Процесс получения чугуна.

В печи сверху вниз движется поток сырья (шихта), а снизу вверх – поток горячих газов. Горячие газы, проходя сквозь сырье, нагревают его и восстанавливают железо из соединений. Восстановленное железо науглероживается, плавится и превращается в чугун, в котором растворяются другие восстановленные элементы (кремний, марганец, фосфор). Пустая порода, зола расплавляются и образуют шлак.

Рис. 4.1. Доменная печь (вертикальный разрез)

1 – засыпной аппарат; 2 – газоотводы; 3 – защитные щиты; 4 – огнеупорная кладка;
5 – стальной кожух; 6 – кольцевые площадки; 7 – холодильники шихты; 8 – опорное кольцо; 9 – кольцевой воздухопровод; 10 – фурменный рукав; 11 – рабочая площадка; 12 – колонна; 13 – летка для чугуна; 14 – холодильники; 15 – летка для шлака

Железо восстанавливается из руды оксидом углерода (СО) или твердым углеродом. Процесс восстановления происходит последовательно. Восстановление оксидом углерода (непрямое восстановление) происходит в такой последовательности:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ - Q

FeO + CO = Fe + CO₂ + Q

Прямое восстановление железа из руды при помощи твердого углерода происходит в более горячих нижних зонах доменной печи

2СО→СО₂ + С + Q

FeO + C = Fe + CO – Q

Также происходит восстановление кремния и марганца:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO – Q

Mn₃O₄ + CO = 3MnO + CO₂ + Q

MnO + C = Mn + CO – Q

Сера S попадает в печь вместе с шихтовым материалом. Железосодержащий сплав FeS восстанавливается известью и твердым углеродом:

FeS + CaO + C = Fe + CO + CaS – Q

Большая часть серы удаляется из металла и переходит в шлак. Содержание серы в чугуне допускается до 0,08%. Фосфор, как и сера, попадает в печь с сырьевым материалом и является вредной примесью. Он практически весь попадает в чугун.

Восстановленное в печи железо – это твердый и пористый продукт, который имеет название губчатое железо. В результате взаимодействия с оксидом углерода или с твердым углеродом железо науглероживается и образует карбид (цементит) железа:

3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂

3Fe + C = Fe₃C

Науглероженное железо при температуре 1200⁰С переходит в жидкое состояние и каплями стекает в горн доменной печи.

Продуктами доменной плавки являются чугун, ферросплавы, шлак и колошниковый газ.

Чугун выплавляется передельным (для передела в сталь), объем которого составляет 80…85% всего доменного производства, и литейным (для получения отливок из чугуна).

Передельные чугуны по химическому составу делятся на марки М1, М2, М3, МФ1 и т.д. (по содержанию кремния), на группы I, II, III (по содержанию марганца), на классы А, Б, В (по содержанию фосфора), и на категории I, II, III, IV (по содержанию серы).

Литейные чугуны марок ЛК используются для получения отливок (радиаторы, чугунные трубы и пр.).

Ферросплавы выплавляются в домнах в небольших количествах (2…3% общего объема чугуна) и применяются для раскисления и легирования стали.

Шлак используют как сырье для получения цемента, кирпича, шлаковой ваты.

Колошниковый газ применяется для отопления воздухонагревательных и коксовых печей.

Для получения 100 т чугуна необходимо: 195 т руды, 95 т кокса, 50 т извести, 350 т воздуха. Продуктами производства 100 т чугуна являются 80 т шлака и 500 т газов.