Кто изобрел доменную печь

В этот день, 31 января 1932 года произошло знаковое событие для нашей отечественной промышленности – была запущена первая доменная печь Магнитогорского металлургического комбината, и вместе с тем дан старт работе самого предприятия.

В честь этого сайт «РИА Недвижимость» вспоминает самые известные в мире домны и изучает особенности их строительства.

ММК, или попросту Магнитка, был построен в рекордные сроки – всего за три года. Работа велась круглосуточно, использовался преимущественно ручной труд.

Квалифицированных специалистов тогда в СССР было немного, большинство рабочих были неграмотными, что также осложняло дело. Американские инженеры, участвовавшие в проекте в качестве консультантов, призывали не форсировать события и отложить запуск.

Тем не менее, 31 января 1932 года домна заработала, а 1 февраля уже был получен первый чугун.

Кто изобрел доменную печь

1 из 9

Тем не менее, 31 января 1932 года домна заработала, а 1 февраля уже был получен первый чугун.

Комбинат и сегодня играет значительную роль в российской промышленности. В апреле прошлого года доменные печи №9 и №10 вышли на рекордные для себя показатели, выплавив 157,5 и 156,5 тысяч тонн чугуна. Кстати, домна №9 на момент своего запуска в 1964 году была крупнейшей в Европе по объему полезной площади – 2014 кубических метров.

Такой же объем и у запущенной два года спустя десятой домны. Последняя несколько лет назад в ходе реконструкции была оснащена специальными системами, значительно уменьшающими выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, и это было важным событием в области экологии.

Всего же за свою 85-летнюю историю Магнитка выплавила более 600 миллионов тонн чугуна.

Кто изобрел доменную печь

2 из 9

Всего же за свою 85-летнюю историю Магнитка выплавила более 600 миллионов тонн чугуна.

© РИА Новости / Александр Кондратюк / Перейти в фотобанкВ доменных печах происходит важнейшая часть технологического процесса по получению металла из руды. Железная руда, попадая в печь, плавится при температуре свыше 1000 градусов по Цельсию. При плавлении происходит химическая реакция, во время которой из руды выжигаются примеси, и она превращается в чугун.

Кто изобрел доменную печь

3 из 9

В доменных печах происходит важнейшая часть технологического процесса по получению металла из руды. Железная руда, попадая в печь, плавится при температуре свыше 1000 градусов по Цельсию. При плавлении происходит химическая реакция, во время которой из руды выжигаются примеси, и она превращается в чугун.

© РИА Новости / Антон Денисов / Перейти в фотобанкСамой мощной в Европе и одной их мощнейших в мире сегодня считается печь № 5 «Северянка» Череповецкого металлургического комбината. Запущенная еще в 1986 году, она способна производить 4 миллиона тонн чугуна в год. В 2015 году «Северянка» установила рекорд по суточной выплавке чугуна – 14 305 тонн.

Кто изобрел доменную печь

4 из 9

Самой мощной в Европе и одной их мощнейших в мире сегодня считается печь № 5 «Северянка» Череповецкого металлургического комбината. Запущенная еще в 1986 году, она способна производить 4 миллиона тонн чугуна в год. В 2015 году «Северянка» установила рекорд по суточной выплавке чугуна – 14 305 тонн.

© РИА Новости / В. Львов / Перейти в фотобанкАналогичную мощность имеет и доменная печь №9 Криворожского металлургического завода – потенциально она также способна выплавлять около 4 миллионов тонн в год.

Ее объем составляет 5034 кубометров. Как и Магнитка, завод в Кривом Роге построен очень быстро – с 1972 по 1974 годы.

Строительство было грандиозным – пришлось вывезти более 18 миллионов кубометров земли и уложить около 300 тысяч кубометров бетона и железобетона.

Кто изобрел доменную печь

5 из 9

Аналогичную мощность имеет и доменная печь №9 Криворожского металлургического завода – потенциально она также способна выплавлять около 4 миллионов тонн в год. Ее объем составляет 5034 кубометров.

Как и Магнитка, завод в Кривом Роге построен очень быстро – с 1972 по 1974 годы.

Например, сталелитейная компания Bethlehem Steel, существовавшая с 1857 года и занимавшая второе место в металлургической промышленности США, не выдержала экономического кризиса и в 2003 году была ликвидирована. Часть ее производственных активов была заброшена.

Так, доменная печь в городе Бетлехем, штат Пенсильвания (на фото), сегодня является своеобразным символом экономического упадка.

