МЕТАЛУРГІЯ ЗАЛІЗА
Виплавка чавуну і сталі
Сучасне металургійне виробництво чавуну і сталі складається із складного комплексу різних виробництв (мал.):
Схема сучасного металургійного виробництва
1. Шахт і кар'єрів з видобутку руд, кам'яного вугілля, флюсів, вогнетривких матеріалів.
2. Гірничо-збагачувальних комбінатів, на яких підготовляють руди до плавки, збагачують їх, видаляючи частину порожньої породи, і отримують концентрат - продукт з підвищеним вмістом заліза в порівнянні з рудою.
3. Коксохімічних цехів і заводів, на яких здійснюють підготовку коксівного у пана лей, їх коксування (суху перегонку при температурі ~ 1000 ° С без доступу повітря) в коксових печах і попутне вилучення з них цінних хімічних продуктів: бензолу, фенолу, кам'яновугільної смоли та ін
4. Енергетичних цехів для одержання та трансформації електроенергії, стисненого повітря, необхідного для дуття при доменних процесах, кисню для виплавки чавуну і сталі, а також очищення газів металургійних виробництв з метою охорони природи та збереження чистоти повітряного басейну.
5. Доменних цехів для виплавки чавуну і феросплавів.
6. Заводів для виробництва різних феросплавів.
7. Сталеплавильних цехів - конвертерних, мартенівських, електросталеплавильних для виробництва сталі.
8. Прокатних цехів, у яких нагріті злитки зі сталі переробляються в заготовки (цвітіннп і сляби) і далі в сортовий прокат, труби, лист, дріт і т. п.
Сучасне виробництво сталі засноване на двоступеневої схемою, яка складається з доменної виплавки чавуну і різних способів подальшого його переділу в сталь. У процесі доменної плавки, що здійснюється в доменних печах, відбувається виборче відновлення заліза з його оксидів, що містяться в руді. Таким чином з руди отримують чавун - сплав заліза з вуглецем більше 2,14%, кремнієм, марганцем, сіркою і фосфором.
Переділ чавуну в сталь здійснюють в металургійних агрегатах: у конвертерах, мартенівських і електричних печах. У них з-за ряду відбуваються хімічних реакцій здійснюється виборче окислення домішок чавуну і переведення їх у процесі плавки в шлак і гази. У результаті отримують сталь заданого хімічного складу.
Продукція чорної металургії. Основною продукцією чорної металургії є передільний чавун, ливарний чавун, доменні феросплави, сталеві зливки і прокат.
Переробний чавун, використовується для переробки на сталь, містить,%: З -4,0 - 4,4; Si до 0,6 -0,8; Mn до 0,25 - 1,0; P 0,15 - 0, 3 та S 0,03 - 0,07. Деякі марки чавуну, призначені для переділу в сталь в конвертерах, мають знижений до 0,07% вміст фосфору. До 90% всього виплавленого чавуну припадає на чавун переробний.
Ковбасні вироби, призначений для виробництва фасонних виливків способами лиття на машинобудівних заводах, має підвищений вміст кремнію (до 2,75 - 3,25).
Феросплави - сплави заліза з підвищеним вмістом марганцю, кремнію, ванадію, титану та інших металів. Їх застосовують для розкислення і виробництва легованих сталей. До феросплавів відносять доменний феросиліцій, що містить 9 -13% Si і до 3% Mn; доменний феромарганець, що містить 70 -75% Mn і до 2% Si; дзеркальний чавун з 10 - 25% Mn і до 2% Si.
Сталеві зливки, отримані у виливницях або кристалізаторах, піддають обробці тиском (прокатці, куванню). Прокат використовують безпосередньо, в конструкціях (мостах, будівлях, залізобетонних конструкціях, залізничних коліях, станинах машин і т. д.), в якості заготовок для виготовлення деталей різанням і заготовок для подальшої кування і штампування.
Форму поперечного перерізу Прокачаний металу називають профілем. Сукупність різних профілів різних розмірів називають сортаментом. Сортамент прокочуються профілів поділяють на такі групи: заготовки, сортовий прокат, листовий прокат, труби і спеціальні види прокату.
Заготівлі прокочують в гарячому стані безпосередньо із злитків. Заготівлі квадратного перетину з розмірами від 150 * 150 до 450 * 450 мм називають Блюм. Вони призначені для подальшої прокатки на сортових станах і в якості заготовок для виготовлення поковок ковкою. Заготівлі прямокутного перерізу товщиною 65 - 300 мм і шириною 600 - 1600 мм називають сляба. Їх використовують для прокатки товстих аркушів.
Сортовий прокат за профілем поділяють на дві групи: простий геометричної форми (квадрат, коло, шестигранник, прямокутник) і складною - фасонної форми (швелери / двотаврові балки, рейки, куточки і т. д.).
Листовий прокат поділяють за призначенням (суднобудівний, електротехнічний, автолист і т. д.) і по товщині. Листову сталь з товщиною 4 -160 мм називають товстолистовий, а з товщиною 0,2 - 4 мм - тонколистовий. Листи з товщиною менше 0,2 мм називають фольгою.
Труби також поділяють за призначенням та способом приготування. Вони бувають безшовні та зварні (з прямим і спіральними швами).
Спеціальні види прокату - колеса і осі залізничних вагонів, кільця, зубчасті колеса, періодичні профілі і т. п. Періодичним профілем називають прокатаний заготівлю, форма і площа перетину якої періодично змінюються вздовж осі.
Побічними продуктами металургійного виробництва є коксувальні газ і витягнуті з нього цінні хімічні продукти, а також доменний шлак і колошникового газ. Доменним шлаком називають легкоплавкое з'єднання флюсу (СаСО 3 - вапняк) з порожньою породою руди і золою палива. Шлаки використовують для будівництва доріг, з нього виготовляють шлаковату, шлакоблоки, цемент, а колошникового (доменний) газ після очищення від пилу використовують як паливо для нагрівання повітря. вдмухується в доменну піч, а також у цехах металургійних заводів.
Руди, ФЛЮСИ І ПАЛИВО
Залізні руди - основний вихідний матеріал для виплавки чавуну. Рудний мінерал (рудне речовина) найчастіше представляє собою оксиди заліза, добре відновлюються в умовах доменної плавки. Порожня порода звичайно складається з кварцу і пісковиків з домішкою глин.
Руди містять 60% заліза і більше, найбільш бідні 30 - 40%.
Червоний залізняк. Рудний мінерал-гематит (Fe 2 O 3), зазвичай містить 50 -60% Fe. Це найбільш поширений вид руди в усьому світі.
