12.9. Образование чугуна и шлака

В твердом состоянии восстанавливающееся в доменной печи железо в виде губки частично науглероживается по реакциям: 1) 3Fe + 2CO = [Fe₃C] + CO₂; 2) 2CO = [C] + CO₂; 3) 3Fe + C = [Fe₃C]. Первые две реакции протекают за счет СО при 450- 600 ⁰С до содержания в губке 1% [С], третья - за счет углерода при более высоких температурах. Углерод понижает температуру плавления железа и начиная с 1200 ⁰С происходит расплавление частиц науглероженного железа и образований капель чугуна. Достигая горна, капли науглероживаются до 3,7-4,2%[С], в них переходят также восстанавливающиеся фосфор, марганец и кремний.

Появление первых порций жидкого шлака (расплава не восстановленных оксидов) предшествует началу образования чугуна. Горизонт образования первичного шлака не является постоянным и зависит от состава шихты и распределения поднимающихся газов. До 1100⁰С происходит спекание железосодержащих материалов с образованием химических соединений, например 2 FeО  SiO₂, при 1100-1150⁰С происходит размягчение кусков и их деформация. После образования первичного шлака в нем растворяются все большее количество оксидов SiO₂, Al₂O₃, CaO и MgO, а содержание восстанавливающихся оксидов FeО и MnO уменьшается. На горизонте фурм в состав шлака входит зола сгоревшего кокса и переходит сера из чугуна.

Для определения влияния шлаков на температуру в горне доменной печи необходимо учитывать горизонт их образования. Легкоплавкие шлаки, приходящие в горн с горизонта сравнительно невысоких температур, вызывают охлаждение горна, а хорошо прогретые, образовавшиеся ниже шлаки, приносят в горн тепло и способствуют повышению температуры.