Выплавка чугуна

Чугун выплавляют в доменных шахтных печах, выложенных из огнеупорного кирпича и заключенных в кожух из листовой стали толщиной до 35 мм, Современная доменная печь имеет высоту до 35 м с полезным объемом до 5000 м³.

Устройство и работа доменной печи. Для выплавки чугуна в домну загружают шихту  смесь руды, топлива и флюсов. Отдельные порции шихты  колоши из бункера 2 с помощью вагон-весов 1 (рис. 2) подаются вагонетками 3 по скиповому подъемнику (по конвейеру) в засыпной аппарат 4. Из него шихта поступает в доменную печь через колошник 5 в шахту 6. Шихта загружается в домну периодически по мере сгорания топлива и выпуска чугуна и шлака.

С амая широкая цилиндрическая часть домны называется распаром 7. Ниже него находятся заплечники 8 и горн 9, ограниченный лещадью 10. В нижней части горна расположены лётки для выпуска чугуна и шлака. Для горения топлива (кокса) в доменную печь через фурмы под давлением вдувается нагретый до 1000С воздух.

Физико-химическая сущность доменного процесса

Доменная печь работает по принципу противотока: шихтовые материалы движутся сверху вниз, а навстречу им поднимается поток горячих газов от сгорания топлива. При этом происходит восстановление и науглероживание железа, образование шлака.

В районе воздушных фурм углерод кокса, взаимодействуя с кислородом дутья, сгорает, температура достигает 1800…2000 С. Углекислый газ СО₂ взаимодействует с углеродом кокса и образуется оксид углерода СО  косвенный восстановитель железа. (60 – 70 %) 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q,

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ − Q,

FeO + CO = Fe +CO₂ +Q.

Шихтовые материалы, опускаясь навстречу потоку раскаленных газов, нагреваются, из них испаряется влага, выделяются летучие вещества. Железо восстанавливается до образования закиси железа FeO. Часть закиси железа опускается до распара и заплечников и восстанавливается углеродом кокса. FeO + C = Fe +CO −Q. – прямое восстановление.(30-40%)

В результате этих реакций образуется твердое губчатое железо. При 1000…1100 С губчатое железо науглероживается. При взаимодействии железа с окисью углерода (CO) или непосредственно с углеродом образуется карбид железа Fe₃C − цементит:

3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂,

3Fe + C = Fe₃C.

Опускаясь в нижнюю часть, сплав дополнительно насыщается др. элементами из руды  марганцем, кремнием, фосфором, серой.

Температура плавления сплава около 1200 С, поэтому его жидкие капельки стекают в горн.

Одновременно с чугуном в нижней части печи собирается шлак  сплав пустой породы, флюсов и золы топлива. По мере накопления чугун и шлак выпускают из печи: чугун через 3…4 ч, а шлак  через 1…1,5 ч.

Продукты доменного производства

Основным продуктом доменного производства является чугун, побочным  шлак и колошниковый газ.

В зависимости от химического состава и назначения, получаемые в доменной печи чугуны, подразделяют на следующие виды:

передельный чугун  основной вид чугуна, предназначен для передела в сталь.

литейный чугун  предназначен для переплава и получения отливок, отличается повышенным содержанием кремния (2,75…3,25 %);

ферросплавы  сплавы железа с повышенным содержанием других элементов, например ферросилиция (9…13 % Si), ферромарганца (70…75 % Mn), предназначенные для раскисления и легирования стали.

Шлак используется для производства шлаковаты, шлакоблоков, цемента.

Образующиеся в печи газы поднимаются вверх, и в зоне колошника отводятся по трубам из печи. Эти газы, называемые колошниковыми, используют в качестве топлива для нагрева воздухонагревателей.