Металлургия - это что такое? Центры металлургической промышленности. Важность металлургии

Получение металлов известно человечеству давно. Например, медь и олово добывались уже в пятом тысячелетии до нашей эры.

В России первый металлургический завод начал работать в 1701 г. на Урале. В дальнейшем производство чугуна и стали быстро развивалось. Россия даже стала экспортировать сталь. Однако в начале XX века на душу населения в России все же приходилось в 18 раз меньше чугуна и стали, чем в США, в 8 раз меньше, чем в Германии, в 4 раза меньше, чем во Франции.

Металлы и сплавы делят на черные и цветные.

Важнейшим промышленным металлом является железо (Fe), которое в сплавах с углеродом (С) и другими элементами образует группу сплавов черных металлов - сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества производимых в мире металлов свыше 90% приходится на долю черных металлов.

Из цветных металлов особое значение имеют медь (Си), алюминий (Аl), магний (Mg), свинец (РЬ), цинк (Zn), олово (Sn), а также хром (Сг), никель (Ni), молибден (Мо) и другие.

Все перечисленные металлы называют техническими в отличие от благородных (платина, золото, серебро), редкоземельных и прочих металлов.

Наибольшее распространение в народном хозяйстве имеют металлические сплавы, так как их свойства лучше свойств составляющих их простых элементов.

Металлургия чугуна

Исходные материалы для выплавки чугуна

Сплавы черные металлов, как было сказано, представляют сплавы железа с углеродом; кроме того, они содержат примеси - кремний, марганец, фосфор, серу и некоторые другие.

Химически чистое железо в промышленности практически не применяется, поскольку механические свойства его невысоки.

Элементом, оказывающим главное влияние на свойства черных металлов, является углерод, и в зависимости от содержания его черные металлы делят на сталь и чугун.

Сталью называют железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14%. Чугуном является железоуглеродистый сплав, содержащий углерода от 2,14% до 6,67%. Сталь обладает значительно более высокими механическими свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью и др.) по сравнению с чугуном. Основное назначение чугуна - служить сырьем для получения стали.

Исходным сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплавки чугуна служит доменная печь.

Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов называется шихтой.

Железной рудой является горная порода, содержащая те или иные соединения железа, а также примеси соединений других элементов, являющихся пустой породой.

В настоящее время для получения чугуна употребляют следующие руды.

Магнитный железняк (Fe 3 0 4) - минерал черного цвета, обладает магнитными свойствами; содержание в нем железа доходит до 72%.

Бурый железняк (2Fe 2 0 3 3H 2 0) - минерал желто-бурого цвета; содержание железа колеблется от 35% до 50%.

Красный железняк (Fe 2 0 3) - минерал красного цвета, содержит до 60% железа.

Шпатовый железняк (FeC0 3) - минерал серого цвета, содержит 30-42% железа.

Топливо, употребляемое для доменного процесса, должно иметь высокую теплотворную способность и малую зольность, обладать пористостью, прочностью при высоких температурах, а также содержать как можно меньше серы, которая частично переходит из топлива в чугун и ухудшает его свойства.

В качестве топлива при доменном производстве используется каменноугольный кокс. Для интенсификации выплавки чугуна применяют природный газ и кислород.

Для отделения пустой породы и золы в доменную печь вводят вещества, называемые флюсами; эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой топлива образуют легкоплавкие химические соединения, образующие шлак.

Для выплавки чугуна руду подвергают предварительной подготовке - обогащению. Качество подготовки руды оказывает большое влияние на ход плавки, расход топлива и качество получаемого чугуна.

Подготовка руды включает операции дробления, сортировки, обогащения и, если необходимо, обжига.

Дробление - измельчение крупных кусков руды - производится специальными машинами - дробилками, при этом получают куски размером 20-100 мм. Мелочь отсеивается и идет на агломерацию (спекание).

Магнитное обогащение основано на действии магнитного поля на составляющие руды, обладающие магнитными свойствами. Оно осуществляется в агрегатах, называемых магнитными сепараторами.

Агломерация производится с целью использования мелкой порошкообразной руды и колошниковой пыли; для спекания эти вещества смешивают с измельченным коксом.

Спекание осуществляют на специальных агломерационных ленточных машинах, где топливо, сгорая, образует пористые спеченные куски, называемые агломератом.

Прогрессивным способом обогащения руд является более эффективный процесс подготовки руды - окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании измельченных частиц шихты и последующем обжиге окатышей.

