Горивата, които се употребяват при добиването на металите преди всичко имат задача да доставят необходимата за провеждането на металургичните процеси топлина, а също в много случаи да подпомогнат извършването на определени химични и физико-химични процеси.

Известно е, че горивата представляват органични вещества, в състава на които влизат въглерод, кислород, водород, сяра, пепел и влага. При изгаряне на горливата субстанция се отделя топлина, която за всеки вид гориво се определя от неговата топлина на изгаряне. Последната представлява количеството топлина, която се получава от изгарянето на 1 kg твърдо (или 1m3 газообразно) гориво и може да се определи по формулата

Q=81C+246H-26(O-S)-M.W, kcal/kg,

където Q е топлината на изгаряне, kcal/kg.

C, H, O, S – процентното съдържание на влага в горивото;

M – общата маса на горивото, kg;

W – процентното съдържание на влага в горивото;

По своето физично състояние горивата се разделят на твърди, течни и газообразни. В металургичните пещи се употребяват и трите вида горива, което зависи главно от вида на пещта и начина на работа.

Така например в шахтовите пещи, където се извършват предимно редукционно-топилни процеси, са необходими твърди и с определена едрина горива. Течните горива се употребяват най-често за загряване на отражателни, тиглови, муфелни, въртящи се и други пещи, където се извършват предимно рафинационни и дестилационни процеси.

Газообразните горива намират понастоящем много широко приложение главно при вторичните металургични процеси за загряването на рафинационни, тиглови и други пещи. Освен това те се използват отчасти и при редукционни процеси предимно във въртящи се, но също и в някои други конструкции пещи.

а. Твърди горива. Такива горива са: дървени въглища, торф, каменни въглища, кокс.

Дървените въглища се употребяват сравнително рядко в страни, които разполагат с големи източници на дърва, и то главно за добиване на много метали чисти, тоест съдържащи малко примеси метали.

Торфът, който се образува при гниенето на блатни растения, се среща в различни видове. По своята геологична възраст той представлява най-младото изкопаемо гориво. Изсушеният торф съдържа около 30% влага. В зависимост от съдържанието на влага и пепел топлината на изгаряне при него се движи от 1500 до 4000kcal/kg. За металургични цели торфът може да се използва в газгенераторни уредби, а отчасти и за добиване на кокс.

Кафявите въглища (лигнитни и др.) съдържат значително количество влага, пепел и сяра. Тяхната топлотворна способност е 3000-5000kcal/kg. В металургията тези въглища се употребяват предимно за добиване на генераторен газ. Напоследък в страни като Унгария, Канада и др. се правят опити за добиване на кокс от лигнитни въглища (предназначен главно за нискошахтови пещи).

Каменните въглища представляват особено ценно гориво за металургията не поради използването им непосредствено като висококалорично гориво, а главно поради това, че те служат като изходен материал за добиване на кокс и за получаването на генераторен газ. В металургичната промишленост намират освен това приложение и някои продукти на преработването на каменните въглища, какъвто е коксовият газ. Топлината на изгаряне на каменните въглища и антрацита е от 4500 до 8500 kcal/kg, съдържанието на пепел 10-19%, съдържанието на сяра 0,4-2,5% и съдържанието на влага 5-12%.

Коксът се добива чрез суха дестилация на каменните въглища в отсъствие на въздух. Той представлява едно от най-важните горива, употребявани в металодобивната промишленост.

Първите опити за коксуване на каменните въглища са били направени в края на 18-о столетие. Целта тогава е била да се обезсерят въглищата, което е ставало на открито и е било съпроводено с големи загуби на въглища. Впоследствие се е преминало към коксуване при отсъствие на въздух и използване на отпадните продукти, за да се стигне до съвременните модерни коксови пещи. Понастоящем за получаването на качествен кокс се използват различни видове въглища, които след предварителна преработка (сортиране, промиване, раздробяване) се смесват в определени масови съотношения. В процеса на коксуването въглищата се спичат и се получава як порест продукт, състоящ се главвно от въглерод и пепел. През време на коксуването се извършват редица дестилационни процеси, които зависят от температурата.

За да може да изпълни правилно предназначението си, металургичният кокс, който се използва главно във високите пещи, трябва да отговаря на редица изисквания.

Преди всичко металургичният кокс трябва да има голяма якост, която да не се намалява много при високи температури, за да може да издържа налягането на шихтовите материали, които се намират на него (при високата пещ този стълб може да бъде няколко десетки метра). В противен случай разтрошеният кокс ще доведе до запушване на празнините, през които преминават газовете, и ще затрудни или спре напълно процесите в пещта- Поради това якостта на кокса трябва да бъде над 100.105 Pa. Температурата на запалване на металургичния кокс трябва да бъде около 700оС. При по-ниска запалителност (каквато има напр. газовият кокс, получен от пещите за добиване на светилен газ) той ще се запали в горните части на пещта, където се извършват главно калцинационни и индиректни редукционни процеси, и с това ще се наруши правилният ход на процесите в нея.

