Процес отримання чавуну із залізних руд називають доменним.
- залізні руди (магнітний, червоний, бурий і шпатовий залізняк + комплексні залізні руди для поліпшення св-в чавуну)
- паливо - кокс - паливо + нагрів пічного простору до необхідної температури; забезпечує відновлення оксидів заліза. Можлива часткова заміна коксу газом або мазутом
- флюси - вапняк CaCO3 або доломітізірованнийвапняк, що містить CaCO3 і MgCO3. так як в шлак повинні входити основні оксиди (CaC, MgO), які необхідні для видалення сірки з металу. До їх складу входить мінімальна кількість шкідливих домішок.
Отримання чавуну в доменній печі полягає у відновленні заліза з оксидів залізної руди. Щоб відокремити домішки, що містяться в руді і коксі (продукті переробки кам'яного вугілля), їх потрібно розплавити, проте температура плавлення у них набагато вище, ніж у чугуна.Ее знижують, вводячи флюси (плавні), найчастіше - вапняк.
Завантажується зверху в доменну піч шихта, що містить залізну руду, кокс і флюси, поступово переміщується вниз і потрапляє в зони все більш високого нагріву. У нижній частині домни (горні) температура зростає до 1 600 ° С. Сюди стікають рідкі чавун і шлак. Більш легкий шлак накопичується над чавуном. Періодично шлак і чавун випускають і направляють для подальшої переробки.
Вдихається в доменну піч повітря, нагріте до 700 ... 800 ° С, забезпечує горіння коксу з утворенням окису вуглецю (СО), яка забирає кисень у оксидів заліза. При температурі близько 1 000 "З має місце коксування відновленого заліза і перетворення його в чавун:
Порожня порода і флюси також зазнають певних перетворення і переходять в шлак. Азот повітря, СО і С02 утворюють доменний газ, що видаляється з домни через колошник газопроводами.
У матеріалах шихти є речовини, що дають чавуну корисні (марганець, кремній) і шкідливі (сірка, фосфор) домішки. Сірка може бути видалена з чавуну при сільнооснбвном шлаку і високій температурі процесу. Фосфор же видалити з чавуну не можна. Щоб чавун не містив фосфору, шихта повинна бути вільна від Р205.
39 Пристрій і робота доменної печі схема
Руду, плавень (флюс) і кокс завантажують в доменну піч зверху шарами, що чергуються. У міру згоряння коксу і розплавлення шарів, що знаходяться внизу, вся маса в печі поступово опускається, зверху ж завантажують все нові порції матеріалів. Горіння в доменній печі підтримується повітрям, який вдувають під тиском близько 1,5 ати, попередньо нагріваючи до 800-900 °. Підігрівають повітря в особливих повітро-нагревателях (застаріла назва «Каупер»), що представляють собою круглу вежу зі сталевим кожухом і внутрішньої кладкою з вогнетривкої цегли з вертикальними каналами.
Відходять з доменної печі гази містять значну кількість окису вуглецю (СО). При горінні вона виділяє велику кількість тепла. Гази очищають від пилу в спеціальному пристрої і направляють в воздухонагреватель, де СО згоряє, нагріваючи вогнетривку кладку. Потім в воздухонагреватель нагнітають повітря. Проходячи через нагріті канали вогнетривкої кладки, повітря підігрівається, гази же з доменної печі в цей час направляються в інший воздухонагреватель. Матеріали, завантажені в верхню частину доменної печі, висушуються і поступово прогріваються. У нижчих зонах печі окис заліза (Fe2O3 або Fe3O4), що міститься в руді, відновлюється окисом вуглецю до закису заліза (FeO). Далі закис заліза відновлюється до чистого заліза: в середніх і нижніх зонах доменної печі з'являються його перші губчасті грудочки. Відновлене залізо, опускаючись в печі, поступово насичується вуглецем. Одержаний карбід заліза (Fe3C) розчиняється в залозі при високих температурах і науглероживается його, знижуючи температуру плавлення сплаву. Тому у верхній частині «заплічок» при t = 1250-1300 ° з'являються перші краплі рідкого металу, які стікають вниз, ще більше наситившись вуглецем і розчинивши частина кремнію і марганцю. Так утворюється. чавун, що містить до 3,5-4,0% вуглецю і стікає в розплавленому стані на дно горна. Одночасно йде реакція між порожньою породою і плавнями, в результаті якої утворюється рідкий шлак, також стікає вниз. Шлак спливає поверх чавуну, захищаючи його від окислення. Час від часу шлак зливають через шлаквую летку, чавун ж періодично випускають через нижню летку. Таким чином здійснюється безперервний процес виплавки чавуну. Для отримання 1 т чавуну (переробного) приблизно витрачається: залізної руди 1,6 г, вапняку 0,4 т, марганцевої руди 0,1 т, коксу 0,9 т.