Устройство доменной печи

Современная доменная печь представляет собой шахтную (вертикальную) печь общей высотой до 70 м и диаметром до 14 м.

Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) огнеупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух. Части доменной печи следующие (рис. 1): засыпной аппарат, колошник, шахта, распар, заплечники и горн.

Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газоотвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма шахты способствует свободному опусканию шихты при плавке. Заплечники имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху, поэтому они удерживают всю твердую шихту, находящуюся в распаре и шахте.

Нижняя часть доменной печи - горн - имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна по окружности расположены фурмы для подачи в печь подогретого воздуха, природного газа и кислорода. Нижняя часть горна, в которой собираются жидкий чугун и шлак, называют лешадью. В горне имеется два отверстия - летки - для выпуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая - в верхней.

Подогрев воздуха осуществляется для увеличения производительности печи и уменьшения расхода топлива. Нагрев производят в специальных нагревательных аппаратах - воздухонагревателях.

Воздухонагреватель представляет собой башню диаметром порядка 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухонагревателя выполнен из листовой стали, внутри футерован огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сгорает доменный газ. Остальное пространство воздухонагревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с проходами для газов), аккумулирующих тепло от продуктов горения доменного газа.

Атмосферный воздух направляется к воздухонагревателю, где проходит через горячую насадку, нагревается до 1000-1200 °С и затем направляется к фурмам доменной печи.

Доменный процесс

В печи непрерывно навстречу друг другу движутся два материальных потока: сверху вниз - поток шихтовых материалов и снизу вверх - поток газов, образующихся в результате горения топлива и реакции с составляющими шихты.

Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из его оксидов, содержащихся в руде, науглероживании железа до получения чугуна и ошлакования пустой породы.

Кислород воздуха, вдуваемый через фурмы, вступает в реакцию с углеродом топлива по формуле:

С + 0 2 = С0 2 + Q

При этом в районе фурм развивается температура до 2000 "С. Диоксид углерода С0 2 при высоких температурах и в присутствии углерода над фурмами восстанавливается в оксид:

С0 2 + С = 2СО – Q

Встречая при своем дальнейшем подъеме руду, часть оксида углерода восстанавливает оксиды железа, при этом вновь превращаясь в С0 2 .

Загруженная в печь руда в области колошника в верхней части шахты высушивается и теряет химически связанную воду. Начиная от середины шахты и до распара происходит постепенное восстановление оксида железа оксидом углерода:

3Fe 2 0 3 + СО = 2Fe 3 0 4 + С0 2

Fe 3 0 4 + СО = 3FeO + С0 2

FeO + СО = Fe + С0 2

Суммарный тепловой эффект реакций восстановления железа оксидом углерода (косвенное восстановление) является положительным; эти реакции протекают при 400- 950 °С. Параллельно в области распара и в верхней части заплечников при температуре 1300-1400 °С идет процесс восстановления железа твердым углеродом раскаленного кокса (прямое восстановление):

FeO + С = Fe + СО + Q

Полученное твердое губчатое железо в зоне распара к заплечников науглероживается и вследствие понижения при этом температуры плавления (температура плавления железа 1539 °С, чугуна - 1100-1200 °С), переходит в жидкое состояние. Стекающие в горн струйки чугуна поглощают восстановленные в процессе плавки примеси - марганец, кремний и фосфор, а также частично серу из золы кокса.

Наличие кремния и марганца в чугуне оказывает положительное влияние на свойства чугуна. Фосфор и сера являются вредными примесями. Кремний улучшает литейные качества чугуна; марганец при небольшом (до 1%) содержании повышает прочность чугуна. Фосфор делает чугун хрупким б холодном состоянии, сера увеличивает хрупкость чугунных изделий в нагретом состоянии.

Вместе с кремнеземом (Si0 2), глиноземом (А1 2 0 3) и другими примесями из пустой породы и золы топлива флюсы образуют шлак, который плавится в распаре и заплечниках и стекает в горн, где накапливается поверх жидкого чугуна.

В металлургический комплекс входят черная и цветная металлургия. Металлургия России, обеспечивая производство и научно-техническое развитие практически всех отраслей промышленности, базируется на отечественных сырьевых ресурсах, ориентируясь на зарубежного и российского потребителя. На долю России приходится 14% производства товарной железной руды и 10-15% цветных и редких металлов, добываемых в мире.

