ВСТУП

Доменне виробництво — найбільш трудомістка та енергоємна галузь чорної металургії, оскільки переробляє величезні маси сировини і палива. Достатньо сказати, що сучасні найбільші за об'ємом доменні печі виплавляють до 10 - 11 тисяч тонн чавуну на добу, для виробництва якого потрібно майже вдвічі більше залізорудної сировини і флюсу і біля 5-ти тисяч тонн палива. Світове виробництво чавуну в наш час[Коли?] становить приблизно 700 млн. тонн на рік. Доменний процес сьогодні залишається головним способом отримання заліза з залізної руди, хоча існують і інші способи.

З залізом, як матеріалом для виготовлення знарядь праці, людство знайоме давно - більше 3-х тисяч років. Проте "ерою заліза" або точніше "ерою сталі" можна назвати лише останні 150-200 років, коли залізо і особливо сталь найбільш широко почали використовуватися в нашому повсякденному житті. Підраховано, що за своє життя кожен житель індустріально розвинутого суспільства "споживає" в тому чи іншому вигляді близько 50 тонн чавуну і сталі. Але так було не завжди. Двісті років тому сталеві вироби були рідкісні і дорогі, оскільки були відсутні технології масового їх виробництва. "Ера сталі", яка стартувала в середині XIX століття, стала можлива завдяки винаходу англійськими металургами технології масового виробництва чавуну в ході доменного процесу, що докорінно змінила життя людства.

До́менне виробни́цтво — перша ланка технологічного циклу металургійного заводу, його мета — виплавка чавуну.

Доменне виробництво складається з таких основних процесів:

• підготовка і подача шихти,

• плавка

• видалення продуктів плавки.

Основними компонентами шихти для доменної плавки є залізні руди, що містять магнетит, гематит, лімоніт, сидерит; вторинні метали і відходи (металобрухт, мартенівські і зварювальні шлаки); розкиснювачі і флюси (марганцева руда, вапняк), паливо (кокс, природний газ).

Будова доменної печі.

Доменна піч (рис. 1) - є шахтною (вертикальною) піччю, яку викладають шамотною цеглою у стальному корпусі. Доменну піч ділять на: колошник, шахту, розпар, заплечики та горн. Через колошниковий затвор у доменну піч завантажують шихту. Шахта має форму зрізаного конуса, який розширюється донизу, що сприяє вільному опусканню шихти у міру плавлення. На рівні розпару і заплечиків утворюється губчасте залізо, яке потім навуглецьовується, плавиться і стікає у горн. Заплечики від розпару звужуються до горна, тому вони утримують тверду шихту в розпарі та шахті.

У горні на черені 7 збирається рідкий чавун, а над ним - шлак.

Шлак періодично випускають через льотку 5, а чавун - через льотку 1. Повітря для горіння палива подається в піч через пустотілі мідні або алюмінієві фурми 4, які розміщені кільцем у верхній частині горна. Фурми, горн, заплечики і розпар охолоджують проточною водою. Частина печі через колони 6 спирається на фундамент 8. На колошнику є завантажувальний апарат 3 та газовідвід 2. Для доставки шихти на колошник до печі прилягає похилий міст із скіповим підйомником. Два скіпи (вагонетки) рухаються паралельно (один - вгору, другий – вниз) і, коли один скіп розвантажується, другий

1

наповнюється шихтою. Є печі, де шихта подається транспортерами. Чавун і шлак випускають через окремі льотки (отвори) по спеціальних жолобах у ковші.

Доменний газ відводять, очищають і використовують для підігрівання різних агрегатів.

Повітря, яке подають у доменну піч, підігрівають до 1473 ⁰К у спеціальних повітронагрівниках. За рахунок цього різко підвищується продуктивність печей і зменшуються витрати палива.

Доменний процес.

У печі безперервно рухаються: згори на долину - потік шихти, а знизу вгору - потік гарячих газів, які утворюються у результаті згоряння палива та реакцій між складовими шихти.

Суть доменного плавлення полягає у відновленні заліза із оксидів у руді, навуглецьовуванні заліза та ошлакуванні пустої породи.

При згорянні палива, за реакціями:

С + 2О ® СО₂ + Q;

СО₂ + С ® 2СО - Q;

Н₂О + С ® Н₂ + СО - Q,

(Q - тепло) виділяється тепло, оксид вуглецю і водень, є відновниками руди.

Ближче до середини шахти починається поступове відновлення оксидів заліза оксидом вуглецю при температурах 673-1223 ⁰К:

3Fе₂ О₃ + СО ® 2Fе₃О₄ + СО₂ + Q;

Fе₃ О₄ + СО ® 3FеО + СО₂ - Q;

FеО + СО ® Fе + СО₂ + Q.

При температурах 1273 – 1473 ⁰К закінчується відновлення оксидів заліза вуглецем:

FеО + С ® Fе + СО - Q.

При тій же температурі відновлюється Мп, Sі, Р:

МпО + С ® Мп + СО - Q;

SіО₂ + 2С ® Sі + 2СО - Q;

Са₃ Р₂О₈ + 5С ® 3СаО + 5СО + 2Р - Q.

Разом з тим проходить навуглецювання заліза з утворенням цементиту:

3Fе + 2СО ® Fе₃С + СО₂.

Вапняк як флюс, попадаючи у піч, розкладається на оксид кальцію СаО і диоксид вуглецю СО₂.

Разом з кремнеземом, глиноземом та іншими сполуками пустої породи та коксової золи оксид кальцію утворює шлак, який плавиться у розпарі та заплечиках і стікає у горн.

Оксид кальцію сприяє частковому видаленню сірки із чавуну:

FеS + СаО ® СаS + FеО + Q;

FеS + СаО + С ® Fе + СаS + СО + Q.