Магнітний залізняк. Рудний мінерал - магнетит (FeO * Fe 2 O 3), магнітна окис заліза, в руді 55 - 60% Fe., В т.ч.,%: FeO * Fe 2 O 3 -78-85; S-0,02 - 2,5; 0,02 -0,7 P; SiO 2, Al 2 O 3, CaO - 5-10.
Бурий залізняк. Рудний мінерал - водні окисли заліза, в руді зазвичай міститься 30-50% Fe.
Шпатовий залізняк. Рудний мінерал-сидерит, карбонат заліза (FeCO 3), в руді зазвичай 30 - 40% Fe.
Залізисті кварцити. Рудний мінерал - магнетит або гематит. Ці руди містять 35 - 40% Fe з кременистої порожньою породою.
Титаномагнетиту. Комплексна руда, що містить 15 - 20% Fe, рудними мінералами якої є магнетит і ільменіт FeO * TiO 2, тітансодержащій мінеоал.
Марганцева руда входить до складу шихти доменних печей при виплавці деяких марок чавуну, а також феромарганцю (до 82% Мn). У ній марганець знаходиться у вигляді пиролюзита МnО 2 та інших з'єднань. Вміст марганцю в руді зазвичай становить 25 - 50%.
Доменні флюси необхідні для видалення з доменної печі тугоплавкої порожньої породи руди і золи палива. Сплавляючись з флюсом, вони утворюють легкоплавкий сплав - доменний шлак. У якості флюсу використовують вапняк (CaCO 3).
Паливо в доменній печі служить не тільки джерелом тепла, але реагентом, що забезпечує відновлення заліза з руди та освіта чавуну. Кокс є головним видом палива в доменних печах.
Кокс являє собою тверду пористу спечену масу, що виходять з коксівного кам'яного вугілля після видалення з них летких речовин у спеціальних печах шляхом піролізу, тобто розкладання при прожарюванні подрібненого вугілля без доступу повітря при 950 - 1100 0 С протягом 15 - 18 год
Металургійний кокс у середньому містить 85 - 90% вуглецю, 0,5 - 2% сірки, до 0,2% фосфору, близько 1% летких, 10 -13 золи, до 5% вологи.
Сучасне виробництво сталі засноване на двоступеневої схемою, яка складається з доменної виплавки чавуну і різних способів подальшого його переділу в сталь. У процесі доменної плавки, що здійснюється в доменних печах, відбувається виборче відновлення заліза з його оксидів, що містяться в руді. Таким чином з руди отримують чавун - сплав заліза з вуглецем більше 2,14%, кремнієм, марганцем, сіркою і фосфором.
Переділ чавуну в сталь здійснюють в металургійних агрегатах: у конвертерах, мартенівських і електричних печах. У них з-за ряду відбуваються хімічних реакцій здійснюється виборче окислення домішок чавуну і переведення їх у процесі плавки в шлак і гази. У результаті отримують сталь заданого хімічного складу.
Продукція чорної металургії. Основною продукцією чорної металургії є передільний чавун, ливарний чавун, доменні феросплави, сталеві зливки і прокат.
Переробний чавун, використовується для переробки на сталь, містить,%: З -4,0 - 4,4; Si до 0,6 -0,8; Mn до 0,25 - 1,0; P 0,15 - 0, 3 та S 0,03 - 0,07. Деякі марки чавуну, призначені для переділу в сталь в конвертерах, мають знижений до 0,07% вміст фосфору. До 90% всього виплавленого чавуну припадає на чавун переробний.
Ковбасні вироби, призначений для виробництва фасонних виливків способами лиття на машинобудівних заводах, має підвищений вміст кремнію (до 2,75 - 3,25).
Феросплави - сплави заліза з підвищеним вмістом марганцю, кремнію, ванадію, титану та інших металів. Їх застосовують для розкислення і виробництва легованих сталей. До феросплавів відносять доменний феросиліцій, що містить 9 -13% Si і до 3% Mn; доменний феромарганець, що містить 70 -75% Mn і до 2% Si; дзеркальний чавун з 10 - 25% Mn і до 2% Si.
Сталеві зливки, отримані у виливницях або кристалізаторах, піддають обробці тиском (прокатці, куванню). Прокат використовують безпосередньо, в конструкціях (мостах, будівлях, залізобетонних конструкціях, залізничних коліях, станинах машин і т. д.), в якості заготовок для виготовлення деталей різанням і заготовок для подальшої кування і штампування.
Форму поперечного перерізу Прокачаний металу називають профілем. Сукупність різних профілів різних розмірів називають сортаментом. Сортамент прокочуються профілів поділяють на такі групи: заготовки, сортовий прокат, листовий прокат, труби і спеціальні види прокату.
Заготівлі прокочують в гарячому стані безпосередньо із злитків. Заготівлі квадратного перетину з розмірами від 150 * 150 до 450 * 450 мм називають Блюм. Вони призначені для подальшої прокатки на сортових станах і в якості заготовок для виготовлення поковок ковкою. Заготівлі прямокутного перерізу товщиною 65 - 300 мм і шириною 600 - 1600 мм називають сляба. Їх використовують для прокатки товстих аркушів.
Сортовий прокат за профілем поділяють на дві групи: простий геометричної форми (квадрат, коло, шестигранник, прямокутник) і складною - фасонної форми (швелери / двотаврові балки, рейки, куточки і т. д.).
Листовий прокат поділяють за призначенням (суднобудівний, електротехнічний, автолист і т. д.) і по товщині. Листову сталь з товщиною 4 -160 мм називають товстолистовий, а з товщиною 0,2 - 4 мм - тонколистовий. Листи з товщиною менше 0,2 мм називають фольгою.
Труби також поділяють за призначенням та способом приготування. Вони бувають безшовні та зварні (з прямим і спіральними швами).
Спеціальні види прокату - колеса і осі залізничних вагонів, кільця, зубчасті колеса, періодичні профілі і т. п. Періодичним профілем називають прокатаний заготівлю, форма і площа перетину якої періодично змінюються вздовж осі.
Побічними продуктами металургійного виробництва є коксувальні газ, а також доменний шлак і колошникового газ.
Коксовий газ містить 46-63% водню, 21 - 27% метану, 2-7% оксіла вуглецю, 4 - 18% азоту. Він використовується як паливо в коксових та інших печах, а також як сировина в хімічній промисловості.
Доменний (колошникового) газ - побічний продукт при виплавці чавуну в доменних печах. Його використовують на металургійних заводах в якості палива в чистому вигляді або в суміші з коксівним газом.