По объему производства, потребления и внешнеторговому обороту черные, цветные и редкие металлы, а также первичная продукция из них занимают второе место после топливно-энергетических ресурсов. Железные руды и первичная продукция черной металлургии, алюминий, никель, медь остаются важной статьей экспорта страны. Крупные металлургические предприятия имеют районообразующее значение. При их возникновении формируется ряд взаимосвязанных отраслей -- электроэнергетика, химическая промышленность, производство строительных материалов, металлоемкое машиностроение, разнообразные сопутствующие отрасли и, конечно же, транспорт.

Черная металлургия

Черная металлургия служит базой для развития машиностроения и металлообработки, и ее продукция находит применение практически во всех сферах экономики. Она охватывает такие стадии технологического процесса, как добыча, обогащение и агломерация руд черных металлов, производство огнеупоров, добыча нерудного сырья, коксование угля, производство чугуна, стали и проката, ферросплавов, вторичный передел черных металлов и др. Но основу черной металлургии составляет производство чугуна, стали и проката.

На территориальную организацию черной металлургии оказывает влияние:

· концентрация производства, по уровню которой Россия занимает ведущее место в мире -- металлургические заводы полного цикла Липецка, Череповца, Магнитогорска, Нижнего Тагила, Новотроицка, Челябинска и Новокузнецка производят более 90% чугуна и около 89% российской стали;
· производственное комбинирование, означающее объединение на одном предприятии нескольких взаимосвязанных производств различных отраслей;
· материалоемкость производства, обеспечивающая 85-90% всех затрат по выплавке чугуна (на производство 1 т чугуна идет 1,5 т железной и 200 кг марганцевой руды, 1,5 т угля, свыше 0,5 т флюсов и до 30 м3 оборотной воды);
· высокая энергоемкость, которая выше, чем в развитых странах мира;
· высокая трудоемкость на отечественных металлургических предприятиях.

Производственную базу черной металлургии составляют предприятия полного цикла: чугун -- сталь -- прокат, а также заводы, выпускающие чугун -- сталь, сталь -- прокат и раздельно чугун, сталь, прокат, относящиеся к передельной металлургии. Выделяется малая металлургия, или производство стали и проката на машиностроительных заводах в основном из металлолома.

Факторы размещения предприятий черной металлургии чрезвычайно разнообразны. Черная металлургия полного цикла располагается либо вблизи источников сырья (Уральская металлургическая база, металлургическая база центральных районов европейской части), либо вблизи топливных ресурсов (Западно-Сибирская металлургическая база), либо между источниками сырья и топливными ресурсами (Череповецкий металлургический завод).

Предприятия передельной металлургии, использующие в качестве сырья в основном металлический лом, ориентируются на районы развитого машиностроения и места потребления готовой продукции. Еще теснее связана с машиностроительными заводами малая металлургия.

Особыми факторами размещения отличается производство электросталей и ферросплавов. Электростали производят вблизи источников электроэнергии и металлического лома (г. Электросталь Московской обл.). Ферросплавы -- сплавы железа с легирующими металлами -- получают в доменных печах или электротермическим способом на металлургических предприятиях и специализированных заводах (Челябинск).

Природной основой черной металлургии служат источники металлического сырья и топлива. Россия хорошо обеспечена сырьем для черной металлургии, но размещены железные руды и топливо на территории страны неравномерно.

По запасам железной руды Россия занимает первое место в мире, из которых более половины сосредоточены в европейской части страны. Крупнейшим железорудным бассейном является Курская магнитная аномалия, расположенная в Центрально-Черноземном районе. Основные запасы железных руд КМА, признанных лучшими в мире по качеству, сосредоточены в Лебединском, Стойленском, Чернянском, Погромецком, Яковлевском, Гостищевском и Михайловском месторождениях. На Кольском полуострове и в Карелии эксплуатируются Ковдорское, Оленегорское и Костомукшское месторождения. Значительные ресурсы железных руд на Урале, где месторождения (Качканарская, Тагило-Кушвинская, Бакальская и Орско-Халиловская группы) тянутся с севера на юг параллельно Уральскому хребту. Выявлены месторождения железных руд в Западной (Горная Шория, Рудный Алтай) и Восточной Сибири (Ангаро-Питский, Ангаро-Илимский бассейны). На Дальнем Востоке перспективна Алданская железорудная провинция и Олекмо-Амгуньский район в Якутии.

