Основным промышленным способом получения чугунов является доменный процесс, где в качестве сырья применяются руды, кокс, их заменители, а также флюсы.

Рудами называют минеральные массы, из которых экономически целесообразно извлечение металла или необходимого элемента. Наиболее крупные и богатые полезными компонентами скопления руд называются месторождениями, а их скопления, которые экономически "целесообразно разрабатывать, — промышленными месторождениями. Минимальное содержание металла, при котором целесообразно промышленное использование руд, называется кондиционным.

Металлические руды, добытые из недр, называются сырыми. Из них посредством проведения подготовительных операций получают товарную руду.

К подготовительным операциям относятся дробление (измельчение), грохочение (классификация), окускование, обогащение, обжиг и усреднение химического состава.

Дробление производят для придания кускам минерала определенной крупности и раскрытия (освобождения)

зерен рудного минерала, грохочение — для разделения руды по крупности кусков.

Окускование представляет собой искусственное получение кусков руды более крупных размеров. Оно осуществляется посредством агломерации, или брикетирования. Агломерация — это процесс спекания мелких рудных частиц с целью получения агломерата. Если в состав агломерационной шихты вводится вещество, способствующее лучшему ведению металлургического процесса (флюсы), то получаемый агломерат называется офлюсованным. Если агломерации подвергается тонкоизмельченная руда, то прежде всего во вращающихся барабанах ее превращают в окатыши.

Исходным сырьем для агломерации служат рудная мелочь и колошниковая пыль (отход доменного производства), мелкий кокс, имеющий куски размером менее 3 мм (8—12 % по массе), или каменноугольная мелочь. Брикетирование представляет собой прессование рудной массы в брикеты с добавлением связующих или без них.

Обогащение проводят с целью повышения содержания железа в руде посредством отделения от нее пустой породы. Отделенную от руды пустую породу называют хвостами. При глубоком обогащении руд с низким содержанием железа получают продукт, называемый концентратом. Основными методами обогащения являются рудоразборка, а также гравитационное, электромагнитное, флотационное и химическое обогащение.

Обжиг — подготовительная операция для руд, содержащих воду в связанном состоянии, а также углекислоту и серу. Его проводят в рудообжиговых печах при температуре 600—800°C.

Усреднение химического состава — это приведение руды к однородному составу по процентному содержанию компонентов.

Наибольшее значение в металлургии черных металлов имеют железные, марганцевые и хромовые руды.

Руда состоит из рудного минерала, пустой породы и примесей. Рудные минералы железных руд представляют собой окислы, карбонаты, сульфиды и некоторые другие соединения. Главными из них являются магнетит, гематит, лимонит, сидерит, ильменит и пирит.

Магнетит (магнитный железняк) FeO₄ — минерал черного цвета с металлическим блеском и содержанием железа 40—70 %. Обладает высокими магнитными свойствами.

Гематит (красный железняк) Fe₂O₃ представляет собой минерал от буровато-красного до черного цвета с металлическим блеском и содержанием железа 45— 65 %. Кроме железа в гематите присутствует большое количество примесей других металлов (титана — до 11 %, алюминия — до 14, марганца — до 17% и др.).

Лимонит (бурый железняк) nFe₂O₃·mH₂O содержит до 63 % железа. Обладает высокой восстановимостью и качеством. Цвет — от желтого до темно-бурого.

Минерал от светло-желтого до бурого цвета с содержанием железа до 48 % называется сидеритом (железным шпатом) FeCO₃.

В ильмените (титанистом железняке) FeTiO₃ содержится до 37 % железа и 32 % титана. Цвет черный. В связи с трудновосстановимостью и высоким содержанием титана он используется как титановая руда (источник получения ферротитана и др.).

Пирит (серный колчедан, железный колчедан) FeS₂ — минерал латунно-желтого цвета, содержащий до 47 % железа. В связи с высоким содержанием серы и других примесей используется для получения серной кислоты, меди, золота и кобальта.

Кондиционное содержание железа для магнетитовых и гематитовых руд — не менее 46—50 %, для лимонитовых — 37—45%, для сидеритовых — 30—35%. Разница в минимальном содержании железа объясняется его неодинаковой восстанавливаемостью. Руды с содержанием железа менее 25—30 % относятся к забалансовым, обогащению не подвергаются и в металлургии не используются.

Показатели качества железных руд отражают их химический состав, физические и физико-химические свойства. При этом основными являются требования, предъявляемые к химическому составу. К ним относятся:

§  высокое содержание железа (в богатых рудах — 60— 67%, в средних — 50—60, в бедных — 40—50 %);

§  минимальное содержание вредных примесей — серы, фосфора, мышьяка, цинка и свинца (предельно допустимое содержание серы в доменных железных рудах — не более 0,005 % на 1 % железа, фосфора — 0,00075— 0,003, цинка и свинца — 0,05 %);

§  низкая температура плавления пустой породы;

§  постоянство химического состава.

Требования к физико-химическим свойствам железных руд сводятся к возможно более высокой восстанови-мости. Она оценивается количеством топлива, которое необходимо затратить для восстановления металла из руды. Важными физическими свойствами железных руд являются пористость и высокая газопроницаемость насыпной массы, которая определяется кусковатостью, отсутствием мелких фракций, высокой прочностью и слабой истираемостью.

