Окись углерода СО в доменной печи является главным восстановителем железа из его окислов.

Природный газ в основном состоит из метана СН₄. В окислительной зоне фурм сначала происходит его полное сгорание по реакции

CH₄ + 2О₂ = CO₂ + 2H₂O + Q.

Эти продукты сгорания не являются конечными. СО₂ восстанавливается углеродом до СО. Пары воды также взаимодействуют с углеродом раскаленного кокса:

Н₂О + С = Н₂ + СО - Q.

По этой же реакции происходит и разложение влаги воздушного дутья.

Таким образом, при использовании природного газа доменный газ дополнительно обогащается СО и Н₂, что увеличивает его восстановительную способность.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА, происходит последовательно от высших окислов к низшим, далее к чистому металлу (принцип А. А. Байкова): Fe₂O₃ - Fe₃O₄ – FeO - Fe

Главными восстановителями железа в доменной печи являются окись углерода и твердый углерод кокса. Некоторое количество железа восстанавливается водородом.

1.Восстановление окисью углероданазывается косвенным (непрямым) восстановлением и происходит по реакциям

3 Fe₂O₃ + СО = 2 Fe₃O₄+ СО₂+ Q400-500^оС, верхняя часть шахты

Fe₃O₄ + СО = 3FeO + СО₂ - Q;

FeO + CO =Fe + CO₂ + Q900-950^оС, нижняя часть шахты

Восстановление Fe₂O₃ начинается при сравнительно низких температурах (400-500°С) в верхней части шахты печи. По мере опускания рудных материалов повышаются температура и содержание СО в доменных газах; при этом создаются условия для окончательного восстановления железа. Эти процессы заканчиваются в нижней части шахты печи при температурах около 900-950°С.

Одновременно в шахте печи происходит косвенное восстановление окислов железа водородом. Значение косвенного восстановления очень велико. В зависимости от условий работы печи окисью углерода СО и водородом восстанавливается 60-80% всего железа. Остальная часть железа восстанавливается твердым углеродом.

2.Восстановление твердым углеродомназывается прямым восстановлением. Оно происходит при температурах выше 950-1000°С (зона распара печи и заплечики) по реакции FeO + C = Fe+CО - Q

3.Науглероживание железа.Восстановление железа начинается при 400-500°С и заканчивается при 1300-1400°С (в распаре печи). При этих температурах железо (Т_пл = 1539°С) находится в твердом состоянии в виде пористой губчатой массы.

Уже в шахте доменной печи при температурах выше 400-500^оС наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание за счет окиси углерода СО по реакции 3Fe + 2CO = Fe₃C + CO₂+ Q

Карбид железа Fe₃C хорошо растворяется в твердом железе и постепенно образуется сплав железа с углеродом. С увеличением содержания углерода температура плавления сплава значительно понижается и достигает минимального значения 1147°С при 4,2%С. В зонах печи с высокими температурами - обычно в нижней части шахты - начинается плавление сплава. Жидкий сплав - чугун, стекая вниз, омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается. В нем также растворяются восстановленный марганец, кремний и другие примеси. Конечный состав чугуна устанавливается в горне. При этом большое значение имеют состав, свойства и количество шлака.

4.Восстановление других элементов. В доменную печь с шихтовыми материалами попадают марганец, кремний, сера и другие элементы в виде различных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства.