1. Устройство доменной печи

Доменная печь (домна) – это используемая в металлургии вертикальная шахтная печь, высотой до 35 метров, имеющая цилиндрическую форму и позволяющая выплавлять чугун и ферросплавы из шихты (железорудный агломерат, окатыши, кокс, флюсы).

Доменная печь представляет собой непрерывно работающий агрегат, состоящий из следующих зон:

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 и кокса

7. Доменный газ

8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса

9. Выпуск шлака

10. Выпуск жидкого чугуна

11. Сбор отходящих газов.

Сначала, в так называемый колошник (верхнюю цилиндрическую часть) загружают проплавляемые материалы. С двух сторон от колошника отходят газоотводы. Они нужны для удаления ненужных газов.

Далее идет шахта. Шахта предназначена для подготовки материалов к последующей обработке. Подготовка заключается в восстановлении из окислов руды, насыщении железа углеродом, плавлении сплава. Шахта своей широкой частью постепенно переходит в распар. Распар является наиболее широкой частью доменной печи. Распар предназначен для плавления пустой породы руды, в результате чего происходит появление шлаков. Дальнейшая обработка шлаков происходит в заплечиках. Здесь, собственно, она и заканчивается. После этого, в горн спускаются топливо. Здесь происходит накопление чугуна и шлаков в жидком состоянии. Для того чтобы топливо сжигалось, его направляют к печи по воздухопроводу. Для этого в доменной печи имеются фурмы. После завершения этих процессов, на дне горна оседают чугун и шлак.

Вопрос 2

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Сравнение химических составов передельного чугуна и стали показывает, что содержание углерода и примесей в стали существенно ниже, чем в чугуне (см. таблицу 1).

Таким образом, для передела чугуна в сталь необходимо снизить содержание углерода и примесей. Поэтому сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. В результате окислительных реакций, осуществляемых на первом этапе передела чугуна в сталь, углерод соединяется с кислородом, образуя СО, который удаляется в атмосферу печи. Кремний, марганец, фосфор, сера образуют окислы или другие соединения, нерастворимые или малорастворимые в металле (SiO2, МnО, СаS и др.), которые в процессе плавки частично удаляются в шлак.

Однако в полной мере окислить примеси не удается, так как, несмотря на их значительно большее сродство к кислороду, чем у железа, по мере снижения содержания примесей в соответствии с законом действующих масс начинает окисляться железо. Окислы железа растворяются в железе, насыщая металл кислородом. Сталь, содержащая кислород, непригодна для обработки давлением — ковки, прокатки, так как в ней образуются трещины при деформации в нагретом состоянии.

Для уменьшения содержания кислорода в стали в процессе плавки ее раскисляют, т. е. вводят в нее элементы с большим сродством к кислороду, чем у железа. Взаимодействуя с кислородом стали, эти элементы образуют нерастворимые окислы, частично всплывающие в шлак. Для раскисления стали используют ферросплавы — ферросилиций, ферромарганец, а также алюминий. Раскисление является завершающим этапом выплавки стали.

Чугун переделывают в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах. Основными из них являются кислородные конвертеры, мартеновские печи и другие электропечи.