Какой продукт доменного процесса идет на переплавку в сталь

ДО́МЕННЫЙ ПРОЦЕ́СС, по­лу­че­ние чу­гу­на из же­ле­зо­руд­ных ма­те­риа­лов в до­мен­ной пе­чи. В ос­но­ве Д. п. ле­жит прин­цип про­ти­во­то­ка: за­гру­жае­мая в верх­нюю часть пе­чи (ко­лош­ник) ис­ход­ная ших­та (же­ле­зо­руд­ный ма­те­ри­ал, твёр­дое то­п­ли­во, флюс) дви­жет­ся вниз, а га­зо­об­раз­ные про­дук­ты, об­ра­зо­вав­шие­ся в ниж­ней час­ти пе­чи (гор­не) при сжи­га­нии то­п­ли­ва в по­то­ке ду­тья (на­гре­тый воз­дух или воз­дух, обо­га­щён­ный ки­сло­ро­дом ли­бо во­дя­ным па­ром), – вверх. Про­ти­во­ток спо­соб­ст­ву­ет эф­фек­тив­но­му про­те­ка­нию мас­со- и те­п­ло­об­мен­ных про­цес­сов, что обу­слов­ли­ва­ет вы­со­кие по­ка­за­те­ли ис­поль­зо­ва­ния ре­сур­сов в до­мен­ных пе­чах: по­лез­ное ис­поль­зо­ва­ние те­п­ло­ты со­став­ля­ет 80–90%, сте­пень из­вле­че­ния же­ле­за – 99,5–99,8%. Для обес­пе­че­ния те­п­ло­вых по­треб­но­стей про­цес­са ис­поль­зу­ет­ся зна­чит. из­бы­ток кок­са, ко­то­рый обу­слов­ли­ва­ет по­вы­шен­ное со­дер­жа­ние уг­ле­ро­да в чу­гу­не (3,4–5,2% С по мас­се).

В Д. п. вы­со­кие тре­бо­ва­ния предъ­яв­ля­ют­ся к ка­че­ст­ву ших­ты и её проч­но­сти при по­вы­шен­ной темп-ре, осо­бен­но к проч­но­сти то­п­ли­ва. По­сле об­ра­зо­ва­ния рас­плав­лен­ных ме­тал­ла и шла­ка то­п­ли­во яв­ля­ет­ся един­ст­вен­ной твёр­дой сре­дой, на ко­то­рую ока­зы­ва­ет дав­ле­ние вся мас­са ших­ты. Для при­го­тов­ле­ния ших­ты при­ме­ня­ют кус­ко­вой же­ле­зо­руд­ный ма­те­ри­ал, ка­мен­но­уголь­ный кокс, в ка­че­ст­ве флю­са – из­вест­няк. Бо­лее 90% же­ле­зо­руд­ной час­ти ших­ты со­став­ля­ют ис­кус­ст­вен­но оку­ско­ван­ные ма­те­риа­лы – аг­ло­ме­рат и же­ле­зо­руд­ные ока­ты­ши.

В хо­де Д. п. об­ра­зу­ют­ся про­дук­ты: ос­нов­ные – пе­ре­дель­ный чу­гун для произ-ва ста­ли в ста­ле­пла­виль­ных аг­ре­га­тах, ли­тей­ный – для чу­гун­ных от­ли­вок, а так­же спец. чу­гу­ны (напр., зер­каль­ный чу­гун, фер­ро­си­ли­ций, фер­ро­мар­га­нец); по­боч­ные – до­мен­ный газ, яв­ляю­щий­ся вто­рич­ным энер­го­ре­сур­сом (по­сле очи­ст­ки от пы­ли ис­поль­зу­ет­ся в воз­ду­хо­наг­ре­ва­те­лях, за­во­дских ко­тель­ных и др.), до­мен­ный шлак (при­ме­нет­ся гл. обр. в про­из-ве стро­ит. ма­те­риа­лов) и ко­лош­ни­ко­вая пыль (со­дер­жит 30–50% Fe), воз­вра­щае­мая в ших­ту по­сле её пред­ва­рит. оку­ско­ва­ния (аг­ло­ме­ра­ции). Т. о., вос­тре­бо­ва­ны все про­дук­ты до­мен­но­го про­цес­са.

