больше, чем шире горн. В промежутке между отдельными фурмами, а также между глазом камодой фурмы и стенами горна (приблизительно 0,3 м), тоже нет ни кислорода ни СО 2, окись же углерода находится в избытке по отношению к азоту воздуха, т. к. происходит восстановление за счет твердого углерода, между прочим. Si из золы кокса, а Fe и Мп из шлака.

В окислительной области горна против фурм происходит горение не только С топлива, но и других элементов-Si и Мп, а также С чугуна. Ясно, что в каждой доменной печи процесс этот должен иметь возможно меньшее развитие. Нагрев дутья и высокое его давление ограничивают область с окислительной атмосферой: повышение t° дутья ускоряет процесс горения, сокращая расстояние, на к-ром поглощается углеродом кислород дутья и происходит восстановление COgB СО, а высокое давление переносит эти процессы внутрь кусков горючего, и притом тем полнее, чем пористее это горючее (для антрацита это недостижимо).

5. Изменение состава газов. Это изменение происходит по всему пути их от горна к колошнику. Углерод, сгорая в окись углерода в воздухе, содержащем обычное количество водяных паров (1 % по объему или ок. 8 г на 1 сухого воздуха), дает 35% СО + 0,8% Н2 + 64,2% NjHO объему; но уже в горне доменной печи к продуктам горения присоединяется СО как продукт прямого восстановления Si из золы кокса, Мп и Fe из шлака, а затем, выше, и из окислов, вследствие чего в составе газа оказывается около 40% СО, а Nj-не больше 60%. Далее, на своем пути вверх, СО при более умеренных t°, восстанавливая окислы же.яеза и марганца, переходит в COj, и т. к. объем газа при этом не меняется, то и процентное содержание Ng не изменяется, а в сумме СО 2+СО постепенно возрастает содержание СОа, а СО убывает. Затем к продуктам горения и восстановления присоединяется СО а флюса, отчего постепенно уменьшается % содержания Na, увеличивается сумма СОа + СО и растет отношение С02:С0. Наконец, в верхних горизонтах печи, при работе на древесном угле, выделение продуктов сухой перегонки угля значительно увеличивает объем газов, меняя их состав значительным увеличением содержания На и СН4 и понижая тем самым % Na-

Конечный состав газов устанавливают пять факторов: 1) расход углерода топлива-чем он больше, тем выше содержание N3, ниже сумма COg-fCO и меньше отношение С02:С0; 2) расход флюса-увеличение его повышает количество СО а в газах, соответственно понижая N2; 3) относительное развитие восстановления Fe за счет твердого углерода- чем оно значительнее, тем больше СО и меньше N2 в газах, т. к. С в меньшей степени сжигается кислородом дутья; 4) степень окисления руды-Fe203 дает больше СОа в газах, чем FegOi, а эта последняя больше, чем FeO

шлаков; 5) состав и количество летучих из горючего-состав газов при работе на коксе значительно отличается от состава газов при работе на древесном угле и в меньшей мере при работе на антраците.

При всяких данных условиях, задаваясь разными степенями восстановления твердым углеродом, возможными в действительности (0,4-0,5-0,6), можно определить расчетом (напр. по методу проф. М. А. Павлова) вероятный состав газов и тем контролировать данные лаборатории, часто неверные в отношении СО (неполнота поглощения), а следовательно, и N2, определяемого по остатку. В табл. 2 приведены типичные анализы колошниковых газов, получепных при работе на мартеновский чугун.

Табл. 2.-А п а л и 3 ы колошниковых газов.

