Условно процесс, протекающий в доменной печи, можно разделить на следующие этапы:
− восстановление железа из его оксидов;
− превращение железа в чугун и
− шлакообразование.
Эти этапы проходят в печи одновременно, переплетаясь друг с другом, но с разной интенсивностью, на разных уровнях печи.
По мере прохождения газа вверх содержание кислорода уменьшается, и окисление углерода становится неполным. Оно протекает по реакции:
В доменную печь вдувают также пар, который вступает в реакцию с коксом и окисляет его:
Одновременно происходит разложение флюса – известняка по реакции:
Важнейшим периодом доменного процесса является восстановление железа из его оксидов. Оно происходит постепенно по следующей схеме:
Одновременно идёт восстановление железа из оксидов за счёт твёрдого углерода по реакции:
|
Таким образом восстанавливается до 50% шихты. Твёрдый углерод (в виде сажи) откладывается в порах руды и науглероживает железо.
Наряду с процессами восстановления железа происходят реакции восстановления и других элементов шихты: кремния, марганца, фосфора. Марганец восстанавливается из марганцевой руды, специально вводимой в шихту.
В результате восстановления указанных элементов в доменной печи получается сложный сплав железа с углеродом, марганцем, серой и фосфором.
Пустая порода, зола, часть серы, кокса и примеси руды соединяются с флюсами, образуя шлак. Роль шлака в доменном процессе очень велика: от него в значительной степени зависит качество чугуна. Шлак является ценным продуктом доменной плавки. Он используется в строительстве жилых и промышленных зданий, для изготовления цемента, бетона, кирпича, для грунтовки дорог и даже как удобрение.
Основным показателем работы доменной печи является коэффициент использования её полезного объёма (КИПО). Для вычисления КИПО нужно полезный объём печи (м3) разделить на суточную выплавку (т). Этот показатель в среднем составляет (0,5…0,6) м3/т. Прогрессивная технология доменной плавки предусматривает уменьшение КИПО печи, а значит увеличение её производительности.