Доменна піч

Загальний вигляд доменної печі.
Доменна піч металургійного заводу Adolf-Emil-Hütte у місті Еш-сюр-Альзетт, Люксембург.
Видно льотку, фурменну зону з фурменними приладами, кільцовий повітропровод, шахту печі, газовідводи, нахилений газовідвод, що йде до пиловловлювача. Ливарний двір демонтований.

Доменна піч, домна — велика металургійна вертикально розташована піч для виплавки чавуну з залізорудної сировини.

Етимологія назви

Назва доменної пічі походить від назви її попередниці, невеличкої пічі, що звалася «дъмниця», «домниця», назва якої у свою чергу походить від стародавнього східнослов’янського слова “дмети”, тобто “дмути”, “дути”. Таким чином, назва “доменна піч” означає “дутьова піч”, тобто така піч, в яку подається дуття – повітря. Та ж основа в перегласованому вигляді виступає в слові «дим».

Історія

Перша доменна піч Юзівського заводу, Донецьк, Україна, 1872

Доменна піч в Сестао (Іспанія)

До виникнення доменних печей основним способом отримання заліза з руди був сиродутний процес у так званих сиродутних горнах. Доменні печі з’явилися у Європі приблизно наприкінці XIV - початку XV століть. Їх починають будувати у бельгійській провінції Намюр наприкінці XV століття, а також в Англії у 1491 році. Як паливо використовували деревне вугілля. В 1735 році англійський винахідник Абрахам Дербі успішно застосував в доменній плавці кам'яно-вугільний кокс, без домішки інших видів палива.

На території України перші доменні печі з'явилися у 60-х роках XVIII ст. на Закарпатті. У XIV - XVIII століттях на території України виробництво заліза в горнах і невеличких домницях було поширене на Поліссі, в Галичині, також на Полтавщині й Харківщині. Перший на Правобережному Поліссі доменний завод Висока піч (Високопічанський) було введено в дію 1773 року. 1799 року на Луганському чавуноливарному заводі було введено в дію першу доменну піч на сході України. 1830 р. в Україні нараховувалося 153 кустарні підприємства, які виробляли залізо з місцевих болотяних руд на деревному вугіллі.

Будова доменної печі

Профіль доменної печі

Будова доменної печі

Внутрішній обрис печі по вертикальному перетину називається профілем. У горизонтальному перерізі піч кругла. Багатостолітній досвід встановив найраціональнішу форму профілю, яка описується певними закономірностями.

Сучасна доменна піч є спорудою заввишки від 26 до 35 м. Це висота власне печі, а висота всіх металоконструкцій доменної печі разом з колошниковим пристроєм і газовідводами може сягати понад 80 м.

Верхня частина доменної печі називається колошником, вона слугує для завантаження шихти. Нижче колошника йде найбільша по висоті частина домни — шахта, що за формою представляє собою конус, який розширяється донизу. Це розширення необхідне для полегшення опускання твердих матеріалів через збільшення їхнього об’єму при нагріванні. До нижньої частини шахти примикає найширша циліндрична частина – розпар, в якій відбувається розплавлення шихти. Нижче розпару розташовані заплечики, що мають форму зрізаного конусу з меншою основою внизу. Такий переріз тут пояснюється зменшенням об’єму матеріалів внаслідок плавлення. Нижньою частиною профілю є циліндричне горно, у якому відбувається горіння коксу і збираються рідкі продукти плавки. Горно розділяється на дві частини, верхню – фурменну зону і нижню – металоприймальник, де збираються рідкі продукти плавки. Найнижча частина печі називається подом.

У верхній частині горна на фурменній зоні розташовуються фурменні прилади, через які у доменну піч подається нагріте повітря – дуття. Саме в цій ділянці печі відбувається горіння коксу і температури досягають найбільшого значення 1900 – 2000 ⁰ С. По мірі підвищення вгору температура знижується, і у колошника доходить до 200 – 350 ⁰ С. У нижній частині горна міститься чавунна льотка, через яку випускають продукти плавки – чавун і шлак. Раніше використовувалися спеціальні шлакові льотки, однак за останні кілька десятиліть ввійшло у практику випускати чавун і шлак через одну чавунну льотку з розділенням їх один від одного вже у головному жолобі, який примикає до пічі і у який продукти плавки потрапляють під час випуску з льотки.

Ливарний двір (дворик, майданчик)

Ливарний дворик доменної печі під час випуску чавуну на доменній печі на заводі у місті Клебек (?) у Бельгії

Ливарне подвір’я доменної печі під час випуску чавуну на чеському заводі Třinec Iron and Steel Works

Ливарний двір під час випуску чавуну на одній з доменних печей у США 1871 року.