Доменним шлаком називають легкоплавкое з'єднання флюсу (СаСО 3 - вапняк) з порожньою породою руди і золою палива. Шлаки використовують для будівництва доріг, з нього виготовляють шлаковату, шлакоблоки, цемент, а колошникового (доменний) газ після очищення від пилу використовують як паливо для нагрівання повітря. вдмухується в доменну піч, а також у цехах металургійних заводів.
Виробництво чавуну.
В даний час для виплавки чавуну використовують лише близько 5% сирої залізної руди, 95% всієї руди до плавки піддають попередній підготовці.
Доменна піч працює нормально, якщо вона завантажена кусковим матеріалом оптимального розміру. У металургії застосовують процеси отримання кусковий шихти: агломерацію (спікання); обливання (виробництво котунів).
Агломерацію - процес згрудкування дрібної руди, концентратів і т. п. спіканням - найбільш часто проводять на машинах стрічкового типу. Вони являють собою конвеєр, що складається з великої кількості спікальних візків, що рухаються по напрямних рейках (мал.).
«Днищем» цих візків служить колосникові грати. На неї завантажується тонкий шар дрібного агломерату (постіль), щоб агломеріруемая шихта не сипалася донизу. Потім завантажується ретельно перемішана, зволожена (7-9%) і окомкованной шихта. Її основні залізовмісні компоненти такі: дрібна і пилуватих залізна руда (крупність менше 10 мм), залізорудний концентрат, повернення агломерату (менше 10 мм), колошниковий пил (див. с. 38), іноді окалина, дрібна металева стружка і т. д. Паливом (4 - 6% від маси шихти) служать коксик - дрібний кокс (менш З мм) і антрацитовий штиб (пил).
Рис. . Схема агломераційної машини:
/ ~ Барабанний живильник для завантаження шихти; 2-напрямні рейки;
3 - запальний горн; 4 - спекательні візка; 5 - вакуум-камери (ексгаустери)
Сутність агломерації пояснює схема, приведена на рис. 3. Після запалювання газовими пальниками починається горіння палива, причому зона горіння поступово переміщається вниз. Повітря просмоктується через шар шихти (200 - 350 мм) за допомогою вакуумних пристроїв (ексгаустерів). У зоні горіння при 1300 - 1500 ° С відбувається спікання шихти в пористий продукт - агломерат. При нагріванні утворюються, а потім розплавляються щодо легкоплавкі з'єднання. Утворені рідкі фази обтікають, змочують і пов'язують тверді частки шихти. При подальшому охолодженні рідина твердне, забезпечуючи утворення міцних шматків агломерату.
При агломерації відбувається часткове відновлення оксидів заліза.
Fe 2 O 3 + CO = FeO
FeO + CO = Fe + CO 2
З руди на 85 - 95% видаляється сірка:
FeS 2 + 2O 2 = FeO + 2SO 2
Шматки агломерату розміром більше 10 мм направляються в доменний цех. Більш дрібний агломерат повертається на переробку (повернення).
Рис. . Схема процесу спікання:
1 - колосникові грати; 2 - ночівля; 3-шар агломеріруемой шихти; 5 - зона горіння і спікання; 5 - шар агломерату
У нашій металургії застосовують тільки офлюсований агломерат. Для його отримання в шихту вводять Мелкоізмельченниє флюс - вапняк. Застосування офлюсованого агломерату покращує умови утворення шлаку в доменній печі, прискорює процес плавки, зменшує витрати палива, призводить до значного підвищення продуктивності дменной печі (на 25 - 30%) і зниження витрати коксу (до 20%).
Обливання (виробництво котунів).
Тонкоподрібнені концентрати володіють зниженою газопроникністю. Їх спікання на агломераційних машинах виявилося малопродуктивним і економічно невигідним. Ефективним способом згрудкування таких концентратів є обливання.
Сзема виробництва котунів з тонкоподрібненого концентрату (менше 0,5 мм), вапняку (флюс) і повернення (отбракованих котунів). Для кращого окативанія шихту зволожують (8 - 10%) і в її склад додають невелику кількість сполучного-бентонітової глини та ін
Сирі окатиші діаметром 20 - 30 мм отримують в обертових барабанах або тарілчастих грануляторах (рис). Далі окатиші піддають сушінню (200 - 400 о С), а потім випаленню при 1300 - 1400 0 С.
При нагріванні до 1000 - 1050 о С Fe 3 O 4 окислюється до Fe 2 O 3; при більш високій температурі відбувається рекристалізація: з дрібних зерен Fe 2 O 3 утворюються великі зерна і містки між ними, що призводить до зміцнення окатищей У офлюсованих котунах зміцнення відбувається такжк з-ща утворення рідкої фази.
Після охолодження окатиші сортують на гуркоті; фракція <10 мм повертається на перработку (повернення)
Пристрій доменної печі
Сутність доменної плавки зводиться до роздільної завантаженні у верхню частину печі, званої колошником, агломерату, коксу і флюсів, що розташовуються в шахті печі шарами і вивантаженням продуктів плавки (чавун і шлак) з нижньої частини печі через льотки, а через верх видаляються гази. При нагріванні шихти за рахунок горіння коксу, яке забезпечує вдихається в горн гаряче повітря, в печі йдуть складні фізико-хімічні процеси, і шихта поступово опускається назустріч піднімається гарячим газам. У результаті взаємодії компонентів шихти і газів в нижній частині печі, званої гірському, утворюються два змішуються, рідких шару - чавун і шлак.
На рис. показана схема доменної печі. Два похилих підйомника з перекидним ськипамі доставляють агломерат, кокс і інші добавки на висоту 50 м до засипний пристрою доменної печі, що складається з двох почергово опускаються конусів.
У верхній частині сурми розташовані фурменої отвори (16 - 20 шт.), Через які в піч під тиском близько 300 кПа (3 ат) подається збагачений киснем повітря при температурі 900-1200 ° С.
Рідкий чавун випускають кожні 3 - 2 год (а у великих печах ежечастно) по черзі через два або три льотки, які для цього розкривають за допомогою електробура. Виливається з печі чавун спрямовується по жолобах ливарного двору в чавуновозних ковші, розташовані на залізничних платформах. Шлаки, що виливається з чавуном, попередньо відокремлюють від чавуну в жолобах за допомогою перекривають затворів і направляють в шлаковози. Крім того, частина шлаку іноді випускають з доменної печі до випуску чавуну через шлакову летку. Після випуску чавуну льотку забивають пробкою з вогнетривкої глини за допомогою електромагнітної гармати.
Піч монтують у міцному зварному сталевому кожусі, інтенсивно охолоджуваному водою. Усередині піч викладають високоякісним шамотним цеглою, а окремі частини печі виготовляють з пресованих вуглецевих блоків.