Анализы I и II относятся к таким случаям практики (Ср. и Юж. Урал), когда все факторы действуют в одну сторону и создают резкую разницу в составе газов. Анализ III дает состав газа при работе уральской печи на сибирском каменном угле; содержание СН4 и Н2-переходное между древесноуголь-ным и коксовым газами. Газ IV-лучший газ наших украинских печей (криворожские руды) и газ V-американ. печи (руда Верхнего озера), работающей с высоким расходом горючего. Несмотря на больший расход С и меньший-флюса, в американском газе больше СО 2, что указывает на лучшую вос-становимость руды Верхнего озера по сравнению с криворокской рудой. Так как первая содержит в себе немного гидратной воды, то водорода в американ. газе больше. Газ VI-лучший при работе с низким расходом горючего на коксе (америк.). Несмотря на то, что расход С в этом случае такой же, как и для газа II (бакальская руда), в последнем больше СО2, что доказывает лучшую восстановимость бакальской руды по сравнению с рудой Верхнего озера.

6. Температуры в горне и на колошнике. Для возмолшо полного восстановления руды газами и предупреждения преждевременного плавления пустой породы ее, нужно иметь в печи широко развитую область умеренных t° и сосредоточен, сильный жар в горне. Горячий горн, холодный колошник - основное требование доменного процесса. Оно осуществляется: 1) увеличением размеров доменных печей гл. обр. в высоту, 2) подъемом t° дутья и 3) равномерным распреде.71ением газов между кусками плавильных материалов, достигаемым

соответствующей засыпкой их и регулированием дутья. Если количество дутья и соответствующее ему количество газов установлены правильно, то всякое уменьщение дутья создает худшее распределение газов и влечет за собой менее выгодную работу печи вследствие уменьшения производительности ее и увеличения расхода топлива.

Высота t° в горне современных доменных печей измеряется оптическими пирометрами. Ниже приведены результаты массовых измерений (оптическим пирометром), произведенных в Америке:

г у фурм г шлака t° чугуна

Древесноугольные нечи (средние для 5 нечей) ......

Коксовые печи (средние для 48 печей) .

Коксовые печи, работающие на литейный чугун . . .

Коксовые печи, работающие на мартеновский чугун . .

Коксовые печи, работающие на зеркальный чугун . .

Коксовые нечи, работающие на фср-ромаиган (7 печей)

В Европе применяется в коксовых нечах дутье, нагретое на 150-200° выше, чем в Америке; поэтому t° горящего кокса в европ. печах должна быть несколько выше указанной в табл. t у фурм.

Темп-ра колошника на хорошо оборудованных з-дах непрерывно измеряется самопишущими пирометрами. Она зависит гл. обр. от содерлсания влаги и гидратной воды в плавильных материалах, а также от веса шихты на единицу горючего. Наименьшая Г колошника (100-120°, иногда 70°) наблюдается при выплавке томасовского чугуна из бедных бурых железняков, содержащих до 25% воды. Красные железняки Верхнего озера (lO-i-12% воды) позволяют держать на колошнике t° в 150-160°, а криворонс-ские (сухие)-от 200 до 250° при хорошем ходе; более высокую t° дают нормально обожженные руды, но t° в 300° указывает уже на неэкономичную работу печи. При выплавке ферромангана газы на колошнике имеют до 450-475°, в то время как горн оказывается более холодным, чем при выплавке литейного чугуна.

Использование тепла в доменном процессе. 1. Горение углерода. Главным источником (на 80-85%) тепла в доменном процессе является сгорание углерода в СО и СОа- Расчет количества тепла, полученного по этой статье прихода, основывается на составе колошниковых газов, установленном многими анализами или полученном расчетом, дающим такое же содержание СОа в газе, какое указывается лабораторией как среднее для хода нечи на тот же чугун. Обозначая через р количество (в кг) углерода в газах, равное алгебраич. сумме а-\-Ь - - c - d (где а-углерод топлива, b-флюса, с-перешедший в чугун, d-унесенный из печи в ныли), X-количество (в м) СОа в газах, m-отношение СО : СОа (по объему), п-отношение СН4 : СО, и зная, что в

22,4 каждого из этих газов заключается 12 КЗ углерода, можно написать: 12{х-{-т.х+пх) : 22,4=р; ж=22,4р : 12{1+т+п). Отсюда определяются х, тх и пх. Вычитая из X количество (в м) СОа флюса (6), можно определить приход тепла от горения углерода из равенства: w,=(a;-b)97 650 :22,4-fmx-29 430 : 22,4.