Съдържанието на пепел не бива да надвишава 10%, тъй като в противен случай трябва да се увеличава количеството на прибавките за ошлаковане, а това значи и увеличаване на разхода на гориво за стопяване и прегряване на шлаката. Заедно с това се намалява полезният капацитет на пещта.

Съдържанието на сяра не бива да надвишава 1,5%, тъй като преминава в метала – желязото, и за нейното отделяне трябва да се вкарват допълнителни количества флюси (варовик). За разлика от леярския кокс, коксът за високи пещи трябва да притежава по възможност висока реакционна способност (реакционна се нарича способността на кокса да редуцира СО2 до СО.), където (R=25-50%).За тази цел металургичният кокс трябва да има достатъчно голяма порьозност – обем на порите около 40-60% от общия обем. Освен това той трябва да бъде по-лесно горлив от леярския кокс, за да се получи къса горивна зона около формите за въздух и да се избегне обратно окисляване на желязото и придружаващите го елементи.

Топлотворната способност на кокса зависи от неговия състав. Така напр. кокс, който съдържа 85-87% въглерод, 9-13% пепел, 5-9% влага и 1,5-2% сяра (донецки кокс), притежава средна топлина на изгаряне 6500-7500 kcal/kg.

б. Течни горива. Течните горива представляват различни продукти, получени при преработката на земното масло. В нагревателните устройства се използва най-често мазутът, който има топлина на изгаряне 9500-10500 kcal/kg и съдържа минимални количества вредни примеси и пепел (0,1-0,2%). Изгарянето му става чрез пулверизиране в смес с въздух.

В металургичното производство мазутът се употребява за загряванена сименс-мартенови пещи, пещи за загряване на блокове за валцоване и др., и то главно в малки заводи, които не разполагат с високи и с коксови пещи. Поради това, че мазутът представлява изходен материал при крекингпроцеса за добиване на бензин и петрол, трябва да се очаква, че в бъдеще използването му направо като гориво изцяло ще се преустанови.

в. Газообразни горива. Газообразните горива могат да се разделят на две групи: естествени и изкуствени.

Естественият газ се отделя на много места от земята, обикновено там, където наблизо се намират залежи от земно масло. Главна съставна горлива част на естествения газ е метанът CH4, който достига до 90%. Освен това той съдържа водороден двуокис, водород, азот, етилен (C2H4) и други въглеводороди от групата CnHm. Топлината на изгаряне на естествения газ достига 8000-12000 kcal/kg.

Изкуствени газообразни горива са коксовият газ, високопешният газ, генераторният газ и др.

Коксовият газ, който се получава като отпаден продукт при производството на кокс, има приблизително следния състав: 58% водород, 23% метан, 2% етилен (или тежки въглеводороди от групата CnHm), 6% въглероден окис, 8% азот, 2,5% въглероден двуокис, 0,5% кислород. Топлината на изгаряне е 4000-4500 kcal/kg. Поради високата си калоричност коксовият газ в смес с високопещен газ се употребява за мартеновите или за нагревателните пещи. На някои места коксовият газ се изгаря за загряване на самите коксови пещи, което не е целесъобразно – тук би могъл да се използва по-евтиният високопещен газ.

Високопещният газ се получава като продукт при работата на високата пещ. При пещи, които работят с кокс, той съдържа средно 28% въглероден окис, 2,5% водород, 0,5% метан, 12% въглероден двуокис и 57% азот. Топлината на изгаряне е 850-950 kcal/m3. Въпреки сравнително ниската калоричност високопещният газ представлява ценно гориво за металургичната промишленост, тъй като е отпаден продукт при добиването на чугуна и се получава в големи количества. Така например при един съвременен завод, който разполага с 4 пещи по 1500 m3, в денонощие се получават над 20 млн. m3 газ.

Генераторният газ представлява продукт на непълното изгаряне на твърдо гориво до CO и редуциране на водород от вода. Получава се чрез изгаряне на горивото при недостатък от въздух и подаване на водни пари. За тази цел обикновено се използват евтини и нискокачествени горива – дърва, торф, кафяви въглища. Химичният състав на генераторния газ се изменя в големи граници: 25-29% CO; 13-15% H2; 0,5-0,3% CH4; 0,2-1% H2S и 52% (N2+O2). Топлината на изгарянето му е 1250 до 1450 kcal/kg. В заводи, предназначени за преработване, тоест които не разполагат с високи и коксови пещи, при липсата на мазут генераторният газ е единственото гориво за сименс-мартеновите пещи. Той представлява много добро гориво и за загряването на други металургични пещи.

Особен интерес за металургичната промишленост представляват също газовете, добивани при подземната газификация на каменните въглища, които засега обаче се използват съвсем незначително.

Изображение: Pixabay
129 Прегледа