ИТС 26-2021 Производство чугуна, стали и ферросплавов

     2.3.5 Выплавка чугуна

Выплавляемые в доменной печи чугуны кроме железа и углерода содержат кремний, марганец, фосфор, серу и другие элементы, количество которых зависит от состава шихты и температурных условий плавки. Восстановителями являются окись углерода (CO), водород () и твердый углерод (C), которые, как восстановители, ведут себя по-разному при различных температурах по высоте печи. Источником газообразных восстановителей является углерод кокса, сгорающий в струе горячего дутья в фурменном очаге, по реакции:

.

Образующийся оксид углерода () при температуре в горне печи 1600°С-2300°С взаимодействует с углеродом кокса по реакции:

.

При наличии влаги в дутье вода также взаимодействует с углеродом по реакции:

.

Таким образом, в горне печи присутствуют три вида восстановителя (C, CO и ) по отношению к оксидам шихты. Восстановление оксида железа происходит по реакциям:

;

;

.

Аналогично эти реакции описываются с участием водорода. В доменной печи только 50-80% всех оксидов железа в опускающихся полурасплавленных массах восстанавливается оксидом углерода и водородом. Остальная часть восстанавливается в горне печи из жидкого шлака твердым углеродом по реакции:

FeO+C=Fe+CO.

В горне печи температура продуктов плавки равна 1500-1600°С. При этой температуре практически завершаются процессы восстановления оксидов шлака с участием углерода кокса. Также завершается образование карбидов железа. В чистом от примесей чугуне содержание углерода составляет 4,3-4,4%. Марганец и хром образуют устойчивые карбиды и повышают содержание углерода в чугуне.

По мере опускания рудной части в горн печи и последовательного восстановления оксидов железа до металла, в зоне первичного шлакообразования в средней части шахты печи происходит постепенное разделение материалов на металл и шлаковую часть. При науглероживании свежевосстановленного металлического железа до 2,0% температура его плавления снижается с 1535°С до 1330°С и этот сплав чугуна стекает в горн, где содержание углерода при контакте чугуна с коксом увеличивается до 4,3-4,6%, а температура плавления понижается до 1150°С.