Физико-химические процессы плавки чугуна

Доменный процесс относят к восстановительному противоточному процессу. Совершается взаимодействие опускающихся сверху вниз шихтовых материалов с поднимающимся снизу вверх потоком нагретых восстановительных газов.

При сжигании топлива в доменной печи первым процессом является сгорание углерода раскаленного кокса в небольших объемах вблизи фурм, при этом образуется диоксид углерода СО₂. Вследствие воздействия высокой температуры возникает конечный продукт горения кокса – оксид углерода

2С + О₂ = 2СО + Q.

Второй процесс характеризуется восстановлением железа, марганца, кремния, фосфора, серы и других элементов.

Восстановителями являются СО, Н₂ (образующийся в результате воздействия углерода на влагу дутья в виде водяного пара) и твердый углерод С. Восстановление оксидов железа газами называется косвенным, а твердым углеродом – прямым. Главные реакции восстановления: ЗFеO₃ + СО = 2Fe₃ O₄ + СО ₂ + Q;

Fe3O4 + СО = ЗFеO + СО2 — Q;

FeO + CO = Fe + CO2 + Q

Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод (науглероживается) и другие элементы, что приводит к образованию чугуна: 3Fe + 2CO = Fe₃C + CO2 + Q.

Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150-1200°С) в сравнении с чистым железом (1539°С) температуру плавления, что повышает экономическую эффективность процесса.

Жидкий чугун стекает вниз и собирается в горне. Пустая порода, известняк и кокс при опускании вниз попадают в зону более высоких температур и на уровне распара расплавляются и образуют жидкий шлак.

В получаемом чугуне кроме железа содержатся полезные (Мn и Si) и вредные (S и Р) примеси. В доменном процессе удалению серы из металла придается большое значение.

5FеО + 2Р = Р2O5 + 5Fе + 225,94 кДж;

FеО + С = СО + Fе - 153,93 кДж.

Продукты доменного производства и области их применения. Главной продукцией доменного производства являются чугуны. Чугуны разделяются на передельные, литейные и специальные.