Рис.. Схема доменної печі 2700 м 3 та її приблизний добовий баланс: 1 - чавунна льотка, 2 - шлакова льотка, 3 - фурменої прилад; 4 - поду; 5 - чугу-нопоз; 6 - шлаковози; 7 - газовідводи; 8 - засипні пристрій; 9 - фундамент; 10 - воздухопрівод дуття
Умовно процес, що протікає в доменній печі, можна розділити на наступні етапи:
горіння вуглецю палива;
розкладання компонентів шихти;
відновлення окислів;
коксування заліза;
шлакоутворення.
Горіння вуглецю палива відбувається головним чином біля фурм, де основна маса коксу, нагріваючись, зустрічається з нагрітим до температури 900-1200 ° С киснем повітря, що поступає через фурми. Утворилася при цьому вуглекислота разом з азотом повітря, піднімаючись, зустрічається з розпеченим коксом і взаємодіє з ним по реакції СО 2 + С = 2СО.
Ця реакція оборотна, причому її рівновагу зсувається вправо при підвищенні температури і вліво при зниженні.
Відновлення оксидів може відбуватися окисом вуглецю, вуглецем і воднем. Головна мета доменного процесу - відновлення заліза з його оксидів. Відновлення оксидів заліза йде ступінчасто за наступною схемою: Fе 2 О 3 → Fе 3 O 4 → FeO → Fe.
Головну роль у відновленні оксидів грає окис вуглецю:
Ця реакція практично необоротна, протікає легко при дуже низькій концентрації СО у газовій фазі. Для розвитку наступної реакції вправо необхідні температура не нижче 570 ° С і значний надлишок СО в газах:
Fе 3 O 4 + СО = 3 FeO + СО 2 + Q.
Потім відбувається утворення твердої залізної губки з реакції
Коксування заліза відбувається за рахунок взаємодії твердого губчастого заліза з пічними газами, що містять значну кількість СО:
Освіта сплаву заліза з вуглецем, що має температуру плавлення нижче, ніж чисте залізо, призводить до формування крапель рідкого чавуну, які, стікаючи в нижню частину печі через шар розжареного коксу, ще більше насичуються вуглецем.
Шлакоутворення активно розвивається при проходженні шихти в області распара після закінчення процесів відновлення оксидів заліза в доменній печі. Шлаки складається з оксидів порожньої породи і золи коксу, а також флюсу, спеціально доданого в піч, щоб забезпечити достатню жидкотекучесть шлаку при температурі 1400-1450 ° С. Основні складові доменного шлаку - кремнезем (30-45%), окис кальцію (40-50%), глинозем (10 - 25%).
Шлаки, одержувані в доменній печі, в останні роки широко використовують у промисловості, переробляють на цемент та інші будівельні матеріали (шлакову вату для теплоізоляції, шлакові блоки та ін).
У верхній частині печі з шихти відокремлюються газоподібні продукти реакцій і азот повітря. Гази, що виділяються з доменної печі, називають зазвичай колошниковому. Газ складається з 26-32% окису вуглецю, 9-14% двоокису вуглецю та 54-58% азоту.
Відновлення інших елементів
У доменну піч з шихтовими матеріалами потрапляють марганець, кремній, сірка та інші елементів у вигляді різних хімічних сполук. Ці елементи частково або повністю відновлюються і входять до складу чавуну, покращуючи або погіршуючи його властивості.
Марганець: Вищі окисли марганцю відновлюються до закису марганцю (Mn) окисом вуглецю, аналогічно окислам заліза:
MnO 2 → Mn 2 O 3 → Mn 3 O 4 → MnO
При температурі вище 1100 о С протікає реакція з утворенням марганцю:
MnO + CO → Mn + CO 2
Кремній знаходиться в пустій породі руди і в золі коксу у вигляді вільного кремнезему SiO 2 або у вигляді силікатів (SiO 2 * 2 CaO та ін.)
Відновлення кремнію відбувається з кремнезему по реакції:
SiO 2 + 2 C = Si + 2CO
Ця реакція протікає з поглинанням тепла при температурах не нижче 1450 0 С.
Інші корисні домішки - нікель, ванадій, титан і т.д. - Потрапляють в доменну піч у вигляді домішок залізної руди. При доменній плавці нікель відновлюється і переходить в чавун повністю, хром - на 85 - 95%, ванадій-на 70 - 80%.
Фосфор - шкідлива домішка залізних руд знаходиться в них головним чином у вигляді P 2 O 5 * 3 CaO. Весь фосфор, внесений шихтою, відновлюється і переходить в чавун практично повністю.
Сірка - особливо шкідлива домішка в чавуні (а також у сталі). Основна кількість сірки вносить кокс, частина залізна руда, агломерат, окатиші.
Домені печі 10 -20% сірки видаляється у вигляді сполук (SO 2, H 2 S) / Інша частина сірки переходить у чавун і в шлак у вигляді сульфідів FeS, CaS /
В умовах доменної плавки основним способом десульфуризації, тобто видалення сірки з металу, є утворення сульфіду кальцію за реакцією
FeS + CaO = FeO + CaS
Сульфід кальцію розчиняється у чавуні і знаходиться в шлак. Найбільш інтенсивно ця реакція протікає при проходженні крапель чавуну через шар шлаку.
З цього випливає, що одним з основних умов видалення сірки з металу є достатня кількість вапна СаО в шлаку.
Частина сірки видаляється за допомогою магнезиту, а також марганцю:
FeS + MgO = FeO + MgS
FeS + MnO = FeO + MnS
Сульфід магнію розчиняється в металі, а сульфід марганцю розчиняється незначно.
Важливим процесом є шлакоутворення. Починається процес приблизно у розпаді печі. Первинний шлак утворюється в результаті сплавлення CaO, SiO 2? Al 2 O 3 та інших окислів, що перебувають у складі флюсу і порожньої породи. За певних співвідношеннях по масі ці тугоплавкі окисли можуть утворювати легкоплавкі суміші - сплави з температурою плавлення 1150 - 1200 о С. Стікаючи вниз і накопичуючись в горні, шлак существенyо змінює свій склад. У результаті взаємодії з розплавленим чавуном і залишками незгорілого коксу в шлаку відновлюються окисли заліза та марганцю, в нам розчиняються сульфіди залозі і марганцю, зола коксу і т.д. Хімічний склад шлаку визначає склад чавуну і тому при виплавці передільних, ливарних та інших чавунів завжди підбираючи ють шлак відповідного складу.
Типовий склад шлаку: 40-50% CaO; 38-40% SiO 2 7-10% Al 2 O 3.