Кто изобрел доменную печь

6 из 9

В мировой истории металлургии было немало примеров, когда крупные предприятия в силу разных причин, в основном экономических, прекращали свою работу.

© flickr.com/ Forsaken FotosЕще один металлургический гигант, расположенный в Пенсильвании, в городе Ранкин, также не выдержавший экономических проблем – завод Homestead Steel Works. Основанный в 1881 году, он закрылся более века спустя – в 1986 году.

Сегодня от завода остались доменные печи Carrie Furnaces №6 и №7, работавшие в 1907-1978 годах и на своем пике выдававшие до 1250 тонн чугуна в сутки.

Эти печи включены в число национальных исторических памятников США и здесь даже проводят экскурсии для туристов.

Кто изобрел доменную печь

7 из 9

Еще один металлургический гигант, расположенный в Пенсильвании, в городе Ранкин, также не выдержавший экономических проблем – завод Homestead Steel Works. Основанный в 1881 году, он закрылся более века спустя – в 1986 году.

© MICKAEL TASSART / AFPА вот домна фабрики Ferro Comilog в французском городе Булонь-сюр-Мер такой чести не удостоилась. Когда в 2003 году фабрику закрыли, то начали освобождать площадку от имеющихся строений.

В 2006 году доменную печь, являющуюся на тот момент символом промышленности севера Франции, было решено взорвать.

Для сооружения высотой 37 метров и весом 2,5 тысячи тонн понадобилось 13 килограммов динамита.

Кто изобрел доменную печь

8 из 9

А вот домна фабрики Ferro Comilog в французском городе Булонь-сюр-Мер такой чести не удостоилась. Когда в 2003 году фабрику закрыли, то начали освобождать площадку от имеющихся строений.

Для сооружения высотой 37 метров и весом 2,5 тысячи тонн понадобилось 13 килограммов динамита.

Ковш с 30 тоннами раскаленной стали температурой 1500 градусов при перемещении от доменной печи к разливному столу внезапно сорвался, и жидкая сталь пролилась с двухметровой высоты. Жидкость потекла в смежную с цехом комнату для рабочих.

32 человека погибло и 6 получили сильные ожоги. Спасатели даже не могли им оперативно помочь, так как не могли приблизиться из-за высокой температуры.

Кто изобрел доменную печь

9 из 9

Доменный цех завода Qinghe Special Steel Corporation в китайском городе Телин прославился на весь мир ужасной трагедией, произошедшей в 2007 году.

Доменная печь

С развитием промышленности требовалось всё больше железа. Запас легкоплавких руд иссяк, и пришлось из глубин земли извлекать тугоплавкие руды, требующие высокотемпературной переработки. Совершенствование плавильных печей в XIII-XVI вв. привело к появлению доменной печи. Попутно металлурги открыли ещё неизвестные свойства железа и новый способ его выплавки — кричный передел.

Штукофен — первый шаг

Для получения железа из тугоплавких руд нужно было повысить температуру и усилить дутьё.

Появились штукофены — высокие (до 3,5 м) конусообразные печи из огнеупорного кирпича с открытым верхом (колошником) для загрузки угля и шихты (измельчённой руды) и с отверстием (фурмой) для поддува и извлечения крицы (губчатого железа).

В высокой печи возникала сильная тяга, нагнетавшая жар, а дутьё усилили, раздувая мехи с помощью водяных колёс. Использование этих гидравлических двигателей вызвало массовый «переезд» плавильного производства с гор, где добывался металл, на равнины, к рекам с сильным течением.

Кто изобрел доменную печь

Кузнечные мехи, управляемые кулачковым механизмом и гидравлическим двигателем (водяным колесом). Гравюра из книги «Различные хитроумные машины»

Негодный чугун

При высоких температурах плавления рудное железо быстрее избавляется от окислявших его атомов кислорода и соединяется с атомами углерода (из угля).

В штукофене железо обогащалось углеродом раньше, чем от него успевал отделиться шлак (иные примеси).

Шлак выплавлялся, когда в печи уже образовывался не только комок крицы — железа с небольшим содержанием углерода, но и расплавленный чугун — переобогащённое углеродом железо.

Высокое содержание углерода делало чугун хрупким, не поддающимся ни ковке, ни сварке. Что было делать с таким металлом? А чугуна при выплавке тугоплавких руд получалось много, и он смешивался с жидким шлаком. Поначалу эту смесь выбрасывали, но в XIV в. стали извлекать из раздробленного шлака корольки — однородные кусочки чугуна и отливать из него грубые изделия.

