Доменний процес

Чавун виходить шляхом відновної плавки в доменних печах. Це величезні споруди тридцятиметрової висоти, що видають на добу понад 2000 т чавуну. Схема пристрою доменної печі наведена на рис. 83.
Верхня частина домни, через яку завантажується шихта, називається колошником. Через колошник шихта потрапляє в довгу шахту печі, расширяющуюся донизу, що полегшує пересування завантажуваного матеріалу зверху вниз. У міру пересування шихти до найбільш широкої частини печі – розпарити – з нею відбувається ряд перетворень, в результаті яких утворюється чавун, що стікає в горн – найбільш гарячу частину печі. Тут же збирається шлак. Чавун і шлак випускають з печі через спеціальні отвори в горні, звані льотками. Через верхню частину горна в домну вдувають повітря, що підтримує горіння палива в печі.

Розглянемо хімічні процеси, що протікають при виплавці чавуну. Шихта доменної печі, т. Е. Комплекс завантажуються в неї речовин, складається з залізної руди, палива і флюсів, або плавнів. Залізних руд є багато. Головні руди – магнітний залізняк Fe3О4, червоний залізняк Fe2О3, бурий залізняк 2Fe2О8 · 3H2О. У доменному процесі як залізної руди застосовується сидерит FeCO3, а іноді пірит FeS2, що перетворюється після випалення в колчеданних печах в недогарок Fe2О3, який і може використовуватися в металургії. Така руда менш бажана через велику домішки сірки. Виплавляють в доменній печі не тільки чавун, але й феросплави. Паливо, завантажують у піч, служить одночасно для підтримки високої температури в печі та для відновлення заліза з руди, а також бере участь в утворенні сплаву з вуглецем. Паливом служить зазвичай кокс.

У процесі виплавки чавуну кокс газифіковане, перетворюючись, як і в газогенераторі, спочатку в двоокис а потім в окис вуглецю:
С + О2 = СО3 СО2 + С = 2СО
Окис вуглецю, є хорошим газоподібним відновлювачем. З її допомогою відбувається відновлення залізної руди:
Fe2О3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
Разом з рудою, що містить залізо, в піч обов’язково потрапляють домішки порожньої породи. Вони бувають вельми тугоплавки і можуть закупорити піч, яка працює безперервно довгі роки. Для того щоб пусту породу було легко витягти з печі, її переводять у легкоплавкое з’єднання, перетворюючи флюсами (плавнями) в шлак. Для переведення в шлак основний породи, що містить, наприклад, вапняк, який розкладається в печі по рівнянню
СаСО3 = СаО + СО2
додають пісок. Сплавляючись з окисом кальцію, пісок утворює силікат:
СаО + SiO3 = CaSiO3
Ця речовина з незрівнянно більш низькою температурою плавлення. У рідкому стані воно може бути випущено з печі.

Якщо ж порода кисла, що містить велику кількість двоокису кремнію, то тоді в піч завантажується, навпаки, вапняк, який переводить двоокис кремнію в силікат, і в результаті виходить такий же шлак. Раніше шлак був відходом, а тепер його охолоджують водою і використовують як будівельний матеріал.
Для підтримки горіння палива в домну безперервно подається підігріте, збагачене киснем повітря. Підігрівається він в спеціальних воздухонагревателях – кіуперах. Каупер – висока вежа, складена з вогнетривкої цегли, куди відводять відходять з домни гарячі гази. Доменні гази містять двоокис вуглецю СО2, азот N2 і окис вуглецю СО. Окис вуглецю згоряє в Каупер, тим самим підвищуючи його температуру. Потім доменні гази автоматично направляються в інший Каупер, а через перший починається продувка повітря, що направляється в домну. У розпеченому Каупер повітря нагрівається, і таким чином економиться паливо, яке у великій кількості витрачалося б на підігрів в домну повітря. Кожна домна має кілька кауперів.

■ 72. Який склад-шихти доменної печі? (Див. Відповідь)
73. Перерахуйте основні хімічні процеси, що протікають при виплавці чавуну.
74. Який склад доменного газу і як він використовується в кауперах?
75. Скільки чавуну, що містить 4% вуглецю, можна отримати з 519, 1 кг магнітного залізняку, що містить 10% домішок?
76. Яка кількість коксу дає обсяг окису вуглецю, достатній для відновлення 320 кг окису заліза, якщо кокс містить 97% чистого вуглецю?
77. Як слід обробити сидерит і пірит, щоб з них можна було отримати залізо? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію