Виробництво чавуну і сталі

Сировина
Для виробництва чавуну сировиною є залізна руда,кокс (твердий продукт нагрівання високоякісного кам’яного вугілля без доступу повітря),вапняк чи доломіт,повітря. Призначення залізної руди очевидне. Кокс і повітря необхідні для утворення в домні основного відновника заліза з руди – чадного газу СО (сам кокс також є відновником).А ще кокс слугує джерелом тепла, завдяки його згоранню підтримується необхідна температура для виробництва чавуну. Вапняк і доломіт (флюси) використовують для того, щоб тугоплавку пусту породу, здебільшого SiO2, перетворювали на легкоплавкі силікати Кальцію і Магнію, виробнича назва яких – шлаки.
Руду подрібнюють до розмірів ,придатних для використання в металургії переробці, за потреби збагачують (підвищують уміст залізної руди шляхом зменшення кількості пустої породи). Кокс і вапняк чи доломіт також доводять до необхідних розмірів й усю суміш твердих речовин ,що має назву шихта,завантажують у доменну піч – основну установку з виробництва чавуну.

Установки та апарати
Доменна піч, або домна, - усановка безперервної дії. Це баштоподібна споруда заввишки з 10-поверховий будинок (майже 40 м)і діаметром у найширшій частині до 16 м.
Зовні домну обшито листами міцної сталі, а всередині викладено вогнетривкою цеглою. Товщина стін зростає зверху вниз і в найширшій частині становить 1,5 м.
Домни бувають об’ємом 1000 – 5500м(кубічних). Доменна піч працює безперервно кілька років, після чого її роботу припиняють і проводять профілактику чи ремонт.
Шихту завантажують зверху вагонетками (завантаження проводять через кожні 10-15 хв).
Підігріте до температури 800 С повітря подають через два нижні отвори доменної печі – фурми.
Повільно переміщаючись униз домни, шихта нагрівається й хімічні реакції за участю коксу, повітря, руди і флюсів(вапняку, доломіту).
Температура в різних частинах домнах різна. У нижній частині вона найвища і дорівнює 1800 С. За такої температури відновлене з руди залізо плавиться і стікає вниз, у ньому розчиняється певна частка вуглецю, сірки, фосфору, силіцію й мангану. Так утворюється сплав заліза – чавун. Легкоплавкі силікати – результат взаємодії основних оксидів CaO і MgO з пустою породою – також плавляться й стікають донизу. Їх густина менша, аніж у чавуну, тому вони та деякі інші речовини. Утворені під час доменного процесу, збираються в нижній частині домни над шаром чавуну. Це так звані шлаки. Чавун і шлаки періодично (через 4-6 год) випускають із домни через отвори, розташовані на різних рівнях.

Хімізм виробництва чавуну
Серед відомих вам хімічних виробництв добування чавуну вирізняється значно більшою кількістю перетворень речовин. Розглянемо їх:
а)Спалювання коксу:
C + O2 = CO2 , Н = - 393кДж
СО2 + С = 2СО, Н = +172 кДж
б)відновлення руди:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + C = Fe + CO
в)термічний розклад флюсів:
CaCO3 = CaO + CO2
MgCO3 = MgO + CO2
г)утворення шлаків:
MgO + SiO2 = MgSiO3
CaO + SiO2 = CaSiO3
Виробництво чавуну ґрунтується на відновленні заліза з руд-оксидів чадним газом і коксом за високої температури. Джерелом тепла у цьому пірометалургійному виробництві є енергія, що виділяється під час горіння коксу.
Зверніть увагу. Що хімізм виробництва чавуну стосується відновлення заліза з оксидів, тоді як існують руди-сульфіди й руди-карбонати. Отже, щоб добути метал, наприклад із залізного колчедану (піриту) FeS2, руду спочатку випалюють:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Продукція
Основна продукція – чавун. Майже 10% чавуну використовується як метал у машинобудуванні,решту (майже 90%) переробляють на сталь. Побічні продукти – шлаки – використовують у виробництві цементу, шлакоблоків; доменний газ – суміш чадного, вуглекислого,сірчистого газів, азоту та деяких інших – направляють до повітронагрівачів, у яких перед подачею в домну нагрівають повітря.
Керування доменним процесом автоматизоване, здійснюється постійний моніторинг за перебігом хімічних речовин, температурою, подачею шихти. У доменному виробництві (на інших металургійних об’єктах також) задіяні інженери,технологи з відповідною вищою технічною освітою, працюють висококваліфіковані робітники.