2. Нагрев дутья, дающий почти все остальное количество тепла, определяется из выралсения:

в к-ром t-температура дутья, Сд-средняя его теплоемкость в преде.яах Ot (обыкновенно 0,31-0,315), а Q-количество (в м) дутья, определяемое по азоту в газах; если количество азота равно N, то дутья, содержащего 1% влаги, печь получает: Q=N : 0,7821.

3. Шлакообразование. От 1,5 до 3% всего прихода тепла дает шлакообразование (соединение СаО с SiOa). Число Cal на 1 кг чугуна определяется по эмпирической формуле Вологдина:

tva 3,141 СаО-17,

где СаО выражает % содерлсания СаО в шлаке. Т. к. весь расчет прихода и расхода тепла ведется на 1 кг чугуна (метод Грю-нёра, рекомендуемый и теперь), то приход тепла от шлакообразования определится, если известно отношение веса шлака к весу чугуна; оно устанавливается расчетом по составу шихты и шлака, но доллно проверяться взвешиванием шлака, убираемого от печи.

В хорошо работающих современных печах на 1 кг чугуна расходуется всего в среднем 3 500 Cal; при неблагоприятных условиях работы (бедная руда, восстановление большого количества Si и Р) требуется до 4 500 Cal; приход тепла в 3 ООО Cal является идеалом, к к-рому довольно близко подходят нек-рые америк. печи. Около половины всего прихода тепла (1 700--1 900 Cal) поглощается восстановительным процессом.Затрата тепла на это определяется довсльно точно по составу чугуна и шлака (в к-рый переходят Fe и Мп, восстановленные до закисей, и CaS, полученный из СаО и FeS) при помощи термохимич. данных о теплоте образования окислов и солей. Те же данные позволяют определить затрату тепла на выделение СОа из флюса (иногда и руды), гидратной воды и влаги сырых материалов и на разложение пара дутья и гидратной воды (по количеству водорода в газе). Количество тепла, теряемое через колошник в газах (считая здесь и пар), определяется точно их теплосодержанием при t° колошника. Правильный учет этой потери представляет особое значение, так как позволяет судить о степени экономичности работы печи.

Выпускаемые из печи чугун и шлак б. или м. перегреты и потому уносят из печи больше тепла, чем нулшо для их расплавления. Вследствие трудности производства калори-метрич. наблюдений у печи обыкновенно довольствуются имеющимися уже опытными данными, а именно: чугун литейный уносит

с собой 330, Cal, мартеновский коксовой плавки- 300 Cal, древесноугольный - 280 Cal; трудноплавкий шлак литейного чугуна, выплавленный на коксе, уносит 500 Cal, коксовый мартеновский и горячий древесноугольный-450 Cal обыкновенный древесноугольный-400 Cal. В современных доменных печах довольно значительный расход тепла вызывается охлаждением их водой;

нужное для его сжигания, 800 Cal (коксовая плавка); из 4 800 Cal остается в печи, при среднем кпд тепла 75%, 3 600 Cal.

В приведенной табл. 3 даны тепловые балансы для пяти случаев практики с указанными условиями работы печи и подсчитанными кпд тепла и углерода. I. Кливлендские печи (Англия), по данным Белла, дают литейный чугун сЗ%81и1,4%Р; высокий

Табл. 3.-Тепловые балансы.

Условия работы печей

На весовую единицу чугуна: руды.......

флюса......,

горючего . . . . ,

сгорает углерода ,

получается шлака

Суточная выплавка чугуна в m.........

Температура дутья................

колошниковых газов.......

Содержание COj в газах в объемн. %......

