Утворення шлаку
Відновлення домішок
Навуглецьовування заліза і утворення чавуну
Відновлення заліза
Горіння палива
Кисень дуття реагує з вуглецем палива з виділенням тепла
С + О2 = СО2 + Q.
Температура в горні досягає 1800 – 1900 °С. Діоксид вуглецю (СО2) піднімається догори, досягає розжареного коксу і відновлюється, утворюючи оксид вуглецю:
СО2 + С = 2СО – Q.
Якщо як паливо застосовують природний газ, то горіння протікає за реакціями:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q.
СO2 + С = 2СО + 0.
Залізо відновлюється в шахтній частині печі із рудних оксидів заліза оксидом вуглецю (СО) і воднем (частково), який утворюється від розкладання вологи повітря. Процеси відновлення йдуть послідовно від вищих оксидів до нижчих і до чистого заліза за реакціями:
3Fе2O3 + СО = 2Fе3O4 + СO2 + Q
Fе3O04 + СО = 3FеО + СO2 + Q0
FеО + СО = Fе + СО2 + Q
Fе2O3 + 3Н2 = 2Fе + 3Н2O.
В циліндричній частині печі – розпарі при температурах нижче температури плавлення (1539 °С) залізо відновлюється твердим вуглецем:
FеО + С = Fе + СО + Q.
Отримане залізо має твердий стан і називається губчастим залізом.
Губчасте залізо, що утворилося після відновлення, – це твердий пористий продукт. В інтервалах температур від 400 – 500 °С до 1100 – 1200 °С починається і продовжується насичення заліза вуглецем:
3Fe + С = Fе3С
3Fе + 2СО = Fе3С + СО2 + Q.
Навуглецьоване залізо розплавляється, переходить у рідкий стан, розчиняє відновлені домішки і стікає до горна домни. В горні збирається рідкий, залізовуглецевий сплав – чавун.
У доменній шихті разом із залізом і вуглецем – основними елементами, що утворюють чавун, завжди присутні домішки, які є корисними або шкідливими для властивостей чавуну.
Корисні домішки кремнію (Sі) і маарганцю (Мn) відновлюються із оксидів (SіO2, МnО, та ін.) і переходять у чавун.
Шкідливими домішками у чавуні є фосфор (Р) і сірка (S). Відновлений фосфор практично повністю переходить у чавун. Відновлена сірка частково окислюється до сірчастого газу (SO2) і виходить разом з доменним газом, частково утворює сполуки, які переходять до шлаку, а деяка частка утворює сірчасте залізо (FеS), що розчиняється у чавуні.
Оксид кальцію при температурах вище 1000 °С взаємодіє з кремнеземом SіO2, глиноземом А12O3 та іншими складовими породи і коксової золи. Утворюється шлак, який плавиться і спливає на поверхню чавуну. Чавун із печі випускають у ковші – чавуновози, у виливниці. Шлак випускають у шлаковози.
Продуктами доменного виробництва є чавуни, шлак, доменний газ і доменний пил.
Основний продукт – чавуни. Залежно від призначення їх поділяють на переробні, ливарні, спеціальні і леговані.
Переробний білий чавун є сировиною для переробки його в сталь. Частка переробного чавуна становить близько 90 % всього, що виробляється. В ньому вуглець перебуває у вигляді цементиту Fе3С, що надає переробному чавуну білого кольору, твердості і низької пластичності. Шляхом відпалу з нього отримують ковкий чавун.
Ливарний (сірий) чавун є важливим конструкційним матеріалом, має добрі ливарні властивості, добре обробляється металорізальними інструментами, але досить крихкий, погано витримує ударні навантаження. Широко застосовується в машинобудуванні, будівництві. З нього виробляють корпусні деталі машин, станини, санітарно-технічне обладнання, труби.
Спеціальні чавуни – феросплави. До них належать феросиліцій і феромарганець, їх використовують для розкислення і легування сталей.
Леговані чавуни одержують з руд, що мають включення легуючих елементів (Сr, Ni, Sі), або легуванням чавуну в процесі плавки. Вони мають підвищену міцність та корозійну стійкість, краще працюють в агресивних і високотемпературних середовищах.
Шлак – розплавлена суміш породи, попелу, рудних домішок, флюсів. Його застосовують для виробництва будівельних матеріалів, мінеральних добрив.
Доменний газ містить значну кількість горючих газів (СО, Н2), має теплотворну здатність до 950 кал/м3. Після очищення від колошникового пилу використовується в домнах для нагріву дуттьового повітря, а також як паливо.