августа - начальный период задувки, представлен на рис. 3.3. Кривые COg, СО на колошнике характеризуют работы печи раскрытым центром, и в меньшей степени, периферией. Данное газораспределение организует структура столба шихты, сформированная системой загрузки КААК 1,5 м, использование которой позволяет загружать железорудными материалами шихты в основном промежуточную область радиуса.Рис. 3.2. Показатели работы доменной печи Ш 5 Новолипецкого металлургического комбината за период первого этапа исследований.
Обращает на себя внимание высокая концентрация водорода в периферийном газе колошника, до 19$, а также факт превышения, до-стигавдего 7$, ею соответствующего значения на горизонте середины шахты, что вероятно связано с неудовлетворительным перемешиванием дутья и природного газа в полости воздушных фурм; не исключено и влияние реакции водяного газа.
К 30 августа давление колошникового газа увеличили с 1,1. до 1,5 ати; был увеличен расход кислорода и природного газа (рис.3,2). За 30 и 31 августа отобрали радиальный газ только на колошнике ввиду выхода из строя зонда в середине шахты, при этом по техническим причинам. пробы газа за 31 августа анализировали лишь на содержание С02 (рис. 3.3, а и 3.4, а). Кривые изменения содержания COg за 30 и 31 августа представляют собой качественно новую картину по сравнению с аналогичными кривыми за предыдущие двое суток начального периода задувки. Повышение параметров дутья привело к значительному увеличению содержания С02 по радиусу колошника с повышением степени использования оксида углерода и водорода соответственно с 26,5$ до 40$ и с 29,9$ до 39,3$ (табл. 3.1).За 1-2 сентября наблюдается уже большее соответствие кривых радиальных изменений концентрации С02, СО, & для обоих горизонтов шахты, что связано, повидимому, с перемещением зоны плавления и зоны интенсивного восстановления на более низкие горизонты печи (рис. 3.4).
Последние трое суток первого этапа исследований (3, 4, 7 сентября) характеризуются дальнейшим повышением интенсивности работы печи, в то.же.время следует отметить частые изменения параметров дутья (рис. 3.2) и загрузки материалов (табл. 3.3). При анализе газораспределения в первую очередь обращает на себя внимание практически полное совпадение кривых изменения концентрации С02, СО, Н2 по радиусу колошника для 3, 4 и 7 сентября (рис. 3.5), что в начальном периоде задувки не наблюдалось. Вместе с тем, для радиуса середины шахты кривые изменения компонентов состава газа для этих же трех суток не совпадают друг с другом, что говорит о меньшей стабильности газораспределения середины шахты в условиях неустановившегося режима работы доменной печи.
Таким образом, газораспределение по радиусу середины шахты в большей мере и быстрее реагирует на изменения параметров дутья, что свидетельствует в пользу целесообразности регулярного контроля газораспределения середины шахты для регулирования хода доменной плавки в условиях неустановившегося режима. Данный вывод подтверждается вышеприведенными результатами исследования газораспределения в шахте доменной печи № 5 в период задувки.
На втором этапе исследований изучали газораспределение по высоте шахты доменной печи $ 5 в условиях установившегося режима плавки, при незначительных колебаниях её показателей. По сравнению с задувочным периодом существенно возросли расход дутья до 5500-5700 м3/мин, его давление - до 3,6-3,7 ати и температура -до П20-П40С. Содержание кислорода в дутье составило 30,0-31,5$ при среднем расходе природного газа 45 тыс. м3/ч. Стабильность дутьевого режима и режима загрузки, характеризующегося высокими рудными нагрузками 3,69-4,31 т. руды/т кокса, способствовала стабилизации процесса выплавки чугуна, .среднесменное производство которого достигло 2000-2500 т (рис. 3.6). Ровный ход печи предопределил выплавку чугуна с содержанием.кремния, изменяющегося в сравнительно узком диапазоне 0,5-1,0$.
В ходе исследований выдерживали интервал времени между последним изменением параметров загрузки материалов и началом зондирования шахты печи не менее двух часов, что позволяет при анализе исключить воздействия на газораспределение изменений системы ших-топодачи (табл. 3.4). Химический состав железорудной части шихты за этот период представлен в табл. 3.2.
Состав общего колошникового газа также отличался небольшими колебаниями концентраций С02, СО, Н2 (табл. 3.5). При этом степени использования оксида углерода и водорода изменялись в пределах соответственно 38,1 - 43,9$ и 38,2 - 41,3$.
Взаимосвязь перепадов диоксида углерода с процессами образования сажистого углерода
Представляют интерес в связи с наблюдаемыми различными знаками градиентов С02 результаты визуального анализа отобранных из шахты печи № 5 проб материалов. Наличию отрицательных градиентов С02 в перифериной зоне радиуса шахты (рис. 4.1, табл. 4.1) соответствует присутствие сажистого углерода в пробах материалов из этой же зоны. В то же время в случае наблюдения положительных градиентов С02 каких-либо выделений сажи не отмечено (табл. 4;2).
Таким образом, по результатам анализа проб газа и материалов, отобранных на двух горизонтах шахты, просматривается взаимосвязь отрицательных градиентов С02 с развитием реакции образования цинкита по реакции (4.3) и сажистого углерода по реакции (4.2). Принимая во внимание показанную выше, в разделе 4.1, связь цикличности схода цинкосодержащих настылей, процессов выделения больших количеств цинкита в верхних горизонтах шахты и появления отрицательных градиентов С02, можно предположить следующую причинно-следственную последовательность появления отрицательных градиентов С02: сход цинкосодержащей настыли является причиной восстановления и возгонки сразу большого количества паров цинка; достигнув верхних горизонтов шахты, цинк легко вступает в реакцию (4.3), а также является катализатором реакции (4.2) /104/, вызывая распад СО с образованием сажистого углерода. Кроме того, интенсивность возгонки цинка влияет на развитие реакции распада СО и определяет уменьшение величины градиента С02. Отсюда можно сделать вывод, что наличие отрицательных градиентов С02 является индикатором, указывающим на протекание процессов образования сажистого углерода в соответствующих областях шахты доменной печи. Случаи.наличия положительных градиентов С02 по радиусу столба шихты (рис. 4.1) отвечают, по всей види мости, развитию процессов косвенного восстановления окислов железа.
Обращает на себя внимание соответствие присутствия сажистого углерода в пробах материалов высокому проценту содержания углерода в магнитной части железорудных материалов фракции 0-2,5 мм - 15,5--22$; в то же время, в случае отсутствия сажистого углерода в пробах содержание углерода составляло 1,5-5,5$ (табл. 4.2). С учетом того, что содержание углерода в железорудных материалах свыше 6,66$ (содержание химически связанного углерода в карбиде железа) отвечает уже механически связанному углероду в анализируемом образце, получим, что присутствие механически связанного углерода в мелких фракциях железорудного материала, в данном случае фракции 0-2,5 мм, является признаком протекания реакции выпадения сажистого углерода. Активно адсорбируясь на поверхности катализатора - свежевосстанов-ленного губчатого железа, сажистый углерод.разрушает железорудные материалы /105/, а также науглероживает их.
Представляют также интерес визуально наблюдаемые различия в интенсивности окраски черного цвета и существенно разной степени раскрытия пор отдельных участков поверхности одного и того же куска кокса проб, отобранных из периферийной зоны радиуса шахты. Отмеченные особенности связаны, по-видимому, с протеканием реакции образования сажистого углерода, который проникает в поры кусков кокса, заполняя их. Для установления возможности насыщения пор кокса сажистым углеродом куски кокса отобранных проб, предварительно размолотые в порошок, анализировали на содержание углерода на анализаторе "АН-7529", характеризующегося относительной погрешностью ± 0,03$ углерода в интервале измерений концентраций 0-4$. Для того, чтобы фиксировать содержание углерода в коксе в данном интервале концентраций, анализируемую.навеску разбавляли чистым оксидом двухвалентной меди. С учетом масштаба разбавления относительная погреш ность определения содержания углерода в коксе составила ±0,6$. Для большей представительности результатов было сделано по пять анализов каждой пробы кокса (табл. 4.3). Как видно из этой таблицы, перемещению шихты от уровня колошника до середины шахты в разных зонах радиуса столба шихты соответствует отклонение средних значений содержания углерода в коксе как в большую, так и в меньшую сторону от исходного его содержания.
Примечательным является тот факт, что когда сажистый углерод наблюдался в пробах материалов, то для кусков кокса из этих же проб были получены высокие, практически одинаковые средние значения содержания углерода - в интервале 89,6-90,6$, превышающие соответственно на 3,6-4,2$ значения исходного содержания углерода в коксе (табл. 4.3). Данный факт свидетельствует в пользу того, что на поверхности куска кокса возможно протекание реакции распада СО, и что кокс в этом случае является аккумулятором и переносчиком сажистого углерода.
Таким образом, регулярный отбор проб материала из периферийной зоны шахты печи с последующим анализом кокса на содержание углерода дает возможность оценить количество сажистого углерода, переносимого коксом с верхних горизонтов шахты печи на более низкие.
Периферийная зона шахты печи В 5 отличается высокой степенью металлизации агломерата и окатышей по сравнению с другими радиальными зонами. Так, степень металлизации указанных материалов на уровне середины шахты достигает соответственно 74,7-80$ и 62,9--96,2$, в то время как для других радиальных зон данный показатель не превышает для агломерата 5$ и для окатышей 10$ (табл. 4;4). Степень металлизации железорудных материалов в периферийной зоне колошника существенно отличается для разных периодов, причем для 5 марта, когда сажистый углерод наблюдали в пробах с обоих горизонтов, металлизация агломерата и окатышей составляет 8,4 и 6$, а для
