2.1. Конструкція і принцип роботи доменної печі

В Україні вперше чавун зварили на Юзівському, нині Донецькому металургійному заводі в 1873 р. В наш час чавун виплавляють в доменних печах (домнах) шахтного типу висотою 30—50 м.

Сучасна домна викладена усередині вогнетривкою шамотною цеглою, а зовні корпус печі окутий товстолистовою сталлю. Піч охолоджують водою, яка поступає із спеціальних холодильних установок.

Внутрішній робочий простір домни (рис. 2.3.2) поділяють на:

• колошник 1, через який у домну завантажують шихту за допомогою засипного апарату певними порціями (колошами);

• шахта 2, яка має профіль зрізаного конуса, розширеного донизу, що полегшує опускання шихти і сприяє кращому розподіленню газів по поперечнику печі;

• циліндричний розпар 3;

• заплечики 4, які мають форму зрізаного конуса, звуженого донизу, щоб непрореаговані компоненти шихти не потрапляли в горно до випускних льоток;

• горно 5— нижня циліндрична частина домни, у верхній частині якої розміщені отвори (фурми), через які в піч вдувають нагріте повітря (може бути збагачене киснем і зволожене). Фурм може бути до 60 залежно від розмірів домни.

Рис. 2.3.2. Конструкція доменної печі

Дно горна 6 називають подом. На рівні поду розміщені льотки для випускання шлаку. Кількість льоток визначається розмірами домни.

Процес плавки чавуну відбувається за принципом зустрічних потоків: згори вниз рухається потік шихти, а розжарені потоки газів, утворених при згорянні палива, підіймаються вгору — назустріч.

Впровадження останнім часом високотемпературного (1200— 1300 °С) зволоженого і збагаченого киснем (до 30 %) повітряного дуття дає змогу поліпшити техніко— економічні показники доменного виробництва, збільшити продуктивність домен і зменшити витрати палива.

Доменну продукцію чавун і шлак випускають періодично через льотки, розташовані у горні. Доменний газ виходить із печі безперервно газовивідними трубами, які розташовані у верхній частині домни.

Доменна піч працює безперервно 6—10 років. Потім її ставлять на капремонт.

2.2. Доменний процес

При виплавлянні чавуну в доменній печі мають місце такі основні процеси: горіння палива, відновлювання заліза, навуглецьовування заліза і утворення чавуну, відновлення домішок, утворення шлаків, доменного газу і пилу.

1. Горіння палива

Кисень дуття реагує з вуглецем палива з виділенням тепла

С + 0₂ = C0₂ + Q

Температура в горні досягає 1800—1900 °С. Діоксид вуглецю (С0₂) піднімається догори, досягає розжареного коксу і відновлюється, утворюючи оксид вуглецю:

С0₂ + C = 2CO - Q

Якщо як паливо застосовують природний газ, то горіння протікає за реакціями:

СН₄ + 20₂ = С0₂ + 2Н₂0 + Q

С0₂ + С = 2CO + Q

2. Відновлення заліза

Залізо відновлюється із рудних оксидів заліза оксидом вуглецю (CO) і воднем (частково), який утворюється від розкладання вологи повітря. Процеси відновлення йдуть послідовно від вищих оксидів до нижчих (див. розділ 1 цієї теми) і до чистого заліза за реакціями:

3Fe₂0₃ + CO = 2Fe₃0₄ + C0₂ + Q

Fe₃0₄ + CO = 3FeO + C0₂ + Q

FeO + CO = Fe + C0₂ + Q

Fe₂0₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂0

В менш гарячих зонах домни (в розпарі) при температурах нижче температури плавлення (1539 °С) залізо відновлюється твердим вуглецем:

FeO + C = Fe + CO + Q

Отримане залізо має твердий стан і називається губчастим залізом.