Доменный процесс получения чугуна

Сущность доменного процесса получения чугуна состоит в восстановлении руд в присутствии кокса (источник тепла и восстановитель) и флюса (CaCO₃), который используется для отделения тугоплавкой пустой породы и сплавлением с золой металлургического топлива (продукт сгорания топлива).

Доменный процесс, протекающий в доменной печи, можно разбить на следующие этапы: горение металлургического топлива, разложение карбонатов, косвенное и прямое восстановление железа и марганца, науглероживание железа (получение чугуна), шлакообразование. Эти процессы протекают в печи одновременно с различной скоростью на разных уровнях (рис.1.4.).

Навстречу опускающейся вниз печи шихты, движется поток горячих газов. Процесс восстановления окислов металлов по теории академика Бардина А.А. протекает последовательно от высших окислов до низших и затем до железа и марганца.

Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeO Fе

MnO₂ Mn₂O₃ Mn₃O₄ MnO Mn

Рис.1.4. Физико-химические процессы, протекающие в различных частях доменной печи

Восстановление окислов железа и марганца производится окисью углерода и водородом (косвенное восстановление). Главную же роль в восстановлении окислов играет СО (примерно 60% окислов железа восстанавливается СО, на долю водорода приходится 2% восстановленного железа). При помощи твердого углерода кокса восстанавливается 38% окислов железа (прямое восстановление).

Вблизи фурм имеет место горение кокса 2С + O₂ = 2CO.

В колошнике имеет место высушивание шихтовых материалов.

В шахте протекают реакции разложений карбонатов (в диапазоне температур t = 450 ...800 ° C) и косвенное восстановление окислов железа и марганца (в диапазоне температур t = 800...1000 °C).

MgCO₃ = MgO + CO₂ ; CаCO₃ = CaO + CO₂; CаCO₃ = CaO + CO₂;

CаCO3 = CaO + CO2; MnCO3 = MnO + CO2; 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 ; Fe3O4 + CO =3FeO + CO2; FeO + CO = Fe + CO2 ;

2MnO2 + CO = Mn2O3 + CO2; 3Mn2O3 + CO = 2Mn3O4 + CO2; Mn3O4 + CO = 3MnO + CO2.

В распаре и заплечиках происходит прямое восстановление и науглероживание железа:

FeO + C = Fe + CO; 3Fe + 2CO = Fe₃C + CO2; SiO₂ + 2C = Si + 2CO

MnO+ C = Mn + CO; Cкокс Cчугун.

В горне протекает реакция десульфурации чугуна:

FeS + CaO + C = CaS + Fe + CO

Первичный шлак формируется в распаре. Время прохождения составляющих шихты составляет от 7 до 9 ч. в зависимости от размеров и количества дутья. Количество вдуваемого кислорода в единицу времени в печь V = 0,4 м³/мин на 1м ³объема печи. Для нор-мального протекания доменного процесса и достижения высокой произ-водительности необходимо вдувать нагретый воздух q_воз=1.6...2.3 м³/мин на 1 м³ полезного объема печи. Нижний предел qвоз относится к работе на дутье, обогащенным кислородом. Для получения 1 тонны чугуна расходуется 1,8 т. агломерата.