Исходным Сырьем для получения большинства металлов служат природные минеральные смеси, образующие горные породы и называемые рудами. Металлы в рудах содержатся обычно в виде окислов, сульфидов и соединений с некоторыми другими элементами. Руды, из которых извлекаются не один, а несколько металлов, называются полиметаллическими. Кроме соединений основного металла, руды содержат так называемую пустую породу, представляющую собой минеральные смеси и сложные соединения других природных окислов металлов, главным образом кремния, алюминия, кальция, магния и др.
В железных рудах железо содержится в виде окислов (Fе304, Ре20з). Наиболее богатыми рудами являются магнитные железняки (55 – 65 % Fe), наиболее бедными – шпатовые железняки (30 – 40 % Fe). Пустая порода железных руд состоит из окислов кремния, алюминия (А120З), карбонатов и окислов кальция и магния, образующих сложные соединения.
Первичным продуктом, получаемым из Железных руд, является чугун. В дальнейшем чугун служит исходным материалом для получения стали и железа. Чугун получают в доменных печах путем высокотемпературной восстановительной плавки. Шихтовыми материалами для выплавки чугуна являются железные руды, топливо, флюсы.
Руду для доменной плавки подвергают предварительной подготовке, состоящей в дроблении крупных кусков, обогащении, усреднении по химическому составу и окусковании обогащенного концентрата и мелкой руды. Для обогащения железных руд применяют главным образом метод магнитной сепарации, основанный на различии магнитных свойств окислов железа и частиц пустой породы руды, и гравитационный метод обогащения, при котором более легкая пустая порода отделяется от тяжелой железосодержащей рудной части, либо под действием пульсирующей вертикально направленной струи воды, либо в тяжелых суспензиях. После обогащения концентрат содержит до 63 – 65 % Fe. Окускование концентрата и мелкой руды производится путем спекания (агломерации) или окомкования в увлажненном состоянии. Топливом в доменных печах служит каменноугольный кокс, имеющий достаточную теплотворную способность и механическую прочность при высоких температурах. Флюсами являются минералы образующие при взаимодействии с компонентами пустой породы легкоплавкие шлаки. При доменной плавке флюсами обычно служат известняк (СаС03) и доломит (СаСОз-МдСОз). Флюсы можно давать непосредственно в доменную печь одновременно с рудой и коксом или вводить в шихту предварительно в процессе агломерации руды. Для обеспечения сгорания топлива в печь подают воздушное дутье или воздух, обогащенный кислородом. В потоке горячего воздуха раскаленный кокс сгорает, в фокусе сгорания развивается температура 1800–1900° С. Образовавшаяся газообразная окись углерода является основным восстановителем при доменной плавке. Восстанов-ление окислов железа окисью углерода наиболее интенсивно протекает при 750 – 900° С. При более высокой температуре закись железа восстанавливается также твердым углеродом кокса и сажистым углеродом. В результате образуется твердое восстановленное губчатое железо, которое при 1100–1200° С взаимодействует с углеродом кокса и окисью углерода с образованием карбида железа РезС. Карбид железа растворяется в железе, образуется жидкий железоуглеродистый сплав, постепенно по каплям стекающий в горн. Соприкасаясь с коксом, жидкий сплав дополнительно науглероживается и получается жидкий чугун с содержанием углерода до 4,0–4,4 %.
