1.1.Производство чугуна

«Без исследований – нет прогресса».

Девиз комитета доменного производства

(Германия, 1869 г.)



В России до XVII в. производство железа носило кустарный характер. Выплавкой железа занимались отдельные крестьянские семьи или совместно несколько крестьянских дворов. Строили домницы на землях Новогородчины, Псковщины, в Карелии. В начале XVII в. появились доменные печи около Тулы, на Урале. Бурное производство чугуна началось при Петре I. Демидовыми на Урале была построена колоссальная по тем временам печь выстой в 13 м, выплавлявшая в сутки 14 т чугуна. Обилие руды, леса, воды, множество крепостных способствовали бурному развитию русской металлургии. Чугун начали экспортировать за границу. Россия занимает первое место в мире по выплавке чугуна. В 1763 г. М.В. Ломоносовым написан труд: «Первые основания металлургии или рудных дел». Эта книга в течение многих лет являлась единственным пособием для русских инженеров и техников.



Современная доменная печь – первый агрегат в технологической цепочке получения сплавов железа, а доменный процесс – главный процесс современной выплавки чугуна.

Как известно, более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве, приходится на черные металлы. По внешнему виду чистое железо имеет серебристо-белый цвет, пластично, хорошо сопротивляется воздействию кислот. Плотность железа – 7,87 г/см³, температура плавления – 1539 ^ОС, кипения – 3000 ^ОС. Валентность железа меняется от 2 до 4, что объясняет разнообразие его соединений в природе. Доля железа в земной коре составляет 4,7 %.

Древние египтяне называли железо «бинипет» – небесный металл. В античной Греции и среди жителей северного Кавказа оно было известно как «звездный металл», а славяне называли его «железо» – от «лезо» (лезвия). Латинское название железо – «феррум», видимо, происходит от греко-латинского «твердый» или «крепкий», «непреклонный», «нечувственный» (fars).

Чугун является железно-углеродистым сплавом, содержащим от 2,14 до 6,67 % углерода. Обычно в чугунах содержание углерода не превышает 4,5 %. Как постоянные элементы в чугун входят кремний, марганец, фосфор и сера, а также микропримеси других элементов, присутствие которых обусловлено особенностью доменного производства чугуна и составом руд, входящих в состав шихты (смесь сырых материалов, загружаемых в металлургическую печь).

Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, флюсы и топливо.

1.1.1.Основные материалы доменного процесса железные руды

С амородное железо-феррит встречается в земной коре крайне редко. В природе железо представлено в виде различных сложных и простых соединений, главным образом, с кислородом, входящих в состав минералов, называемых железными рудами. Железной рудой называют такую горную породу, извлечение железа из которой экономически выгодно на данной стадии развития техники.

Любопытным является расположение металлургических объектов в прошлом. В древности кузнецы добывали железную руду не в подземных рудниках, а… на болотах.

Особой удачей считалось найти руду, залегавшую на краю болота или у берега реки, на сухом месте. Академик В.М. Севергин писал в 1803 году: «жители руду..., отыскиваемую под березником или осинником, почитают лучшею, потому что из оной железо бывает мягче…», а под ельником – «жестче и кропче».

Академиком Рыбаковым Б.А. на основе трудов русских ученых прошлого века и отрывочных данных более ранних авторов составлены карта месторождений болотных, озерных и дерновых руд в Восточной Европе. Оказалось, что это сырье на землях славянских племен и их близких соседей был распространено именно там, где росли густые леса. Следовательно, русские кузнецы рудой были вполне обеспечены. Бери лодку или плот, выезжай на реку или заросшее камышом озеро и добывай вязкую красную массу черпаком на длинной рукоятке.

Основными типами железных руд являются:

• магнитные железняки (магнетиты) – Fe₃O₄ (магнитная окись железа);

• красные железняки (гематиты) – Fe₂O₃ (безводная окись железа);

• бурые железняки (лимониты) – 2Fe₃O₄*3H₂O (водная окись железа).

Содержание железа в различных рудах колеблется в достаточно широких пределах:

• в магнетитах и гематитах – свыше 50 %;

• лимонитах – примерно 37 %;

• сидеритах (углекислое железо) – 32 %;

• титаномагнетитах – 17 %.

К вредным примесям в руде относят серу, фосфор, мышьяк, цинк, свинец; к полезным – марганец, никель, ванадий, хром, кобальт, медь, титан и др. Неизбежной примесью руд является пустая порода, состоящая из кремнезема, глинозема, извести и магнезии.

По запасам и добыче железных руд Россия занимает одно из первых мест в мире. Географическое расположение месторождений, уровень запасов и тип добываемой руды приведены в табл. 5.

Таблица 5

Характеристика основных месторождений железных руд

Месторождение	Запас, млрд. т.	Тип руды
Курская магнитная аномалия: Лебединское, Михайловское, Стойленское	42	Гематитовые Железистые кварциты
Кольский полуостров: Оленегорское, Ковдорское	0,6 0,5	Магнетиты Железистые кварциты
Карелия: Костамукшское	1,2	Магнетиты Железистые кварциты
Урал: Качканарское Бакальское	до 12 до 1	Титано-магнетиты Магнетиты Сидериты
Западная Сибирь: Горная Шория	0,2	Магнитные железняки
Хакассия: Абаканское, Тейское	до 2	Магнетиты
Ангаро-Питский железнорудный район	1,4	Гематиты
Иркутская обл.: Коршуновское, Рудногорское	1	Магнетиты