7.2. Исходные материалы для выплавки чугуна

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Основным видом сырья служат железные руды, содержащие химические соединения железа с кислородом и пустые породы из глинозема (Al₂O₃), оксидов кальция и магния (СаО, MgO) и др.

Ценность железной руды определяется содержанием в ней железа. Наличие вредных примесей (серы, фосфора и др.) обусловливает ухудшение качества получаемого чугуна и необходимость дополнительных затрат по их удалению.

В Украине добываются железные руды: красный железняк (Fe₂O₃) с содержанием железа 55-60% (Криворожское месторождение) и бурый железняк (2Fe₂O₃ 3H₂O) с содержанием железа 35-50% (Керченское месторождение).

Железные руды кроме основного компонента содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы, которые при доменной плавке переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства.

Источниками тепла для расплавления руды служит топливо – кокс, который получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000-1100 градусов без доступа воздуха. Кокс также участвует в химических реакциях производства чугуна.

В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы – минеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы).

Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой. Для получения высококачественного чугуна необходима соответствующая подготовка шихтовых материалов. Подготавливаемая к плавке руда должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков (20-40 мм), поэтому крупные куски подвергают дроблению, а мелкие и пылевидные фракции – окускованию. При низком содержании в руде железа её подвергают обогащению (бедные железные руды Криворожских ГОКов) в основном путем магнитной сепарации в сочетании с обжигом и флотацией.

В настоящее время более 25% железных руд проходят предварительную подготовку к плавке с тем, чтобы в доменную печь поступало железорудное сырье определенной крупности, равномерного химического состава, с высоким содержанием железа и хорошей восстановимостью. Чем тщательнее подготовлена руда к плавке, тем ниже расход топлива и выше качество чугуна.

Основными видами подготовки железных руд являются обогащение руд и окускование рудной мелочи. Наиболее распространенные способы окускования – агломерация и производство окатышей (окомкование). Агломерация руд заключается в том, что в шихту вводят флюсы и другие полезные добавки и путем сжигания топлива в слое спекаемого материала получают пористый, прочный и хорошо восстанавливаемый в доменной печи материал – офлюсованный агломерат. С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме сырья начал применяться новый способ подготовки руды – окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании частиц исходной шихты и последующем обжиге полученных окатышей размером 25-30 мм, которые содержат 70-95 % железа, однородны по составу и имеют высокую механическую прочность.