6. Тығыз қабаттағы газ бен шикіқұрам арасындағы жылу алмасу заңдылықтары

Қыздырылған ауаны үрлеу кезінде енгізілетін жылудан басқа шикіқұрам мен газды қыздыруға, шойын мен қождың балқуына қажетті, жылу жоғалтулардың тотықсыздану мен компенсациясы үрдістерін қамтамасыз ету  үшін керек жылу көздеріне келесілер жатады: отынның (кокстың және оның орнына кокстың бір бөлігі үшін қолданылатын табиғи газдар, мұнай өнімдері мен көмір ұнтақтары) жануы кезінде көріктің жоғарғы жағында пайда болатын жылу. Ыстық газ тәрізді жанғыш өнімдер төмендегі салқын шикіқұрам материалдарына өз жылуларын бере отырып, көріктен жоғары қарай көтеріледі де, өздері салқындай бастайды. Сондықтан, пеш көрігінен жоғарыға қарай колошникке шығар кезде пеш температурасы 1400 - 1600^○С - тан 200 - 350^○С - қа дейін төмендейді. 

Мұнымен қоса, көлденең қимада пештің бірдей ендіктерінде температуралар тұрақты болмайды да, айтарлықтай кең ауқымда өзгеріске ие болады. Бұл пеш қимасы бойымен көтеріліп келе жатқан ыстық газдардың біртексіз таралуымен түсіндіріледі, газдардың максималь көп мөлшері көлденең қима аумағында шикіқұрамның аз қарсыласуымен өтіп кетеді де мұнда ең жоғарғы температуралар байқалады. 

 

7 Домна пешіндегі тотықсыздану үрдістері

Темір домна пешіне тотықтар түрінде енеді, агломератта Fе₂О мен аздаған  Fе₂О₃ және FeO болады, шекемтастарда - Fе₂О₃ және Fе₂О, темір кені, егер оны қолданса - Fе₂О₃ және Fе₂О, мұнымен қоса бұл тотықтардың бір бөлігі өздге де тотықтармен байланысқан түрде кездеседі. 

Домна үрдісінің негізгі мақсаты - осы тотықтардан оларды тотықсыздандыра отырып мүмкіндігінше көп мөлшерде темірді бөліп алу. Тотықсыздану тотықтардан оттегіні бөліп алып олардан элементті алуға негізделген (немесе оттегі мөлшері аз тотықтар алуға). Оны тотықсыздандырғаш көмегімен жүзеге асырады - ол тотықсызданатын элементпен салыстырғанда, оттегімен көп ұқсастығы бар болуына байланысты оттегі бөлініп байланыс түзе алатын заттар. Осылайша, тотықсыздану үрдісінде бір зат оттегіден ажырайды, ал екіншісі оны өзіне алады (тотығады). Жалпы алғанда тотықсыздану үрдісі келесі теңдеумен жазылады:

 

МО + В = М + ВО,  (3.1)

 

мұнда, М - тотықсыданатын металл; В - тотықсыздандырғыш; МО - тотықсызданатын тотық; ВО - тотықсыздандырғыш тотығы.

 

Академик А.А. Байковтың тұжырымдамасына сай, темір тотықтарының тотықсыздануы сатылай жоғарыдан төмен орындалады: 

 

Fе₂О₃ - Fе₂О - FeO - Fe.  (3.2)

 

3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₂О + CO₂ + 53740,

Fе₂О + СО = 3FeO + CO₂ + 36680,

FeO + СО = Fe + CO₂ + 16060.

Осылайша, жанама тотықсызданудан тікелей тотықсызданудың айырмашылығы көміртегінің шығындалуында, ал бұл дегеніміз - тікелей тотықсыздану үрдісінің дамуымен фурмаға берілетін көміртегі мөлшері азаяды.  

Домна пешінің атмосферасында 8 - 12% - ға дейін жетуі мүмкін сутегімен жанама тотықсыздану келесі реакциялармен жүреді: 

 

3Fе₂О₃ + Н₂ = 2Fе₃О₄ + Н₂О - 4200,

Fе₃О₄ + Н₂ = 3FеО + H₂O - 62410,

FеО + Н₂ = Fе + H₂О - 27800.

 

 

8. Пештің жоғарғы бөлігінде гидраттар мен карбонаттардың ыдырауы

Домна пешіне енгізілетін шикіқұрам гидроскопиялық ылғалдылыққа ие болады (мысалы, кокста 0,5 - 5%), ал кейде гидратты ылғалдылықта болады. Гидроскопиялық ылғал колошникте жеңіл буланады және оның шығып кетуі үшін қосымша жылудың қажеті болмайды, себебі колошникті газдардың температурасы ылғалдың булану температурасынан жоғары болады. 

Гидратты ылғал тек темір кенін пешке енгізгенде ғана пайда болады, ол Fе₂О₃ - пен (қоңыр теміртаспен) немесе Аl₂О₃ - пен (каолиниттерде Аl₂О₃ · 2SiО₂ · 2Н₂О) байланыс түзеді. Бұл қосылыстар жылуды жұта отырып, 400 - 1000^○С - та ыдырайды. Алайда, қазіргі уақытта шикізатты кендер қолданылмайтын болғандықтан, гидратты ылғалдар балқыту үрдісіне айтарлықтай әсер етпейді.  

Карбонаттар (көмірқышқылды қосылыстар) домна пешіне әктас түрінде СаСО₃ (кейде ол біршама СаСО₃ мен біршама МgСО₃ құрамдас болуы мүмкін), кабонатты темір кені түрінде (FеСО₃) және марганец кені түрінде (МnСО₃) түсуі мүмкін. Қыздыру кезінде карбонаттар жылуды жұта отырып, СО₂ мен металл тотығына ыдырайды. 

Қазіргі таңда шикізатты кендер домна пешіне салынбайды, домна қожына қосуға міндетті СаО - ны енгізу үшін салынатын әктасты агломерат шикіқұрамына қосып жібереді және қождың негізділігін жоғарылату үшін пешке аздаған мөлшерде әктас салынады. Мұнда әктас келесі реакциямен температурада қарқынды ыдырайды:

 

СаСО₃ = СаО + СО₂ - 178500Дж.

 

Ыдырауға жұмсалатын жылу шығындарынан басқа, кері әсер ететін факторға 1000^○С - тан жоғары температурада СО₂ + С = 2СО реакциясының жылуды жұту арқылы жүруі мен кокс көміртегісінің жұмсалуы жатады. Қождамаланған агломератты қолдану мен (яғни агломерат шикіқұрамына әктас қосу арқылы алынған) және домна шикіқұрамынан әктастың толықтай алынуы коксты үнемдеуге мүмкіндік береді. Агломерация кезінде әктастың ыдырау үрдісі қымбат тұратын қоры аз металлургиялық кокстың емес, төмен сортты отынның (кокс ұнтағы, антрацитті үгінді) жануы кезінде жүзеге асады.