Доменная печь

пред­став­ля­ет со­бой шахт­ную печь круг­ло­го се­че­ния (рис.); вклю­ча­ет: ко­лош­ник (верх­няя часть), шах­ту (ос­нов­ная по объ­ё­му часть, пред­став­ляю­щая со­бой усе­чён­ный ко­нус), рас­пар (са­мая ши­ро­кая часть), за­пле­чи­ки (в фор­ме об­рат­но­го усе­чён­но­го ко­ну­са), горн (ниж­няя часть пе­чи). В верх­ней час­ти гор­на рав­но­мер­но рас­пре­де­ле­ны по ок­руж­но­сти фур­мы, че­рез ко­то­рые из воз­ду­хо­во­да в печь по­да­ют на­гре­тый воз­дух. В ниж­ней час­ти гор­на рас­по­ло­же­ны (на раз­ной вы­со­те) чу­гун­ные и шла­ко­вые лет­ки – от­вер­стия для вы­пус­ка чу­гу­на и шла­ка в чу­гу­но­воз­ный и шла­ко­воз­ный ков­ши. Сна­ру­жи печь обо­ру­до­ва­на сис­те­мой ох­ла­ж­де­ния, внутр. часть пе­чи вы­ло­же­на ог­не­упор­ным кир­пи­чом. За­груз­ка пе­чи ших­той про­из­во­дит­ся свер­ху ски­па­ми с по­мо­щью за­сып­но­го ап­па­ра­та, ко­то­рый при этом гер­ме­тич­но за­кры­ва­ет печь, изо­ли­руя её внутр. про­стран­ст­во от ат­мо­сфе­ры. Об­ра­зую­щий­ся в пе­чи до­мен­ный (ко­лош­ни­ко­вый) газ от­во­дит­ся че­рез га­зо­от­во­ды, рас­по­ло­жен­ные в ко­лош­ни­ке. Печь под­дер­жи­ва­ет­ся ко­лон­на­ми, ус­та­нов­лен­ны­ми на фун­да­мен­те. Рас­стоя­ние ме­ж­ду осью чу­гун­ной лет­ки и ниж­ней кром­кой под­виж­но­го эле­мен­та за­сып­но­го ап­па­ра­та в опу­щен­ном со­стоя­нии на­зы­ва­ет­ся по­лез­ной вы­со­той пе­чи, со­от­вет­ст­вен­но, объ­ём ра­бо­че­го про­стран­ст­ва – по­лез­ным объ­ё­мом пе­чи. Про­из­во­ди­тель­ность пе­чи со­став­ля­ет 2,5–3 т/м3 по­лез­но­го объ­ё­ма. Наи­бо­лее круп­ные пе­чи име­ют вы­со­ту ра­бо­че­го про­стран­ст­ва ок. 30 м, ра­бо­чий объ­ём 5000 м3 и вы­ше, су­точ­ную про­из­во­ди­тель­ность бо­лее 12000 т чу­гу­на (или 4 млн. т/год). Од­на из са­мых круп­ных в ми­ре – до­мен­ная печь № 5 ОАО «Се­вер­сталь» (г. Че­ре­по­вец) име­ет ра­бо­чий объ­ём 5580 м3.

По­сле строи­тель­ст­ва, вво­да в дей­ст­вие сис­те­мы ох­ла­ж­де­ния и суш­ки фу­те­ров­ки ра­бо­та пе­чи на­чи­на­ет­ся с по­да­чи ду­тья. Пер­вый чу­гун и шлак вы­пус­ка­ют че­рез 12–24 ч, по­сле че­го ко­ли­че­ст­во ду­тья и руд­ную на­груз­ку (от­но­ше­ние мас­сы ру­ды к мас­се кок­са) по­сте­пен­но уве­ли­чи­ва­ют, до­во­дя в те­че­ние не­сколь­ких су­ток до нор­маль­но­го ре­жи­ма. Не­пре­рыв­ная ра­бо­та (т. н. кам­па­ния) пе­чи от за­дув­ки до вы­дув­ки (с ос­та­нов­кой на ка­пи­таль­ный ре­монт) про­дол­жа­ет­ся от 5–6 до 10–12 лет и бо­лее. Для оп­ти­ми­за­ции хо­да плав­ки про­во­дят ком­пь­ю­тер­ную ди­аг­но­сти­ку пе­чи. В до­мен­ном про­из-ве при­ме­ня­ют АСУ, обес­пе­чи­ваю­щие ав­то­ма­тич. ра­бо­ту ме­ха­низ­мов и аг­ре­га­тов ших­то­по­да­чи, ава­рий­ной и пре­ду­пре­дит. сиг­на­ли­за­ции и др.

