§ 5. Процеси, що протікають у доменній печі

Процес перетворення руди в чавун відбувається в результаті взаємодії потоку повільно, що опускаються матеріалів, і потоку газів, що піднімаються, які, стикаючись із матеріалами, нагрівають і відновлюють їх. Весь робочий простір печі зайнятий шихтовими матеріалами, які завантажуються на колошник через засипний апарат. У міру згоряння коксу поблизу фурм у печі утворюється вільний простір. Це викликає переміщення (схід) матеріалів у нижні обрії печі назустріч, що рухається потоку, розпечених газів. Найбільш високі температури (до 1900 0 С) досягаються поблизу фурм. Тут відбувається горіння коксу завдяки кисню повітря, підігрітого до 1200°С по реакції:

С + О₂= СО₂

У результаті цієї реакції виділяється велика кількість тепла. двоокис, Що Утворився, вуглецю стикається з розпеченим коксом і розкладається по реакції:

СО₂+ С = 2 СО

Газоподібні продукти в зоні горна й нижньої частини заплічок містять багато окису вуглецю й мають різко відбудовні властивості.

У доменній печі роль восстановителя виконують вуглець, окис вуглецю й водень. Відновлення окислів за допомогою окису вуглецю називається непрямим, і за допомогою вуглецю - прямим.

Пряме відновлення вимагає більших витрат тепла, тому бажано, щоб частка непрямого відновлення була можливо більшою.

Відновлення окислів заліза йде по шляху послідовного відібрання атомів кисню за схемою

Fe2O3 → Fe3O4 →Fe →Fe

При температурах до 900°С протікають реакції непрямого відновлення заліза:

3 Fe2O3 + СО = 2 Fe3O4 + СО2 + виділяється тепло

Fe3O4 + СО = 3 Fe + СО2

FeО + СО = Fe + СО2

При більше високих температурах понад 1000 - 1100°С одержують розвиток реакції прямого відновлення:

Fe + С = Fe + С

До 50 - 60 % заліза утвориться по реакціях непрямого відновлення, а 40 - 50 % - прямого.

Пряме відновлення заліза відбувається в распаре печі й тем краще, чим вище температура матеріалів, що перебувають тут, тому що ця реакція йде з поглинанням тепла. металеве залізо, Що Утвориться, перебуває у твердому стані, тому що має високу температуру плавлення 1539 С. У присутності окису вуглецю й розпеченого коксу залізо поступово навуглецьовується, у результаті чого температура його плавлення знижується до 1150 - 1200 °С. Навуглецьоване залізо, що містить 1,8 - 2 % З, переходить у рідкий стан і стікає між шматками розпеченого коксу на лещадь печі. При цьому відбувається додаткове насичення заліза вуглецем до 3,5 - 4,0 % С. Аналогічно відбувається й процес відновлення заліза воднем.

Паралельно з відновленням і науглероживанием заліза в доменній печі відбувається часткове відновлення марганцю, кремнію й фосфору. Ці елементи переходять у метал і змінюють його хімічний склад. Їхнє відновлення відбувається тільки за рахунок вуглецю коксу.

Марганець утвориться в результаті в результаті взаємодії його нижчого окислу з вуглецем:

MnО + С =Mn+ СО

Ця реакція протікає з поглинанням тепла при температурі вище 1100 - 1200°С. Для неї потрібно збільшити витрату коксу й мати більше високу температуру дуття 800 - 1000°С.

Кремній відновлюється із кремнезему по реакції:

SіО2 + 2 C = Sі +2 CO

Найбільш активне відновлення кремнію йде при температурі 1100С.

Фосфор відновлюється з фосфатно-кальцієвих солей у присутності кремнезему:

P2O5 (Ca)4 +5 C + 2 SіО2 = 2 P + 2 (Ca)2 SіО2 + 5 CO

Ця реакція розвивається в доменній печі до кінця, тому фосфор повністю переходить у чавун.

Сірка частково віддаляється з колошниковими газами у вигляді SO2 і H2S , але основна її кількість залишається у вигляді сульфідів і розподіляється між шлаками й чавуном. Найбільш небажаним є сульфід заліза Fe, що добре розчиняється в металі.

При великому насиченні шлаків вапном (45 - 50 %) у горні печі відбуваються реакції:

FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO

MnS + CaO + C = Mn + CaS + CO

У результаті сірка переходить у шлаки у вигляді нерозчинного в металі серистого кальцію Ca. Частина сірки у вигляді S і Fe розчиняється в чавуні.

Чавун скапливается в горні печі й періодично (6 - 10 разів у добу) випускається через чавунну льотку. Рідкий чавун зливається в чугуновозные ковші ємністю 100 тонн і більше й транспортують до разливочной машини, де його розливають в изложницы й одержують злитки (паці) вагою 40 - 60 тонн.

У нижній частині доменної печі (розпарі, заплічках) утворяться шлаки. Утворення шлаків починається тоді, коли основна маса заліза вже відновлена. Шлаки утвориться в результаті сплавки окислів порожньої породи руди, флюсів і золи коксу. Шлаки формується поступово, змінюючи склад у міру стекания в горн, де він скапливается над шаром чавуну й випускається через жужільну льотку. Для транспортування рідких шлаків від доменної печі служить шлаковоз, що представляє собою візок з жужільною чашею, ємністю до 16-24м3.Для зручності танспортування подальшого використання доменні шлаки гранулюють: рідкі шлаки поливають струменем води, прохолоджуючись вони розсипається на дрібні шматки.