«Неправильное» плавление железа

Температура плавления железа, по справочным данным, составляет 1530° С. Однако зона расплавления в доменном процессе приходится на температуру 1100—1200° С.

Доменный процесс характеризуется наличием в сырье большого количества углеродсодержащих материалов (кокса, карбонатов, монооксида углерода, диоксида углерода), поэтому, строго говоря, плавится при 1100—1200° С не чистое железо Fe, а его смеси с углеродом. Так, реакции восстановления железа из магнетита Fe304 начинаются уже при 400° С в верхней части домны и продолжаются в более низких областях доменной шахты (900° С): Fe304 + 2C = 3Fe + 2C02.

Образующееся в этих условиях железо имеет губчатую структуру, причем на его весьма развитой поверхности происходит каталитически ускоренный распад монооксида углерода СО: 2COi=?C02 + C.

Углерод поглощается железом, частично превращаясь в карбид железа Fe3C — цементит (см. 3.45): 3Fe + C = Fe3C, а частично — растворяясь в массе металлического железа. Подобные процессы идут и при непосредственном контакте железа с коксом.

В результате этого температура плавления железа снижается: каждый процент поглощенного углерода дает почти 100-градусное снижение температуры плавления. В результате смесь железа с углеродом, содержащая 4% углерода, плавится при 1080° С. Затвердевание этой смеси дает сплав, который называют чугуном.