Основные физико-химические процессы

: го­ре­ние то­п­ли­ва, вос­ста­но­вит. и га­зо­ди­на­мич. про­цес­сы, те­п­ло­об­мен, об­ра­зо­ва­ние чу­гу­на, шла­ко­об­ра­зо­ва­ние. Осн. ко­ли­че­ст­во кок­са опус­ка­ет­ся в горн и сго­ра­ет вме­сте с до­пол­ни­тель­но вду­вае­мым то­п­ли­вом (га­зо­об­раз­ным, жид­ким или пы­ле­вид­ным) у фурм; в уп­ро­щён­ном ви­де сум­мар­ный про­цесс го­ре­ния сво­дит­ся к ре­ак­ции: 2C+O2=2CO. Га­зы с темп-рой 1600–2300 °C, со­дер­жа­щие 35–45% СО, 1–12% Н2 и 45–65% N2, под­ни­ма­ясь, на­гре­ва­ют опус­каю­щую­ся ших­ту (темп-pa вы­хо­дя­щих из пе­чи га­зов со­став­ля­ет 100–300 °C). Часть кок­са рас­хо­ду­ет­ся на вос­ста­нов­ле­ние по­сту­паю­щих в до­мен­ную печь Fe2O3 и Fe3O4 (со­дер­жа­щих­ся в же­ле­зо­руд­ных ма­те­риа­лах) по ре­ак­ци­ям:

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

FeO+C=Fe+CO

По­ми­мо ок­си­дов же­ле­за поч­ти пол­ностью вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся ок­си­ды Ni, Cu, As, P и со­от­вет­ст­вую­щие эле­мен­ты пе­ре­хо­дят в чу­гун; ок­сид цин­ка так­же пол­но­стью вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся, цинк воз­го­ня­ет­ся и от­ла­га­ет­ся в по­рах фу­те­ров­ки, вы­зы­вая её час­тич­ное раз­ру­ше­ние. Эле­мен­ты, об­ра­зую­щие бо­лее проч­ные со­еди­не­ния с ки­сло­ро­дом, чем Fe, вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся из ок­си­дов час­тич­но (V – 75–90%, Мn – 40–80%, Si и Ti в не­боль­ших ко­ли­че­ст­вах) или со­всем не вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся (Al, Mg и Са). S (вред­ная при­месь) по­па­да­ет в до­мен­ную печь в осн. с кок­сом и пе­ре­хо­дит боль­шей ча­стью в шлак (в ви­де FeS, MnS, CaS), в ма­лой сте­пе­ни (до 5%) в чу­гун (FeS) и в га­зо­вую фа­зу. Об­ра­зо­вав­шее­ся же­ле­зо по­гло­ща­ет С в твёр­дом со­стоя­нии, что спо­соб­ст­ву­ет сни­же­нию темп-ры плав­ле­ния на­уг­ле­ро­жен­но­го про­дук­та и бо­лее пол­но­му на­сы­ще­нию его уг­ле­ро­дом. Со­дер­жа­ние С в чу­гу­не за­ви­сит от темп-ры чу­гу­на, его со­ста­ва и др. Шлак со­сто­ит из ок­си­дов: SiO2, Al2O3, СаО, MgO (в сум­ме 90–95%), FeO (0,3–1,0%).

Д. п. – эко­ло­ги­че­ски безо­пас­ный, вы­со­ко­тех­но­ло­гич­ный энер­го- и ре­сур­сос­бе­ре­гаю­щий про­цесс; рас­ход энер­го­но­си­те­ля со­став­ля­ет 16–17 ГДж/т чу­гу­на, а с учё­том ис­поль­зо­ва­ния вто­рич­ных энер­го­ре­сур­сов – 12–13 ГДж/т чу­гу­на; рас­ход наи­бо­лее де­фи­цит­но­го ком­по­нен­та ших­ты (ка­мен­но­уголь­но­го кок­са) – 300–350 кг/т чу­гу­на, при этом ис­поль­зу­ет­ся 100–150 кг за­ме­ни­те­лей кок­са.

