После дробления крупных кусков руды остается много мелочи, да и в газоочистителях доменного цеха скапливается выносимая из печи рудная пыль. Кроме того, не всегда руду добывают в виде крупных кусков, ведь существует большое количество пылеватых железных руд. Такую руду, так же как и концентраты, полученные при обогащении, нельзя подавать непосредственно в домну, потому что в этом случае большая часть ее снова окажется в газоочистителях, а в доменной печи пылеватая руда будет слеживаться, забивать поры, препятствовать проходу газов и затруднять протекание всех физико-химических процессов. Поэтому мелкую руду укрупняют - направляют на окомкование или агломерацию (спекание) (Дополнение 3). Для окомкования увлажненную пылеватую руду смешивают со связующим материалом и на вращающихся тарелках - грануляторах - получают определенной величины шарики-окатыши, которые затем обжигают в созданных специально для них обжиговых печах. На современных заводах черной металлургии пылеватую руду в основном подвергают агломерации, т.е. ее спекают на спекательных, или, как их иначе называют, агломерационных машинах. Основная часть такой машины - металлический конвейер, каждое звено которого - паллета - представляет собой решетку. На этот конвейер из бункера сверху подают пылеватую увлажненную (чтобы не разлеталась) руду, смешанную с небольшим количеством топлива - кокса (5-8 процентов). Ведь для спекания необходима высокая температура. В эту же смесь добавляют немного обожженного известняка (3-6 процентов от массы шихты), чтобы полученный спек - агломерат - потом легче плавился в домне. Конвейер проходит над мощными вентиляторами (эксгаустерами), которые протягивают (просасывают) через толщу загруженной руды воздух. Кокс, входящий в состав смеси, начинает гореть, руда разогревается, развиваются высокие температуры и руда из мелкой, пылеватой превращается в агломерат - прочную пористую массу. Доменная печь, в которой потом используют полученный офлюсованный агломерат, дает больше чугуна, т.е. работает более производительно; кокса при этом расходуется гораздо меньше, следовательно, домна работает экономичнее.
Все процессы производства металла - его выплавка и очистка от примесей - протекают при высоких температурах, для создания которых затрачивают большие количества твердого, жидкого и газообразного топлива. Кроме того, обработка уже готового металла (прокатка, ковка, термическая обработка и другие операции), как правило, связана с предварительным нагревом металла (Дополнение 4). К металлургическому, как и вообще к любому топливу, используемому в конкретном технологическом процессе, предъявляют особые требования - ведь оно не только источник тепла, но и непосредственный участник химических реакций.
Ценность металлургического топлива, как и всякого другого, определяется количеством тепловой энергии, заключенной в единице его объема, - теплотой сгорания. Поэтому, выбирая вид топлива, учитывают и его экономичность, и величину топливных запасов, и удобство транспортировки, и влияние на окружающую среду, и многое другое. Так, топливо, загружаемое в доменную печь, должно быть прочным (выдерживать большие нагрузки при транспортировании и не истираться в самой печи), пористым (не препятствовать проходу газов, движущихся в домне), достаточно чистым (содержать как можно меньше золы и серы).
Много столетий подряд топливом для выплавки металла был древесный уголь. Валили лес, складывали в кучи, прикрывали дерном и обжигали его, а затем в корзинах доставляли к доменным печам. Уничтожали огромные лесные массивы, а получали немного, правда, чистого (содержащего мало золы и вредных примесей), но очень непрочного, не пригодного для высоких доменных печей, дорогого топлива. Поэтому, как только чугун начали выплавлять в печах большого объема, металлургам пришлось срочно искать, чем же заменить древесный уголь. Таким топливом стал кокс: чтобы получить его, специальные коксующиеся сорта каменного угля нагревают до высокой температуры без доступа воздуха (подвергают сухой перегонке).
