Чавун - це перший процес отримання сталі, основними матеріалами, що використовуються, є мінерал заліза, кокс та вапняк. Кокс спалюється як паливо для нагрівання печі, а при згорянні виділяється чадний газ, який поєднується з оксидами заліза в руді і відновлює їх до металевого заліза. Дивіться чавун на заводі CSH
Рівняння основної хімічної реакції доменної печі має вигляд:
Вапняк із пічної шихти використовується як додаткове джерело окису вуглецю і як потік. Цей матеріал поєднується з діоксидом кремнію, присутнім у мінералі (який не плавиться при температурі печі), утворюючи силікат кальцію з нижчою температурою плавлення. Без вапняку утворювався б силікат заліза, втрачаючи тим самим металеве залізо. Силікат кальцію та інші домішки утворюють шлак, який плаває на розплавленому металі внизу печі. Чавун, вироблений у доменних печах, має такий склад: 92% заліза, 3 або 4% вуглецю, від 0,5 до 3% кремнію, 0,25% - 2,5% марганцю, від 0,04 до 2% фосфору та деяких частинок сірки.
ВИСОКА ПЕЧЬ - це практично хімічний завод, який постійно відновлює залізо з руди. Хімічно він вивільняє кисень із оксиду заліза в мінералі для виділення заліза. Він складається з циліндричної сталевої капсули, облицьованої неметалевим та жароміцним матеріалом, таким як вогнетривка цегла та охолоджуючі плити. Діаметр капсули зменшується вгору-вниз і є найбільшим у точці приблизно на одній четвертій її загальної висоти. У нижній частині печі обладнано декілька трубчастих отворів, які називаються форсунками, через які пропускається повітря. Біля дна є отвір, через який протікає чавун при знеструмленні (або спорожненні) доменної печі. Над цим отвором, але під форсунками, є ще один отвір для видалення шлаку. У верхній частині печі, висота якої становить близько 30 м, є вентиляційні отвори для вихлопних газів і пара круглих бункерів, закритих дзвоноподібними клапанами, через які шихта вводиться в піч. Матеріали транспортуються до бункерів у невеликих вагонах або ковшах, які піднімаються похилим елеватором, розташований за межами печі.
Сировина завантажується (або спорожняється) до верху печі. Повітря, попередньо нагріте до приблизно 1030ºC, подається в основу печі, щоб спалити кокс. Палаючий кокс генерує інтенсивне тепло, необхідне для плавлення руди, і виробляє гази, необхідні для відділення заліза від руди. У дуже спрощеному вигляді реакції такі:
Доменні печі працюють безперервно. Сировина, яку потрібно вкласти в піч, поділяється на певну кількість невеликих вантажів, які подають з інтервалом від 10 до 15 хвилин. Шлак, що плаває на розплавленому металі, видаляється раз на дві години, а чавун знекровлюється п’ять разів на день.
Повітря, що вдувається в доменну піч, попередньо нагрівається до температури приблизно 1030ºC. Опалення здійснюється в так званих печах, балонах з вогнетривкими цегляними конструкціями. Цегла нагрівається протягом декількох годин, спалюючи доменний газ, який є вихлопними газами, що виходять з верхньої частини печі. Потім полум’я гаситься, а повітря під тиском пропускається через піч. Вага повітря, що використовується в доменній печі, перевищує загальну масу іншої сировини.
По суті, газоподібний СО при високих температурах має більше привабливості для кисню, що міститься в залізній руді (Fe2O3), ніж саме залізо, тому він реагуватиме з ним, щоб його виділити. Тоді хімічним способом залізо в руді відновлюється. Тим часом при високій температурі розплавлений вапняк перетворюється на вапно, яке поєднується з сіркою та іншими домішками. При цьому утворюється шлак, який плаває поверх розплавленого заліза.
Після Другої світової війни було впроваджено значний прогрес у технології доменних печей: герметизація печей. Дроселюючи потік газу з вентиляційних отворів печі, можна збільшити тиск усередині печі до 1,7 атмосфер і більше. Техніка герметизації дозволяє краще спалювати кокс і збільшити виробництво заліза. У багатьох доменних печах може бути досягнуто збільшення виробництва на 25%. На експериментальних установках також було показано, що виробництво збільшується за рахунок збагачення повітря киснем.
Кожні п’ять-шість годин із внутрішньої сторони печі відціджують від 150 до 375 тонн чавуну в казан або гарячий металевий візок. Потім вони транспортуються до сталеплавильної печі. Плавучий шлак на розплавленому залізі в печі зливається окремо. Будь-який шлак або надлишки, що виходять із печі разом з металом, видаляються до того, як дістатися до ємності. Потім контейнер, наповнений чавуном, транспортується на металургійний завод (металургійний завод).
Сучасні доменні печі експлуатуються у поєднанні з основними кисневими печами або конверторами кисню, а іноді і зі старими, відкритими тигельними печами, як частина одного металургійного заводу. На цих заводах сталеві печі завантажуються чавуном. Розплавлений метал з різних доменних печей можна змішувати у великому ковші перед перетворенням на сталь, щоб мінімізувати ефект можливих нерівностей у деяких печах.
Свіжовироблений чавун містить занадто багато вуглецю та занадто багато домішок, щоб бути вигідним. Він повинен бути очищений, оскільки по суті, сталь - це високоочищене залізо, яке містить менше 2% вуглецю.
Свіже чавун називають «чавуном». Кисень видалено, але він все ще містить занадто багато вуглецю (близько 4%) і занадто багато домішок (кремній, сірка, марганець та фосфор), щоб бути корисним, тому його потрібно очистити, оскільки по суті сталь є високоочищеним залізом, яке містить менше 2% вуглецю.
Виробництво сталі з чавуну передбачає не тільки видалення вуглецю для доведення його до бажаного рівня, але також видалення або зменшення домішок, які він містить.
Для очищення або очищення чавуну можна використовувати різні процеси виготовлення сталі; тобто видалити його домішки. Кожен з них включає основний процес окислення.
ДОПОЧНЕННЯ АРАБІУ:
У доменній печі кисень видалявся з руди дією газоподібного СО (окису вуглецю), який, поєднуючись з атомами кисню в руді, потрапляв у вигляді газоподібного СО2 (вуглекислого газу). Тепер кисень буде використовуватися для видалення надлишку вуглецю з чавуну. При високій температурі атоми вуглецю (С), розчинені в розплавленому залізі, поєднуються з киснем, утворюючи газ чадний газ і таким чином видаляють вуглець в процесі окислення. У спрощеному вигляді реакція така: