К наиболее распространенным рудным соединениям, содержащим железо, относятся: магнитный железняк Fe
04, красный железняк Fe
03, шпатовый железняк ЕеСОз, или углекислое железо (сидерин), железный колчедан — пирит FeS
. Железо входит в состав многих силикатов.
Процентное содержание железа в рудах колеблется от 2 до 26%. В уральских рудах содержится в основном 8—15% железа. Встречаются месторождения с содержанием железа до 50%. Чем больше процент содержания железа в руде, тем процесс получения чугуна облегчается и стоимость полученного железа уменьшается.
В нашей стране залежи железных руд очень велики и вполне обеспечивают развивающуюся гигантскими шагами промышленность. Советский Союз по залежам железа занимает первое место в мире. Наиболее богатые залежи железа находятся на Урале, в Кривом Роге, Карагандинской области, Крыму, районе Курской магнитной аномалии, районах Крайнего Севера и др.
Железо из рудных сосединений добывают методом восстановления. Руду добывают обычно открытым, карьерным или шахтным способом, доставляют на обогатительные фабрики, где подвергают измельчению и обогащению.
Обогащенные руды содержат до 70% железа. Процесс восстановления железа из руд производится в доменных печах углем. При сгорании уголь активно соединяется с кислородом окиси железа и освобождает железо от природы.
Доменные печи вместе с подсобными предприятиями представляют огромные промышленные сооружения.
По характеру работы доменные печи являются печами непрерывного действия. Будучи раз введена в действие, печь функционирует в течение нескольких лет.
Процесс получения железа в доменных печах может быть представлен следующим образом. Через верхнюю воронку доменной печи, которая называется кокошником, механически загружают шихту. Шихтой называется смесь железной руды, кокса и флюсов. Загрузка производится послойно: вначале кокс, затем руда и флюсы. В качестве флюсов используют известняк СаС0
и доломит СаСОз • MgCC>3. Флюсы применяются для понижения температуры плавления образующихся шлаков.
После загрузки доменной печи снизу через так называемые фурмы в домну вдувают подогретый до температуры 600—800° воздух или кислород. За счет горения кокса температура в нижней части печи поддерживается до 1800°, при этой температуре происходит выплавление металла.
По расчетам доменного процесса на каждую тонну выплавленного металла расходуется 2 т руды, 1 т кокса, 0,4 т известняка и 3 т воздуха. На 1 т металла получается 500 кг шлака.
Полученный металл и жидкий шлак периодически выпускают через специальные отверстия.
В процессе выплавки восстановленное железо сплавляется с углем и получается чугун. Чугун содержит углерода от 2,3 до 4,5% и другие примеси: серу, марганец, кремний, фосфор. Для промышленных целей чугун применяется редко вследствие своей хрупкости, недостаточной ковкости. С целью получения из чугуна ковкого железа и стали чугун подвергается дальнейшей обработке.
Процесс переработки чугуна в железо и сталь производится несколькими способами. Один из наиболее старых способов заключается в том, что расплавленный чугун заливают в конвертор (особую печь) и продувают воздухом. За счет кислорода воздуха углерод, содержащийся в чугуне, выгорает, при этом температура расплавленного чугуна повышается до 1700°, из конвертора вырывается пламя с оглушительным грохотом (рис. 72).
Период переработки чугуна этим способом продолжается 15—20 минут. Наиболее совершенным способом выплавки железа и стали является способ регенерации чугуна в мартеновских печах.
Мартеновские печи представляют собой сооружение, состоящее из печи и подогревателей воздуха. Расплавленный чугун загружают в печь и продувают подогретым в подогревателях воздухом.
В последнее время для получения стали из чугуна используют электрические