4.3.3 Відновлення міді

Мідь (ρ = 8920 кг/м³, температура плавлення 1083^оС) відноситься до небажаних, бродячих елементів в чавунах і сталях, оскільки поступово накопичується в готовому сталевому продукті в процесі колообігу сталь-брухт-сталь і погіршує зварюваність сталей.

Відомі мінерали, де мідь є у вигляді оксиду Си₂О (куприт), а також з’єднань із залізом та сіркою – СиFeS₂ (мідний колчедан) та Си₅FeS₄ (борніт). Мікродомішки цих матеріалів в доменній сировині при термічній обробці можуть окислюватись і дисоціювати на прості з’єднання, котрі втрачають кисень в верхній частині печі за реакціями

СиО + СО →Си + СО₂ + 126,2 МДж ( 4.16 )

Си₂О + СО →2Си + СО₂ + 115,5 МДж (4. 17 )

4.3.4. Відновлення нікелю

Нікель (ρ=8900 кг/м³, температура плавлення 1450С) входить до складу різних марок нержавіючих сталей, тому природна домішка нікелю в чавуні є корисною. В мінералах нікель зазвичай зв’язаний з миш’яком, сіркою,залізом, міддю та кобальтом. Це білий нікелевий колчедан (Nі,Co Fe)Аs₂, магнітний колчедан [(Fe, Nі, Cu) S] та пентландит [(F, Ni)₉S₈]. Існує і природний оксид нікелю – бунзеніт (NiO).

Нікель залізорудної сировини найчастіше міститься в бурих залізняках осаджувального походження. Серед трьох оксидів нікелю Ni₂O₃, Ni₃O₄ і NiO, останній є найбільш міцним, але в умовах доменної печі легко відновлюється газами. Відновлення NiO воднем помітно розвивається при температурах  230С

NiO + H₂ → Ni + H₂O – 2,052 МДж ( 4.18 )

А монооксидом вуглецю при температурі  345^оС

NiO + CO → Ni + CO₂ + 39,272 МДж ( 4.19 )

Відновлення нікелю закінчується при температурах до 900^оС, весь нікель шихти переходить в чавун.

4.4. Відновлення оксидів важковідновлюваних супутніх металів

Серед оксидів, що відновлюються в доменній печі і впливають на споживчі властивості чавуну, а також на протікання доменного процесу, є з’єднання хрому, ванадію і титану.

4.4.1 Відновлення хрому

Хром – тугоплавкий метал (температура плавлення 1907С) з густиною близької до заліза (ρ= 7190 кг/м³). Цей метал є обов’язковим компонентом нержавіючих, кислотоупорних і жаростійких сталей. Хром в доменній печі може бути мікро- і макродомішковим елементом. У випадку виробництва товарного ливарного чавуну хром може розглядатися як легуючий, у випадку виплавки звичайного переробного чавуну, як небажаний «бродячий» елемент. «Бродячі» елементи поступово накопичуються в готовому сталевому продукті в процесі колооберту сталь-металобрухт-сталь, що далеко незавжди сприяє виробництву якісного металу.

Крім того хром може бути макродомішковим елементом, наприклад, при виробництві хромонікелевого чавуну із природньолегованих руд (ВАТ «Носта», Росія) або при виплавці в доменній печі ферохрому.

Джерелом потрапляння хрому в доменну піч є в основному хромистий залізняк FeO·Cr₂O₃. Існують два погляди на відновлювання оксиду Сr₂О₃.

За першим з них при температурі ~1000С відбувається відновлення воднем:

Cr₂О₃ + 3Н₂О → 2 Cr + 3 Н₂О – 483,450 MДж (4.20)

і вуглецем за температур ~ 1100^оС. Інший погляд на процес полягає у визначенні двоетапного відновлення, спочатку газами до CrО

Cr₂О₃ + СО → 2CrО + СО₂, (4.21)

а потім до металу за рахунок твердого вуглецю

CrО + С → Cr + СО ( 4.22)

Оскільки існує ще оксид Cr₃O₄ не виключена можливість трьохетапного відновлення по аналогії з оксидами заліза

Cr₂О₃ → Сr₃О₄ → CrО → Cr (4.23)

В чавун переходить 90–95 % хрому, що потрапляє в піч з шихтою, остання частина уноситься шлаком у вигляді СrО. Цей оксид сприяє зростанню в’язкості шлаку, що потребує підвищення нагріву горна для підвищення текучості шлаку. Залізорудна шихта, що містить хром, затрудняє виплавку низькокремнистих переробних чавунів.