Виплавка чавуну і сталі
Сучасне металургійне виробництво чавуну і сталі складається із складного комплексу різних виробництв (мал.):
Схема сучасного металургійного виробництва
1. Шахт і кар'єрів з видобутку руд, кам'яного вугілля, флюсів, вогнетривких матеріалів.
2. Гірничо-збагачувальних комбінатів, на яких підготовляють руди до плавки, збагачують їх, видаляючи частину порожньої породи, і отримують концентрат - продукт з підвищеним вмістом заліза в порівнянні з рудою.
3. Коксохімічних цехів і заводів, на яких здійснюють підготовку коксівного у пана лей, їх коксування (суху перегонку при температурі ~ 1000 ° С без доступу повітря) в коксових печах і попутне вилучення з них цінних хімічних продуктів: бензолу, фенолу, кам'яновугільної смоли та ін
4. Енергетичних цехів для одержання та трансформації електроенергії, стисненого повітря, необхідного для дуття при доменних процесах, кисню для виплавки чавуну і сталі, а також очищення газів металургійних виробництв з метою охорони природи та збереження чистоти повітряного басейну.
5. Доменних цехів для виплавки чавуну і феросплавів.
6. Заводів для виробництва різних феросплавів.
7. Сталеплавильних цехів - конвертерних, мартенівських, електросталеплавильних для виробництва сталі.
8. Прокатних цехів, у яких нагріті злитки зі сталі переробляються в заготовки (цвітіннп і сляби) і далі в сортовий прокат, труби, лист, дріт і т. п.
Сучасне виробництво сталі засноване на двоступеневої схемою, яка складається з доменної виплавки чавуну і різних способів подальшого його переділу в сталь. У процесі доменної плавки, що здійснюється в доменних печах, відбувається виборче відновлення заліза з його оксидів, що містяться в руді. Таким чином з руди отримують чавун - сплав заліза з вуглецем більше 2,14%, кремнієм, марганцем, сіркою і фосфором.
Переділ чавуну в сталь здійснюють в металургійних агрегатах: у конвертерах, мартенівських і електричних печах. У них з-за ряду відбуваються хімічних реакцій здійснюється виборче окислення домішок чавуну і переведення їх у процесі плавки в шлак і гази. У результаті отримують сталь заданого хімічного складу.
Продукція чорної металургії. Основною продукцією чорної металургії є передільний чавун, ливарний чавун, доменні феросплави, сталеві зливки і прокат.
Переробний чавун, використовується для переробки на сталь, містить,%: З -4,0 - 4,4; Si до 0,6 -0,8; Mn до 0,25 - 1,0; P 0,15 - 0, 3 та S 0,03 - 0,07. Деякі марки чавуну, призначені для переділу в сталь в конвертерах, мають знижений до 0,07% вміст фосфору. До 90% всього виплавленого чавуну припадає на чавун переробний.
Ковбасні вироби, призначений для виробництва фасонних виливків способами лиття на машинобудівних заводах, має підвищений вміст кремнію (до 2,75 - 3,25).
Феросплави - сплави заліза з підвищеним вмістом марганцю, кремнію, ванадію, титану та інших металів. Їх застосовують для розкислення і виробництва легованих сталей. До феросплавів відносять доменний феросиліцій, що містить 9 -13% Si і до 3% Mn; доменний феромарганець, що містить 70 -75% Mn і до 2% Si; дзеркальний чавун з 10 - 25% Mn і до 2% Si.
Сталеві зливки, отримані у виливницях або кристалізаторах, піддають обробці тиском (прокатці, куванню). Прокат використовують безпосередньо, в конструкціях (мостах, будівлях, залізобетонних конструкціях, залізничних коліях, станинах машин і т. д.), в якості заготовок для виготовлення деталей різанням і заготовок для подальшої кування і штампування.
Форму поперечного перерізу Прокачаний металу називають профілем. Сукупність різних профілів різних розмірів називають сортаментом. Сортамент прокочуються профілів поділяють на такі групи: заготовки, сортовий прокат, листовий прокат, труби і спеціальні види прокату.
Заготівлі прокочують в гарячому стані безпосередньо із злитків. Заготівлі квадратного перетину з розмірами від 150 * 150 до 450 * 450 мм називають Блюм. Вони призначені для подальшої прокатки на сортових станах і в якості заготовок для виготовлення поковок ковкою. Заготівлі прямокутного перерізу товщиною 65 - 300 мм і шириною 600 - 1600 мм називають сляба. Їх використовують для прокатки товстих аркушів.
Сортовий прокат за профілем поділяють на дві групи: простий геометричної форми (квадрат, коло, шестигранник, прямокутник) і складною - фасонної форми (швелери / двотаврові балки, рейки, куточки і т. д.).
Листовий прокат поділяють за призначенням (суднобудівний, електротехнічний, автолист і т. д.) і по товщині. Листову сталь з товщиною 4 -160 мм називають товстолистовий, а з товщиною 0,2 - 4 мм - тонколистовий. Листи з товщиною менше 0,2 мм називають фольгою.
Труби також поділяють за призначенням та способом приготування. Вони бувають безшовні та зварні (з прямим і спіральними швами).
Спеціальні види прокату - колеса і осі залізничних вагонів, кільця, зубчасті колеса, періодичні профілі і т. п. Періодичним профілем називають прокатаний заготівлю, форма і площа перетину якої періодично змінюються вздовж осі.
Побічними продуктами металургійного виробництва є коксувальні газ і витягнуті з нього цінні хімічні продукти, а також доменний шлак і колошникового газ. Доменним шлаком називають легкоплавкое з'єднання флюсу (СаСО 3 - вапняк) з порожньою породою руди і золою палива. Шлаки використовують для будівництва доріг, з нього виготовляють шлаковату, шлакоблоки, цемент, а колошникового (доменний) газ після очищення від пилу використовують як паливо для нагрівання повітря. вдмухується в доменну піч, а також у цехах металургійних заводів.
ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ
Чавун - залізовуглецевих сплавів, що містить більше 2% вуглецю. Крім вуглецю, в ньому завжди присутні кремній (до 4%), марганець (до 2%), а також фосфор і сірка. Чавун є основним вихідним матеріалом для одержання сталі, на що витрачається приблизно 80 - 85% усього чавуну. Разом з тим чавун - найбільш поширений ливарний сплав.Руди, ФЛЮСИ І ПАЛИВО
Залізні руди - основний вихідний матеріал для виплавки чавуну. Рудний мінерал (рудне речовина) найчастіше представляє собою оксиди заліза, добре відновлюються в умовах доменної плавки. Порожня порода звичайно складається з кварцу і пісковиків з домішкою глин.
Руди містять 60% заліза і більше, найбільш бідні 30 - 40%.