Шаг второй — блауофен

Открытие литейных качеств чугуна привело к ещё более важному открытию переделочного процесса.

Оказалось, что, если чугун снова переплавить с углём при сильном поддуве, углерод из расплавленного металла соединится с кислородом из воздуха и образует летучий углекислый газ.

Так, у чугуна «отбирали» лишние атомы углерода, превращая его в крицу. Крица из чугуна оказалось лучше той, что выплавляли из руды, — в ней было меньше шлака.

Для переплавки чугуна стали строить ещё более высокие (до 6 м) печи с гидравлическим поддувом — блауофены. Плавка 70 кг руды в блауофене длилась 15 часов. После плавки печь охлаждали, извлекали крицу (до 40 кг) и чугун (до 20 кг), который вручную очищали от шлака для повторной переплавки в крицу.

Кто изобрел доменную печь

Схема доменной печи

Домна и кричный горн

Остывание печи, извлечение из неё крицы, чугуна и шлака, подготовка печи к новой плавке занимали до 10 часов, и очистка чугуна от шлака требовала много труда. Поэтому переделочный процесс в металлургии закрепился только в конце XV в.

, когда была изобретена доменная печь (домна) и найден двухступенчатый способ изготовления железа. В доменной печи руда плавилась долго и при высокой температуре и вся переплавлялась в переобогащённый углеродом чугун (крицу уже не извлекали).

Выплавка в печи шла непрерывно — через колошник загружали шихту и уголь, они плавились в шахте печи и стекали вниз. Лёгкий шлак образовывал верхний слой расплава и вытекал через верхнюю лётку (отверстие), а тяжёлый чугун со дна стекал по нижней лётке.

Домна была выше блауофена (высота современных доменных печей до 35 м), и для поддува в неё подавался не сырой, а горячий воздух, что позволяло увеличить нагрев до 2000 °С.

Чугун плавится при более низких температурах, чем руда, и его перерабатывали в железо в кричных горнах, сходных с сыродутными печами.

За 1-2 часа плавки с углём углерод выгорал из чугуна, и на дне горна оседала мягкая масса кричного железа с низким содержанием шлака, который потом удаляли ковкой. В средневековых горнах за сутки из тонны чугуна получали около 920 кг железа.

Процесс восстановления железа из чугуна называется кричный передел.

Развитие идеи

Усовершенствованные и механизированные доменные печи используются и по сей день. А на смену кричным печам в 1856 г.

англичанин Г Бессемер предложил особый аппарат — конвертер, перерабатывающий расплавленный чугун в сталь путём продувки через него сжатого воздуха.

Кислород из воздуха соединяется с углеродом из чугуна, образуя летучий углекислый газ и освобождая металл от избытка углерода. Бессемеровский процесс, экономя уголь, удешевил производство стали.

В 1864 г. француз П. Мартен для передела чугуна сконструировал печь с низким потолком, раскаляемую смесью горючего газа и воздуха. Мартеновские печи использовали больше 100 лет.

С 1970-х гг. сталь выплавляется преимущественно конвертерным способом (близким к бессемеровскому) и электроплавкой (с помощью электрического тока).

Кто изобрел доменную печь

Крупнейшая в Европе доменная печь Череповецкого металлургического комбината. 1986 г.

Поделиться ссылкой

Доменная печь

Кто изобрел доменную печь Еще в древние времена человек научился добывать железо в сыродутных печах. Такой способ применялся в течение многих веков и полностью удовлетворял потребности производства. Для этих целей вполне хватало легкоплавких руд, в изобилии встречающихся на поверхности земли. Однако уже в средние века потребность в железе стремительно возросла и возникла необходимость в использовании тугоплавких руд. Чтобы извлечь железо из такой руды, необходима была очень высокая температура плавки. Повысить температуру можно было путем увеличения высоты печи либо за счет усиления дутья.

Таким образом, на смену сыродутной печи пришла новая плавильная печь, названная штукофена. Более высокая и значительно более усовершенствованная штукофена стала началом на пути к созданию доменной печи.

Несмотря на то, что не изменился процесс добычи железа из руды, наблюдался явный прогресс.

Закрытая шахта в штукофенах позволяла концентрировать тепло, а благодаря высоте, достигающей 3,5 м, плавка стала равномернее и полнее, увеличился коэффициент использования руды.

