Основні процеси виплавки чавуну.

Умовно доменний процес, що протікає в доменній печі, можна поділити на етапи: горіння вуглецю палива; розкла­дення компонентів шихти; відновлення оксидів; навуглецювання заліза; шлакоутворення. Ці етапи процесу відбуваються в печі од­ночасно, але з різною інтенсивністю та на різних рівнях печі. В печі безперервно рухаються: згори донизу - потік шихти, зни­зу догори - потік газів, які утворюються при горінні палива та ре­акціях із складовими шихти.

Суть доменної плавки полягає у відновленні заліза з оксидів у руді, навуглецюванні заліза та окислюванні пустої породи і золи палива.

Кисень дуття вступає в реакцію з вуглецем коксу:

С+О₂ →ΔН

+ ΔН - реакції протікають з віддачею тепла;

- ΔН - з поглинанням тепла.

Діоксид вуглецю при температурі вище 1000°С при наявності вуглецю розжареного коксу над фурмами відновлюється в монооксид вуглецю:

С0₂ + С → 2СО – ΔН

Монооксид вуглецю при подальшому підйомі відновлює оксіди заліза, а сам при цьому знову переходить у діоксид вуглецю.

Окислення вуглецю палива в доменному про­цесі забезпечує необхідне для плавки тепло; окрім цього, вуглецем підновлюються оксиди та навуглецьовується залізо.

При роботі на шихті, яка містить флюси і частину сирої руди, найважливішими процесами у верхній частині печі є руйнування гідратів оксиду заліза, оксиду алюмінію та розкладання вапняку флюсу за реакцією:

СаС0₃ = СаО+СО₂.

Якщо в піч подасться вже відфлюсований агломерат, ці про­цеси протікають при агломерації і гази з доменної печі майже не йдуть.

Відновлення оксидів та утворення чавуну починається з віднов­лення оксидів заліза монооксидом вуглецю в середній частині шахти. При опусканні шихти до розпару ці реакції розвиваються і протікають швидше:

Гігроскопічна волога шихти в колошнику та у верхній час­тці шахти випаровується і зноситься в склад колошникового газу. Гідратна (конституційна) волога виділяється з мінералів при t = 400- ІООО°С та розкладається, як і водяна пара, що надходить у склад дуття вуглецем за реакцією:

Утворений водень також є відновлювачем руди:

Реакції відновлення оксидів заліза газами називають реакція­ми непрямого відновлення; вони протікають при температурі 450…550°С. В розпарі та на верхніх шарах заплечиків при температурі І000-1200°С закінчується відновленням губчастого (пористого) за­ліза за реакцією

Сполуки марганцю та фосфору з рудних металів, а також крем­нію з порожньої породи також частково відновлюються в області заплечиків вуглецем:

Навуглецьовування заліза починається в шахті відразу за його відновленням з утворенням карбіду заліза (Fe3С). Окрім вугле­цю, в залізі одночасно розчиняються відновлені марганець, кремній, фосфор, а також сірка з коксу, внаслідок чого і утворюється чавун. В міру розчинення домішок знижується температура плавлення ут­вореного сплаву; для чистого заліза - 1539°С, для чавуну - 1100-1350°С в залежності від кількості домішок. Ут­ворений чавун збирають в горні печі.

Для виробництва чавуну, крім доменних печей, необхідні по­вітронагрівачі. Для продуктивної праці доменної печі об'ємом 2700 м3 в неї необхідно вдувати приблизно 8 млн. м3 повітря щодобово та 500000 м3 кисню додатково. Ця суміш нагрівається до 900-1200°С, змішується з доменним газом і направляється в камеру горіння. Охо­лоджені гази випускаються через нижню частину повітронагріва­ча в димар.