Домна өндірісі

Домна өндірісі – металлургия зауыттарында темір рудаларын тотықсыздандыра балқыту арқылы шойын өндіру. Домна пештерінде қорыту процесі кокстің көмегімен жүргізіледі. Пешке үрленген ауа кокстің жануын, қорыту процесіне қажетті жылу мен жоғары температураны қамтамасыз етеді.

Шойын біздің заманымызға дейінгі IV-VI ғасырда белгілі болған. Аристотельдің темір өндіру әдістері туралы еңбектеріне қарағанда, шойын біздің заманымызға дейінгі IV ғасырда Жерорта теңізінің жағасындағы елдерде кеңінен танымал болған. Олар кен орындарынан шағын шахталық пештегі ағаш көмірінің қызуымен темір, болат алуды үйренген. Ресейде домна пештері алғаш 1630 жылы Тула мен Каширада пайда болды. Домна өндірісінің дамуына ауа үлеуіш машинасының іске қосылуы (И.И.Ползунов, 1766), ауаны қыздыру (Дж.Нилсон, 1829), регенеративті ауа қыздырғыштың ашылуы (Э.Каупер, 1857) үлкен әсер етті. 1913 жылы Ресейде 4,2 млн т шойын өндірілген болса, 1940 жылы КСРО 15 млн т шойын өндіріп, дүние жүзінде 3-орынға шықты. 1970 жылы шойын өндіру бойынша 1-орында болды. 1971 жылы КСРО-да 89,3 млн т шойын өндірілді. Домна өндірісін дамытуда совет металлургтері М.А.Павлов, М.К.Курако, И.П.Бардин елеулі еңбек сіңірді.

Қазіргі заманғы домна пеші – металлургия өндірісіндегі ең ірі әрі ең жоғары дәрежеде механикаландырылған агрегат. Ол шихтаны тиеу, ауаны қыздыру, оны пешке үрлеу, қорыту процесінің өнімдерін жинау және тасымалдау үшін қажетті өте күрделі механизмдермен, автоматты құралдармен жабдықталған. Домна пешінде жүзеге асырылатын процестер үздіксіз жүреді. Ең үлкен домна пешінің пайдалы көлемі 2700 м³. Теміртауда осындай бір пеш іске қосылған. 9-бесжылдықта көлемі 5000 м³ болатын домна пеші салынды. Домна пеші темір-бетонды фундаментке орнатылған көлденең қимасы дөңгелек биік шахта түрінде жасалады. Пештің негізгі бөліктері: колошник, шахта, пеш күймесі, пеш иіні және көрік. Шахта, пеш күймесі және пеш иіні жоғары сапалы шамот кірпішінен, ал көрік пен пештің табаны құрамында глиноземнің мөлшері көп кірпіштен немесе көміртекті болатты блоктардан қаланады. Пештің табанынан 600-1000 мм биіктікте шойын мен төменгі шлакты құйып алатын науа, одан 1400-1600 мм биіктікте шлак құйып алатын екі науа, ал көріктің жоғарғы бөлігінде ыстық ауа үрлейтін фурма, пештің күмбезінде домна газын алып кету үшін газ шығарғыштар және екі конустан тұратын шихта тиегіш аппарат орналасқан.

Испаниядағы домна пеші

Домна өндірісінде шихта агломераттан, окатыштан, темір рудаларынан (магнетит, гематит т.б.), отыннан және флюстен тұрады.

Флюс – шихта құрамындағы бос жыныс, отын күлі мен зиянды қоспаларды шлаққа айналдыру мақсатымен домна пешінің шихтасына қосылатын асбест тас. Ол шихтаға белгілі құрамы мен қасиеті бар шлак алу үшін де қосылады. Шихта материалдары әрбір 5-10 минутта жеке порциялар түрінде пешке тиеліп отырады. Колошникте кен, флюс, отын қабаттары белгілі ретпен орналасады. Домна процесі пештің түрлі бөліктерінде жүретін мынадай процестерден тұрады: кокстің жануы, шихтаның ыдырауы мен газдардың бөлінуі, темірдің тотықсыздануынан өзге тотықсыздану реакциялары, темірдің көміртектену және шлактың түрленуі. Сырттан үрленген қыздырылған ауада кокс жанады да, СО, Н₂ газдары түзіледі. Бұл газдар шихтамен әрекеттесіп, оны ыдыратады. Шихтаның ыдырауы колошникте 423-732 К-та жүреді. 573-1223 К аралығында темірдің жанама тотықсыздану процесі жүреді.

Бұл процесс СО газының көмегімен іске асырылады да, темірдің жоғарғы тотықтары төменгі тотықтарына (FeO) өтеді және СО₂ газы түзіледі. 1223 К-та жоғары жанама тотықсыздану реакциясы баяулап, темірдің шала тотығы FeO көміртектің көмегімен таза темірге дейін тікелей тотықсызданады. Көміртектің көмегімен 1373 К-та марганец, ал 1723 К-та кремний тотықсызданадаы. Фосфор мен күкірт СаО-ның көмегімен металлдан бөлініп шығады.

1313 жылы Қытайда домна өндірісі

Бірақ олар толық ажырамайды. 1423-1523 К-та темір көміртектенеді. Жоғары температурада кеннің құрамындағы бос жыныстар отын күлі және флюспен қосылып шлак түзеді. Көрікте жиналған шойынды және шлакты арнаулы каналдар арқылы құйып алады. Домна процесінің өнімдеріне әр түрлі маркалы шойындар (ақ және сұр шойын) және ферроқорытпалар, шлак, домна газы мен домна шаңы жатады. Ақ шойынның құрамындағы көміртек темірмен химия қосылыс түрінде (Fe3C) кездесетіндіктен, оның сынығы ақ түсті, өзі морт әрі қатты болады. Ақ шойын болат қорыту өндірісінің негізгі шикізаты болып табылады. Қазіргі кезде ол домна пешінде қорытылатын барлық шойынның 80-85%-ына тең. Сұр шойынның құрамында кремнийдің мөлшері көп болғандықтан, көміртек бос күйінде (графит) кездеседі. Оның сынығы сұр түсті, өзі аздап жұмсақтау. Сұр шойынды конструкциялық материал ретінде қолданады. Кейде оны құйма шойын деп те атайды. Ферроқорытпалар деп құрамында белгілі бір элементтің мөлшері шектен тыс көп кездесетін шойынды айтады. Олар болат өндірісінде шикізат ретінде қолданылады. Форреқорытпалар ферромарганец, ферросицилий, айна шойын болып бөлінеді. Домна шлагының құрамында 30-40% SiO₂; 10-20% Al₂O₃; 40-50% CaO болады. Ол құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Домна пешінің өнімділігі оның пайдалы көлемінің тәуліктік өнімділігіне қатынасымен анықталады. Қазіргі домна пештерінің өнімділігі 0,70-0,85 т/м³, тәуліктік пайдалы көлемдері 2000-3000 м³.