Червоний залізняк. Рудний мінерал-гематит (Fe 2 O 3), зазвичай містить 50 -60% Fe. Це найбільш поширений вид руди в усьому світі.
Магнітний залізняк. Рудний мінерал - магнетит (FeO * Fe 2 O 3), магнітна окис заліза, в руді 55 - 60% Fe., В т.ч.,%: FeO * Fe 2 O 3 -78-85; S-0,02 - 2,5; 0,02 -0,7 P; SiO 2, Al 2 O 3, CaO - 5-10.
Бурий залізняк. Рудний мінерал - водні окисли заліза, в руді зазвичай міститься 30-50% Fe.
Шпатовий залізняк. Рудний мінерал-сидерит, карбонат заліза (FeCO 3), в руді зазвичай 30 - 40% Fe.
Залізисті кварцити. Рудний мінерал - магнетит або гематит. Ці руди містять 35 - 40% Fe з кременистої порожньою породою.
Титаномагнетиту. Комплексна руда, що містить 15 - 20% Fe, рудними мінералами якої є магнетит і ільменіт FeO * TiO 2, тітансодержащій мінеоал.
Марганцева руда входить до складу шихти доменних печей при виплавці деяких марок чавуну, а також феромарганцю (до 82% Мn). У ній марганець знаходиться у вигляді пиролюзита МnО 2 та інших з'єднань. Вміст марганцю в руді зазвичай становить 25 - 50%.
Доменні флюси необхідні для видалення з доменної печі тугоплавкої порожньої породи руди і золи палива. Сплавляючись з флюсом, вони утворюють легкоплавкий сплав - доменний шлак. У якості флюсу використовують вапняк (CaCO 3).
Паливо в доменній печі служить не тільки джерелом тепла, але реагентом, що забезпечує відновлення заліза з руди та освіта чавуну. Кокс є головним видом палива в доменних печах.
Кокс являє собою тверду пористу спечену масу, що виходять з коксівного кам'яного вугілля після видалення з них летких речовин у спеціальних печах шляхом піролізу, тобто розкладання при прожарюванні подрібненого вугілля без доступу повітря при 950 - 1100 0 С протягом 15 - 18 год
Металургійний кокс у середньому містить 85 - 90% вуглецю, 0,5 - 2% сірки, до 0,2% фосфору, близько 1% летких, 10 -13 золи, до 5% вологи.
Сучасне виробництво сталі засноване на двоступеневої схемою, яка складається з доменної виплавки чавуну і різних способів подальшого його переділу в сталь. У процесі доменної плавки, що здійснюється в доменних печах, відбувається виборче відновлення заліза з його оксидів, що містяться в руді. Таким чином з руди отримують чавун - сплав заліза з вуглецем більше 2,14%, кремнієм, марганцем, сіркою і фосфором.
Переділ чавуну в сталь здійснюють в металургійних агрегатах: у конвертерах, мартенівських і електричних печах. У них з-за ряду відбуваються хімічних реакцій здійснюється виборче окислення домішок чавуну і переведення їх у процесі плавки в шлак і гази. У результаті отримують сталь заданого хімічного складу.
Продукція чорної металургії. Основною продукцією чорної металургії є передільний чавун, ливарний чавун, доменні феросплави, сталеві зливки і прокат.
Переробний чавун, використовується для переробки на сталь, містить,%: З -4,0 - 4,4; Si до 0,6 -0,8; Mn до 0,25 - 1,0; P 0,15 - 0, 3 та S 0,03 - 0,07. Деякі марки чавуну, призначені для переділу в сталь в конвертерах, мають знижений до 0,07% вміст фосфору. До 90% всього виплавленого чавуну припадає на чавун переробний.
Ковбасні вироби, призначений для виробництва фасонних виливків способами лиття на машинобудівних заводах, має підвищений вміст кремнію (до 2,75 - 3,25).
Феросплави - сплави заліза з підвищеним вмістом марганцю, кремнію, ванадію, титану та інших металів. Їх застосовують для розкислення і виробництва легованих сталей. До феросплавів відносять доменний феросиліцій, що містить 9 -13% Si і до 3% Mn; доменний феромарганець, що містить 70 -75% Mn і до 2% Si; дзеркальний чавун з 10 - 25% Mn і до 2% Si.
Сталеві зливки, отримані у виливницях або кристалізаторах, піддають обробці тиском (прокатці, куванню). Прокат використовують безпосередньо, в конструкціях (мостах, будівлях, залізобетонних конструкціях, залізничних коліях, станинах машин і т. д.), в якості заготовок для виготовлення деталей різанням і заготовок для подальшої кування і штампування.
Форму поперечного перерізу Прокачаний металу називають профілем. Сукупність різних профілів різних розмірів називають сортаментом. Сортамент прокочуються профілів поділяють на такі групи: заготовки, сортовий прокат, листовий прокат, труби і спеціальні види прокату.
Заготівлі прокочують в гарячому стані безпосередньо із злитків. Заготівлі квадратного перетину з розмірами від 150 * 150 до 450 * 450 мм називають Блюм. Вони призначені для подальшої прокатки на сортових станах і в якості заготовок для виготовлення поковок ковкою. Заготівлі прямокутного перерізу товщиною 65 - 300 мм і шириною 600 - 1600 мм називають сляба. Їх використовують для прокатки товстих аркушів.
Сортовий прокат за профілем поділяють на дві групи: простий геометричної форми (квадрат, коло, шестигранник, прямокутник) і складною - фасонної форми (швелери / двотаврові балки, рейки, куточки і т. д.).
Листовий прокат поділяють за призначенням (суднобудівний, електротехнічний, автолист і т. д.) і по товщині. Листову сталь з товщиною 4 -160 мм називають товстолистовий, а з товщиною 0,2 - 4 мм - тонколистовий. Листи з товщиною менше 0,2 мм називають фольгою.
Труби також поділяють за призначенням та способом приготування. Вони бувають безшовні та зварні (з прямим і спіральними швами).
Спеціальні види прокату - колеса і осі залізничних вагонів, кільця, зубчасті колеса, періодичні профілі і т. п. Періодичним профілем називають прокатаний заготівлю, форма і площа перетину якої періодично змінюються вздовж осі.
Побічними продуктами металургійного виробництва є коксувальні газ, а також доменний шлак і колошникового газ.
Коксовий газ містить 46-63% водню, 21 - 27% метану, 2-7% оксіла вуглецю, 4 - 18% азоту. Він використовується як паливо в коксових та інших печах, а також як сировина в хімічній промисловості.
Доменний (колошникового) газ - побічний продукт при виплавці чавуну в доменних печах. Його використовують на металургійних заводах в якості палива в чистому вигляді або в суміші з коксівним газом.