Историческая справка

По­яв­ле­ние соб­ст­вен­но до­мен­но­го произ-ва от­но­сят к сер. 14 в. Д. п. воз­ник в ре­зуль­та­те эво­лю­ции сы­ро­дут­но­го про­цес­са по­лу­че­ния пла­сти­че­ской низ­ко­уг­ле­ро­ди­стой же­лез­ной мас­сы (т. н. крич­но­го же­ле­за) не­по­сред­ст­вен­но из же­лез­ной ру­ды пу­тём вос­ста­нов­ле­ния её в низ­ких сы­ро­дут­ных гор­нах (яма, фу­те­ро­ван­ная ог­не­упор­ной гли­ной, или ка­мен­ный очаг), ра­бо­тав­ших на ес­теств. тя­ге. То­п­ли­вом слу­жил дре­вес­ный уголь. По­сле окон­ча­ния про­цес­са сы­ро­дут­ный горн раз­би­рал­ся, по­лу­чен­ный ме­талл из­вле­кал­ся и спец. мо­ло­та­ми пе­ре­ра­ба­ты­вал­ся в за­го­тов­ку или из­де­лие. По­сте­пен­ное уве­ли­че­ние вы­со­ты сы­ро­дут­ных гор­нов и мощ­но­сти воз­ду­хо­дув­ных средств спо­соб­ст­во­ва­ло по­вы­ше­нию темп-ры про­цес­са, что обу­сло­ви­ло уве­ли­че­ние рас­тво­ри­мо­сти уг­ле­ро­да в ме­тал­ле и сни­же­ние темп-ры его плав­ле­ния. Т. о., на­ря­ду с кри­цей по­лу­чал­ся не­же­ла­тель­ный ме­тал­лич. про­дукт в жид­ком со­стоя­нии (чу­гун), а сы­ро­дут­ный горн пре­вра­тил­ся в вер­ти­каль­ную шахт­ную печь, по­лу­чив­шую назв. «вы­со­кая печь» (нем. Hochofen, франц. Haut four­neau) или до­мен­ная (дуть­е­вая) печь (от слав. «дме­ние» – ду­тьё, англ. blast fur­nace). Пер­вые до­мен­ные пе­чи, пред­на­зна­чен­ные толь­ко для про­из-ва чу­гу­на, поя­ви­лись в Ев­ро­пе в сер. 14 в., в Рос­сии – ок. 1630 (близ г. Ту­ла). На Ура­ле пер­вый чу­гун по­лу­чен в 1701. При пре­вы­ше­нии вы­со­ты пе­чи 16–18 м при­ме­няв­ший­ся дре­вес­ный уголь те­рял свою проч­ность, рас­сы­пал­ся на мел­кие час­ти­цы и тем са­мым де­лал не­воз­мож­ным нор­маль­ное дви­же­ние га­зов вверх сквозь слой ших­ты. Важ­ным фак­то­ром, обу­сло­вив­шим рост про­из-ва чу­гу­на и, со­от­вет­ст­вен­но, уве­ли­че­ние раз­ме­ров и про­из­во­ди­тель­но­сти до­мен­ной пе­чи, ста­ло изо­бре­те­ние А. Дер­би (см. Дер­би) в 1735 спо­со­ба про­из-ва ка­мен­но­уголь­но­го кок­са, став­ше­го осн. то­п­ли­вом Д. п. Боль­шое зна­че­ние для раз­ви­тия Д. п. име­ло при­ме­не­ние па­ро­вой воз­ду­хо­дув­ной ма­ши­ны (1762, И. И. Пол­зу­нов; 1769, Дж. Уатт); воз­ду­хо­наг­ре­ва­те­ля с ог­не­упор­ной на­сад­кой (1857, Э. Кау­пер); оф­лю­со­ван­но­го аг­ло­ме­ра­та (1945–50, Маг­ни­то­гор­ский ме­тал­лур­гич. ком­би­нат); тех­но­ло­гии с вду­ва­ни­ем в горн при­род­но­го га­за и ки­сло­ро­да (1958–70; «За­по­рож­сталь», Но­во­ли­пец­кий ком­би­нат) и др. Зна­чит. вклад в раз­ви­тие Д. п. вне­сли отеч. ме­тал­лур­ги М. А. Пав­лов, М. К. Ку­ра­ко, И. П. Бар­дин и др.

Глава I

ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА И СТАЛИ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И СТАЛИ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Чугун получают в доменных печах, сооружаемых с применением огнеупорных материалов. Производство чугуна основано на методе плавки исходных материалов, в результате чего происходит восстановление железа и насыщение его углеродом и другими элементами. Основные исходные материалы для плавки чугуна – топливо, руды и флюсы.

