Печь предназначена для выплавки чугуна. Впервые появилась в XV в. в Европе. В России первая доменная печь была построена в 1620 г. близ Тулы. Тогда топливом для таких печей служил древесный уголь. Лишь спустя столетие (1709 г.) английскому изобретателю Абрахаму Дерби удалось провести доменную плавку, заменив уголь древесный на кокс каменно-угольный.
Многовековой опыт изменил устройство доменной печи, ее облик и саму схему производства чугуна. Но основы остались теми же. Сегодня доменная печь — сооружение около 30 метров (высота варьируется ± 5 м). Высота же всей конструкции может превысить 80 м.
Как устроена доменная печь?
Через верхнюю часть (колошник) загружаются шихты (агломерат, окатыши, железная руда, руда марганцевая, горючее и флюсы). Ниже располагается шахта, крупнейшая часть домны, представляющая собой расширяющийся книзу конус. Благодаря этому расширению легче опускаются твердые материалы, увеличивающие объем при нагревании. К низу шахты примыкает распара (широкая, цилиндрическая). В ней расплавляются шихты. За распарой, внизу, располагаются заплечики, сделанные в форме усеченного конуса с уменьшенным основанием внизу. Такое сечение наиболее подходит для убывающего вследствие плавления объема материалов.
В цилиндрическом горне, нижней части профиля, идет горение кокса и собирается жидкий продукт плавки.
Горн делится на части: верхняя зона (фурменная) и нижняя (металоприемщик, в котором собирают продукты плавки). Подом называют нижнюю часть печи.
В фурменной зоне расположены фурменные приборы, которые подают в доменную печь дутье (разогретый воздух). Именно этот участок ответственен за горение кокса, температуры здесь вырастают до своих максимальных значений — 2000 градусов. Вверху колошника температура ниже (до 350 градусов).
В нижнюю часть горна встроена чугунная летка, пропускающая продукты плавки — шлак и сам чугун.
Ранее применялись шлаковые летки, но практика последних десятилетий показала, что более практично пропускать шлак и чугун через летку чугунную, с дальнейшим их разделением в основном желобе, примыкающем к печи.
К печи примыкает так называемый литейный двор, где располагаются приборы, раскрывающие чугунную летку и закрывающие ее после выпуска шлака и чугуна. Здесь же находятся желоба с канавами, направляющие продукт плавки в ковши.
Выпущенный из печи продукт направляется в главный желоб, где чугун отделяется от шлака (разница плотности). От желоба отходят две канавы. По одной направляется шлак, по другой — чугун. Чугун разливается по непрерывно движущимся формам (тип конвейера), после охлаждения формы опрокидываются и далее чугун направляется уже в вагоны. Шлак заливается в бассейны, охлаждается водой и гранулируется.
Каждой высоте печи соответствует своя определенная температура, именно благодаря этому процесс перехода в металл из руды и протекает.
В нижнюю часть печи поступает достаточное для горения кокса количество кислорода. Кокс сгорает, преобразовываясь в диоксид углерода, который реагирует с коксом, преобразовываясь уже в монооксид углерода. Далее идет реакция между монооксидом углерода и оксидами железа. Происходит восстановление до металла. Железо насыщается углеродом и получается чугун. Кроме трех-четырех процентов углерода, в сплаве в незначительных долях присутствуют марганец и кремний, сера и фосфор.
Собственно, доменная печь, принцип работы которой был здесь описан, может вполне считаться безотходным производством. Побочные продукты, появляющиеся в процессе производства, вполне находят применение за стенами заводов по производству чугуна. Шлак добавляется в цемент, пригодный для построек (так широко сейчас распространенный шлакоблок), а доменный газ служит хорошим топливом, подогревающим воздух, подаваемый в доменную печь.
