Виробництво чавуну сировина для виробництва чавуну, Металургійнийпортал

Залізні руди

Залізні руди є гірські породи, у тому числі при даному рівні розвитку техніки, економічно доцільно витягувати залізо. Верхня зона земної кори потужністю близько 16 км містить у середньому 4,9% Fe, що входить до складу понад 350 мінералів гірських порід. Такі поширені гірські породи як граніт, базальт містять 3 – 9% Fe. Однак, нині такі бідні залізом породи поки не використовуються. Залізо в земній корі в чистому вигляді не зустрічається, а знаходиться зазвичай в сполуках з киснем, оскільки має порівняно велику спорідненість до кисню.

У природі в більшості випадків залізо зустрічається у вигляді:

магнітного окису заліза Fe3 О4 (магнітний залізняк або магнетит);
безводного окису заліза Fe2 O3 (червоний залізняк або гематит);
водного окису заліза Fe2 O3 ⋅ nH2 O (бурий залізняк або гетит);
з'єднання заліза з двоокисом вуглецю FeСO3.

Магнітний окис заліза

Магнітний окис заліза в рудах представлений мінералом магнетитом. Руду, що містить переважно магнетит, називають магнітним залізняком. Магнетит можна розглядати як закис-окис заліза FeO ⋅ Fe2 О3. Під дією вологи та кисню атмосфери закис заліза в молекулі FeO ⋅ Fe2 О3 реагує з киснем повітря, переходячи в безводний окис заліза Fe2 О3.

Магнітний залізняк зустрічається зазвичай у вигляді міцних шматкових руд. Він містить: 55 - 60% Fe, 0,02 - 2,5% S, 0,02 - 0,7% Р і зазвичай кислу порожню породу (SiO2, Al2О3). Магнетит характеризується високою магнітною сприйнятливістю, і тому магнітні залізняки можна збагачувати електромагнітним способом.

Безводний окис заліза

Безводнаокис заліза у рудах представлена мінералом гематитом. Руду, що містить переважно гематит називають червоним залізняком, що є продуктом вивітрювання магнітних залізняків або значною мірою окисленим магнетитом. Руди бувають кусковаті, іноді пилоподібні. У щільних породах колір гематиту змінюється від сталевого до сталево-чорного. Для пилоподібних руд характерний червоний колір. Червоний залізняк містить 50 - 60% Fe, і зазвичай у таких рудах міститься мало сірки та фосфору. Порожня порода таких руд зазвичай складається з SiO2 та Al2 O3.

Водний окис заліза

Водний окис заліза представлений у рудах зазвичай мінералами лимонітом або гетитом. Руди, що містять ці мінерали, називаються бурими залізняками (загальна формула Fe2 O3 ⋅ nH2 O). Бурий залізняк утворюється під час окислення залізних руд інших типів. Він найбільш поширений у земній корі, але використовується порівняно у невеликій кількості, тому що важко піддається збагаченню. У рудах, що добуваються, зазвичай міститься 25 - 50% Fe і підвищена кількість фосфору (0,5 - 1,5% Р). Склад руди буває різноманітний у різних, а й у межах одного родовища.

Бурі залізняки, руди, що легко відновлюються, завдяки малій щільності і великій пористості. Найчастіше руди забруднені шкідливими домішками – фосфором, сіркою, миш'яком. Порожня порода глиниста, іноді кремністо-глиниста.

Карбонат заліза

Карбонат заліза представлений в руді мінералом сидеритом або вуглекислим залізом FeCO3 і руди, що містять в основному сидерит, називаються шпатовими залізняками. У рудах міститься 30 - 40% Fe. Часто сидерити містять сірку.

Крім зазначених сполук заліза, в рудах присутні різні сполуки порожньої породи та домішки, які в залежності від виду плавки можуть бутикорисними та шкідливими.

Корисні домішки

Корисними домішками є марганець, нікель, хром, ванадій.

Марганець покращує механічні властивості чавуну та сталі, сприяє видаленню сірки при десульфурації рідкого металу. Нікель та хром підвищують корозійну стійкість сталі. Сприятливий вплив на якість сталі надають ванадій та титан.

Шкідливі домішки

Шкідливими домішками є сірка, фосфор, миш'як, цинк, свинець, мідь. Сірка надає металу червоноламкості, знижуючи його механічні властивості. Фосфор викликає в металі холоднокламкість, що погіршує властивості металу при низьких температурах. Миш'як знижує зварюваність металу, погіршує механічні властивості. Крім того, є сильною отрутою і присутність його неприпустима у металовиробах, що застосовуються в харчовій промисловості (ємності для варіння їжі, консервні банки). Цинк і свинець не розчиняються в чавуні, тому вони можуть впливати з його якість. Однак, цинк при плавці виганяє і пари його, проникаючи в шви кладки, призводять до збільшення її об'єму та руйнування кожуха печі. Свинець також сприяє руйнуванню футерування печі. Мідь знижує зварюваність металу і надає йому червоноламкості.

Однак, у деяких випадках, фосфор та мідь можуть бути корисними домішками. Наприклад, при виплавці деяких марок стали.

Порожня порода руд переважно складається з SiO2, Al2O3, СаО та MgО, які знаходяться у вигляді різних сполук. Для доменної плавки бажано, щоб відношення (СаО + MgО) / (SiO2 + Al2O3) ≈ 1. У цьому випадку знижується або відпадає потреба у флюсі, збільшується рухливість доменних шлаків. У природі такі руди трапляються дуже рідко і називаються самоплавкими.