30. Получение чугуна. Исходные материалы, сущность процесса доменной плавки.

Для выплавки железа из руды разработан доменный процесс с получением в нем чугуна, поступающего затем на выработку стали. Домна — высокая шахтная печь высотой до 30 м, шириной более 6 м. Стенки доменной печи выложены из огнеупорного кирпича, а снаружи кладка заключена в стальной кожух толщиной 20—40 мм. Загрузка рудой, коксом, флюсом послойная, причем обычно железо­рудный материал переводится в сыпучий агломерат.  в нижней части домны сгорает кокс: С + О2 = СО2. Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раска­ленным коксом и переходит в оксид углерода: СО2 + С = 2СО. Еще выше в шахте оксид углерода взаимодействует с раскаленной рудой: СО + Fе2Oз = 2FеО + СО2 и далее: FеО + СО = Fе + С02. Чугун сте­кает в нижнюю часть домны. Из домны чугун выпускают через спе­циальное отверстие — летку. Первые капли чугуна образуются при температуре 1250°С и стекают между кусками кокса в горне. Темпе­ратура чугуна в домне равна 1480—1520°С. Содержание углерода в чугуне составляет 4—4,5%.люсы играют роль плавня, способствуя переводу пустой поро­ды в шлак. Доменный шлак с содержанием в нем CaSiOз легче чугу­на и собирается выше его с последующим выпуском наружу из дру­гого отверстия домны. Он служит ценным сырьем для производства различных строительных материалов.

Схема доменной печи:

1 – загрузочная воронка; 2 – загрузочный конвейер; 3 – шахта; 4 – шлаковая лётка; 5 – фурма; 6 – шлаковоз; 7 – чугунная лётка; 8 – чугуновоз; 9 – отходящий газ; 10 – газоочистка; 11 – воздухонагреватели

Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из его окислов, имеющихся в руде, науглероживании железа до чугуна и ошлаковании пустой породы. Эти процессы требуют определенных весовых соотношений между веществами, загруженными в печь, а также наличия соответствующих температур.

31. Устройство и работа доменной печи.

У стройство доменной печи 1. Горячее дутьё 2. Зона плавления (заплечики и горн) 3. Зона восстановления FeO (распар) 4. Зона восстановления Fe₂O₃ (шахта) 5. Зона предварительного нагрева (колошник) 6. Загрузка железорудных материалов, известняка икокса 7. Доменный газ 8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса 9. Выпуск шлака 10. Выпуск жидкого чугуна 11. Сбор отходящих газов

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.