С, де розвинене пряме відновлення FeO зі значним поглинанням тепла (- 152 МДж), вплив процесу позначалося ще більше на температурі шару агломерату, різниця температур в шарах коксу та агломерату досягла значних величин. Результати вертикального зондування [11, 13] підтверджують, що в області інтенсивного відновлення магнетиту і, особливо прямого відновлення вюстіта, на кривій розподілу температур по висоті печі спостерігаються температурні зупинки і навіть зниження її на 150 ° С (рис. 5). Температура в шарах коксу в цих зонах, як правило, була на кілька градусів вище.
Рис. 5. Залежність розподілу складу (Н2О, Н2, СО2, СО), кількості газу, теплофізичних характеристик шихти (С - теплоємності,? - Теплопровідності) по висоті доменної печі в залежності від температури в шарі агломерату (ta) і коксу (tк)
Газ, який є теплоносієм, виконує також функції посередника в массотеплообмене між шарами коксу та агломерату. Кількість його змінюється при переході від шару до шару, внаслідок різного газодинамічного опору шарів по висоті і перетину печі, що посилює його нерівномірність у кількості виконуваної ним роботи. Теплообмін в шарі між шматками однорідних матеріалів при товщині шарів 100-400 мм практично відсутня (температура поверхні приблизно однакова). Швидкість нагріву шматків певною мірою буде залежати від їх розмірів, але при малій швидкості опускання шихти (40-120 мм/хв) значної різниці в температурі поверхні великих і малих шматків не спостерігається.
З рис. 5 видно, що теплоємність при нагріванні до 1000 ° С змінюється для коксу від 0,8 до 1,48 кДж/(кг · К), для агломерату - від 0,6 до 0,96 кДж/(кг · К), то є теплоємність коксу приблизно в 1,5 рази вище теплоємності офлюсованного агломерату. Теплопровідність коксу на відміну від агломерату з підвищенням температури знижується з 0,43 до 0,2 Вт/(м 3 К) (агломерату - зростає з 0,45 до 0,69 Вт/(м 3 К)). Все це не може не позначитися на умовах теплообміну в окремих шарах матеріалів і в суміші.
Різниця в теплопровідності агломерату і коксу при високих температурах зростає (теплопровідність офлюсованного агломерату при +1373 К? а=0,729 Вт/(м 3 · К), коксу? к=0,170 Вт/(м 3 · К ), внаслідок чого теплообмін на кордоні шарів між твердими матеріалами (А - К) і в суміші посилюється.
Теоретичні та експериментальні дослідження методом вертикального зондування печі підтвердили, що теплове взаємодія між шматками коксу та агломерату, що знаходяться в суміші, вирівнює температури не тільки по перетину шматків, але і в цілому зменшує різницю температур між ними на одному і тому ж горизонті. Взаємний теплообмін між коксом і агломератом, що знаходяться в суміші, вирівнює температури на горизонті і забезпечує більш високий і більш рівномірний прогрів матеріалів, опускающихся на нижні горизонти.
Розрахунки за відомим рівнянням теплопередачі в шарі кускових матеріалів [14, 15] показують, що змішані матеріали прогріваються в верхньому щаблі теплообміну більш рівномірно, температура змінюється не так різко, як при пошарової завантаженні, що свідчить про більш активному протіканні процесів теплопередачі по висоті печі.
Визначення термічного ККД, що характеризує ефективність роботи верхньої і нижньої ступені теплообміну більш рівномірно, показує, що при завантаженні в суміші значення його мінімальні.
При пошарової структурі стовпа шихти нерівномірність теплової та хімічної обробки матеріалів призводить до додаткового перевитрати коксу в результаті того, що значна частина матеріалів приходить в горн недостатньо підготовленими. У шарі матеріалів, що знаходяться в суміші, створюються більш сприятливі умови теплообміну між ними (особливо у високотемпературних зонах). Чим вище ступінь змішування агломерату з коксом, тим вище ефект від теплообміну між ними. Витрата коксу в цьому випадку буде знижуватися, навіть якщо загальний вміст CO2 в колошниковому газі не зросте.
При високому ступені змішування матеріалів на горизонтах високих температур (вище 950 ° С) можливе збільшення прямого відновлення в результаті тісного контакту коксу з агломератом. Зменшення витрат коксу в цьому випадку пояснюється зниженням кількості вуглецю, расходуемого безпосередньо на реакцію прямого відновлення (у порівнянні з непрямим):
+ C=Fe + CO - 152,2 Мдж 9на 1000 кг Fe потрібно 214 кг C) FeO + nC=Fe + CO + (n - 1) CO2 + 13,6 МДж (на 1000 кг Fe - n · 214 кг C).
Збільшення ж теплопотребності реакції прямого відновлення в цьому випадку компенсується поліпшенням (активізацією) теплообміну між коксом, агломератом і газом.
Розрахунки показників прямої і непрямої відновлення по матеріальних балансам доменних плавок показують, що при змішуванні залізорудних матеріалів з коксом ...
