Кислородное дутьё в металлургии

Кислород активно поддерживает горение. Значит, его целесообразно применять прежде всего в тех процессах, которые связаны с горением, с получением высоких температур. Таким процессом, помимо газификации твёрдых топлив, является производство чугуна, стали и многих других металлов. Использование кислорода в металлургии сулит настоящую техническую революцию в этой наиболее древней и наиболее важной отрасли промышленности. «Огненный воздух», поданный в домну или сталеплавильную печь, не только увеличит количество выплавляемого металла, но и позволит значительно упростить устройство металлургических агрегатов.

В металлургических печах, где выплавляются чугун и сталь, царят высокие температуры. Поэтому великий русский учёный Д. И. Менделеев назвал металлургию химией высоких температур. Кажется, ни одна отрасль промышленности не потребляет столько топлива и кислорода, сколько металлургия. Современный крупный металлургический завод, выпускающий в год один миллион тонн стали, требует два миллиона тонн угля и свыше трех миллиардов кубических метров кислорода.

До сих пор в металлургические печи вводится воздух. Но в воздухе азота в четыре раза больше, чем кислорода. Значит, вместе с тремя миллиардами кубометров кислорода через плавильные печи нашего завода пройдёт не менее двенадцати миллиардов кубических метров азота. Этот азот является вредным балластом металлургического производства. Как много тепла необходимо затратить для бесполезного нагрева такого огромного количества азота! Если уменьшить количество азота, поступающего, например, в домну, то значительно возрастёт температура в горне, быстрее будут выгорать примеси, скорее закончится выплавка металла.

Чтобы создать в доменной печи необходимую температуру, воздух предварительно подогревают до 700 – 800 градусов. Для этого мощные воздуходувные машины нагнетают воздух в громадные, высотой до 20 метров, башни – кауперы, стоящие возле каждой домны. По величине каждый каупер лишь немного уступает самой доменной печи. Кауперы, нагретые отходящими из домны газами, передают своё тепло воздуху. Выйдя из кауперов, горячий воздух по трубопроводам поступает в доменную печь.

Металлурги определили, что, вдувая в доменную печь воздух, в ней можно достигнуть температуры в 2000 градусов. Но если количество кислорода в дутье увеличить втрое, температура в домне возрастёт до 3000 градусов и даже ещё выше. Предварительное нагревание вдуваемого в печь воздуха становится ненужным даже тогда, когда он содержит 30% кислорода.

Перед войной, в сентябре 1940 года, в СССР была пущена опытная доменная печь, работающая на дутье с увеличенным количеством кислорода. Печь давала до двухсот тонн чугуна в сутки, в 2 – 2,5 раза больше, чем обычная домна таких же размеров; вместе с тем сокращался расход топлива – кокса. Перед металлургией открылись, таким образом, новые блестящие перспективы. Появилась возможность не только резкого повышения производительности плавильных печей, но и значительного упрощения всех металлургических агрегатов.

Промышленность требует от металлургов не только обычный чугун, идущий для переработки в сталь или для производства литых изделий. Ей нужны и так называемые ферросплавы – чугуны специальных сортов. Они содержат больше кремния, марганца, хрома и других примесей, чем обычный чугун, и идут для выплавки специальных высококачественных сталей.

Получение некоторых ферросплавов в обычной доменной печи – дело крайне трудное. В домне нужно развить исключительно высокую температуру, а это приводят к огромному расходу топлива. Более того, отдельные сорта специальных чугунов (например, весьма важный для металлургии силикомарганец) вовсе не удавалось получить в доменной печи.

Кислород позволяет создать в домне любую практически необходимую температуру. Значит, работая на кислородном дутье, доменная печь будет выплавлять чугуны любых сортов и, кроме того, давать ценные тугоплавкие шлаки. А эти шлаки можно переработать в очень хороший строительный материал – портланд-цемент.

Один из побочных продуктов при работе домны – колошниковый или доменный газ. Он содержит около 30 процентов окиси углерода и поэтому является горючим газом.

Обычный доменный газ применяется для отопления кауперов и паровых котлов. По трубопроводам он направляется также и в сталеплавильные печи, но сжигается в них только в смеси с дорогим и ценным коксовым газом, получающимся при коксовании углей. Этим достигается необходимая для выплавки стали температура. Само собой разумеется, что если азота в дутье доменных печей будет меньше, то и выходящий из домны газ станет более ценным топливом. Поэтому колошниковый газ домны, работающей на кислородном дутье, явится прекрасным топливом для сталеплавильных печей. Он сможет пойти и для производства некоторых ценных химических продуктов. Такой доменный газ высвободит миллионы кубических метров коксового газа, которые целиком смогут быть использованы для получения искусственного жидкого топлива и других продуктов.

Не меньшие выгоды обещает применение кислородного дутья и при выплавке стали. Мартеновская сталеплавильная печь, работающая на кислороде, подобно домне, не потребует подогрева дутья. Самое сложное и дорогое устройство в современных мартеновских печах – громоздкие регенераторы, предназначенные для предварительного подогрева вдуваемого в печь воздуха, – станет ненужным. Кислородное дутьё создаст в сталеплавильной печи необходимую температуру.

При кислородном дутье можно будет легко регулировать температуру в мартене: стоит только простым поворотом вентиля увеличить или уменьшить содержание кислорода в дутье.

Регенераторы современных мартеновских печей нагреваются за счёт тепла отходящих из печи газов. Таким образом, значительная часть уходящего тепла возвращается в печь вместе с новыми порциями воздуха. Но как же удастся использовать огромное количество тепла, уносимое горячими газами из печи, работающей на кислородном дутье? Ведь регенераторы здесь не нужны.

Оказывается, решение этой задачи также под силу современной технике. Сталеплавильные печи, работающие на кислородном дутье, могут отдавать это тепло котельным установкам для производства пара, а пар всегда нужен любому заводу и для отопления и для приведения в действие ковочных молотов и других механизмов. Энергия пара может быть превращена в электрическую на заводской электростанции.

Подсчитано, что на каждую тонну стали, полученную в печи с кислородным дутьём, будет выработана тонна пара, а это весьма ощутимый вклад в энергетическое хозяйство металлургического завода.

Возможно, что применение кислорода в сталеделательной промышленности приведёт к тому, что наши металлургические предприятия примут совершенно новый облик.

«Перспективы применения кислорода в металлургии, – говорит академик И. П. Бардин, – не воздушные замки, а крепости науки, которые надо взять. Но мы знаем, что нет таких крепостей, которых бы не взяла техника, вооружённая передовой наукой».

Дата добавления: 2015-07-08