Доменним шлаком називають легкоплавкое з'єднання флюсу (СаСО 3 - вапняк) з порожньою породою руди і золою палива. Шлаки використовують для будівництва доріг, з нього виготовляють шлаковату, шлакоблоки, цемент, а колошникового (доменний) газ після очищення від пилу використовують як паливо для нагрівання повітря. вдмухується в доменну піч, а також у цехах металургійних заводів.
Виробництво чавуну.
В даний час для виплавки чавуну використовують лише близько 5% сирої залізної руди, 95% всієї руди до плавки піддають попередній підготовці.
Доменна піч працює нормально, якщо вона завантажена кусковим матеріалом оптимального розміру. У металургії застосовують процеси отримання кусковий шихти: агломерацію (спікання); обливання (виробництво котунів).
Агломерацію - процес згрудкування дрібної руди, концентратів і т. п. спіканням - найбільш часто проводять на машинах стрічкового типу. Вони являють собою конвеєр, що складається з великої кількості спікальних візків, що рухаються по напрямних рейках (мал.).
«Днищем» цих візків служить колосникові грати. На неї завантажується тонкий шар дрібного агломерату (постіль), щоб агломеріруемая шихта не сипалася донизу. Потім завантажується ретельно перемішана, зволожена (7-9%) і окомкованной шихта. Її основні залізовмісні компоненти такі: дрібна і пилуватих залізна руда (крупність менше 10 мм), залізорудний концентрат, повернення агломерату (менше 10 мм), колошниковий пил (див. с. 38), іноді окалина, дрібна металева стружка і т. д. Паливом (4 - 6% від маси шихти) служать коксик - дрібний кокс (менш З мм) і антрацитовий штиб (пил).
Рис. . Схема агломераційної машини:
/ ~ Барабанний живильник для завантаження шихти; 2-напрямні рейки;
3 - запальний горн; 4 - спекательні візка; 5 - вакуум-камери (ексгаустери)
Сутність агломерації пояснює схема, приведена на рис. 3. Після запалювання газовими пальниками починається горіння палива, причому зона горіння поступово переміщається вниз. Повітря просмоктується через шар шихти (200 - 350 мм) за допомогою вакуумних пристроїв (ексгаустерів). У зоні горіння при 1300 - 1500 ° С відбувається спікання шихти в пористий продукт - агломерат. При нагріванні утворюються, а потім розплавляються щодо легкоплавкі з'єднання. Утворені рідкі фази обтікають, змочують і пов'язують тверді частки шихти. При подальшому охолодженні рідина твердне, забезпечуючи утворення міцних шматків агломерату.
При агломерації відбувається часткове відновлення оксидів заліза.
Fe 2 O 3 + CO = FeO
FeO + CO = Fe + CO 2
З руди на 85 - 95% видаляється сірка:
FeS 2 + 2O 2 = FeO + 2SO 2
Шматки агломерату розміром більше 10 мм направляються в доменний цех. Більш дрібний агломерат повертається на переробку (повернення).
Рис. . Схема процесу спікання:
1 - колосникові грати; 2 - ночівля; 3-шар агломеріруемой шихти; 5 - зона горіння і спікання; 5 - шар агломерату
У нашій металургії застосовують тільки офлюсований агломерат. Для його отримання в шихту вводять Мелкоізмельченниє флюс - вапняк. Застосування офлюсованого агломерату покращує умови утворення шлаку в доменній печі, прискорює процес плавки, зменшує витрати палива, призводить до значного підвищення продуктивності дменной печі (на 25 - 30%) і зниження витрати коксу (до 20%).
Обливання (виробництво котунів).
Тонкоподрібнені концентрати володіють зниженою газопроникністю. Їх спікання на агломераційних машинах виявилося малопродуктивним і економічно невигідним. Ефективним способом згрудкування таких концентратів є обливання.
Сзема виробництва котунів з тонкоподрібненого концентрату (менше 0,5 мм), вапняку (флюс) і повернення (отбракованих котунів). Для кращого окативанія шихту зволожують (8 - 10%) і в її склад додають невелику кількість сполучного-бентонітової глини та ін
Сирі окатиші діаметром 20 - 30 мм отримують в обертових барабанах або тарілчастих грануляторах (рис). Далі окатиші піддають сушінню (200 - 400 о С), а потім випаленню при 1300 - 1400 0 С.
При нагріванні до 1000 - 1050 о С Fe 3 O 4 окислюється до Fe 2 O 3; при більш високій температурі відбувається рекристалізація: з дрібних зерен Fe 2 O 3 утворюються великі зерна і містки між ними, що призводить до зміцнення окатищей У офлюсованих котунах зміцнення відбувається такжк з-ща утворення рідкої фази.
Після охолодження окатиші сортують на гуркоті; фракція <10 мм повертається на перработку (повернення)
Пристрій доменної печі
Сутність доменної плавки зводиться до роздільної завантаженні у верхню частину печі, званої колошником, агломерату, коксу і флюсів, що розташовуються в шахті печі шарами і вивантаженням продуктів плавки (чавун і шлак) з нижньої частини печі через льотки, а через верх видаляються гази. При нагріванні шихти за рахунок горіння коксу, яке забезпечує вдихається в горн гаряче повітря, в печі йдуть складні фізико-хімічні процеси, і шихта поступово опускається назустріч піднімається гарячим газам. У результаті взаємодії компонентів шихти і газів в нижній частині печі, званої гірському, утворюються два змішуються, рідких шару - чавун і шлак.
На рис. показана схема доменної печі. Два похилих підйомника з перекидним ськипамі доставляють агломерат, кокс і інші добавки на висоту 50 м до засипний пристрою доменної печі, що складається з двох почергово опускаються конусів.
У верхній частині сурми розташовані фурменої отвори (16 - 20 шт.), Через які в піч під тиском близько 300 кПа (3 ат) подається збагачений киснем повітря при температурі 900-1200 ° С.
Рідкий чавун випускають кожні 3 - 2 год (а у великих печах ежечастно) по черзі через два або три льотки, які для цього розкривають за допомогою електробура. Виливається з печі чавун спрямовується по жолобах ливарного двору в чавуновозних ковші, розташовані на залізничних платформах. Шлаки, що виливається з чавуном, попередньо відокремлюють від чавуну в жолобах за допомогою перекривають затворів і направляють в шлаковози. Крім того, частина шлаку іноді випускають з доменної печі до випуску чавуну через шлакову летку. Після випуску чавуну льотку забивають пробкою з вогнетривкої глини за допомогою електромагнітної гармати.