Запасы марганца и хрома в России ограничены. Разрабатываются месторождения марганца, представленные в Кемеровской (Усинское) и Свердловской (Полуночное) областях, хрома -- в Пермском крае (Сараны).

Крупнейшим производителем чугуна и стали в России с ХVIII в. остается Уральская металлургическая база, которая является наиболее полифункциональной и дает 47% черных металлов в стране. Она работает на привозном топливе -- уголь Кузбасса и Караганды (Казахстан) -- и рудах КМА, Казахстана (Соколовско-Сорбайские), местном Качканарском месторождении. Здесь действуют предприятия полного цикла (Магнитогорск, Нижний Тагил, Челябинск, Новотроицк), передельные (Екатеринбург, Ижевск, Златоуст, Лысьва, Серов, Чусовой), по производству доменных ферросплавов (Серов, Челябинск), по выпуску трубопроката (Первоуральск, Каменск-Уральский, Челябинск, Северск). Это единственный регион в стране, где выплавляются природно-легированные металлы (Новотроицк, Верхний Уфалей) и чугун на древесном угле. На восточных склонах Уральских гор расположены предприятия полного цикла, на западных -- предприятия передельной металлургии.

Второй по значению является Центральная металлургическая база, охватывающая Центрально-Черноземный, Центральный, Волго-Вятский, Северный, Северо-Западный экономические районы, а также Верхнее и Среднее Поволжье. Она полностью работает на привозном топливе (донецкие, печорские угли), ядром ее является ТПК КМА.

На территории Центральной металлургической базы расположен ряд основных предприятий и производств. В Центральном Черноземье осуществляется выплавка чугуна и доменных ферросплавов (Липецк), находится Новолипецкий завод полного цикла, в Старом Осколе -- единственный в России электрометаллургический комбинат. В Центральном районе действует Новотульский комбинат полного цикла, завод по выплавке литейного чугуна и доменных ферросплавов (Тула), Орловский сталепрокатный завод, Московский передельный завод “Серп и молот”, комбинат “Электросталь”. Череповецкий завод, расположенный в Северном районе, использует железные руды Кольского полуострова и каменный уголь Печоры. В Волго-Вятском районе находятся металлургические заводы Выксы и Кулебак. В Верхнем и Среднем Поволжье передельная металлургия развивается во всех машиностроительных центрах -- Набережных Челнах, Тольятти, Ульяновске. Энгельсе и др.

В последние годы происходит процесс интенсивной реконструкции и технического переоснащения отрасли. Однако пока черная металлургия России в техническом и технологическом отношении существенно уступает аналогичным производствам в развитых странах. У нас до сих пор существует устаревшая технология мартеновского производства стали, беден ассортимент проката, низка доля высококачественных марок металла.

Цветная металлургия

Цветная металлургия специализируется на добыче, обогащении, металлургическом переделе руд цветных, благородных и редких металлов, а также на добыче алмазов. В ее состав входят отрасли: медная, свинцово-цинковая, никель-кобальтовая, алюминиевая, титаномагниевая, вольфрамомолибденовая, благородных металлов, твердых сплавов, редких металлов и др.

Цветная металлургия России развивается на основе использования собственных больших и разнообразных ресурсов и по выпуску продукции занимает второе место в мире после США. В России производится свыше 70 разнообразных металлов и элементов. Цветная металлургия России -- это 47 горнодобывающих предприятий, из которых 22 относятся к алюминиевой промышленности. К числу регионов с наиболее благополучным положением цветной металлургии относятся Красноярский край, Челябинская и Мурманская области, где на цветную металлургию приходится 2/5 промышленной продукции.

Отрасль отличается высокой концентрацией производства: АО «Норильский никель» выпускает свыше 40% металлов платиновой группы, перерабатывает более 70% российской меди и контролирует почти 35% мировых запасов никеля. Кроме того, это экологически вредное производство -- по степени загрязнения атмосферы, водных источников и почвы цветная металлургия превосходит все другие отрасли горнодобывающей промышленности. Отрасль отличают также самые большие расходы, связанные с потреблением топлива и транспортными перевозками.

