Металлургия черных металлов

Чугун получают из железных руд при высоких температурах в результате восстановительных процессов (химический процесс, при котором от окислов металлов отнимается кислород).

Наиболее ценными рудами для получения чугуна считаются магнитный железняк Fe304, красный железняк Fe203, бурый железняк 2Fe203-3H20 и шпатовый железняк FeC03 с содержанием незначительного количества вредных примесей (фосфора, серы и мышьяка).Для повышения содержания железа и уменьшения примесей руда обогащается механическим измельчением, отбором пустой породы, не содержащей железа, предварительным обжигом или спеканием руды и кокса в агломерат.

Для получения чугуна железные руды или агломерат перерабатывают в доменных печах. Исходными материалами для доменной плавки являются руда, флюсы (плавни) и топливо, которые загружаются в доменную печь сверху в количествах, определяемых расчетами. В доменной печи происходят следующие основные процессы:
а) горение углерода топлива в области фурм, через которые подается воздух, обогащенный кислородом C-j-02-C02-f-AQ.Здесь и в дальнейшем реакции с выделением тепла обозначаются +AQ и поглощением -AQ;
б)восстановление углекислоты в окись углерода за счет проис-ходящей реакции углекислоты с новыми слоями раскаленного коксав области заплечиков С02+С-2СО-AQ;
в) удаление из сырых материалов влаги и летучих веществ;
г)восстановление железа из его окислов окисью углерода, угле-родом и водородом, получающимися в результате разложения водыи ряда углеводородов в зоне с температурой от 400 до 950° С. Вос-становительный процесс окисью углерода может быть представленследующими реакциями:
3Fe203 + СО2Fe304 + С02 + ДО; Fe304 + СО —► 3FeO + СОо — ДО; FeO + СО — Fe + С02 + ДО;
д)науглероживание в горне твердого железа окисью углеродаи расплавленного железа раскаленным углеродом с образованиемпри этом цементита Fe3C;
е) плавление восстановленного и науглероженного металла и ошлакование пустой породы руды и флюсов, применяющиеся для удаления из металла вредных примесей.

Образовавшийся чугун собирается в горне печи.Большую часть (75—80%) доменного чугуна изготовляют для передела на сталь. Этот чугун называется передельным и является преимущественно белым чугуном, в котором весь углерод содержится в химически связанном состоянии в виде F3C.При медленном охлаждении и значительном содержании кремния (до 3—4%) может быть получен серый чугун. Меньшую часть (15—20%) чугуна изготовляют для литья в виде серого литейного чугуна.Имеются некоторые разновидности руд, из которых можно выплавлять литейные легированные чугуны уже в процессе плавки за счет наличия в руде таких примесей, как хром, никель, ванадий, титан.Помимо передельных и литейных чугунов, выплавляются специальные ферросплавы (2—3%), применяемые в качестве добавок в литейные чугуны и для присадок при плавке углеродистой и специальных сталей.