Піч монтують у міцному зварному сталевому кожусі, інтенсивно охолоджуваному водою. Усередині піч викладають високоякісним шамотним цеглою, а окремі частини печі виготовляють з пресованих вуглецевих блоків.
Рис.. Схема доменної печі 2700 м 3 та її приблизний добовий баланс: 1 - чавунна льотка, 2 - шлакова льотка, 3 - фурменої прилад; 4 - поду; 5 - чугу-нопоз; 6 - шлаковози; 7 - газовідводи; 8 - засипні пристрій; 9 - фундамент; 10 - воздухопрівод дуття
Умовно процес, що протікає в доменній печі, можна розділити на наступні етапи:
горіння вуглецю палива;
розкладання компонентів шихти;
відновлення окислів;
коксування заліза;
шлакоутворення.
Горіння вуглецю палива відбувається головним чином біля фурм, де основна маса коксу, нагріваючись, зустрічається з нагрітим до температури 900-1200 ° С киснем повітря, що поступає через фурми. Утворилася при цьому вуглекислота разом з азотом повітря, піднімаючись, зустрічається з розпеченим коксом і взаємодіє з ним по реакції СО 2 + С = 2СО.
Ця реакція оборотна, причому її рівновагу зсувається вправо при підвищенні температури і вліво при зниженні.
Відновлення оксидів може відбуватися окисом вуглецю, вуглецем і воднем. Головна мета доменного процесу - відновлення заліза з його оксидів. Відновлення оксидів заліза йде ступінчасто за наступною схемою: Fе 2 О 3 → Fе 3 O 4 → FeO → Fe.
Головну роль у відновленні оксидів грає окис вуглецю:
Ця реакція практично необоротна, протікає легко при дуже низькій концентрації СО у газовій фазі. Для розвитку наступної реакції вправо необхідні температура не нижче 570 ° С і значний надлишок СО в газах:
Fе 3 O 4 + СО = 3 FeO + СО 2 + Q.
Потім відбувається утворення твердої залізної губки з реакції
Коксування заліза відбувається за рахунок взаємодії твердого губчастого заліза з пічними газами, що містять значну кількість СО:
Освіта сплаву заліза з вуглецем, що має температуру плавлення нижче, ніж чисте залізо, призводить до формування крапель рідкого чавуну, які, стікаючи в нижню частину печі через шар розжареного коксу, ще більше насичуються вуглецем.
Шлакоутворення активно розвивається при проходженні шихти в області распара після закінчення процесів відновлення оксидів заліза в доменній печі. Шлаки складається з оксидів порожньої породи і золи коксу, а також флюсу, спеціально доданого в піч, щоб забезпечити достатню жидкотекучесть шлаку при температурі 1400-1450 ° С. Основні складові доменного шлаку - кремнезем (30-45%), окис кальцію (40-50%), глинозем (10 - 25%).
Шлаки, одержувані в доменній печі, в останні роки широко використовують у промисловості, переробляють на цемент та інші будівельні матеріали (шлакову вату для теплоізоляції, шлакові блоки та ін).
У верхній частині печі з шихти відокремлюються газоподібні продукти реакцій і азот повітря. Гази, що виділяються з доменної печі, називають зазвичай колошниковому. Газ складається з 26-32% окису вуглецю, 9-14% двоокису вуглецю та 54-58% азоту.
Відновлення інших елементів
У доменну піч з шихтовими матеріалами потрапляють марганець, кремній, сірка та інші елементів у вигляді різних хімічних сполук. Ці елементи частково або повністю відновлюються і входять до складу чавуну, покращуючи або погіршуючи його властивості.
Марганець: Вищі окисли марганцю відновлюються до закису марганцю (Mn) окисом вуглецю, аналогічно окислам заліза:
MnO 2 → Mn 2 O 3 → Mn 3 O 4 → MnO
При температурі вище 1100 о С протікає реакція з утворенням марганцю:
MnO + CO → Mn + CO 2
Кремній знаходиться в пустій породі руди і в золі коксу у вигляді вільного кремнезему SiO 2 або у вигляді силікатів (SiO 2 * 2 CaO та ін.)
Відновлення кремнію відбувається з кремнезему по реакції:
SiO 2 + 2 C = Si + 2CO
Ця реакція протікає з поглинанням тепла при температурах не нижче 1450 0 С.
Інші корисні домішки - нікель, ванадій, титан і т.д. - Потрапляють в доменну піч у вигляді домішок залізної руди. При доменній плавці нікель відновлюється і переходить в чавун повністю, хром - на 85 - 95%, ванадій-на 70 - 80%.
Фосфор - шкідлива домішка залізних руд знаходиться в них головним чином у вигляді P 2 O 5 * 3 CaO. Весь фосфор, внесений шихтою, відновлюється і переходить в чавун практично повністю.
Сірка - особливо шкідлива домішка в чавуні (а також у сталі). Основна кількість сірки вносить кокс, частина залізна руда, агломерат, окатиші.
Домені печі 10 -20% сірки видаляється у вигляді сполук (SO 2, H 2 S) / Інша частина сірки переходить у чавун і в шлак у вигляді сульфідів FeS, CaS /
В умовах доменної плавки основним способом десульфуризації, тобто видалення сірки з металу, є утворення сульфіду кальцію за реакцією
Сульфід кальцію розчиняється у чавуні і знаходиться в шлак. Найбільш інтенсивно ця реакція протікає при проходженні крапель чавуну через шар шлаку.
З цього випливає, що одним з основних умов видалення сірки з металу є достатня кількість вапна СаО в шлаку.
Частина сірки видаляється за допомогою магнезиту, а також марганцю:
Сульфід магнію розчиняється в металі, а сульфід марганцю розчиняється незначно.
Важливим процесом є шлакоутворення. Починається процес приблизно у розпаді печі. Первинний шлак утворюється в результаті сплавлення CaO, SiO 2? Al 2 O 3 та інших окислів, що перебувають у складі флюсу і порожньої породи. За певних співвідношеннях по масі ці тугоплавкі окисли можуть утворювати легкоплавкі суміші - сплави з температурою плавлення 1150 - 1200 о С. Стікаючи вниз і накопичуючись в горні, шлак существенyо змінює свій склад. У результаті взаємодії з розплавленим чавуном і залишками незгорілого коксу в шлаку відновлюються окисли заліза та марганцю, в нам розчиняються сульфіди залозі і марганцю, зола коксу і т.д. Хімічний склад шлаку визначає склад чавуну і тому при виплавці передільних, ливарних та інших чавунів завжди підбираючи ють шлак відповідного складу.
Типовий склад шлаку: 40-50% CaO; 38-40% SiO 2 7-10% Al 2 O 3.