Стадия подготовки шихты
Окисление кокса
Для нагрева шихты и проведения химических реакций используется кокс. При доступе воздуха кокс окисляется до диоксида углерода:
«`
C + O₂ → CO₂
«`
Восстановление оксидов железа
Восстановление оксидов железа (гематита Fe₂O₃ и магнетита Fe₃O₄) монооксидом углерода (CO) происходит в два этапа:
Прямое восстановление магнетита
«`
Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂
«`
Прямое восстановление гематита
«`
Fe₂O₃ + CO → 2FeO + CO₂
«`
Стадия образования чугуна
Восстановление закиси железа (FeO)
Закись железа восстанавливается монооксидом углерода и водородом (H₂), образующимся при реакции водяного пара с коксом:
«`
FeO + CO → Fe + CO₂
FeO + H₂ → Fe + H₂O
«`
Окисление углерода
Углерод в коксе реагирует с диоксидом углерода, образуя монооксид углерода:
«`
C + CO₂ → 2CO
«`
Образовавшийся монооксид углерода далее участвует в восстановлении оксидов железа.
Образование кремния и марганца
При восстановлении оксидов железа также образуются кремний и марганец. Кремний восстанавливается из оксида кремния (SiO₂), а марганец — из оксида марганца (MnO).
Выделение чугуна
Восстановленное железо накапливается в нижней части доменной печи и образует чугун. Чугун является сплавом железа с углеродом, кремнием, марганцем и другими примесями.
Стадия образования шлака
Образование шлака
В доменном процессе образуется шлак, который представляет собой смесь оксидов кремния, алюминия, кальция и магния. Шлак образуется за счет реакции оксидов железа с примесями, содержащимися в руде и коксе.
Отделение шлака
Шлак отделяется от чугуна в нижней части печи. Шлак имеет более низкую плотность, чем чугун, поэтому он всплывает на поверхность и сливается.
Химические реакции, связанные со шлаком:
Реакция образования силиката кальция
«`
CaO + SiO₂ → CaSiO₃
«`
Реакция образования алюмосиликата кальция
«`
CaO + Al₂O₃ + 2SiO₂ → CaAl₂Si₂O₈
«`
Реакция образования магнезиального шлака
«`
CaO + MgO + SiO₂ → CaMgSi₂O₆
«`