Приход и распределение тепла

Горение С дает (на 1 гьз чугуна) Cal......

Дутье 1 > ......

Шлакообразование дает (на 1 кг чугуна) Cal . .

Всего в приходе на 1 кг чугуна Расход тепла на 1кг чугуна

Восстановление Fe и его примесей.....

Выделение СО а из шихты..........

HjO ..........

Разложение влаги дутья и гидратной воды Уносится колошниковыми газами......

чугуном ...............

шлаком...............

охлаждающей водой........

в атмосферу (потери) .......

Всего в расходе на 1 кг чугуна .

Использование тепла

Кпд тепла в печи в %............

Уносится в газах %..............

водой и в атмосферу %......

Кпд углерода в печи в % ..........

2,24

0,55

1,125

0,961

1,45

3 548 800 115

4 463

1982 220 16 72 500 330 770 92 481

4 463

76 11,2 12,8 44,8

1,83 0,36 0,751 0,605 0,45 577 673 163 14,9

2 666 495 60

1,77 0,52 1,045 0,795 0,62 254 584 270 11,6

3 080 550 79

3 221

1 753 171 122 227 189 300 203 97 159

3 709

1 661 203 116 152 372 300 277 196 432

3 221

86 5,9 8,1 53,6

3 709

74,1 10,0 16,9 47,3

0,20

1,175

0,928

0,96

321 10,4

3 476 448 58

3,25

1,19

2,86

1,373

1,854

92,3

5 423 1 481 111

1 686 205 106 23 560 300 461 138 503

7 015

2 327 570 224 506

1 326 300 784 321 657

3 982

69,9 14,0 16,1

7 015

67 19 14 37,8

на 1 кг чугуна в небольших древесноугольных печах при охлаждении только фурм и их коробок, расход равен ок. 150 Cal, тогда как в америк. печах с их громадной производительностью и энергичным охлаждением горна и заплечиков он спускается до 100 Cal. Зная количество воды, поступающей в охладительные устройства, и ее t° до входа и после выхода из них (разность 5-1-10°), определяют точно потерю тепла па охлаждение. Сумма всех вычисленных затрат тепла д. б. меньше прихода тепла; разность принимается за потерю тепла в атмосферу конвекцией и лучеиспусканием.

По составлении т. н. теплового баланса домен, печи определяют кпд тепла и коэфф. использования тепловой энергии углерода. Первый дается отношением ко всему расходу тепла того его количества, к-рое так или иначе расходуется в самой печи, а второй-отношением полученного от горения С тепла к тому, которое получилось бы от сжигания С в COg. При тепловых подсчетах можно пользоваться приближенными средними величинами использования тепла и углерода в доменной печи, а именно: 1 кг С дает в печи в среднем 4 ООО Cal, а дутье,

расход тепла объясняется значительной затратой на восстановление и на нагрев шлака; использование тепла хорошее. П. Америк, печь-выплавляет мартеновский чугун с наименьшим расходом горючего; расход тепла 6.ЛИ30К к возмон-сному минимуму; использование тепла наилучшее благодаря малому количеству газов и шлака, а также низкой t° колошника. П1. Украинская печь- хороший ход на мартеновский чугун; ис-по.пьзование тепла - нормальное; большая потеря в газах (высокая t° благодаря сухой руде) и на охлаждение водой. 1У. Древесно-угольная печь Урала-переде.пьный чугун; руда-подобная кливлендской, но шлака (кислого) получается в 1,5 раза меньше; потеря в газах при той же Г большая благодаря летучим веществам древесного угля; расход тепла меньше кливлендского оттого, что чугун содерншт мало Р и Si. V. Работа на ферроманган украинской печи-в 2 раза больший расход тепла естественен: высокое содерлание SiOg в руде вызвало перерасход флюса, получение громадн. количества шлака и перерасход тепла на его плавление; большая потеря тепла в газах-не-премен. следствие работы на ферроманган.