Продукти доменного виробництва.

Головним продуктом доменного виробництва є чавун, а побічними – шлак та доменний газ. Чавуни, що виплавляються в доменній печі поділяють на переробні, ливарні та феросплави.

У переробному або білому чавуні значна частина вуглецю знаходиться у вигляді сполуки Fe₃С, яка робить чавун дуже твердим та крихким. Переробний чавун призначений для отримання сталі, він містять до 1% марганцю, 4,0…4,5% вуглецю, 0,6…0,8 кремнію, 0,3% фосфору, 0,07% сірки.

Ливарний або сірий чавун має підвищений вміст кремнію (до 4%). Частина вуглецю знаходиться у вигляді вільного графіту. Використовується для отримання відливок.

Шлак складається з оксидів кремнію, кальцію, алюмінію, магнію, марганцю і заліза та сульфідів металів. На 1 т чавуну утворюється 0,3 – 0,6 т шлаку. Використовується при виробництві цементу, шлакоблоків, шлаковати, бруківки тощо.

Доменний газ після очистки використовується в повітрянагрівачах, коксових батареях, котлах тощо. При виробництві 1 т чавуну утворюється до 3000 м³ газу.

Найважливішими техніко – економічними показниками роботи доменної печі є коефіцієнт використання корисного об’єму та питома витрата коксу. КВКО показує відношення корисного об’єму печі (м³) до середньодобової продуктивності (т). Цей показник в Україні становить 0,55 – 0,60.

Питома витрата коксу характеризується відношенням витрати коксу за добу до середньодобового виробництва чавуну. В Україні цей показник становить 500 кг/т.

Виробництво сталі.

Сталь, як і чавун, представляє собою сплав заліза з вуглецем та іншими домішками, але відрізняється від нього меншим їх вмістом. Тому отримання сталі з чавуну зводиться до оксидування домішок чавуну до необхідних меж киснем повітря або чистим киснем. Основними способами отримання сталі є конверторний, мартенівський та в електропечах. Виробництво сталі зростає у всьому світі. Зараз щороку виплавляють понад 830 млн. т. сталі. Україна посідає сьоме місце серед виробників сталі.

Конверторний спосіб виробництва сталі.

Для отримання сталі застосовують бессемерівський, томасівський та кисневий конвертори. В передових країнах зараз застосовують тільки кисневі конвертори, які почали впроваджуватись в 1954 році. В цілому в світі кисневі конвертори дають зараз близько 60% сталі.

Кисневий конвертор має сталевий корпус грушоподібної форми, обкладений зсередини вогнетривкою цеглою. Конвертор опирається на дві опори і може повертатись навколо горизонтальної осі для завантаження скрапу, наливання чавуну, насипання флюсу і залізної руди, виливання сталі та шлаку. Конвертор вміщує від 100 до 400 т рідкого чавуну.

Матеріалами для киснево-конверторного процесу служать: рідкий переробний чавун (понад 70%), скрап (до 25%), залізна руда (до 10%), вапно СаО та плавиковий шпат для розрідження шлаку.

В конвертор заливають чавун з температурою 1300 - 1450ºС, насипають скрап, руду, вапно та плавиковий шпат і через вертикальну фурму, яка охолоджується водою, вдувають кисень під тиском 0,9 – 1,4 МПа. Продування киснем триває 12 – 25 хв.

При вдуванні кисню відбувається оксидація заліза

2Fе + О₂ = 2FеО

Оксид заліза розчиняється у металі і реагує з кремнієм, фосфором та марганцем:

2FеО + Si = 2Fе + SiO₂

5FеО + 2P = 5Fе + P₂O₅

FеО + Mn = Fе + MnO

Оксиди SiO₂ та MnO випливають на поверхню металу і утворюють шлак. Фосфорний ангідрид реагує з оксидом кальцію, утворюючи фосфід кальцію, який також переходить в шлак.

P₂O₅ + 3СаО = (СаО)₃ · P₂O₅

З підвищенням температури активізується оксидація вуглецю та переведення сульфіду заліза в сульфід кальцію, який переходить в шлак:

FеО + С = Fе + СO

FeS + CaO = FeO + CaS

Бульбашки СО, піднімаючись вгору, добре перемішують вміст ванни, але внаслідок цього в майбутньому зливку залишаються безліч порожнин, заповнених СО. Така сталь називається киплячою. Ці порожнини можуть спричинити крихке руйнування при низьких температурах. Тому під час випуску сталі в ковші проводиться дезоксидація сталі спочатку марганцем, потім кремнієм та наприкінці - алюмінієм:

FеО + Mn = Fе + MnO

2FеО + Si = 2Fе + SiO₂

3FеО + 2Al = 3Fе + Al₂O₃

В результаті дезоксидації отримують спокійні та напівспокійні сталі.

Коли виплавляють леговані сталі, легуючі елементи вводять до їх складу у вигляді феросплавів або чистих металів під час виплавлення або в ківш.

Цей спосіб забезпечує високу продуктивність та не вимагає палива, але значна частина металу вигоряє і для процесу необхідно до 80% рідкого чавуну.