Суть доменного процесу

В домні відбуваються складні фізико-хімічні процеси, які умовно ділять на такі етапи:

• горіння вуглецю палива;

• розкладання компонентів шихти;

• відновлення оксидів;

• навуглецьовування заліза;

• шлакоутворення.

Всі етапи відбуваються одночасно, але з різною інтенсивністю на різних рівнях печі.

1. Горіння вуглецю палива – відбувається головним чином біля фурм, де вуглець коксу реагує з киснем повітря, що поступає через фурми:

С + О₂ → СО₂

Вуглекислий газ піднімається і реагує з розпеченим коксом:

СО₂ + С → 2СО

Волога дуття реагує з розпеченим коксом:

Н₂О + С → СО + Н₂

2. Розкладання компонентів шихти – залежить від складу шихти. Найважливіші процеси – руйнування гідратів оксиду заліза та розкладання вапняку флюса (у верхній частині печі):

СаСО₃ → СаО + СО₂

3. Відновлення оксидів.

Головна мета доменного процесу – відновлення заліза з його оксидів.

Схема відновлення заліза:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe

Головний відновник заліза – газ СО (непряме відновлення):

Fe₂O₃ + СО → Fe₃O₄ + СО₂ + Q

Fe₃O₄ + СО → FeO + СО₂ + Q

FeO + СО → Fe_тв + СО₂ + Q

Ці реакції починаються у верхній частині шахти при температурі 400 – 500^оС.

Твердий вуглець також відновлює залізо (пряме відновлення):

FeO + С → Fe + СО

Таке відновлення відбувається в розпарі при температурі більше 950^оС.

Ще одним відновником є водень (відновлення аналогічне).

Крім заліза, відновлюються марганець, кремній, фосфор:

MnO + C → Mn + CO (1100^оС)

SiO₂ + C → Si + CO (1450^оС)

Ca₃P₂O₈ + C → CaO + CO + P (майже весь переходить в чавун)

P + Fe → Fe₃P (фосфід заліза)

Сірка частково окислюється і видаляється у вигляді SO₂, частина її переходить в шлак, частина розчиняється у чавуні.

4. Навуглецьовування заліза.

Тверде губчасте залізо, яке утворюється в розпарі та заплечиках, взаємодіє з чадним газом СО:

Fe + СО → Fe₃С + СО₂

Утворюється сплав заліза з вуглецем, який має температуру плавлення менше, ніж у чистого заліза, тому він плавиться, стікає крізь шар коксу і ще більше насичується вуглецем, розчиняючи відновлені домішки.

5. Шлакоутворення – найбільш активне в області розпару. СаО з компонентами пустої породи, золи утворює шлак, який плавиться і стікає в горн. Шлак переважно складається з оксидів SiO₂, СаО, Al₂O₃.

Заходи для інтенсифікації доменного процесу

1. збагачення дуття киснем;

2. підігрів дуття;

3. увід в дуття природного газу, пари або вугільного пилу;

4. підвищення тиску під колошником;

5. покращення складу шихти;

6. механізація і автоматизація керування піччю.

Показники роботи доменної печі

1. Головний показник – коефіцієнт використання корисного об’єму доменної печі – КВКО.

де W – корисний об’єм печі, м³,

Q – добовий випуск чавуну, т.

Чим менше КВКО, тим краще працює піч. В Україні КВКО доменних печей складає 0,5 – 0,8, найкращий показник К = 0,35.

2. Витрати матеріалів на виробництво 1 т чавуну:

   • коксу – близько 500 кг;

   • руди – 1,7 – 2 т;

   • флюсу – 300 – 700 кг.

3. Продуктивність – кількість чавуну, виплавленого за добу, місяць, рік.