Як виплавляють метал, будівельні та оздоблювальні матеріали
Руда, кокс і домна = чавун
Залізна руда - не виняток. Вона складається практично повністю з оксиду заліза Fe2 O3 з додаванням сторонніх домішок і порожньої породи. По суті - це є брудна іржа. І в чистому вигляді руду в доменну піч відправляти не можна. Отриманий метал буде дуже низької якості, а основним продуктом печі стане шлак.
Другий компонент, необхідний для плавки металу - кокс, який є твердим паливом і джерелом моноксиду вуглецю, за допомогою якого і відновлюється залізо з оксиду в два етапи. Кокс - це кам'яне вугілля, що пройшов піроліз. Спочатку в якості палива і джерела чадного газу застосовували деревне вугілля. Він виходить шляхом піролізу деревини, але деревне вугілля занадто дорогий і непридатний для промислового виробництва металу. Хоча деревне вугілля позбавлений сторонніх домішок, якими насичений звичайний кам'яне вугілля. Щоб очистити кам'яне вугілля від газів і домішок його теж стали піддавати піролізу - тобто, нагріванню без доступу повітря з відводом газів, що утворюються. В результаті виходить кокс - чисте паливо, придатне для плавки металів. Для отримання коксу підходять не всі марки вугілля, а тільки так звані коксівне вугілля. Кокс на сталеливарний завод може надходити за тисячі кілометрів, так як практично ніколи не буває того, щоб вугілля і руда залягали в одному місці.
Третій елемент, необхідний для отримання металу - доменна піч. Це грандіозна споруда було придумано ще в 14 столітті, але тоді вона не мала таких розмірів як зараз. Однак принцип дії древньої печі і сучасної однаковий - відновлення заліза з оксиду під дією монооксиду вуглецю при високій температурі.
Доменна піч може працювати безперервно як завгодно довго. У всякому разі, поки в неї завантажують шихту і кокс, а її футерування не порушена настільки, що потребує ремонту. Ця споруда являє собою шахтний піч з мінімальною висотою близько 35 метрів, в якій є кілька зон. Сама нижня зона - це горн, в якому збирається рідкий чавун, над ним розташовані заплечики. Це високотемпературна частина печі. Вище розташований распар - зона відновлення FeO, де з окису заліза під дією високої температури і чадного газу виділяється у вигляді крапель рідкого металу залізо і стікає в горн, де остаточно розплавляється. Ще вище розташована зона відновлення Fe2O3- це так звана шахта, в якій температура нижче, але під дією чадного газу відбувається перший етап відновлення заліза з оксиду в окис. У самій верхній частині доменної печі розташований колошник - пристрій, в якому розділяються доменні гази і через яке завантажують шихту. Завантаження шихти - суміші в певних пропорціях руди, коксу та різних допоміжних добавок в сучасних печах відбувається автоматично, а раніше для цього використовувався ручна праця. Важливо розуміти, що навіть найменша доменна піч вміщає не менше 300 тонн шихти. І завантажити їх вручну досить проблематично, але ж цю масу потрібно постійно підтримувати, щоб піч не остигала. Сучасні доменні печі мають обсяги завантаження понад 12 тисяч тонн. Природно, що вручну таку масу завантажити неможливо.
У нижній частині печі є льотки для випуску розплавленого металу і зливу шлаків, а так само фурми для подачі підігрітого повітря. Для забезпечення нормального режиму роботи печі повітря повинен бути підігрітий до температури 1100 - 1200 градусів. При такій температурі важливо, щоб сопла фурм не повівся. Для цього всередині них циркулює охолоджуюча рідина.
Горнова частина доменної печі має багатошарову футеровку, яка теж охолоджується прокладених всередині контуром. А сама піч спирається на фундамент із залізобетону товщиною 4 метри. Підтримують піч у вертикальному положенні сталеві колони.
У міру того як в горновий частини накопичується достатня кількість рідкого металу, його зливають, вибиваючи пробку в річки горна. Метал відводиться від печі по каналах і надходить в керується за допомогою терморегулятора ємності для подальшого транспортування по технологічному ланцюжку. Доменні шлаки можуть спускати як через річку для металу, так і через спеціальні шлакові льотки. Шлаки в розплавленому вигляді вивозять на спеціально обладнаний майданчик і там зливають. Надалі шлаки переробляють в мінеральну вату, так як вони здебільшого являють собою мінеральну основу.
Як тільки вся шихта розплавиться, починається процес доведення сталі. У цей період в розплав додають залізну руду в вигляді окису заліза. При цьому за рахунок окислення вуглецю відбувається бурхливе відновлення заліза з окису. Протягом деякого часу ванна кипить, а потім заспокоюється. У цей момент можна вводити легуючі присадки залежно від складу стали і зливати її для прокату, для розливання в виливниці і т.п.
Цей спосіб отримання сталі при уявній простоті був реалізовано вперше тільки в 1949 році на австрійському заводі в місті Лінц. У Радянському Союзі перший киснево-конвертерний цех був введений в дію в 1957 році на заводі «Криворіжсталь». Застосування цього способу отримання стали істотно збільшило обсяги її виробництва. В даний час киснево-конвертерну технологію масово застосовують всього 8 країн в світі. Україна входить в їх число.
