Образование чугуна и шлака
ОБРАЗОВАНИЕ ЧУГУНА И ШЛАКА
Восстановленное в доменной печи железо частично науглероживается еще в твердом состоянии. Особое значение имеет реакция образования сажистого углерода:
2СО = С + С02, для которой свежевосстановленное при низких температурах железо является катализатором. Науглероживание железа связано с образованием карбидов, в том числе карбида железа:
2СО = С02 + С; С + 3Fe = Fe3C.
Этот процесс протекает активно при 550—650° С, но при температуре около 1000° С карбид железа распадается на железо и так называемый углерод отжига. Образуется смесь металлического железа с углеродом отжига, растворяющаяся затем в металле при его плавлении.
Кроме углерода, в железо переходят фосфор и небольшие количества восстановленных кремния и марганца, а также сера. Расплавленное железо, содержащее примеси, стекает на лещадь печи. Жидкий металл науглероживается, вероятно, также за счет углерода кокса. Окончательное содержание углерода в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. В последнее время вследствие высокого нагрева дутья и применения легковосстановимой шихты температура выпускаемого чугуна повысилась с 1400—1470 до 1470—1520° С и соответственно этому, а также возможно в результате повышения давления в печи возросло содержание углерода в чугуне. Примерное содержание углерода в чугуне можно определить по следующей формуле:
С = 4,8 + О.ЗМп — 0,27Si — 0,32Р — 0.032S.
По этой формуле содержание углерода в ферросилиции составляет около 2%, в литейном чугуне — около 4%, в передельном — около 4,5% и в ферромарганце — около 7%, что соответствует фактическому содержанию углерода в чугунах, выплавляемых в настоящее время.
Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в него переходят невосстановившиеся окислы элементов, т. е. СаО, MgO, A1203, Si02 и небольшое количество MnO FeO. Сначала образуется первичный шлак, в котором содержиттся повышенное количество FeO и МnО. По мере опускания первичный шлак, нагреваясь, изменяется по составу и количеству. В нем растворяются все большие количества Si02, А1203, СаО и MgO, а содержание FeO и МnО уменьшается вследствие восстановления Fe и Мn и, когда шлак приближается к горну, почти все железо шлака и значительное количество марганца успевают восстановиться. Естественно, что при переплавке офлюсованного агломерата процесс шлакообразования облегчается, a FeO и МnО принимают в нем незначительное участие.