7.3. Доменний процес

Доменна піч працює за принципом протитоку. Шихта рухається вниз, а назустріч піднімаються нагріті гази, отри- мані при горінні палива. В результаті взаємодії окисли заліза поступово відновлюються в чисте залізо, а потім з’єднують- ся з вуглецем.

144

Біля повітряних фурм кокс, взаємодіючи з нагрітим кис-

нем, згорає за реакцією:

C+ O₂ = CO₂ + Q .

При цьому виділяється значна кількість тепла. Темпера- тура в зоні горіння досягає 1800 — 2000 °С. Нагрітий вугле- кислий газ піднімається вгору і взаємодіє з вуглецем коксу:

^CO₂ ^{ C}_коксу ^{= 2CO + Q} .

Оксид вуглецю СО у доменній печі є головним відновни- ком заліза з руди. Крім того, додатковими відновниками є вуг- лець коксу в зоні губчатого заліза (в зоні розпару) та водень з парів води.

Хімічні реакції в доменній печі можна уявити так:

Fe₂O₃  Fe₃O₄

 FeO

 Fe 

FeC

_{   }

CO, C, H₂

CO, C, H₂

CO, C, H₂ C

Відновлювальні реакції газом СО починаються в зоні температури 400 — 500 °С і розвиваються з підвищенням тем- ператури. Завершуються в кінці шахти при температурі

900 — 950 °С.

Відновлення твердим вуглецем називається прямим відновленням. Воно відбувається при температурах вище

950 — 1000 °С (в зоні розпару печі) за реакцією:

FeO + C = Fe + CO + Q .

Але ця реакція відображає лише кінцевий результат про- цесу прямого відновлення. Безпосереднього відновлення ок- сидів заліза при контакті з вуглецем коксу практично не відбу- вається. Реагентом взаємодії служить оксид вуглецю, який отриманий з коксу.

Відновлення заліза з руди завершується при температурі

_{1300 — 1400 °С (в розпарі печі). При цій температурі залізо}

^{знаходиться в твердому стані T }_пл ^{ 1539 oC}

чатої маси.

у вигляді губ-

Паралельно з відновленням заліза в печі відбувається з’єднання його з вуглецем. Інтенсивність цього процесу значно зростає в зоні розпару печі, коли залізо починає плавитись.

145

Воно обтікає шматки розжареного коксу і в цей час інтенсив-

но з’єднується з вуглецем.

У доменну піч разом з шихтою попадають марганець, сірка та інші елементи у вигляді різних хімічних з’єднань. Вони теж відновлюються і входять до складу чавуну, покра- щуючи чи погіршуючи його властивості.

Корисними домішками є марганець, кремній та інші ме-

тали. Шкідливими — сірка та фосфор.

Пуста порода та інші неметалічні включення, які прису- тні в руді, утворюють шлак. Шлак починає утворюватись в розпарі печі. Стікаючи вниз, шлак взаємодіє з розплавленим чавуном та іншими складовими шихти, в результаті чого змінює свій склад.

Хімічний склад шлаку визначає склад чавуну. Типовий

^{склад шлаку такий: 40 — 50 % СаО; 38 — 40 % SiO}₂^{; 7 —}

^{10 % Аl}₂^O₃^.

^{У складних фізико-хімічних процесах взаємодії шлаку з}

чавуном, коксом та ін., крім складу, велике значення має його кількість, в’язкість та інші властивості.

Продуктами доменної плавки є чавун, шлак і доменний

(колошниковий) газ.

У доменних печах виплавляють переробний (для пере-

робки в сталь) чавун, ливарний і спеціальний чавуни. Біля

81 — 82 % чавуну переробляють в сталь. З того, що залишив- ся, відливають різні заготовки та деталі — станини верстатів, корпуси редукторів тощо. З шлаку виготовляють будівельні матеріали, добрива, цемент, ливарні вироби тощо.

Доменний (колошниковий) газ виділяється в печі у знач- них кількостях і неперервно відводиться через газовідводні труби. При згоранні однієї тони коксу утворюється біля

5000 м³ газу. Середня піч за добу дає 15 — 17 млн. м³ газу. До його складу входить значна кількість горючих складових. Після очищення від пічного пилу доменний газ використову- ють як паливо для нагрівання повітря нагрівних печей, водя- них і парових котлів. Його також використовують у суміші з природним газом у мартенівському виробництві.

146