ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ, см. Доменное произ водство.
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО, производство чугуна в высоких шахтных печах (см. Печи) путем восстановительной плавки железных руд и плавней (см. Флюс) с помошью твердого горючего (антрацит, древесный уголь, кокс, каменный уголь), сжигание которого дает нужное количество тепла и достаточно высокую температуру для хода процесса.
Доменный процесс. 1. Физико-химические явления доменного процесс а. — Загружаемые в печь сырые материалы дрменной плавки — горючее, руда и флюс, — опускаясь вниз вследствие сгорания топлива в горне печи, подвергаются действию выходящего потока газов (продуктов горения горючего в более или менее влажном дутье), изменяя свое физическое состояние и испытывая сложные химические превращения. Прежде всего сырые материалы теряют свою влагу и затем химически соединенную воду и углекислоту, а древесный уголь сверх того подвергается дополнительной сухой перегонке. Далее (а отчасти и одновременно) происходит восстановление руды, т. е. потеря ею части своего кислорода, отнимаемого идущей снизу окисью углерода, переходящей в углекислоту, что сопровождается выделением небольшого количества тепла, так как восстановление железа из окиси требует тепла меньше, чем его дает переход окиси углерода в углекислоту.
Этот термохимический вывод имеет очень важное практическое значение, так как он указывает на то, что восстановление окисью углерода не требует высокой температуры и, раз начавшись, может итти без подвода тепла извне. Действительно опыты показали, что восстановление железа из его окислов начинается между 200° и 450° (в зависимости от свойства руды: ее удобовосстановимости); при 600° — 650° в руде появляется металлическое железо, количество к-рого растет по мере повышения температуры (опускания руды в печи), но когда руда перейдет в область высоких температур (выше 950°), то углекислота — продукт восстановления — сжигает углерод горючего, переходя в окись углерода, к-рая действует снова как восстановитель на еще не успевшую восстановиться закись железа. Следовательно при высокой температуре (выше 950°) восстановление идет так, что углерод топлива сгорает за счет кислорода закиси железа (высших окислов железа в этих условиях в руде уже нет), причем посредником между ними служит окись углерода, количество к-рой остается неизменным. Ту же роль может играть и водород, к-рый, восстанавливая закись железа, дает водяные пары, сжигающие углерод топлива (выше 1.000°) с образованием водорода и окиси углерода. Восстановление железа до металла требует гораздо больше тепла, чем его дает образование окиси углерода, именно на 1 кг железа поглощается 666 калорий, но затрачивается на это всего 12:56=0, 214 кг углерода, тогда как восстановление окисью углерода (т. е. при уме 124 ренных температурах) требует для хода реакции избытка восстановителя, так как продукт восстановления (СОа) может окислить восстановленное, и избыток этот должен быть тем больше, чем выше температура.
На практике в большинстве случаев около х/2 всего железа руды восстанавливается газами, причем поглощение тепла на восстановление другой половины при высокой температуре покрывается теплом, приносимым нагретым дутьем.
Одновременно с получением железа идет и процесс обуглероживания его, но не непосредственно углеродом горючего, а тем, к-рый отлагается в порах руды от разложения окиси углерода на углекислоту и углерод (2 СО=СОа + С) — т. н. реакция Белла, протекающая при умеренных температурах (200—500°) и способствующая также ходу процесса восстановления, так как при повышении температуры до 900° этот углерод исчезает, частью растворившись в железе, частью же сгоревши за счет кислорода руды, т. е. восстановивши ее. Обуглероженнбе железо, в интервале температур 1.000—1.100°, восстанавливает элементы, являющиеся постоянными спутниками железа в чугуне — марганец, кремний и фосфор;' последний — полностью, так как кремнезем, присутствующий в большом избытке, вытесняет фосфорный ангидрид из его солей. Марганец подобно Железу переводится из высших степеней окисления (МпО2) в закись, но последняя и при высоких температурах восстанавливается не вся — часть ее переходит в шлак, часть же восстановленного марганца испаряется и теряется в газах (в виде Мп3О4, получающейся в верхних горизонтах печи от окисления паров марганца углекислотой и водой). Выход марганца в чугуне обыкновенно не превышает 75 % принятого печью его количества; он повышается до 80% при всех благоприятных условиях — при плавке малокремнистой богатой руды и работе на основных шлаках, при сильно нагретом дутье (не менее 750°) и малозолистом коксе. — Кремний восстанавливается из своего кислотного окисла (SiO2) тем легче, чем меньше извести в шлаке, но при плавке на коксе малоизвестковые шлаки могут получаться только в присутствии большого количества глинозема. Если это условие выполняется пустой породой руды и если сверх того количество шлака не меньше 1 по отношению к весу чугуна, если кремнезем в мелкораздробленном состоянии тесно перемешан с окислами железа, а температура дутья не ниже 700°, то получение обыкновенного литейного чугуна (около 3% Si) обходится без большой затраты горючего (1, 1—1, 15).
Железо входит в шихту доменной печи не только в виде окислов, но также и в состоянии сернистого (FeS) и кремнекислого соединений (передельные шлаки); из них оно восстанавливается при помощи извести, разлагающей эти соединения и образующей сернистый и кремнекислый кальций, переходящие в шлак; закись же железа восстанавливается углеродом горючего и чугуна, в к-ром растворено сернистое железо. Эти реакции идут тем полнее, чем