В металлургическом производстве в качестве топлива применяют главным образом каменноугольный кокс, мазут и природный газ, представляющие собой вещества органического происхождения. В их состав входят углерод, водород, кислород, азот, сера, а также влага и минеральные примеси, дающие золу. Топливо сжигают в плавильных и нагревательных печах и устройствах.

В современном доменном производстве применяют каменноугольный кокс, который, являясь топливом, обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры и протекание химических реакций восстановления железа из железных руд при плавке.

Железными рудами (железняками) называют полезные ископаемые, представляющие собой горные породы или минеральные вещества, добываемые из недр земли. Для производства чугуна применяют красный, бурый магнитный и шпатовый железняки, а также марганцевую руду, содержащие много рудного вещества (оксидов железа) и мало пустой породы, т. е. минералов, которые легко отделяются от железной руды при ее подготовке к плавке (обжиганию) и переходят в шлаки при плавке (не загрязняют выплавляемый чугун).

К вредным примесям руды относятся сера, мышьяк и фосфор.

Основное назначение флюсов – перевод пустой породы железных руд и золы кокса в шлак, располагающийся над жидким чугуном в доменной печи, и придание ему достаточной жидкотекучести.

Количество и виды флюсов зависят от количества и химического состава пустой породы железных руд, а также вида выплавляемого чугуна. Пустая порода железных руд обычно содержит кремнезем, поэтому в доменном процессе, как правило, применяют в качестве флюса известняк.

ПРОДУКТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Продукты доменной печи – чугун, шлак и доменный газ. Чугун – это сплав железа с углеродом (2,14–6,67%) с примесями марганца и кремния, а также вредных примесей фосфора и серы.

В зависимости от назначения чугун выплавляют трех сортов: передельный, литейный и специальный (ферросплавы).

Передельный чугун предназначен для переработки в сталь. Его производство составляет более 80% от общего объема выпускаемого чугуна.

Литейный коксовый чугун предназначен для изготовления чугунных отливок различного профиля (фасонных) методом литья в формы.

Ферросплавы предназначены для производства стали. Они отличаются от передельных и литейных чугунов повышенным содержанием марганца или кремния и называются соответственно ферромарганец и ферросилиций.

Шлаки, образующиеся при выплавке чугуна, широко используют в гранулированном виде при производстве цемента, шлаковой ваты для теплоизоляции, шлаковых блоков и других строительных материалов.

Доменные газы после очистки от пыли используют как газообразное топливо для подогрева воздуха, идущего в доменные печи (в воздухонагревателях-кауперах), нагрева ковшей, а также для других печей металлургического завода.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун является основным продуктом домен­ного производства, а шлак и доменный газ — побочными.

Виды, состав и назначение доменных чугунов.Цель доменного производства состоит в получении чугуна, пред­ставляющего собой многокомпонентный сплав железа с угле-

родом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависи­мости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержа­ние основных элементов (С, Si, Мп, Р, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, оп­ределяется требованиями потребителей и возможностями до­менной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать сос­тав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида:

передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь;

литейный, используемый после переплава в чугунопла­вильных цехах для отливки чугунных изделий;

доменные ферросплавы— в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.

Передельный чугун является преобладающим видом продук­ции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Он используется в качес­тве шихтового материала при производстве стали в конвер­терах, мартеновских и электродуговых печах. Передельный чугун в соответствии с существующими стандартами может содержать 0,3-1,2% Si, 0,15-1,0 (иногда до 1,5%)Мп и делится на три класса по содержанию фосфора (не более 0,1; 0,2 и 0,3%) ина пять категорий по содержанию серы (не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05%). С целью эко­номии дефицитного марганца в настоящее время, как уже от­мечалось (см. п.2 § 3), выплавляют маломарганцовистые чугуны с содержанием марганца 0,1—0,5 %.

В небольших количествах выплавляют высококачественный передельный чугун, маркируемый буквами ПВК, что означает передельный высококачественный коксовый. Он отличается от обычного передельного пониженным содержанием фосфора (=Ј0,02-0,05%) и серы (=Ј0,015-0,025%). На заводах, ис­пользующих высокофосфористые железные руды, выплавляют чугуны с повышенным содержанием фосфора; стандартом пре­дусмотрены три марки подобных чугунов, различающихся со-

держанием фосфора (0,3-0,7; 0,7-1,5 и 1,5-2,0 %Р). Эти чугуны перерабатывают в сталь по специально приспособлен­ной для этого технологии (в кислородных конвертерах и мартеновских печах) с получением помимо стали фосфатных шлаков.

