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, MnOобразует карбид Mn3С, который растворяется в железе., повышая содержание марганца и углерода в чугуне. Другая часть MnOвходит в состав шлака.
Кремний, содержится в руде в виде SiO2, также частично восстанавливается твердым углеродом и растворяется в железе. Другая часть SiO2переходит в шлак.
Фосфор содержится в руде в виде соединений (FeO)3×P2O5и (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 Fe3Pполностью 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, Sв 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% Mnи 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: