Г. Влияние тяги отходящих газов на работу вагранки
Газы – главные переносчики тепла в вагранке. Они транспортируют тепло путем конвекции, двигаясь навстречу пористой структуре сырья, загруженного в вагранку. В идеале, поток газа должен двигаться сквозь однородный материал. Но этого трудно достичь при использовании природного сырья. Фракционный состав и форма зерен природных материалов имеет значительный разброс. Разница в плотности между коксом и камнем вызывает разницу в траектории падения материала в вагранку с конвейера загрузки и его распределения.
Отходящие газы уходят в ту часть столба шихты, где сопротивление является самым низким, а проникновение самым высоким. Если гранулометрический состав мелкий, это приведет к значительному снижению давления потока газа, вплоть до остановки газов в середине столба шихты. Для преодоления этого, система дутья должна создавать избыточное давление на дне вагранки, что чревато выбросами расплава из сифона.
Газы в вагранке - главный фактор процесса плавления. Количество воздуха позволяет коксу гореть в определенной пропорции СО/СО2. Пропорция СО/СО2 определяет количества тепла, выделяемого коксом. Большое количество СО в отходящих газах означает, что тепло, образующееся при горении кокса, частично поглощено за счет образования СО. Т.е., явно нарушено плавление.
Отношение содержания СО/СО2 зависит от скорости потока газов через столб шихты. Именно в столбе шихты образуется самое большое количество СО/СО2. Скорость потока газа через столб шихты зависит от объема подаваемого дутья, температуры и фракции кокса.
Давление, создаваемое дутьем, сильнейшим образом влияет на производительность. Повышенная тяга увеличивает эффективность плавления, может вызвать очень быстрое плавление. В итоге, большие куски базальта остаются твердыми/пластичными и расплав, выходящий из вагранки, недостаточно горячий. Эффективность волокнообразования снижается.
Снижение дутья ниже нормативного ведет к снижению производительности и температуры в вагранке.
Зона горения располагается в районе фурменного пояса в вагранке. Интенсивное горение происходит в пустом пространстве вокруг фурм, которое образуется после сгорания части кокса. От окружающих место горения поверхностей кокса отделяются его частички. Турбулентный поток воздуха из фурм начинает вращать эти частицы кокса, они интенсивно горят в этом потоке, обогащѐнном кислородом. Образуется СО2. С (кокс) + О2 = СО2. В результате горения выделяется очень большое количество тепловой энергии. Температура в месте горения достигает 2000…2500°С. Место горения и вихревой поток схематически показаны на рис. 8. Рис. 8 показывает зону окислительных реакций вокруг фурм по направлению к центру вагранки. В этих двух зонах количество кислорода достаточно для горения кокса и превращения его в СО2, который проходит сквозь столб нагретой шихты.
Зона окисления может простираться через зону горения, если дутьевой воздух имеет достаточно высокое давление и аэродинамическое сопротивление столба шихты достаточно высокое.
Если расстояние от фурм равно 600 мм, концентрация кислорода незначительна, а концентрация СО2 максимальна. Расстояние проникновения кислорода во внутреннюю часть вагранки зависит от угла наклона фурм, их формы, давления и количества дутья.
Рис. 8. Зоны горения вокруг фурм.