Доменная печь — металлургический агрегат¶

Домна (от нем. Hochofen) — доменная печь, непрерывно действующий шахтный агрегат для получения чугуна плавлением железорудных материалов. Представляет собой вертикальную башенную конструкцию, в которой железная руда восстанавливается и плавится под действием горячего воздуха, дутья и кокса. Основной продукт доменного производства — чугун, вторичные — шлак и доменный газ.

¶Устройство

Доменная печь имеет форму вертикального цилиндра с расширением в средней части (распар) и сужением книзу (горн). Высота современных агрегатов достигает 30—40 м, внутренний диаметр распара — до 12—14 м. Основные элементы конструкции:

• Люлька — верхняя часть, куда загружаются шихтовые материалы (руда, агломерат, кокс, флюсы).
• Шахта — основная часть печи, где происходит восстановление железа из руды.
• Распар — самая широкая зона, в которой материалы спекаются и образуют коксовую решётку.
• Горн — нижняя часть, где скапливается расплавленный чугун и шлак.
• Верхний и нижний уровни выпуска — через них периодически выпускают шлак и чугун.

Вокруг горна расположены фурмы — сопла, через которые подаётся горячий дуть (воздух, обогащённый кислородом, с добавкой природного газа или мазута). Печь обмурована огнеупорным кирпичом и снаружи охлаждается водяными рубашками.

¶Принцип работы

Процесс в доменной печи непрерывный: шихта загружается сверху, а продукты плавления выводятся снизу. В верхней зоне печи (температурный диапазон 200—800 °C) происходит удаление влаги и разложение карбонатов. В средней зоне (800—1100 °C) оксиды железа восстанавливаются оксидом углерода, образующимся при горении кокса. В нижней зоне (1100—2000 °C) железо плавится и насыщается углеродом, превращаясь в чугун.

Основные химические реакции восстановления:

• 3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂
• Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂
• FeO + CO → Fe + CO₂

Кокс служит одновременно восстановителем, источником тепла и конструкционным материалом, создающим пористую решётку, через которую проходят газы. Флюсы (обычно известняк) связывают примеси руды в жидкий шлак.

¶Классификация

Доменные печи классифицируют по нескольким признакам:

Крупнейшие доменные печи в мире имеют рабочий объём свыше 5000 м³. В России к числу крупнейших относится агрегат объёмом 5500 м³ на Новолипецком металлургическом комбинате.

¶История

Первые свидетельства получения железа плавлением относятся к эпохе Средневековья. В Западной Европе первые доменные печи появились в XIV—XV веках в Германии и Швеции. В России доменное производство зародилось в XVII веке: первые печи были построены в Туле (1630-е годы), затем в Карелии, на Урале (Нижнетагильский завод, основанный в 1725 году) и в Центральной России.

В XIX веке доменные печи получили широкое распространение благодаря промышленной революции. В России крупнейшими центрами доменного производства стали Донбасс, Урал и Кузбасс. В XX веке произошёл переход от малых печей объёмом 100—200 м³ к гигантским агрегатам, а также внедрение кислородного дутья, что позволило резко увеличить производительность.

¶Применение и значение

Доменное производство остаётся основным способом получения чугуна в мировой металлургии. Чугун, произведённый в домне, используется для передела в сталь (в конвертерах и мартеновских печах) и для производства чугунных отливок. Доменный газ применяется как топливо на металлургических предприятиях.

Основные проблемы современного доменного производства — высокая энергоёмкость, выбросы углекислого газа и необходимость переработки шлаков. Альтернативой считаются электродуговые печи, работающие на металлоломе, и новые технологии прямого восстановления железа.

История доменного производства в России насчитывает более трёх столетий и остаётся важнейшей частью промышленного наследия страны.

Источники:

• Большая советская энциклопедия, статья «Доменные печи»
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• Металлургия чугуна: учебник для вузов / под ред. В. И. Батищева
• История металлургии в России XVIII века / Д. К. Черных