В штукофенах получали три вида железного сырья: сталь, ковкое железо и чугун. Все три вида представляют собой сплав химического железа и углерода. Различие между ними состоит в количестве содержащегося в них углерода.

Так, содержание углерода в стали составляет до 1,7%, в ковком железе — менее 0,04%, в чугуне — более 1,7%. Количество углерода в металле оказывает огромное влияние на их свойства.

Например, железо является мягким, хорошо поддающимся ковке металлом, а чугун, напротив, хрупкий и твердый, не поддается ковке. Сталь — очень твердая, имеет отличные режущие качества.

Тугоплавким рудам необходимо было более сильное дутье. К концу XIV века плавильные печи были усовершенствованы гидравлическими двигателями, которые приводили в действие кожаные меха. Благодаря этому усилилось дутье, что отразилось на всем процессе.

Температура в печи стала настолько высокой, что при восстановлении железа из руды большая его часть стала превращаться в чугун.

Вначале это неприятно поразило мастеров, так как новый металл не поддавался ковке, не сваривался, был хрупкий и не пригоден для изготовления из него прочных инструментов, острого оружия.

Кто изобрел доменную печь Доменная печь

Чтобы не выбрасывать негодный материал, чугун стали выбирать из шлака, добавлять к руде и пускать на повторную плавку. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу.

Неожиданно мастера обнаружили, что после усиленного дутья чугун превращается в кричное железо, причем, по своим свойствам и качеству он нисколько не уступал железу, полученному из руды, но был даже лучше. На плавку чугуна уходило меньше времени и требовалось меньше топлива.

Расплавленный чугун проще выпустить из печи, чем твердую крицу. Благодаря отличным литейным качествам из чугуна стали отливать ядра, отдельные части пушек, печные котлы, молоты и другую продукцию. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу.

Правда, широчайшее применение он получил в XVI веке с появлением доменных печей.

Важным шагом к доменной печи стало появление блауофен — поддувных печей. Они были значительно выше штукофены (5-6 м) и позволяли совершать непрерывный процесс плавки при довольно высокой температуре. Они позволяли одновременно получать железо и чугун.

Наконец появилась идея сделать процесс плавки двухступенчатым. Блауофены были усовершенствованы, они превратились в доменную печь, или как ее часто называют, домну, предназначенную для получения чугуна. Переделочный процесс получил окончательное признание.

Двухступенчатый процесс плавки начал быстро вытеснять сыродутный процесс. На первой стадии, называвшейся доменным процессом, из руды выплавляли чугун. Вторая стадия, получившая название кричного передела, заключалась в переплавке чугуна в железо. Первые домны появились в Вестфалии примерно во второй половине пятнадцатого века.

Они отличались от блауофенов большей высотой шахты, большим объемом верхней части шахты и более мощным воздуходувным аппаратом. Вначале домны были с закрытой грудью, позже стали строить домны с открытой грудью. Производительность домны высотой 4,5 м достигала 1600 кг в день. Процесс переработки чугуна происходил в кричном горне.

Вначале загружали древесный уголь и подавалось дутье. Когда древесный уголь разгорался, возле сопла ложили чугунные чушки. Чугун плавился и стекал вниз. Проходя против фурм, он терял часть углерода. В результате получали малоуглеродистое железо тестообразной консистенции. Это железо подавали к соплу.

Под действием дутья выгорала большая часть углерода, а мягкий, легко сваривающийся металл оседал на дно горна. Образовавшуюся на дне горна крицу, весом от 50 до 100 и больше килограмм, извлекали и проковывали под молотом для уплотнения и удаления жидкого шлака. Коэффициент извлечения готового кричного железа достигал 90-92% от веса чугуна.

Кричное железо было более высокого качества, чем сыродутное из-за меньшего содержания шлака.

Кто изобрел доменную печь Доменная печь

Благодаря двухступенчатому процессу в несколько раз возросла производительность труда, что позволило удовлетворить возросший спрос на металл. Однако вскоре в металлургии наметилась проблема нехватки топлива. В результате использования древесного угля вырубались десятки тысяч гектаров леса. Остро встал вопрос поиска и применения в плавке нового вида топлива.

В 1619 году Додлей первым заменил древесный уголь на каменный. Большим недостатком каменного угля было наличие в нем серы, что мешало хорошей выделке железа. Лишь в 1735 году Дерби предложил поглощать серу, используя негашеную известь во время термической обработки каменного угля в закрытых тиглях. Таким образом был получен кокс.

С этого момента каменный уголь нашел широкое применение.

