Fe2O3 ® Fe3O4 ® FeO ® Fe

Опускаясь, шихта достигает зоны в печи, где температура 1000-1100 ^оС. При этих температурах восстановление из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод, вследствие чего температура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, насыщаются углеродом (до 4% и более), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1000-1200 ^оС восстанавливаются из руды, а также серой, содержащейся в коксе.

Марганец содержится в руде в виде MnO₂, Mn₂O₂, Mn₃O₄. Эти соединения легко восстанавливаются до MnO; взаимодействуя с твердым углеродом, MnO образует карбид Mn₃С, который растворяется в железе., повышая содержание марганца и углерода в чугуне. Другая часть MnO входит в состав шлака.

Кремний, содержится в руде в виде SiO₂, также частично восстанавливается твердым углеродом и растворяется в железе. Другая часть SiO₂ переходит в шлак.

Фосфор содержится в руде в виде соединений (FeO)₃×P₂O₅ и (СаО)₃×Р₂О₅. При температурах выше 1000 ^оС фосфат железа восстанавливается оксидом углерода и твердым углеродом с образованием фосфида железа. При температурах свыше 1300 ^оС фосфор восстанавливается из фосфата кальция. Фосфор и фосфид железа Fe₃P полностью растворяется в железе.

Сера присутствует в коксе и руде в виде органической серы и соединений FeS₂, FeS, CaSO₄. Сера летуча, и поэтому часть её удаляется с газом при нагреве шихты в печи, а часть в виде серы из FeS растворяется в чугуне:

FeS + CaO = CaS + FeO

часть серы в виде CaS удаляется в шлак.

Таким образом, в результате процесса восстановления оксидов железа, части оксидов марганца и кремния, фосфатов и сернистых соединений, растворения в железе C, Mn, Si, P, S в доменной печи образуется чугун, а в результате сплавления оксидов СаО, Al₂O₃, MgO, пустой породы руды, флюсов и золы топлива образуется шлак. Шлак стекает в горн и скапливается на поверхности жидкого чугуна благодаря меньшей плотности.

Чугун выпускают из печи через каждые 3-4 часа, а шлак - через 1-1.5 часа. Чугун выпускают через чугунную летку (рис.1) - отверстие к кладке, расположенное несколько выше лещади, а шлак через шлаковую летку. Чугунную летку открывают бурильной машиной, после выпуска чугуна ее закрывают огнеупорной массой. Чугун и шлак сливают в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши. Чугун транспортируют в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, разливают в изложницы разливочной машины, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг.

Продукты доменной плавки. Чугун - основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конверторах или мартеновских печах. Он содержит 4-4.4% С, до 0.6-0.8% Si, до 0.25-1% Mn, 0.15-0.3% Р и 0.03-0.07% S.

Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Он содержит 2.75-3.25% Si. Кроме чугуна в доменной печи выплавляют ферросплавы доменные - сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали. К ним относятся: ферросилиций (9-13% Si и до 3% Mn), ферромарганец (70-75% Mn и до2% Si), зеркальный чугун (10-25% Mn и до 2% Si).

Побочные продукты доменной плавки - шлак и доменный газ. Из шлака изготавливают шлаковату, цемент, а доменный газ после очистки используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.

Технико-экономические показатели работы доменных печей: коэффициент использования полезного объема доменной печи (КИПО) и удельный расход кокса. КИПО (м³/т)- это отношение полезного объема печи V (м³) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна:

КИПО = V/ Р.

Чем выше производительность доменной печи, тем меньше КИПО. Для большинства доменных печей КИПО = 0.5 - 0.7.

Удельный расход кокса К - отношение расхода А кокса за сутки к количеству Р(т) чугуна, выплавленного за то же время:

К = А / Р.

Удельный расход кокса в доменных печах составляет 0.5-0.7; чем ниже этот показатель, тем лучше работает печь.

Доменный процесс получения чугуна требует значительного расхода кокса, флюсов, электроэнергии для подготовки сжатого воздуха для дутья. Поэтому наряду с выплавкой чугуна в доменных печах все более широко используют более экономичные процессы восстановления железа из руд с последующей его плавкой в электрических печах для получения стали.

Рис.2. Схема установки для прямого восстановления железа

из руд и получения металлизированных окатышей

В этом случае добытую в карьерах руду обогащают и получают окатыши. Окатыши (рис.2) из бункера 1 по грохоту 2 поступают в короб 10 шихтозавалочной машины и оттуда в шахтную печь 9, работающую по принципу противотока. Просыпь от окатышей из грохота 2 попадает в бункер 3 с брикетировочным прессом и в виде окатышей вновь поступает на грохот 2, подающий их в загрузочное устройство. Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу 8 подают смесь природного и доменных газов, подвергнутую в установке 7 конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород и окись углерода. В восстановительной зоне печи В создается температура 1000 -1100 ⁰С, при которой водород и окись углерода восстанавливают железную руду в окатышах до твердого губчатого железа. В результате содержание железа в окатышах достигает 90 - 95%. Для охлаждения железных окатышей по трубопроводу 6 в зону охлаждения О печи подают воздух. Охлажденные окатыши 5 выдаются на конвейер 4 и поступают на выплавку стали в электропечах.