Доменный процесс — это высокотемпературный процесс производства чугуна путем восстановления оксидов железа в руде с помощью кокса.

Сущность доменного процесса:

1. Загрузка доменной печи: доменная печь — это вертикальная печь высотой около 30-100 метров. Печь загружается железной рудой, коксом и флюсом (известняком). Руда содержит оксиды железа (Fe2O3, Fe3O4), кокс — углерод (C), а флюс — карбонат кальция (CaCO3).

2. Коксование: в нижней части печи горит кокс, создавая высокую температуру (около 1500-1600 °C). Кокс сгорает с образованием углекислого газа (CO2), который поднимается вверх по печи.

3. Восстановление оксидов железа: углекислый газ, поднимаясь вверх по печи, встречается с горячим коксом. В результате реакции образуется монооксид углерода (CO):

«`
CO2 + C → 2CO
«`

CO далее поднимается вверх и реагирует с оксидами железа в руде:

«`
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
«`

Оксиды железа восстанавливаются до металлического железа (Fe), которое стекает вниз по печи.

4. Плавка железа: раскаленное жидкое железо собирается в нижней части печи и называется чугуном. Чугун содержит не только железо, но и примеси, такие как углерод, кремний и марганец.

5. Образование шлака: флюс (известняк) разлагается при высокой температуре с образованием оксида кальция (CaO). CaO реагирует с кремнеземом (SiO2), присутствующим в руде, образуя шлак:

«`
CaO + SiO2 → CaSiO3
«`

Шлак — это легкоплавкая смесь, которая плавает на поверхности жидкого чугуна. Он поглощает примеси и облегчает отделение чугуна от шлака.

6. Выемка продуктов: чугун и шлак периодически выпускаются из печи. Чугун используется для производства стали или других чугунных сплавов. Шлак используется в строительстве или в качестве флюса в других металлургических процессах.