В отличие от угля, из которого производят кокс, он прочен, порист, в нем меньше золы и летучих соединений. Коксование осуществляют на коксохимических заводах. Оно, как правило, входит в полный металлургический цикл. Так же как и руду, уголь перед коксованием обогащают - избавляются от большей части минеральных примесей (золы). Спекают уголь в специальных вертикальных печах, соединенных в целые батареи, которые представляют собой ряд одинаковых камер, примыкающих одна к другой. Выглядят они снаружи как стоящие на книжной полке книги-великаны высотой до 7 метров, шириной до 450 миллиметров, в "переплетах" которых сжигают газ. В каждой батарее от 60 до 77 камер. Предварительно измельченный уголь в загрузочном вагоне подают в коксовальную камеру, где его нагревают без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С.
Коксование протекает в несколько стадий. Вначале при температуре 200-350°С входящие в состав угля вещества начинают разлагаться, затем уголь размягчается, становится пластичным, и при температуре 450-500°С происходит более глубокое разложение - образуется полукокс (густая и вязкая масса), а при 1000 - 1100°С эта масса спекается в твердый и прочный кокс. Процесс спекания продолжается 12-14 часов. Все рассчитано и предусмотрено: и время спекания, и ширина, и высота камер. Как у хорошей хозяйки, все заботы технологов направлены на то, чтобы коксовый пирог пропекся. Открывается дверь печи, специальный выталкиватель помогает выгрузить пирог в тушильный вагон. Затем кокс охлаждают, сортируют и направляют в доменный цех. Но чего только не получают, кроме кокса, на коксохимических заводах - около 80 различных продуктов! А они в свою очередь являются исходным материалом для изготовления самых разнообразных веществ, в которых нуждаются различные отрасли промышленности, сельское хозяйство, транспорт! Например, коксовый газ. Для него характерна высокая теплота сгорания (при сгорании одного кубического метра этого газа выделяется до 4500 килокалорий тепла), что позволяет использовать его в качестве топлива тут же на металлургическом заводе. Но горит коксовый газ сильно коптящим пламенем. Поэтому его смешивают с доменным газом (тем, который получают при производстве чугуна - газом с довольно низкой теплотой сгорания) и используют для отопления мартеновских печей и нагревательных печей прокатных станов - так называемых нагревательных колодцев, применяют для нужд коммунального хозяйства и бытовых нужд - нагрева воды и приготовления пищи - в тех районах, где нет природного газа и поблизости расположен коксохимический завод. Основным потребителем продукции коксования каменных углей является та самая черная металлургия, с которой мы знакомимся на страницах нашей книги, - около 90 процентов выпускаемого кокса и 60 процентов коксового газа забирает она. Коксохимические продукты требуются и для химической промышленности; например, из бензола, фенола, нафталина, антрацена и других веществ получают до двух тысяч различных красителей. Химико-фармацевтическая промышленность вырабатывает из продуктов коксования множество лекарств и дезинфекционных препаратов. Знакомые всем нам аспирин, нашатырный спирт, карболка, нафталин - ведь они тоже из угля! Различные продукты коксования используют в промышленности пластических масс - при производстве синтетического каучука, кожи, искусственного волокна.
На некоторых химических заводах для получения серной кислоты используют серу, содержащуюся в сероводороде коксового газа. Серу направляют и в целлюлозно-бумажную промышленность, и на изготовление взрывчатых (используемых в мирных целях) веществ. Сюда же поступают чистые бензол и толуол. Для предохранения от гниения деревянные конструкции покрывают каменноугольным лаком, а деревянные железнодорожные шпалы, телеграфные и телефонные столбы пропитывают шпалопропиточным маслом. В текстильной промышленности применяют роданистый аммоний, в пищевой для консервирования - бензойную кислоту, в парфюмерной - чистый толуол, феноло-крезолы и другие соединения - для производства душистых веществ. В животноводстве в качестве дезинфицирующих средств используют креолин, лизол. Не менее важный потребитель продуктов коксования - сельское хозяйство. Перерабатывая небольшое количество аммиака, содержащегося в коксовом газе, в сульфат аммония, получают искусственные азотные удобрения. Тот же роданистый аммоний используют для изготовления препаратов по борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур. А аммиачная селитра, а средства для защиты растений, а ядохимикаты для борьбы с сорняками и вредителями сельского хозяйства - и все из угля! Все, что дает нам коксохимическое производство, перечислить невозможно. Роль этой отрасли промышленности в нашем народном хозяйстве, отрасли, входящей в полный металлургический цикл, трудно переоценить.