Металлургия в средние века | Горн для плавки металла — Как это было

Одной из особенностей развития техники феодального способа производства является широкое применение железа, которое «…создало обработку земли на крупных площадях, обеспечило расчистку под пашню широких лесных пространств; оно дало ремесленнику орудия такой твердости и остроты, которым не мог противостоять ни один камень, ни один из известных тогда металлов». (К. Маркс и Ф. Энгельс, Соч., т. XVI, ч. I, стр. 138)

Для совершенствования орудий труда решающее значение имело улучшение плавки и обработки железа. Вначале основным способом получения железа был сыродутный процесс, при котором происходит прямое восстановление железа из руды. Это была трудоемкая работа. Недаром на Руси существовала поговорка: «Лучше со сварливой женой жити, нежели железо варити».

Сыродутный горн VI—VIII веков, применявшийся на Руси, сооружался из глины и иногда обкладывался камнем.

Кто изобрел доменную печь Схема сыродутного горна, применявшегося на Руси в VI—VIII века

Высота сыродутного горна достигала 35 см,
диаметр — 60 см,
толщина стенок — 5—7 см.

Средневековая технология получения железа

В горн закладывались железная руда и древесный уголь и мехами нагнетался воздух. В результате восстановления руды получалась железная крица до 8 кг весом.

Процесс восстановления железа продолжался 2—2,5 часа. В сыродутном горне вследствие высокой температуры (обычно 1100 – 1350°), одинаковой по всему объему рабочего пространства горна, происходил процесс прямого восстановления железной руды.

Извлекаемая из горна крица (кусок малоуглеродистого железа губчатого строения с некоторым количеством серы, фосфора, кремния, марганца и других примесей со шлаковыми включениями) в дальнейшем проковывалась, в результате чего получалось сварное железо.

Хотя сыродутный процесс давал мягкое железо высокого качества, но крайне низкая степень извлечения железа из руды (не больше 50%) и очень незначительная производительность не удовлетворяли увеличивающегося спроса на металл.

Стремление устранить эти недостатки привело к увеличению высоты самого горна, в результате чего сыродутный горн превратился в домницу.

Слово «домница» имеет двоякое значение: сам горн, несколько большей высоты, и место, где происходил процесс работы. Сарай, который крестьяне обычно строили для нескольких горнов, до XVIII века также назывался домницей.

Кроме того предприняли усиление дутья путем применения водяного колеса для приведения в действие воздуходувных мехов.

Эти два технических усовершенствования изменили и самый процесс, который происходил в горне. Температура в верхней части горна понизилась до 750—900°, и поэтому железная руда восстанавливалась раньше, чем образовывался шлак. Благодаря этому уменьшились потери железа в шлаке, а само железо сильнее науглероживалось.

В результате в нижней части печи, где температура под влиянием дутья повысилась до 1350°, вместо твердого железа получался жидкий чугун.

Сперва чугун получался случайно вследствие отклонения сыродутного процесса от нормального хода. Он был хрупок, не поддавался ковке и поэтому рассматривался как брак, вызванный расстроенным ходом сыродутного процесса.

Этим можно объяснить названия, которые были даны чугуну на разных языках. Так, например, по-русски: «чугунная свинка», «чушка», на английском языке: «Pig-iron», или «свиное железо».

Двухступенчатая технология получения стали

Однако с течением времени его начали применять для производства отливок, а несколько позже негодный для литья чугун пускали вместе с рудой во вторичную переплавку. При этом обнаруживалось, что передел чугуна в мягкое (сварное) железо во второй плавке требует меньшего расхода топлива и руды, а железо получается лучшего качества.

Поэтому впоследствии сыродутный процесс стал постепенно вытесняться двухступенчатым способом получения стали: сначала получали чугун, а потом, при вторичной переплавке в горне, — сталь.

Первая стадия называется доменным процессом, а печь, где производится этот чугун,— доменной печью.
Вторая стадия получила название кричного передела.

Изобретение доменной печи в средние века

Первые доменные печи, появление которых в Западной Европе относится к середине XIV в., по своим размерам мало отличались от домниц, но постепенно конструкция их совершенствуется.

Кто изобрел доменную печь Схема доменной печи XV —XVI веков

Доменная печь XV – XVI веков (рис. 31) имела примерно следующие размеры:

высота ее доходила до 4,5 м,
а внутренний диаметр был равен примерно 1,8 м.

