Материаловед

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

К железным рудам относится магнитный, красный, бурый и шпатовый железняк.

Магнитный железняк (магнетит) содержит железо в виде Fe₃O₄ (закись-окись железа), обладающей хорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат 40…70 % железа и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднее других руд.  Основные месторождения –  Соколовское, Курская магнитная аномалия (КМА).

Красный железняк (гематит) содержит железо в виде Fe₂O₃ (безводная окись железа). Содержание железа составляет 55…60 % при малом содержании вредных примесей. Хорошо восстанавливается в доменных печах. Основные месторождения – Кривой Рог, КМА.

Бурый железняк (лимонит) содержит гидраты оксидов железа  2Fe₂O₃ ∙ 3H₂O и Fe₂O₃ ∙ H₂O. Содержание железа –  25…50 %. Гидратная влага,  легко удаляемая при плавке, делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Бурые железняки содержат значительное количество серы, фосфора и других вредных примесей. Основное месторождение –  Керчь.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли FeCO₃. Содержание железа – 30…37 %. Перед плавкой эти руды обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Основное месторождение – Байкальское.

Комплексные железные руды наряду с железом содержат другие полезные металлы, которые при доменной плавке переходят в чугун и улучшают его свойства.

Железные руды обычно содержат мало марганца, который необходим для получения чугуна. Поэтому в шихту (специально подготовленную смесь, содержащую руду, топливо и флюсы) для доменных печей добавляют марганцевые руды. Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца (10…82% ), а также  передельных чугунов, содержащих до 1% марганца. Mарганец в рудах содержится  в виде окислов и карбонатов: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ и др.

Хромовые руды применяются  для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов – хромомагнезитов.

Топливом для доменной плавки служит кокс, который играет двоякую роль: служит топливом и обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры; обеспечивает восстановление окислов железа. Возможна частичная замена кокса газом или мазутом.

Флюсом является известняк CaCO₃ или доломитизированный известняк, содержащий CaCO₃ и MgCO₃, так как в шлак должны входить основные оксиды (CaC, MgO), которые необходимы для удаления серы из металла. В их состав входит минимальное количество вредных примесей.