Доменный процесс.

Процесс получения чугуна состоит из трех стадий: восстановления железа из его окислов; науглероживание железа и шлакообразования.

В доменной печи непрерывно взаимодействуют шихтовые материалы, движущиеся сверху вниз, и продукты горения, движущиеся снизу вверх. Загрузка шихтовых материалов состоит в правильном чередовании поступления в печь руды, топлива и флюсов. Руда восстанавливается благодаря горению топлива (кокса или метана). Горение начинается в области горна. Через фурменные отверстия раскаленный воздух поступает в печь и на уровне фурм кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом топлива:

С + О = СО₂

Полученный углекислый газ поднимается к верху и вступает в соприкосновение с раскаленным коксом, при этом образуется окись углерода:

СО₂ + С = 2СО

Окись углерода поднимается к верху; являясь сильным восстановителем, она вступает во взаимодействие с окислами железа и восстанавливает их. Восстановление идет в строгой последовательности от высших к низшим окислам, т.е. от менее прочных к более прочным:

Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeO Fe

При температуре 900 - 1000º С окись углерода вступает в реакцию с чистым железом:

3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂

образуется карбид железа Fe₃С, который способствует науглероживанию железа, растворяясь в нем. Науглероженное железо (1,8 – 2%) переходит в жидкое состояние, стекает каплями между кусками раскаленного кокса, дополнительно насыщается углеродом идо 3,5 -4 % и скапливается на лещади горна печи. Одновременно с восстановлением и науглероживанием железа происходит восстановление из шихты кремния, марганца, серы, фосфора. Эти элементы восстанавливаются главным образом твердым углеродом. Реакции идут с поглощением тепла при высоких температурах 1200 - 1300º С.

Марганец восстанавливается твердым углеродом по реакции

MnO + C = Mn +CO + Q

Восстановление кремния идет по реакции

SiO₂ + 2C = Si + 2СO – Q

протекающей при более высоких температурах (1450º С).

Фосфор, находящийся в рудах в виде фосфорнокислого кальция Ca₃P₂O₈ , восстанавливается также раскаленным углеродом топлива в присутствии SiO₂.

Сера, частично образуя с железом соединение FeS, растворяется в остальном железе.

В результате восстановления всех указанных элементов в доменной печи получается чугун - сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, серой и фосфором.

Для выплавки одной тонны чугуна расходуют около 1,8 т руды, 0,7-0,8 т кокса, 0,25-0,40 т флюса и 3,5 т воздуха.

Продукты доменного производства.

Чугун по назначению делиться на три группы: передельный, литейный и ферросплавы. Из всей выплавки более 80% составляет передельный чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 20% приходиться на долю литейных чугунов и ферросплавов.

Шлаки являются продуктом взаимодействия флюсов с пустой породой, золой топлива, огнеупорной футеровкой печи и вредными примесями при выплавке металла. Шлаки подразделяются на кислые (кварциты Si₂O), основные (CaO, MgO, MnO, FeO) и нейтральные(Al₂O₃, щелочные и щелочноземельные хлориды и фториды).

Колошниковый газ – также важный побочный продукт. Это высококалорийное топливо, в состав которого входит около 35 % окиси углерода СО, 2 – 3 % водорода Н₂, 0,5 % метана, остальное – азот.

Колошниковую пыль используют как сырье для агломерации.