В древние времена железо ценилось в 10 раз дороже золота. Наградой победителю на Олимпийских играх был драгоценный кусок железа. Скованный из небесного (добытого из метеорита) металла меч легко разрезал не только медный доспех, но даже сделанный из бронзы! Воистину воин в железном доспехе неуязвим. Железный скипетр – великий знак царской власти, а кинжал или кольцо, пусть даже в обрамлении намного более дешёвого золота – громадная ценность.
А ведь железа в природе много, ядро нашей планеты (в теории) состоит из его сплава, в коре меньше, но около 5% — это очень много. Вот только добывать люди не умели, использовали метеоритное. Неизвестно, кто первый додумался продувать печь воздухом, только именно с этой идеей и пришёл железный век. Продувка позволяет повысить температуру и добывать металл из руды.
Современные домны непохожи на древние «домницы» – так назывались печи для добывания железа. Процесс добывания был длительным и тяжёлым, Гомер называет металл «многотрудным», от безысходности пришлось придумать знаменитый булат – ухищрение древних кузнецов. Те все же догадались, как с большим трудом, многократно нагревая и обрабатывая крицу (получаемая в домницах лепешка сыродутого, с большим количеством примесей, железа), довести её до сносного состояния…
Нынешняя домна – циклопическое сооружение. Огромный, окутанный дымом, клубящийся паром страшный монстр. Рядом с домной невозможно разговаривать, что бы что-то услышать, орут прямо в ухо. Даже запах какой то особенный, наверное, так пахнет преисподняя. В немецком и французском доменная печь называется «высокая печь». И правда, высокая, полная высота в двадцатиэтажный дом! Толщина фундамента доходит до 4 метров бетона. Ещё бы, ведь он должен не дать ей (вес – до 30 тис тон) просто провалится в землю!
В домнах получают в основном чугун – так немцы презрительно называли «свинское железо», хрупкое, некачественное. И сейчас слово «чушка» означает и свинью, и слиток металла. Для превращения его в сталь ещё надо потрудится, удалив лишний углерод.
В этом процессе продувки воздухом недостаточно. Намного эффективнее продувать кислородом или смесью кислорода с воздухом. Ещё в 1936г. Мозговой, советский инженер, предложил использовать продувку кислородом, что в корне изменило технологию процесса. Выросло качество, сократилось время плавки, себестоимость стали упала на 20-25% при одновременном росте производительности на 25-30%.
Современный чугун – не «свинское железо» древности. Белый, серый, ковкий, половинчатый, высокопрочный чугуны – знания и новые технологии, а так же использование недоступного древним кузнецам кислорода в процессах плавки, позволяют выплавлять высококачественные чугуны. Их напрямую используют в промышленности, изготавливая нужные, добротные чугунные детали. Благодаря новым знаниям высококачественным чугуном заменяют более дорогие материалы.
В домнах чаще используют не чистый воздух или кислород, а их смесь, причём соотношение можно регулировать, одновременно меняя условия плавки. Надо представить адские условия работы фурмы – так называют стальные трубы или отверстия для подачи кислорода в домну. Хотя в аду только смола расплавлена, а здесь намного жарче – жидкое железо, температура достигает 2000 градусов.
Сама технология плавки проста для понимания. Кокс и другое топливо в присутствии вдуваемого кислорода окисляется (другими словами – горит), сильно поднимая температуру в печи. Получаемый при окислении СО отбирает кислород из руды, восстанавливая железо и превращаясь в углекислый газ. Газ уходит в атмосферу, а полученный металл от нагревания плавится, стекая вниз, где периодически открывают летки (отверстия в домне), выпуская наружу поток жидкого чугуна и шлака.
Простое объяснение никак не учитывает всё многообразие протекаемого процесса. Руды бывают самого разного состава, для удаления вредных примесей в исходный состав добавляют флюсы – специальные добавки для их связывания. При плавке вредные составляющие руды переходят в шлак – расплав сложного состава, всплывающий к поверхности чугуна. Углерод в условиях домны растворяется в железе, сильно влияя на физические свойства полученного продукта. Дополнительно вводятся легирующие добавки – никель, хром, алюминий, титан, ванадий, марганец, вольфрам и другие, изменяющие свойства до нужных потребителю. У разных металлов – разные температуры плавления, меняя условия плавки сменой соотношения вдуваемой смеси кислород/воздух и другими факторами добиваемся нужного результата. Существуют износостойкие, корозионностойкие, жаропрочные и другие чугуны.
Используемый в домне обогащенный кислородом воздух дополнительно нагревают в кауперах, обычно 3-4, стоящих рядом с домной башнях. В них попеременно то сжигают колосниковый газ, разогревая материал башни, то подают сквозь кауперы, попутно нагревая, смесь в домну. Так как регенератор поочередно то греется, то работает, их и делают несколько. Сама же домна работает непрерывно, процесс не останавливается ни на секунду от момента первой загрузки и до остановки на капитальный ремонт.
Смесь, вдуваемая через сопла фурмы в домну, может состоять не только из кислорода и воздуха. Для экономии кокса и повышения производительности часто используются добавки природного газа, водорода, мазута и других видов топлива – газообразного, жидкого или твёрдого. Мало того, одновременная подача природного газа и обогащенного кислородом воздуха необходима при плавке на передельный чугун, это обязательный элемент технологии.
Добыча металла – очень энергоёмкий процесс. Далёкий от металлургии средний человек часто даже не знает, что кроме кокса в больших количествах используется газ. Природный газ – как топливо, кислород – как окислитель. Одного угля в современных технологиях недостаточно. На Донбасс (самый промышленный регион Украины, с большой плотностью металлургических заводов) из России проведена отдельная ветка, так как производство требует огромного количества газа.
Кислород, нужный для металлургии, да и не только для неё, можно купить в компании «DP Air Gas». Компания продаёт, доставляет любые технические газы и их смеси, а так же производит всё сопутствующие работы, проверки и ремонты, покраску и замену ёмкостей, многое другое. Подробнее о ценах, услугах и проводимых компанией работах можно ознакомится здесь.
