Паливо, що використовується для доменної плавки, виконує три основні функції: теплову, хімічну, фізичну.
Паливо, що використовується для доменної плавки, виконує три основні функції:
- теплову, будучи джерелом тепла при розігріві шихтових матеріалів до високих температур і забезпечуючи інтенсивне протікання хімічних реакцій при плавленні чавуну і шлаку;
- хімічну, будучи основним хімічним реагентом-відновником оксидів заліза та інших елементів;
- фізичну, забезпечуючи високу газопроникність стовпа шихти.
Необхідно відзначити, що фізична функція палива запобігає важкі розлади ходу доменної плавки. Тому паливо має бути твердим, кусковим матеріалом, що створює високу газопроникність в області високих температур і забезпечує умови для протитоку газу і розплавлених мас металу і шлаку.
Для доменного процесу потрібно міцне, неспекающегося тверде паливо. Воно займає значний обсяг доменної печі і більша його частина повинна зберегтися твердої, кусковий і міцної до нижньої частини печі.
До палива висувають такі основні вимоги:
- висока теплота згоряння і відновна здатність в хімічних реакціях;
- достатня міцність і термостійкість, щоб не утворювалося багато дрібниці при нагріванні палива і проходженні його через піч;
- неспекаемость в умовах доменного процесу;
- достатня чистота по вмісту шкідливих домішок - сірки і фосфору.
Крім того, тверде паливо повинне містити мало золи, особливо кремнезему і глинозему, що вимагають застосування флюсів.
Палива природних видів не задовольняють цим вимогам. Тому для доменної плавки доводиться спеціально виготовляти тверде паливо - деревне вугілля, кокс.
Деревне вугілля
Деревне вугілля практично втратив своє значення через низьку міцності.
Кокс є єдиним видом твердого палива для доменної плавки в усій світовій практиці чорної металургії.
Початковою сировиною для отримання коксу є особливі сорти кам'яного вугілля, званих коксівним. Підготовка вугілля до коксування полягає в дробленні, збагаченні для зниження зольності і усередненні.
Кокс отримують сухою перегонкою кам'яного вугілля в коксових печах, що представляють собою вузьку камеру шириною близько 0,5 м, висотою 4 - 5 м і довжиною близько 15 м, об'єднаних в батареї. Число печей в батареї може досягати 60 - 70 штук.
Підготовлена шихта завантажується в камеру через спеціальні отвори. Обігрів печі здійснюється з боків через стінки вогнетривкої цегли шляхом спалювання газу в обігрівальних простінках.
Для підвищення температури коксування повітря, що використовується для спалювання газу і газ, попередньо нагрівають до 900 - 1000 ° С в регенераторах, розташованих під печами. Горіння газу відбувається в простінку, за рахунок цього здійснюється нагрів стінок двох сусідніх камер до температури 1350 - 1400 ° С. Відпрацьовані гази через обвідний канал потрапляють в інший простінок, опускаються по ньому, обігріваючи дві інші стінки камер, і, проходячи через регенератори, нагрівають їх і йдуть в димову трубу. Періодично відбувається зміна напрямку руху газів. Через нагріті регенератори потрапляють повітря і газ, а через остиглі - продукти згоряння.
Завантажена шихта нагрівається в камерах приблизно до 1000 ° С. Тривалість коксування становить близько 15 годин. Потім отриманий коксовий пиріг спеціальним виштовхувачем виштовхують з печі і гасять водою або інертними газами.
У процесі коксування з 1 тонни вугільної шихти отримують близько 700 кг коксу, 300 - 350 м3 коксового газу і близько 20 кг смоли. Смола і газ є цінним хімічним сировиною, з якого виробляють лаки, фарби, добрива та інші продукти. Очищений коксовий газ застосовують в металургійних печах як паливо.
Останнім часом для економії коксу при доменній плавці в піч вдувають природний газ, мазут, вугільний пил. Перевагою застосування зазначених видів палива є те, що вони сприяють поліпшенню процесу відновлення оксидів заліза шляхом збагачення доменного газу реагентами-відновниками (СО і Н2).
Флюси вводять в доменну піч для перекладу порожньої породи рудної частини шихти і золи коксу в шлак, що володіє певними фізичними властивостями.
Температура плавлення оксидів, що входять до складу порожньої породи руд становить від 1700 до 2800 ° С. Це значно вище температури шлаку в доменній печі (1450 - 1600 ° С). Крім того, для забезпечення гарної плинності деякі оксиди необхідно нагрівати значно вище температури плавлення. Однак, при певному співвідношенні оксидів, що входять до складу порожньої породи (SiO2, Al2O3, CaO, MgO), утворюються легкоплавкі з'єднання, які мають температуру плавлення близько 1300 ° С і характеризуються хорошою плинністю при 1450 - 1600 ° С.
Для видалення сірки з металу необхідно, щоб шлаки, одержувані в доменній печі, містили певну кількість основних оксидів (CaO і MgO). Наприклад, необхідно, щоб в шлаках відношення (СaO + MgO) / (SiO2 + Al2O3) становило близько 1, а відношення SiO2 / Al2O3 дорівнювало від 2 до 4.
Залежно від складу порожньої породи руди застосовуються основні, кислі або глиноземисті флюси. У більшості випадків видобуваються руди містять порожню кислу породу і мають прийнятне співвідношення SiO2 і Al2O3. Тому, зазвичай застосовують основний флюс у вигляді вапняку, що складається з карбонату кальцію СaCO3 або доломітизованого вапняку, що містить крім СaCO3 ще MgCO3.
В даний час вапняк вводять при огрудкуванні залізних руд або залізорудних концентратів. Це призводить до поліпшення показників доменної плавки, так як зменшується витрата тепла на процес розкладання карбонатів, який здійснюється на стадії окускования (агломерації або отриманні окатишів).