Содержание углерода в передельном чугуне стандартами не нормируется, поскольку оно определяется содержанием других элементов; его можно приближенно определить по формуле: С = 4,8 + 0,03 Мп – 0,27 Si – 0,32 Р – 0,032 S, где Mn, Si, P и S — соответственно содержание в чугуне марганца, кремния, фосфора и серы, %. В малофосфористых (< 0,3 % Р) чугунах обычно содержится 4,0—4,8 % углерода.

Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках — фосфора. Шесть марок литейного чугуна (Л1—Л6) содержат от 1,2—1,6 до 3,2—3,6% Si и от 0,3 до 0,9—1,5% Мп; каждую марку делят на четыре категории по содержанию серы («0,02—0,05%) и на пять классов по содержанию фосфора (соответственно < 0,08; < 0,12; < 0,3; 0,3-0,7 и 0,7-1,2 % Р). Фосфор придает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфо­ра. Высокофосфористые чугуны используют для получения художественного литья в связи с тем, что жидкий чугун с высоким содержанием фосфора обладает высокой жидкотеку-честью и поэтому хорошо заполняет литейные формы самой сложной конфигурации.

К доменным ферросплавам относятся: ферромарганец (70— 75%Мп и более, до 2% Si, 0,33-0,45% Р, до 0,03% S); а также выплавлявшиеся ранее бедный ферросилиций (9—15 % Si) и зеркальный чугун (15—25 % Мп). В настоящее время последние два ферросплава в доменных печах не выплавляют из-за неэкономичности передела.

Доменный шлак. Выплавка чугуна в доменных печах неиз­бежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окаты­шами, золы кокса и составляющих флюса, Tie. известняка (в основном, это СаО), который вводят в шихту агломерации и иногда добавляют в небольших количествах в доменную печь. Количество шлака определяется степенью обогащения желез-

ныхруд и требуемой основностью шлака. Чем больше в руде остается пустой породы и чем больше требуемая основность шлака, т.е. чем больше расход известняка, тем выше выход (количество) шлака. Обычно при выплавке передельного илитейного чугунов выход шлака составляет 0,3—0,6 т на 1т чугуна и иногда более.

Основными составляющими шлака являются оксиды кремния (SiOz), кальция (СаО), алюминия (А120,)„ магния (MgO), a также небольшое количество FeO, MnO, CaS. В шлаках обычно содержится 6—20% глинозема (А12Оз), 38—42% кремнезема (SiOz), 38-48% извести (СаО), 2-12% магнезии (MgO); 0,2-0,6% FeO; 0,1-2% MnO и 0,6-2,5% серы, в основном, в виде CaS. При этом шлаки характеризуются следующими значениями основности: СаО : SiOz = 0,9*1,3; (СаО + MgO): :Si02 = 1,05*1,45 и (СаО + MgO):(Si02 + А12Оз) = 0,7*1,2.

Основную часть (> 90—95 %) доменного шлака перерабаты­вают, получая сырье для производства различных строитель­ных материалов (см. § 5, гл. 4).

Доменный (колошниковый) газ.Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть — колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН4, Н2, С02 и N2. После очистки от со­держащейся в нем пыли, газ используют как топливо для на­грева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, кок­совых батарей, для отопления котлов и других целей. Горю­чими компонентами в газе являются СО, Н2 и СН4. Зная эн­тальпию химических реакций горения этих компонентов, мож­но подсчитать, что при полном сгорании каждого процента оксида углерода теплота сгорания 1 м3 газа повышается на 126 кДж, а каждого процента водорода и метана соответст­венно на 108 и 263 кДж. При выплавке передельного чугуна на атмосферном дутье (без вдувания природного газа) в га­зе содержится 12-18% С02; 24-30% СО; 0,2-0,5% СН4; 1,0—2,0% Н2 и 55—59% N2 и теплота сгорания газа состав­ляет 3500—4000 кДж/м3. При применении комбинированного дутья снижается содержание азота и соответственно возрас­тает количество других составляющих газа, особенно водо­рода. Например, при обогащении дутья кислородом до 24—30% и соответствующей подаче природного газа содержа­ние оксида углерода составляет 22—27 %, диоксида углерода 15—22 %, водорода 8—11 % и азота 43^55 %. Теплота сгора­ния такого газа равна 4200—5000 кДж/м3.