Что нужно для плавки


Весь процесс от подготовки руды до получения из нее металла необходимой формы называют металлургическим циклом.

Не всякая железная руда пригодна для плавки. Руд с большим содержанием железа, доступных для добычи, не так много, и для плавки приходится использовать руды, содержащие не более 25-40% железа, остальное — пустая порода.

Такую руду предварительно обогащают, т. е. уменьшают содержание пустой породы. Обогащенную руду называют концентратом. Содержание железа в ней при этом поднимается до 60% и более.

Разная руда требует разных способов обогащения. В одних случаях ее просто промывают водой. При этом более тяжелые частицы, содержащие железо, оседают на дно, а более легкие минералы уходят с водой. В других, чтобы отделить частички, содержащие железо, от пустой породы, пользуются магнитом. В наше время на многих рудниках строят обогатительные фабрики.

Доменный процесс, т. е. восстановление железа из окислов, сводится к простой химической реакции: газообразная окись углерода соединяется с входящим в окислы железа кислородом. Чтобы процесс развивался быстро, большие куски руды дробят на более мелкие.

Шарик из чистого железа, ударившись о металлическую плитку, сплющится, стальной — подпрыгнет, чугунный — расколется.
Шарик из чистого железа, ударившись о металлическую плитку, сплющится, стальной — подпрыгнет, чугунный — расколется.

Но очень мелкую руду, например в виде порошка, нельзя грузить в печь. Ведь в печь постоянно вдувают под давлением воздух (иначе нет горения). А это неизбежно приведет к тому, что пылеватая руда будет выброшена (выдута) из печи прежде, чем успеет вступить в контакт с углеродом. Пылеватая руда затрудняет также прохождение газов сквозь слой сырых материалов и может нарушить весь доменный процесс. Между тем железная руда часто встречается в пылеватом состоянии. И был найден выход: пыль спекают — агломерируют.

Кроме руды, для плавки необходимо углесодержащее топливо (горючее). Его тоже надо подготовить. Прежде, лет 200 назад, для доменной плавки применяли древесный уголь. Выжиг высококачественного древесного угля был большим искусством. В угле не должно быть примесей, которые могут перейти в металл.

Куски хорошо выжженного древесного угля при падении на металлическую плиту звенят.

Но теперь очень небольшая часть чугуна (меньше одного процента) выплавляется на древесном угле. Ведь его использование в металлургии грозило истреблением лесов. Пришлось заменить древесный уголь каменным. Однако в нем содержится много примесей, которые вредно влияют на металл. Поэтому каменный уголь превращают в кокс. Уголь размалывают в тончайший порошок и погружают в высокие печи — камеры. 60-80 таких камер образуют коксовую батарею. Порошок прогревают так, чтобы в печи не попадал воздух. Угольный порошок спекается, получается словно каменноугольный пирог. С одной стороны к камере подходит машина, выталкивающая кокс из печи, с другой — железнодорожная платформа, на которую высаживается коксовый пирог (подробнее см. ст. «Превращения нефти и угля»),

Кокс увозят к тушильной башне. Там его заливают водой, и он разваливается на мелкие куски, которые падают на наклонную площадку. С нее кокс попадает на транспортер, по которому идет сначала на сортировку, а потом к домнам.

Воздухонагреватель (каупер).
Воздухонагреватель (каупер)

Кокс лучше справится со своим делом, чем сырой уголь. Он порист и поэтому хорошо вступит в контакт с железной рудой. Он крепок и при падении с высоты не будет крошиться, не засорит печь. В коксе осталось гораздо меньше примесей, вредящих металлу. Часть их ушла вместе с «коксовым газом», который выделяется при нагреве угля. Из этого газа извлекут много продуктов для химической промышленности.

Руда и кокс приготовлены. Теперь для плавки нужен еще воздух. Без него — точнее, без кислорода — нет горения. Но воздух тоже нужно подготовить — прежде всего нагреть. Когда вдували холодный воздух, приходилось затрачивать слишком много древесного угля или кокса, производительность печей оставалась низкой. С переходом на горячее дутье процесс пошел гораздо быстрее, так как не надо затрачивать тепло в доменной печи для нагрева холодного воздуха внутри печи.

Каким же образом нагреть воздух? Для этого используют тепло самих домен — отходящие горячие газы. Их отводят по трубам к нагревателям (рис. 2) — кауперам. Это высокие башни, внутри разделенные по вертикали на две части. В одной половине сгорает поступающий в печь доменный газ, другая выложена огнеупорным кирпичом. В башню пускают доменный газ и воздух. Газ загорается и идет сначала к куполу башни, а потом опускается по каналам, проложенным в кирпичных насадках другой половины башни, отдавая кирпичу тепло.

Когда кирпич достаточно нагреется, доступ газа закрывают и в каупер впускают холодный воздух. Проходя между горячими кирпичами, воздух нагревается до 800-1000°. Затем его по трубам направляют к домне. Кирпичные камеры греют обычно около двух часов, после этого каупер в течение часа может подавать в домну горячий воздух. Поэтому для бесперебойной работы домны мало одного воздухонагревателя — нужны три-четыре. Из них два или три, как говорят металлурги, «стоят на газу», т. е. сами греются, а третий или четвертый в это время подает нагретый воздух в доменную печь.