При агломерации железорудных шихт в образовании газовой фазы наряду с кислородом воздуха участвует и кислород руды. Количество кислорода, перешедшего в газ в результате восстановления оксидов железа можно оценить сопоставлением фактического состава газовой фазы, образовавшейся в процессе спекания, с теоретически возможным составом продуктов горения твердого топлива шихты.

Восстановление оксидов железа в агломерационном слое осуществляется в основном окисью углерода. Известно, однако, что косвенное восстановление оксидов протекает без изменения объема. Поэтому количество кислорода руды, переходящего в газовую фазу, можно определить как разность между суммарными содержаниями кислорода в фактическом газе и теоретически возможном при горении углерода, т. е.

ДІО = 10ф - 10т = (С02ф + 02ф + 0,5СОф) - (С02т + О* + 0,5СОТ). (5.13)

Существенное влияние на состав продуктов горения оказывает коэффициент расхода воздуха аа, величина которого по ходу процесса спекания изменяется в значительных пределах. Все это обусловливает широкий диапазон колебаний в составе собственно продуктов горения углерода в слое агломерационной шихты и значительно затрудняет их расчет. С целью ускорения расчетов были построены специальные номограммы.

Рассмотрим принцип построения таких номограмм. Расчет теоре­тического состава продуктов горения углерода в сухом воздухе при аа = 1 выполняется по уравнению:

С + К02 + 3,762KN2 = шС02 + nCO + 3,762KN2, (5.14)

где К - количество молей кислорода, приходящееся на каждый атом сжигаемого углерода. При К=1,т=1ип = 0, т. е. углерод сгорает полностью до С02; при К = 0,5, m = 0 и n = 1, т. е. горение идет только до СО.

В табл. 5.2 приведены составы продуктов горения для значений К = 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 при аа = 1, рассчитанные по уравнениям:

С + 0,5О2 + 0,5 • 3,762N2 = СО + 0,5 • 3,762N2; (5.14а)

С + 0,6О2 + 0,6 • 3,762N2 = 0,2СО2 + 0,8СО + 0,6 • 3,762N2; (5.146) С + 0,8О2 + 0,8 • 3,762N2 - 0,6СО2 + 0,4СО + 0,8 • 3,762N2; (5.14в) С + 02 + 3,762N2 = С02 + 3,762N2. (5.14г)

Таблица 5.2

Сопоставление составов продуктов горения, приведенных в табл. 5.2, показывает, что изменение К от 0.5 до 1,0 обусловливает дополнительное поступление в газ 0,5 х 3,762 моля азота. При этом прирост С02 про­порционален увеличению N2 (колонки 6, 8 табл. 5.2), так что отношение А СО, 6,14 8,82 6,04

------ - =------ =------- =------- = 1.5э2 остается постоянным. Это указывает на

ANZ 4,0 5,76 3,94

линейность зависимости содержания С02 от N2, которую можно выразить > равнением

%С02 = 1,532 (%N2) - 100. (5.15)

Эта зависимость представлена на номограмме рис. 5.6 прямой ва.

Рис. 5.6 Номограмма для определения теоретических составов продуктов горения углерода в сухом воздухе при различных значениях коэффициента

расхода воздуха

Убыль содержания СО также пропорциональна приросту азота в газе колонки 7, 8 табл. 5.2), т. е.

-АСО _ -10,14 _ -14,58 _ -9,98 _ 532

A;V, “ 4,0 ” 5,76 ” 3,94 " ’

Таким образом, зависимость СО =/(Ntf может быть выражена равнением прямой линии (АБ, рис. 5.6)

%СО = -2,532 (%N2) + 200. (5.16)

При изменении К от 1,0 до 0,5 суммарное содержание кислорода в продуктах горения £0 уменьшается от 21,0 до 17,35%. Поскольку при аа = 1 содержание 02 = 0 и £0 = %С02 + 0,5 %СО, то зависимость £0 =/ (N2) также является линейной (прямая аб рис. 5.6). Уравнение этой прямой может быть получено суммированием (5.15) и (5.16), т. е.

IO = 1,532 (N2)- 100 + 0,5 [-2,532 (N2) + 200] = 0,266 (N2). (5.17)

Из-за специфичности условий окисления углерода в агломерационном слое, в продуктах горения всегда имеется неиспользованный кислород даже при наличии значительного содержания окиси углерода.

Проследим влияние аа на теоретический состав продуктов горения. Для этого при аа Ф 0 используем уравнение

С + aaK02+ 3,762aaKN2 = mC02 + nCO + (аа - 1) 02 + 3,762aaKN2 (5.18)

Рассмотрим два крайних случая: полное горение (К = I) углерода и неполное горение (К = 0,5). Теоретические составы продуктов горения, рассчитанные по уравнению (5.18) для последовательно увеличивающихся значений аа, приведены в табл. 5.3.

При К = 1,0 с увеличением аа в пределах от 1,0 до 2,0 содержание С02 в газе последовательно снижается от 21 до 10,5%, а содержание N2 остается неизменным (79%). При К = 0,5 увеличение аа от 1 до 2,0 обусловливает снижение содержания СО от 34.7 до 19,09%, сопровождающееся увеличением содержания N2 от 66,3 до 71,5%.