Основной потребитель марганцевых руд — черная металлургия (90—95 % добычи). Поскольку марганец является одним из основных легирующих элементов, марганцевые руды почти всегда входят в шихту доменных печей при выплавке передельных чугунов и ферросплавов.

Важнейшие рудные минералы марганцевых руд — пиролюзит (63,2 % Mn), псиломелан (45—60 % Mn), браунит (9,5 % Mn), гаусманит (72 % Mn), манганит (62,5% Mn), родохрозит (около 48% Mn) и др. По внешнему виду они представляют собой темные (черные, серые или бурые) плотные землистые массы.

При оценке качества металлургической марганцевой руды основными показателями являются содержание марганца, чистота по вредным примесям, кусковатость, твердость и содержание влаги. Наиболее богатые руды содержат более 50 % марганца. Основной вредной примесью в марганцевых рудах является фосфор. В высокосортных рудах допустимое его содержание не более 0.003 % на 1 % содержащегося марганца. Сера в марганцевых рудах не является вредной примесью, поскольку при плавке легко ухолит в шлак.

В зависимости от количественного соотношения марганца и железа руды подразделяются на марганцевые (марганца более 30 %, железа 10—40 %) и марганцевые-железистые (марганца 4—10%, железа более 40%).

Хромовые руды используются для получения хрома являющегося одним из наиболее эффективных легирующих элементов. Используемые в металлургической промышленности хромовые руды называются хромитами. Наиболее распространенным из них является хромитовый железняк, содержащий 68 % Cr₂O₃, что в пересчете на чистый хром составляет 45,6 %.

Качество хромитов оценивается по содержанию в них окиси хрома. По этому признаку они подразделяются на высокосортные (более 48 % Cr₂O₃), среднесортные (40—46 % Cr₂O₃) и низкосортные (менее 40 % Сr₂О₃).

Кроме того, важнейшими показателями качества хромитов является соотношение Cr₂O₃ и FeO, а также количество вредных примесей — серы и фосфора.

Основными правилами хранения и перевозки руд являются предохранение их от возможности загрязнения нежелательными примесями, смешивания различных руд и одинаковых руд различных партий, минимизация количественных потерь и защита от смерзания в монолит.

Поэтому наиболее ценные руды перевозят навалом в чистых крытых железнодорожных вагонах, а концентраты — в прочной, гарантирующей от увлажнения, засорения, потерь таре (деревянных, выложенных бумагой бочках, стальных барабанах, бумажно-тканевых мешках). На каждом упаковочном месте указывается товарный знак предприятия-изготовителя, марка концентрата, номера партии и места, масса брутто и нетто, номер стандарта. Их необходимо хранить в сухих закрытых помещениях, предохраненными от засорения и смешивания.

Менее ценные руды (например, железную) транспортируют навалом в большегрузных полувагонах или обычных товарных вагонах, а хранят сложенными в штабеля высотой до 6—8 м на открытых площадках.

На каждую отправляемую партию руды или концентрата выписывается сертификат, в котором указываются наименование предприятия-изготовителя, номер партии, масса, номер стандарта, а также результаты химического анализа, процентное содержание влаги и другие сведения (количество мест, дата отправления и т. д.).

Для предохранения руд от смерзания применяют сушку центрифугированием, предварительное замораживание при постоянном перелопачивании, введение гигроскопических прослоек (опилок, соломы), специальных веществ, поглощающих влагу (негашеной извести) или водных растворов с низкой температурой замерзания (растворов поваренной соли), обмасливание минеральными маслами и др.

Для определения качества руды при ее приемке выбирают среднюю пробу, что осуществляется счетным, выборочным или щуповым методом. При счетном методе пробу навалочного груза берут при погрузочно-разгрузочных работах через равное количество порций (ковшей, лопат и др.) или через равные промежутки времени. При выборочном методе пробы берут равными порциями из разных мест партии. Щуповый метод заключается в заборке проб сыпучего груза из разных мест партии с помощью щупа.

Основные процессы получения чугуна, восстановление окислов и плавление чугуна и шлака могут проходить только при достаточно высоких температурах. Это достигается посредством сжигания топлива, которым является кокс. На 1 т выплавляемого чугуна расходуется 400—600 кг кокса, а его стоимость составляет 40—50 % себестоимости чугуна.

Кокс, используемый в металлургии, должен соответствовать ряду требований. В их числе механическая прочность, сохраняющаяся при высоких температурах, отсутствие мелких фракций, снижающих газопроницаемость шихты, высокая пористость и теплота сгорания, низкое содержание вредных примесей (фосфора и серы), золы и летучих веществ, а также невысокая стоимость.

Флюсами называют добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой породы и придания доменному шлаку необходимого состава и физических свойств, обеспечивающих очистку чугуна от серы и нормальную работу печи.

В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные (обычный или доломитизированный известняк), кислые (бедная железная руда с кремнистой пустой породой) и глиноземистые (бокситы).

В качестве заменителей руд и флюсов используются мартеновский, конвертерный, доменный или сварочный шлаки, колошниковая пыль, окалина (окислы железа, образующиеся на поверхности слитков при нагреве перед прокаткой), пиритные или колчеданные огарки (отходы производства серной кислоты), чугунный скрап и др.

Заменителями кокса являются природный и коксовый газ, мазут, пылевидное топливо и угольно-мазутная суспензия.