Виникнення сталі за допомогою доменної печі

Перше залізо, яке людина добула на нашій планеті, було неземним.

Падаючі метеорити на землю мають залізну, або залізо-нікельову основу. Стародавні люди, вважали цей метал подарунком богів. Він приходив з неба і набагато перевершував за твердістю і міцністю всі відомі тоді матеріали. Через століття людина зрозуміла, що залізо лежить буквально в неї під ногами. Це один з найпоширеніших металів на планеті. Але в чистому вигляді, він не зустрічається. Щоб витягнути його з землі, довелося придумати і збудувати складний технологічний процес. Тільки в XIV столітті було винайдено пристрій, завдяки якому залізо, нарешті, стали виробляти у великих кількостях. Це була доменна піч! Пристрій, який відкрило в історії людства нову сторінку - залізну еру.

Доменна піч вісімнадцятого століття

Технічно те, що ми зазвичай називаємо залізом, насправді, залізом не є. Найчастіше це сплав заліза з вуглецем та іншими металами. Сталь - область її застосування величезна. Машинобудування, будівництво, транспорт. Сталь використовується скрізь. При цьому отримати її, неймовірно складно. Трикутним каменем усього процесу є доменна піч. Вона виплавляє чавун, перенасичений вуглецем сплав заліза, який потім і перетворюється на сталь. 

У давнину виплавляючи сталь в горнах, стародавні металурги отримували ще і чавун. Вони вважали його побічним продуктом, він був дуже крихким і абсолютно не піддавався куванню. Його називали свинським залізом, або попросту - свинею, чушкою. Звідси і пішла назва - чавун. Однак, потім металурги зрозуміли, що при повторному прожиганні в печі, чавун перетворюється на сталь хорошої якості. Так як зайвий вуглець, який придає сплаву крихкість, вигоряє. Сьогодні вже практично весь чорний метал робиться саме так. Спочатку в доменній печі виплавляється чавун, а потім вже з нього отримують сталь.

У 30-х і в післявоєнні роки в СРСР доменні печі росли, як гриби після дощу. Фраза «країні потрібен метал» знайшла втілення в десятках подібних агрегатах по всьому Радянському союзу. Сталевари - рекордсмени СРСР ставали народними героями, а про будівництво доменних печей, навіть знімали фільми.

У підсумку доменних печей було побудовано стільки, що після того, як Радянський союз розпався, і споживання металу впало, багато домн довелося зупинити і законсервувати. Про будівництво нових, взагалі не велося ось уже майже чверть століття.

За ці роки металургійні технології пішли далеко вперед. Але сам фізико-хімічний процес виплавки чавуну на сучасних доменних печах залишається колишнім. Він взагалі принципово мало змінився з XIV століття. Зверху в домну засипається шихта - це залізна руда і кокс (одержуваний з кам'яного вугілля ). Знизу, в так званий горн, через розташовані по колу фурми вдувається повітря збагачене киснем і природний газ. В результаті руда плавиться, залізо з'єднується з вуглецем і виходить чавун. Його залишається тільки злити...

При цьому, крім чавуну домна виробляє ще й шлак. Це побічний продукт доменного виробництва, по суті - відходи. В основному його переробляють на щебінь.

Доменні печі 21 століття є не тільки економічними, а й екологічними. Не таємниця, що процес виплавки чавуну завдає природі шкоди. Піч, як і людина, дихає киснем, дуже багато п'є води і їсть колосальну кількість сировини. При цьому вона природно виробляє безліч відходів. Але сучасні доменні комплекси проектуються так, щоб усі ці відходи не потрапляли у довкілля.

Температура всередині доменної печі досягає кілька тисяч градусів, щоб її корпус не прогорів, його потрібно постійно охолоджувати. А для цього потрібна велика кількість води. Вона подається до печі по спеціальних трубопроводах. Їх може бути сотні, тисячі кілометрів, які оперізують весь агрегат по колу. За день доменна піч може споживати стільки ж холодної води, скільки жителі невеликого містечка. При цьому вся вода, яка бере участь в охолодженні печі, знаходиться в замкнутому оборотному циклі. Тобто, після того, як вона остуджується, її знову закачують в корпус домни і так до нескінченності. 

Як і у будь-якій нормальній печі, у доменній печі, теж є своя димова труба. До речі, дим від сучасної печі, точніше доменний газ, теж може повторно використовуватися. Весь доменний газ, який утворюється в процесі плавки чавуну, після очищення його від пилу, може використовуватися як паливо. Основна його частина відправляється на утилізаційну ТЕЦ. Де відходи доменного виробництва, можна перетворити на доходи, використовуючи доменний газ для виробництва електроенергії. 

Виплавлений в доменній печі чавун зливається у величезні ковші і залізницею відправляється на наступний етап виробництва. У конвертерний цех. Тут з нього видаляється зайвий вуглець і він, нарешті, перетворюється на таку важливу і необхідну сталь.

Колись доменна піч подарувала людині залізницю, Ейфелеву вежу, автомобіль і хмарочос. Сьогодні, через шість століть з моменту винаходу, вона як і раніше залишається єдиним способом масового виробництва сталі. А нові печі, несуть із собою, нові можливості.