Чугуны.

Чугун –самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2,14 % углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы.

Производство чугуна.

Основным способом получения чугуна является доменный процесс. Наибольшее количество чугуна идет на производство стали, некоторая часть доменного чугуна поступает на производство чугунных отливок.

Производство черных металлов включает в себя пять последовательно взаимосвязанных стадий: добычу сырья, подготовку его к плавке, выплавку в доменных печах чугуна, переплавку чугуна в сталь, прокат стальных слитков.

Исходные материалы для доменного процесса.

Для выплавки чугуна нужны железная руда, флюсы и топливо.

Железные руды. Руда (природное минеральное сырье) содержит металлы или их соединения в концентрациях и формах, приемлемых для промышленной переработки.

Виды железных руд.

1. Магнитный железняк содержит железо в виде окисла Fe₃O₄. Руда черного цвета, содержание Fe в среднем 60 – 70%.

2. Красный железняк содержит железо в виде окисла Fe₂О₃. руда красного цвета содержит Fe 50 – 60%. Это одна из лучших железных руд: легко восстанавливается, содержит малый процент серы и фосфора.

3. Бурый железняк содержит железо в виде водного окисла. Наиболее распространенными являются лимонит (2Fe₂O_{3 *} 3H₂O) и гетит (Fe₂O_{3 *} H₂O). Содержание железа 40 - 50%.

4. Сидериты (FeCO₃) – это наиболее бедные руды. Содержание железа в них 35 – 40%. Разновидности этих руд: шпатовый железняк, глинистый железняк и углистый железняк.

В процессе доменной плавки кроме руд используются и различные отходы: чугунный лом, чугунная стружка, загрязненный стальной лом и марганцевые руды.

Флюсы обеспечивают сплавление пустой породы руды, вредных примесей и золы топлива в относительно легкоплавкие шлаки. При выплавке чугуна в качестве флюса используют известняк (CaCO₃, иногда совместно с MgCO₃).

Топливо является не только источником теплоты, но и реагентом, восстанавливающим металл из его оксидов и других соединений. В качестве металлургического топлива применяют кокс, в настоящее время широко применяется высококалорийный природный газ – метан СН_4. Перспективным видом топлива является водород; его можно использовать для прямого восстановления железа.

Подготовка руд к плавке. Подготовка руд начинается с усреднения их химического состава. Затем руду сортируют по размерам: куски руды должны быть 15 – 35 и 35 – 50 мм. Обогащение руд ставит целью увеличение процентного содержания железа в руде за счет удаления пустой породы. Обогащение руд производиться различными способами, к ним относятся: промывка, магнитное обогащение. Так же производится обжиг руд благодаря которому железо, содержащиеся в руде в виде химического соединения Fe₂O₃, удается перевести в магнитный окисел Fe₃O₄, и после этого производят магнитное обогащение.

Промывают руду водой, которая подается во вращающиеся барабаны под давлением, при этом происходит механическое отделение пустой породы, которая уносится водой.

Магнитное обогащение применяется для руд, обладающих магнитными свойствами. Мелкоизмельченная руда подается на вращающиеся барабаны, внутри которых закреплены неподвижные мощные электромагниты. Железные окислы содержащие Fe в виде Fe₃O₄, магнитны; притягиваясь к барабану они удерживаются на нем, а пройдя магнитное поле попадают в специальное отделение. Пустая порода центробежной силой отбрасывается в сторону.

Агломерациейназывается процесс спекания мелких и порошкообразных руд, рудной пыли и окалины с коксовой мелочью. Агломерат является ценнейшим материалом для плавки чугуна, он очень легко восстанавливается, богат железом.

Огнеупорные материалы применяют для создания защитной внутренней облицовки (футеровки) металлургических печей, разливочных ковшей, химических аппаратов и т.д. Они должны обладать следующими свойствами: высокой температурой размягчения, хорошей химической стойкостью и постоянством объема при резких падениях температур. Огнеупоры подразделяются на:

1. кислые – динас: 93 – 96 % SiO₂, связка 2 – 3 % СаО; t_раб до 1730º С;
2. основные – магнезит: 91 – 94% MgO, связка 1 - 2 % СаО (остальное – Fe₂O₃, SiO₂, Al₂O₃); t_раб до 2000º С и выше (под нагрузкой размягчается при 1500º С);
3. нейтральные: шамотные, высокоглиноземные и хромитовые. Шамотные огнеупоры состоят из 28 -45 % Al₂O₃ и 50 -60 % SiO₂; t_раб до 1200º С (под нагрузкой) и до 1730º С без нее. Высокоглиноземные (72 – 95 % Al₂O₃) изделия сохраняют огнеупорность до 1920º С. Хромитовые содержат более 30 % Cr₂O₃ и до 40 % MgO, t_раб до 1800º С.