Меха приводились в движение уже водяным колесом.
Если из одного сыродутного горна при напряженной работе в сутки могли получить только 8 кг железа, то в такой доменной печи уже производили 1,6 тонны чугуна.
В России первые доменные печи были построены в 1637 году недалеко от Тулы и Каширы, а в 1670 году – в Олонецком крае.

Кричный горн

Обычно при одной доменной печи работало несколько кричных горнов.

Кто изобрел доменную печь Кричный горн начала XVII века

Для передела чугуна в железо сооружали кричный горн, в который загружали 150 – 200 кг чугуна, располагая его на слое горящего древесного угля.

Плавясь, чугун капля за каплей стекал вниз, проходил через окислительную область против фурм, через которые подавался воздух, теряя часть углерода.

Здесь же окислялось железо, образуя двойной силикат железо-марганца, который, попадая на дно горна, расплавлялся там в сильно основном железистом шлаке, оставшемся от предшествующей операции.

Этот шлак постепенно окислял углерод металла, лежащего на дне горна, отчего температура плавления его повышалась, металл «загустевал». Тогда его поднимали ломом повыше фурм, с тем чтобы он проплавился еще раз.

Под воздействием дутья и вытапливающегося из губчатой массы шлака происходило дальнейшее выгорание углерода, и вновь осевший на дно горна металл быстро становился мягким, легко сваривающимся.

Постепенно на дне горна образовывался ком, крица (весом 30—100 кг и более), которая извлекалась из горна для проковки под молотом с целью уплотнения ее и выдавливания жидкого шлака (в кричном железе в виде прожилок оставались частицы шлака).

Кричный передел протекал от 1 до 2 часов. В сутки в кричном горне можно было получить около 1 тонну металла, причем выход годного кричного железа составлял 90 – 92% веса чугуна.

Таким образом, переход от одноступенчатого (сыродутного) процесса получения железа к двухступенчатому (доменный и кричный) позволил значительно поднять производительность труда и обеспечить все возрастающий спрос на металл.

Доменная печь | это… Что такое Доменная печь?

Устройство доменной печи
1. Горячее дутьё

2. Зона плавления (заплечики и горн)

3. Зона восстановления FeO (распар)
4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта)
5. Зона предварительного нагрева (колошник)
6. Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса
7. Доменный газ
8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса
9. Выпуск шлака
10. Выпуск жидкого чугуна
11. Сбор отходящих газов

До́менная печь, до́мна — большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья.

Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Первые доменные печи появились в Европе в середине XIV века, в России — около 1630 г.

Этимология

Слово «домна» образовано от старославянского «дмение» — дутьё. На других языках: англ. blast furnace — дутьевая печь, нем. Hochofen — высокая печь, фр. haut fourneau — высокая печь.

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов «домница» и «доменная печь»: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слова «сырое», то есть неподогретое дутьё) железа, а в доменной печи — жидкий чугун.

Описание и процеcсы

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа.

Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи.

В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

Доменная печь в Сестао (Испания)

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.
Диоксид углерода, покидая зону, обогащённую кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.
Поднимаясь вверх, монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскалённому коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном.

Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор.

Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную лётку одновременно. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты. Отделённый от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа.

Фундамент печи

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту.

Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух).

Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи

Горн доменной печи — нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая (иногда цилиндрическая) по наружной форме.

Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100—1400 °С, обогащенного кислородом до 23—25 %, воздуха. Горн доменной печи — наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т.

и больше расплавленных продуктов плавки — чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9—12 тыс. т. Давление горновых газов составляет 0,4—0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700—2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы.

По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна — кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка

Это канал прямоугольной формы шириной 250—300 мм с высотой 450—500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600—1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000—3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой.

Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50—60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки.

Носок пушки входит и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно.

Доменные печи большого объёма (3200—5500 м³) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

открытие чугунной лётки (в необходимых случаях в шлаковой);
обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака;
закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой);
ремонт лётки и желобов.

См. также

Мартеновская печь
Металлургический комбинат
Чёрная металлургия

Ссылки

Vasmer’s Etymological Dictionary: Домна

Источники

Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина. — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.
Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Металлургия чугуна. — Киев.:Выща школа, 1988. — 352 с.
Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.
Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва.:Металлургия, 1980. — 303 с.
Товаровский И.Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: «Пороги», 2009.-768 с.
Андронов В.Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. — Донецк: Норд-Пресс, 2009.-377 с. — ISBN 978-966-380-329-6.
Г.Н. Еланский, Б.В. Линчевский, А.А. Кальменев Основы производства и обработки металлов. Москва 2005 г.