3. Теоретическая температура горения.

Имея представление о протекающих реакциях и их тепловых эффектах, можно определить теплосодержание горновых газов (м³/кг углерода кокса, сгорающего у фурм):

(2.4‑7)

где Q₁ - тепловой эффект реакции неполного горения углерода кокса; Q₂ - тепловой эффект реакции конверсии природного газа; m - расход природного газа; Q₃ - тепловой эффект реакции разложения паров воды углеродом;- содержание паров воды в дутье; V_г- выход горнового газа; V_д- расход дутья; T_г, T_д, T_с- температура горнового газа, дутья, кокса; С_г, С_с, С_д- теплоемкость горнового газа, углерода, дутья.

По тепловому балансу процесса горения может быть вычислена температура горения.

Рассмотрим изменение температуры горновых газов по оси фурмы.

Максимального значения температура достигает в точке, где исчезает кислород, а содержание СО₂достигает максимума. Эта точка называетсяфокусом горения (2300-2500). Точка А.

Температура газа на границе зоны горения называется теоретической температурой горения (2000-2200). Точка В. Граница зоны горения характеризуется минимальным содержанием СО₂в горновых газах.

За пределами зоны горения температура снижается, так как тепло, которое несет газовый поток, затрачивается на нагрев находящихся там материалов и на покрытие затрат тепла на процессы, идущие с поглощением тепла (прямое восстановление, десульфурация).

В осевой части горна температура не должна опускаться ниже 1500. Иначе, находящиеся там, шлак и чугун застынут.

Для этого из зоны горения в осевую часть горна должен поступать достаточно мощный газовый поток. Осевая часть печи должна иметь довольно высокую газопроницаемость, которая достигается загрузкой в нее относительно больших количеств кокса и меньших количеств рудных материалов.

Изменение температуры в зоне горения по радиусу горна доменной печи показано на рис.2.4-2.

Рис.2.4-2. Изменение температуры в зоне горения по радиусу горна доменной печи

В кислородной части зоны горения температура газа по мере удаления от торца фурмы возрастает. В той точке, в которой содержание кислорода становится равным нулю, а СО₂достигает максимального значения, температура газа возрастает до максимума. Эта точка называется фокусом горения. Точнее это не точка, а выпуклая поверхность, ограничивающая кислородную часть зоны горения.

В восстановительной части зоны горения, в которой СО₂ восстанавливается до СО, за счет поглощения тепла на этот процесс, температура газа снижается. Температура газа, выходящего из зоны горения (на ее границе), называется теоретической температурой горения -t_Ф. Ее можно найти из теплового баланса зоны горения.

Теоретическая температура горения может быть найдена по уравнению

. (2.4‑8)

Теоретическая температура горения находится обычно в пределах 1900−2200 ^оС.

По мере продвижения газового потока к оси печи температура его снижается, так как тепло затрачивается на нагрев материалов, находящихся в осевой части печи и на покрытие затрат на прямое восстановление.

Однако температура в осевой части печи (в точке пересечения оси печи с осью фурм) должна быть не меньше 1500 ^оС, в ином случае материалы там могут застыть с образованием так называемого “тотермана”. Для этого осевая часть должна быть хорошо газопроницаемой, чтобы туда в достаточном количестве могли поступать горячие горновые газы.