Доменний процес являє собою сукупність механічних, фізичних і фізико-хімічних явищ, що протікають в працюючій доменній печі. Шихтові матеріали - кокс, залізовмісні компоненти і флюс - в результаті протікання доменного процесу перетворюються в чавун, шлак і доменний газ.
У хімічному відношенні доменний процес є відновлювально-окислювальним: з оксидів відновлюється залізо, а окислюються відновники.
Залізо надходить в доменну піч у вигляді оксидів: агломерат вносить Fe3 O4 і трохи Fe2 O3 і FeO, окатиші Fe2 O3 і Fe3 O4. причому частина цих оксидів знаходиться в вигляді хімічних сполук з іншими оксидами.
Мета доменного процесу - витяг заліза з цих оксидів шляхом їх відновлення.
ДП - агрегат шахтного типу, її робочий простір в горизонтальних перетинах має круглу форму, а в вертикальному розрізі - своєрідне обрис, зване профілем. Профіль печі (рисунок 20) складається з елементів: горна 2, заплічок 3, распара 4, шахти 5 і колошника 6. Форма профілю і розміри його елементів визначено сутністю процесів, що протікають в доменній печі.
Однією з умов здійснення доменного процесу в робочому просторі печі є безперервне зустрічний рух і взаємодія опускаються шихтових матеріалів, що завантажуються в піч через колошник, і висхідного потоку газів, що утворюється в горнилі при горінні вуглецю коксу в нагрітому до 1000-1200 ° С повітрі (дуття), який нагнітається в верхню частину горна через розташовані на його окружності фурми. До дутью може додаватися технічний кисень, природний газ, мазут, пиловугільне паливо, водяна пара.
1 - чавунна льотка; 2 - горн; 3 - заплечики; 4 - распар; 5 - шахта; 6-колошник; 7, - засипної апарат; 8 - горизонт освіти чавуну; 9-горизонт освіти шлаку; 10 - зони горіння коксу; 11 - шар шлаку; 12 -шлаковая вічка; 13 - шар чавуну.
Малюнок 20 - Розріз доменної печі
Кокс надходить в горн нагрітим до 1400 - 1500 ° С. У зонах горіння 10 вуглець коксу взаємодіє з киснем дуття по реакціях
Утворений в зонах горіння діоксид вуглецю при високій температурі і надлишку вуглецю нестійкий і перетворюється в оксид вуглецю по реакції
СО2 + С → 2СО - 165,797 МДж (39600 ккал). (38)
ШМ завантажують в доменну піч за допомогою засипного апарату 7 окремими порціями - подачами. Вони розташовуються на колошнике шарами, що чергуються коксу, руди або агломерату і флюсу при роботі на неповністю офлюсовані агломерату. Завантаження подач виробляють через 5-10 хв із звільненням простору на колошнике в результаті опускання матеріалів.
В процесі нагрівання опускаються матеріалів відбувається видалення з них вологи і летких речовин коксу і розкладання карбонатів. Оксиди заліза під дією відновлювальних газів СО та Н2. а при температурі вище 1000 ° С і твердого вуглецю коксу поступово переходять від вищих ступенів окислення до нижчих, а потім - в металеве залізо за схемою
Свежевосстановленное залізо науглероживается ще в твердому стані. У міру науглероживания температура плавлення його знижується. При температурі 1100 - 1200 ° С відновлення заліза майже закінчується і починають відновлюватися більш важковідновні елементи - кремній, марганець і фосфор. Науглероженного залізо, що містить близько 4% вуглецю і деяку кількість кремнію, марганцю і фосфору, плавиться при температурі 1150 - 1180 ° С і стікає у вигляді крапель чавуну в горн. У нижній половині шахти починається утворення рідкого шлаку із складових частин порожньої породи руди і флюсу (SiO2. А12 О3. CaO, MgO). Зниження температури плавлення шлаку сприяють невідновлені оксиди заліза і марганцю (FeO і МnО). У стікає вниз шлаку під дією зростаючої температури поступово розплавляється вся порожня порода і флюс, а після згоряння коксу - і зола.
При взаємодії рідких продуктів плавки з розпеченим коксом в заплічок і горні відбувається відновлення кремнію, марганцю і фосфору з їх оксидів, розчинених в шлаку. Тут же поглинена металом в ході плавки сірка переходить в шлак. Залізо і фосфор практично повністю відновлюються і переходять в чавун, а ступінь відновлення кремнію і марганцю і повнота видалення з чавуну сірки залежать від температурних умов, хімічного складу шлаку і його кількості. В результаті виходить чавун наступного хімічного складу,%: 4,0 - 4,5 С; 0,3 - 1,2 Si; 0,2 - 1,2 Mn; 0,15 - 0,2 Р; 0,02 - 0,07 S.
Рідкі чавун і шлак поділяються в горні завдяки різним питомим масам. В міру накопичення їх в горні чавун випускають через чавунну летку 1, а шлак - через шлакові льотки (верхній шлак) і чавунну летку під час випуску чавуну (нижній шлак).
Всі перераховані процеси протікають в доменній печі одночасно, надаючи взаємний вплив один на одного.