Сырье для производства чугуна и его подготовка

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Руды представляют собой горные породы, содержащие главным образом химические соединения железа с кислородом и пустые породы, состоящие из кремнезема, глинозема, оксидов кальция и магния. Ценность руды определяется содержанием в ней железа, степенью восстановимости, видом и составом пустых пород, содержанием вредных примесей. Вредными примесями являются сера и фосфор. Промышленное значение имеют следующие виды руд:

1. Магнитный железняк – содержит 45-70% железа в виде оксидов 2-ух и 3-ех валентного железа (Fe₂O₃, FeO₂). Цвет руды темный от серого до черного. Месторождения – Урал, Сибирь.

2. Красный железняк – 55-60% железа в виде окисла Fe₂O₃ без вредных примесей. Цвет руды от вишнево-красного до серого. Месторождения – Украина, Курск, Белгород.

3. Бурый железняк – 35-50% железа в виде кристаллогидрата оксида железа (2Fe₂O₃ – 3H₂O). Руда бурого цвета и имеет много примесей, легко восстанавливается. Месторождения – Урал, Казахстан, Украина.

4. Шпатовый железняк – 30-45% железа. Руда желтовато-бурого цвета.

Железные руды кроме основного компонента содержат никель, ванадий, кобальт и др. элементы. При доменной плавке они переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства. При значительном содержании элементов проводят их извлечение. Такие руды называют комплексными, а переработку – комплексной. Кроме железных руд для производства чугуна используют железосодержащие отходы мартеновского производства и марганцевые руды. Источником тепла для расплавления руды служит топливо. Тепло участвует в химических реакциях, восстанавливает железо. В качестве топлива при производстве чугуна используют кокс и природный газ. Кокс получают из коксовых углей путем нагрева в специальных печах до t^o=1000-1100 ^oC без доступа воздуха. Эффективным заменителем кокса является природный газ. При выплавке также используются флюсы, представляющие собой минеральные вещества, добавляемые в шихту (смесь) для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлаков ненужных компонентов (золы, серы и др.).

Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах, называется шихтой. Для лучшего использования доменных печей необходима подготовка шихтовых металлов к плавке. Руда должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков. Мелкие пылевидные фракции подвергают окускованию, а крупные – дроблению. Бедные руды подвергают обогащению, т.е. удалению значительной части пустой породы. В полученном концентрате возрастает содержание полезного элемента. Обогащение проводят с помощью обжига, флотацией, магнитной сепарацией. Подвергают подготовке и другие шихтовые материалы (кокс подвергают грохочению). Флюсы, руда и топливо послойно загружаются в доменную печь.