Удивительные превращения

Что же происходит в "чреве" доменной печи, в чем заключается процесс производства чугуна? Давайте "заглянем" в домну и проследим за удивительными превращениями в ней. Загрузочный аппарат бережно ссыпает в доменную печь в определенной пропорции рудные материалы, кокс, флюсы. Загружают отдельные виды сырья слоями, что значительно увеличивает поверхность их соприкосновения, поверхность, на которой протекают химические реакции. Очень важно правильно уложить шихту в домне и измерить ее уровень в печи. Об этом "заботятся" уже знакомые нам два конуса загрузочного, или, как его называют еще, засыпного аппарата, которые не только поочередно опускаются, но и вращаются, равномерно распределяя материалы по окружности печи, а также зонды - щупы, замеряющие уровень шихты в домне. Попадая в доменную печь на колошник, сырье подсушивается и медленно опускается все ниже и ниже.

В нижнюю часть домны, в ее горн, вдувают горячий воздух. Кислород вдуваемого воздуха взаимодействует с углеродом кокса, в результате чего образуется углекислый газ СO₂. Газ этот поднимается все выше, встречается с новыми порциями кокса, вступает с ним в реакцию, продуктом которой является окись углерода СО.

В домне все устроено так, что сверху опускаются сырые материалы, а навстречу им, как бы пронизывая их, движутся газы-восстановители, т.е. два потока устремляются навстречу один другому.

Доменный процесс с точки зрения химиков - процесс восстановительный. Задачей доменщиков является освобождение железа от связанного с ним кислорода - восстановление его. Начинается оно в верхних горизонтах доменной печи и по мере продвижения вниз, где температура выше, заметно ускоряется. Железо в руде в основном связано с кислородом (находится в виде окислов). Поднимающаяся от горизонта фурм окись углерода отнимает у окислов кислород, связывает его и тем самым освобождает железо. Но железо, как мы знаем, очень активно и тотчас же вступает во взаимодействие с углеродом - науглероживается. Образуется сплав, у которого температура плавления ниже, чем у чистого металла (1250-1300°С, а не 1539°С).

Удивительные превращения

И вот уже ручейки сплава железа с углеродом текут, пробиваются между кусками шихты, все более науглероживаются, подхватывают по дороге и другие образовавшиеся (восстановившиеся) в доменной печи элементы - кремний, марганец, серу, фосфор и другие. Наконец, в виде такого комплексного сплава они оседают в горне доменной печи.

Восстановление в домне происходит не только в результате взаимодействия окислов железа с окисью углерода (этот процесс называют косвенным восстановлением), но и под влиянием твердого углерода кокса (так называемое прямое восстановление). Но прямое восстановление - реакции, сопровождающиеся поглощением тепла, т.е. реакции эндотермические, и поэтому они протекают в нижней части домны при высоких температурах, косвенное же восстановление (реакции экзотермические, сопровождающиеся выделением тепла) проходит главным образом в верхних горизонтах печи. Вот почему металлурги так много внимания уделяют газопроницаемости доменного сырья (газы должны иметь доступ к частицам руды, должны пронизывать весь объем загруженных материалов).

Восстановление железа в доменной печи проходит в несколько стадий, приблизительно вот по такой схеме (от высшего окисла к низшему):

На скопившемся в горне жидком чугуне, как пенка на молоке, собирается шлак. Периодически чугун и шлак выпускают из печи. У мощной печи объемом 5000 кубических метров четыре чугунные летки. Практически чугун выпускают непрерывно, поддерживая постоянным его уровень в горне печи. За год одна такая домна может выплавить около 4 миллионов тонн чугуна. Примерно столько же чугуна давали в течение года все доменные печи России накануне первой мировой войны.

Выпуск чугуна похож на праздничный салют. Цех озаряется ярким светом. Из раскрытой летки вырывается клокочущий звенящий металл, который по желобу направляется в ковш-чугуновоз. Да, это действительно своего рода салют самоотверженному труду, салют рождению металла, выпуск которого всегда праздник.

К выпуску тщательно готовятся, проверяют все механизмы. Тут и электробур, которым разделывают (пробуравливают) выпускное отверстие, и очень интересная электропушка, стреляющая глиняным снарядом, "запечатывающим" летку до следующего выпуска.

Бывало, что в результате применения пылеватой руды или по каким-либо иным причинам в доменной печи образовывался так называемый козел - спекшаяся монолитная масса, преграждающая путь сырью и препятствующая прохождению газов внутри печи. Известие об образовании козла звучало подобно сообщению о надвигающемся стихийном бедствии.

Доменную печь останавливали, выбивали, а вернее взрывали динамитом образовавшийся монолит, печь разрушали и затем, расправившись с трудноподдающимся козлом, строили и задували заново.

Выпуск чугуна похож на праздничный салют

Естественно, люди пришли к выводу, что легче уважить разборчивую домну и приготовить ей пищу по вкусу, чем мучиться с упрямым козлом.

Но во время Великой Отечественной войны, демонтируя и вывозя на Восток оборудование металлургических заводов Украины, металлурги при помощи вот этих самых козлов выводили из строя доменные печи и не давали тем самым фашистским оккупантам плавить металл на нашей земле. Частично и поэтому металлургические мощности районов, оккупированных врагом, на которые рассчитывали гитлеровцы, так и не были ими использованы. Домны простояли "закозленными" до возвращения на эту территорию Советской Армии.

И те же самые горновые, которые перед приходом оккупантов с полным знанием дела "посадили козлов", сумели в кратчайший срок выбить их из печей и восстановить домны. Этот факт славной страницей вошел в летопись Великой Отечественной войны.

Передвижной миксер

И вот чугун отправляется в путь. Его вывозят из цеха. Часть направляют в хранилище жидкого чугуна - миксерное отделение, где установлены огромные сосуды - миксеры, вместимость которых достигает 2500 кубических метров, а часть - на разливочную машину, представляющую собой двухрядный конвейер, состоящий из чугунных же форм. Здесь чугун разливают в 45-килограммовые слитки - чушки (странное название, не правда ли?). Говорят, что, как ни старались люди, металл, который они выплавляли, был хрупким. Его ругали, англичане, например, называли его свинским железом (pig iron). Так, это прозвище сохранилось и до наших дней.

Сейчас в доменном цехе все чаще встречаются странные на первый взгляд устройства, напоминающие гигантские сигары на колесах (длина их достигает 23 метров, наружный диаметр цилиндрической части 3,7 метра). Это передвижные миксеры.

В них можно передавать жидкий чугун не только из цеха в цех, но и перевозить его с одного завода на другой. Такой нагруженный миксер весит 355 тонн. Нелегким получается состав из 5-6 миксеров, движущийся со скоростью 35 километров в час.

Дальнейшую судьбу чугуна определяют заранее. В домне получают чугуны разного состава и назначения. В зависимости от применяемого топлива (кокса или древесного угля) выплавляют коксовые или древесноугольные чугуны (правда, древесноугольные в СССР почти не производят, так как в условиях нашей страны это нерентабельно). По назначению чугуны разделяют на литейные (их используют для изготовления чугунного литья) и передельные, из которых затем выплавляют сталь. Кроме того, в некоторых доменных печах выплавляют так называемые доменные ферросплавы - ферросилиций и ферромарганец, которые также используют в сталеплавильных процессах. Но основным продуктом современных доменных печей является передельный чугун.