Доменный процесс


Представляет собой совокупность ряда самостоятельных физикохимических явлений, к которым относятся процессы восстановления оксидов и сложных соединений, разложения гидратов и солей, горения твёрдого, жидкого и газообразного горючего, твердофазные и гетерогенные химические реакции, теплообмен, движение твёрдых, жидких и газообразных составляющих и др.[1]

Плавку железа в древности производили в ямах — горнах, обмазанных глиной или выложенных камнем. В горн загружали дрова и древесный уголь. Через отверстие в нижней части горна нагнетали с помощью кожаных мехов воздух. На смесь древесного угля и дров засыпали измельчённую железную руду. Сгорание дров и угля проходило интенсивно, внутри горна достигалась относительно высокая температура. Благодаря взаимодействию угля и оксида углерода CO с оксидами железа руды железо восстанавливалось и в виде тестообразных кусков, загрязнённых золой и шлаком, накапливалось на дне горна. Такое железо называли сыродутным. Из него необходимо было удалить примеси прежде, чем приступить к изготовлению изделий. Разогретый металл ковали и на наковальне выжимали остатки шлака, примесей и др. Отдельные куски железа сваривали в единое целое. Такой способ существовал вплоть до XII—XIII веков. Когда стали использовать энергию падающей воды и приводить в движение меха механическим способом, удалось увеличить объём воздуха, подаваемого в горн. Горн сделали больше, стенки его выросли из земли, он стал прообразом доменной печи — домницей. Домницы имели высоту в несколько метров и сужались кверху. Сначала они были квадратными, потом стали круглыми. Подачу воздуха производили через несколько фурм. В нижней части домницы имелось отверстие, замазываемое глиной, через которое после окончания плавки вынимали готовое железо. Улучшение технологии плавки, обкладка стенок домницы природным огнеупорным камнем позволили значительно повысить температуру в горне. На дне печи образовывался жидкий сплав железа с углеродом — чугун. Сначала чугун считали отходом производства, так как он был хрупким. Позже заметили, что чугун обладает хорошими литейными свойствами и из него стали отливать пушки, ядра, архитектурные украшения[3].


Схема доменного процесса 1 — железная руда + известняк; 2 — кокс; 3 — лента конвейера; 4 — колошник с аппаратом, предотвращающим уход доменного газа в атмосферу; 5 — слой кокса; 6 — слои известняка, оксида железа, руды; 7 — горячий воздух (с температурой около 1200 °C); 8 — шлак; 9 — жидкий передельный чугун; 10 — шлаковый ковш; 11 — чугуновоз; 12 — циклон для очистки доменного газа от пыли перед сжиганием его в регенераторах (13); 13 — регенераторы (кауперы); 14 — дымовая труба; 15 — подача воздуха в регенераторы (кауперы); 16 — порошок угля; 17 — коксовая печь; 18 — резервуар для кокса; 19 — газоотвод для горячего колошникового газа.
Основные ингредиенты доменного процесса: кокс, окатыши, известняк
Схема образования зоны горения на торце воздушной фурмы доменной печи