Безпосередньо до печі примикає ливарний двір, на якому розташовані прилади для розкриття чавунної льотки, для її закривання після випуску чавуну і шлаку, жолоби і канави для транспортування чавуну і шлаку у ковші. Випущені з печі через льотку рідкі продукти плавки потрапляють у головний жолоб, в якому проходить розділення чавуну та шлаку завдяки різниці в густині. Від головного жолобу відходять у різні боки чавунна канава і шлакова канава. По чавунній канаві рідкий чавун зливається у чавуновози або міксери, а шлак по шлаковій канаві - у шлаковози або надходить безпосередньо до установки припічної грануляції шлаку.

Процеси

Див. також: Доменне виробництво

Верхня частина доменної печі служить для завантаження шихти. В шихті є руда, кокс і шлакотворні матеріали, що сприяють зниженню температури плавлення шлаку і видаленню шкідливих домішок. У домні розплавляють не залізняк, а агломерат (дрібну породу, що зпікається в шматки) або окатиші (грудки сферичної форми, що отримуються з дрібної руди або тонкоподрібненого концентрату).

В печі на різній висоті встановлюється різна температура, завдяки чому протікають різні процеси переходу руди в метал.

У нижній частині печі, де притока повітря достатньо велика, кокс згорає, утворюючи діоксид вуглецю, який, поступаючи вгору вступає в реакцію з коксом і утворює монооксид вуглецю.

Монооксид вуглецю у свою чергу діє на оксиди заліза, віднімаючи у них кисень і відновлюючи до металу:

$Fe$_$2$$O$_$3$$+ 3CO = 2Fe + 3CO$_$2$

Отримане залізо в присутності кокса насичується вуглецем і виходить сплав, що містить 2 - 4 % вуглецю. Такий сплав називається чавуном. Він крихкий. У нього входять невелика частка кремнію і марганцю. В кількості десятих часток відсотка до складу чавуну входять також шкідливі домішки — сірка і фосфор.

Після вигорання коксу чавун розплавляється і стікає в горн - нижню частину доменної печі, а шлаки, що містяться в ньому, піднімаються на поверхню чавуну. Рідкі продукти плавки видаляються через чавунну льотку. безпосередньо до чавунної льотки прилягає головний жолоб в якому проходить розділення чавуну та шлаку завдяки різниці в густині. чавуну через чавунну канаву зливається у чавуновози або міксери, а шлак - у шлаковози або надходить безпосередньо до установки припічної грануляції шлаку.

Продукти доменної печі

• Чавун - основний продукт доменної печі.
  • Ливарний чавун - застосовується на машинобудівних підприємствах для виготовлення фасонних відливок.
  • Переробний чавун - призначений для переплавки в сталь в конвертерах чи мартенівських печах.
• Доменні ферросплави - сплави заліза с кремнієм, марганцем та іншими елементами. Застосовуються для розжарювання і легування сталей.
• Побічні продукти - шлак і доменний газ. З шлаку виготовляють цемент, шлаковату. Доменний газ застосовують як паливо у повітронагрівачах для підігріву повітря , що подається в доменну піч.

Перспективи доменного виробництва

В найближчому майбутньому виробництво чавуну в доменних печах буде продовжуватися. Справа в тому, що двостадійне виробництво сталі (спочатку виробництво чавуну з залізорудних матеріалів в доменній печі, а потім виробництво сталі з чавуну та лому в конверторах, електропечах або мартенах) в наш час^[Коли?] є дешевшим за пряме відновлення заліза з руди. Проблемою є виснаження родовищ вугілля, що коксується. Перспективним є вдування пиловугілного палива, подрібненого пластику, мазуту у фурми доменних печей. Цим зменшуються витрати коксу. Й тим самим знижується собівартість чавуну.

Доменні печі у мистецтві і символіці

Зображення доменних печей можна побачити на гербах де-яких міст і невеличких населенних пунктів чи громад, в яких є або коли-небудь було доменне виробництво.

• Зображення доменних печей на гербах населених пунктів
• 

  Герб громади Томаталь, Австрія.

• 

  Сучасний герб міста Луганськ, герб є копією герба ще часів царату.

• 

  Громада Кремс, Австрія.

• 

  Громада Франчах-Санкт-Гертрауд, Австрія.

• 

  Громада Железники, Словенія.

• 

  Рожнятівський район Івано-Франківської області.

• 

  Єнакієве.

Галерея зображень

• 
• 
• 
• 
• 

Література

• Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина. — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.

• Ферсман А.Е. Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.

• Расцвет Новороссийского общества
• Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва.:Металлургия, 1980. — 303 с.
• Товаровский И.Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: "Пороги", 2009.-768 с.

Див. також

• Чорна металургія України
• Реєстр доменних печей, збережених після виведення з експлуатації
• Історія доменного виробництва
• Доменна піч (анімація) (анлг.)
• Як працює Доменна піч ілюстр. (анлг.)
• Повна Фотогалерея про всі методи добування і виробництва чавуну і сталі в Північній Америці та Європі. В Німеччині та Англії (нім.)
• Blast Furnace Museum Radwerk IV
• Schematic diagram of blast furnace and Cowper stove
• ironfurnaces.com - a free wiki dedicated to preserving the history and location of historic blast iron furnaces