1. Краткие сведения о металлургическом производстве Состояние и тенденции развития черной металлургии Способы производства металлов и сплавов

4. Производство чугуна

Чугуны довольно широко применяются в различных отраслях народного хозяйства, являясь одним из основных материалов современности. Возможность воздействовать на строение чугуна, варьируя химический состав, условия кристаллизации, термической обработки, делает чугун универсальным литейным материалом с довольно широким комплексом эксплуатационных свойств.

На заре металлургии железо получали в сыродутных горнах, в которые сверху загружали руду, древесный уголь, а снизу мехами подавали воздух. Восстановленное из руды пористое железо (крицу) проковывали затем на изделия. С ростом потребности в металле горны увеличивались в размерах, превратились в домницы.
Восстановленное в них железо содержало много углерода и не ковалось — так был получен чугун. Когда люди научились перерабатывать его в сталь, домницы стали расти и преврати­лись в домны. Резко возросло количество чугуна, а процесс получе­ния стали надолго стал двухступенчатым: получение чугуна; пере­работка его в сталь. В настоящее время до 80...85% производящего­ся чугуна расходуется на производство стали. Остальной чугун идет для производства литья.
Большой вклад в развитие доменного процесса внесли совет­ские ученые — академик М. А. Павлов, М. К. Курако, А. А. Байков и др.
Исходные материалы доменной плавки
Сырьем для выплавки чугуна служат железные руды (основное сырье), флюсы и топливо. Иногда используются и марганцевые руды. Железо в рудах в основном находится в виде окислов, реже в виде карбоната FеСО₃. В черной металлургии применяют различные виды железных руд. Флюсами, или плавнями, называются примеси, прибавляемые при выплавке металлов с целью образования шлака надлежащей степени плавкости. Впрочем, часто флюсами называются также примеси, прибавленные с целью разложить то или другое металлическое соединение или растворить металл или его соединения в массе прибавленного вещества.
Магнитный железняк содержит 50...60% Fе в виде магнитной окиси Fе₃О₄ (магнетит). Красный железняк содержит 50...70% Fе в виде безводной окиси Fе₂О₃ (гематит). Это богатые руды, отличающиеся небольшим содержанием фосфора и серы. Пустая порода — кремнеземистая. Наиболее крупные залежи этой руды находятся в Кривом Роге. Бурый железняк содержит 25...50% Fе в виде гидроокиси 2Fе₂О₃*ЗН₂О (лимонит) и Fе₂О * Н₂О (гетит). Это бедные руды, загрязненные мышьяком, фосфором. Пустая порода — глинистая или кремнеземисто-глиноземистая. Бурые железняки предварительно обогащают. Шпатовый железняк — бедная руда, содержащая 30...40% Fе в виде карбоната FеСО₃ (сидерит). Эта руда легко восстанавливает­ся, содержит мало серы и фосфора. При производстве чугуна используются также марганцевые руды — добавка для введения в чугун марганца и исходный мате­риал для производства ферромарганца. Марганцевые руды содержат 20...55% Мn в виде различных окислов и встречаются в природе реже, чем железные. Богатыми считаются руды, содержащие 45...52% Мn. К комплексным рудам относятся железомарганцевые, хромистые, ванадиевые и др. В процессе доменной плавки сопутствующие элементы играют различную роль. Так. никель, хром, титан, ири­дий переходят в чугун. Они улучшают физико-механические пара­метры чугуна и поэтому считаются полезными примесями. Но в чугун попадают и вредные примеси — сера, мышьяк, фосфор. Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов.
В доменной плавке используют также некоторые отходы про­изводства: колошниковую пыль, спекающуюся перед плавкой с железной рудой; шлаки сталеплавильного производства с повышен­ным содержанием марганца; окалину и сварочный шлак прокатного и кузнечного производства. Роль флюсов в доменном процессе играют известняк или доломитизированный известняк.
Основным видом топлива является кокс в виде довольно крупных, прочных и пористых кусков с высоким содержанием углерода. Прочность кокса позволяет применять его в печах большого объема. На 1 т чугуна расходуется 550 кг кокса — дорогого дефицитного вида топлива. В современном производстве в качестве топлива используют и природный газ, который выгоден и в экологическом плане.