Основы доменного процесса

___1

____2

____3

7

______5

8

9 6

Чугун получают в домнах. Домна – это вертикальная печь шахтного типа. Высота – 35 м. Рабочее пространство печи состоит из колошника (1), шахты (2), распара (3), заплечиков (4), горна (5). Дно печи называется лещадью (6). В нижней части заплечиков равномерно по окружности размещаются фурмы (7) от 16 до 32, через которые под давлением подаётся в печь подогретый в воздухонагревателях (кауперах) до 1100-1300°С воздух. В горне имеются лётки для выпуска шлака (8) и чугуна (9).

Стенки доменной печи футеруются шамотом; горн и лещадь – углеродистыми блоками. Снаружи печь имеет сварной стальной кожух.

Доменные печи работают по принципу противотока: поток шихты, которая представляет собой смесь руды, флюсов и топлива, через колошник постепенно перемещается сверху вниз, а поток горячих газов от фурм поднимается снизу вверх, и при ~ 570°С начинается ступенчатое восстановление оксидов железа:

Fe₂O₃ ® Fe₃O₄ ® FeO ® Fe

Образующийся оксид СО восстанавливает железо:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

FeO + CO = Fe + CO₂

Одновременно в шахте печи происходит восстановление железа водородом по той же схеме:

3Fe₂O₃ + H₂ = 2Fe₃O₄ + H₂O

Fe₃O₄ + H₂ = 3Fe + H₂O

FeO + H₂ = Fe + H₂O

Прямое восстановление осуществляется при более высокой температуре 950-1400°С в зоне распара печи:

2FeO + C = 2Fe + CO₂

Одновременно с восстановлением железа происходит науглероживание его:

3Fe + C = Fe₃C

3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂

Образовавшийся Fe₃C хорошо растворяется в твёрдом Fe_γ, науглероживая его и тем самым понижая температуру плавления. Конечный состав чугуна устанавливается в горне.

В верхней части распара печи начинается шлакообразование. Полное выплавливание пустой породы и образование шлака заканчивается вверху заплечиков. Доменный шлак состоит, в основном, из СаО, SiO₂, Al₂O₃.