В связи с разнообразием используемого сырья и широким применением продукции отрасли в современной промышленности цветная металлургия характеризуется сложной структурой. Технологический процесс получения металла из руды делится на добычу и обогащение исходного сырья, металлургический передел и обработку цветных металлов. Своеобразие ресурсной базы заключается в крайне низком содержании извлекаемого металла в руде: медь в рудах составляет 1-5%, свинцово-цинковые руды содержат 1,6-5,5% свинца, 4-6% цинка, до 1% меди. Поэтому в металлургический передел поступают только обогащенные концентраты, содержащие 35-70% металла. Получение концентратов руд цветных металлов дает возможность транспортировать их на большие расстояния и тем самым территориально разобщить процессы добычи, обогащения и непосредственно металлургический передел, который отличается повышенной энергоемкостью и размещается в районах дешевого сырья и топлива.

Основные факторы размещения цветной металлургии по-разному воздействуют на территориальную организацию отраслей и даже внутри одного технологического процесса. Тем не менее при чрезвычайно разнообразном наборе факторов размещения основных отраслей цветной металлургии общим является их ярко выраженная сырьевая ориентация.

Алюминиевая промышленность в качестве сырья использует бокситы, месторождения которых находятся на Северо-Западе (Бокситогорск), Севере (Иксинское, Тимшерское), Урале (Северо-Уральское, Каменск-Уральское), в Восточной Сибири (Нижне-Ангарское), а также нефелины Севера (Хибинское) и Западной Сибири (Кия-Шалтырское). Из-за дефицита высококачественного алюминиевого сырья ежегодно в Россию ввозят до 3 млн. т глинозема из бокситов.

Медная промышленность -- одна из старейших отраслей цветной металлургии России, развитие которой началось еще в ХVI в. на Урале. Производство меди включает три стадии: добыча и обогащение руд, выплавка черновой меди и выплавка рафинированной меди. Из-за низкого содержания металла в руде медная промышленность сохранилась в основном в районах добычи. На Урале разрабатываются многочисленные месторождения (Гайское, Блявинское, Красноуральское, Ревда, Сибай, Юбилейное), но металлургический передел значительно превосходит добычу и обогащение, и в силу нехватки собственного сырья используются привозные концентраты из Казахстана и Кольского полуострова. Здесь действует 10 медеплавильных (Красноуральск, Кировград, Среднеуральск, Медногорск и др.) и рафинирующих (Верхняя Пышма, Кыштым) заводов.

Из других районов выделяются Север (Мончегорск) и Восточная Сибирь (Норильск). В Забайкальском крае ведется подготовка к началу промышленного освоения Удоканского месторождения (третье в мире по разведанным запасам). Рафинирование и прокат меди в Москве возникли на основе использования медного лома.

Свинцово-цинковая промышленность базируется на использовании полиметаллических руд, а ее размещение характеризуется территориальным разрывом отдельных стадий технологического процесса. Получение концентратов руд с содержанием металла 60-70% делает выгодным их транспортировку на большие расстояния. Для получения металлического свинца требуется относительно небольшое количество топлива по сравнению с цинковым переделом. В целом свинцово-цинковая промышленность тяготеет к месторождениям полиметаллических руд, которые находятся на Северном Кавказе (Садон), в Западной (Салаир) и Восточной Сибири (Нерчинский завод, Хапчеранга), на Дальнем Востоке (Дальнегорск). На Урале цинк содержится в медных рудах. В Среднеуральске выпускают цинковые концентраты, а в Челябинске производят металлический цинк из привозных концентратов. Полный металлургический передел представлен во Владикавказе (Северный Кавказ). В Белово (Западная Сибирь) получают свинцовые концентраты и выплавляют цинк, в Нерченске (Восточная Сибирь) производят свинцовые и цинковые концентраты. Часть свинца поступает из Казахстана.

Никель-кобальтовая промышленность тесно связана с источниками сырья из-за низкого содержания металлов в рудах (0,2-0,3%), сложности их переработки, большого расхода топлива, многостадийности процесса и необходимости комплексного использования сырья. На территории России разрабатываются месторождения Кольского полуострова (Мончегорск, Печенга-Никель), Норильска (Талнахское) и Урала (Режское, Уфалейское, Орское).

Дальнейшее развитие металлургического комплекса России должно идти в направлении улучшения качества конечных видов металлопродукции, уменьшения издержек производства и проведения ресурсосберегающей политики, повышающей ее конкурентоспособность.

Металлургическое производство - это область науки, техники и отрасль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов.

Введение в расплав в определенных количествах легирующих элементов позволяет изменять состав и структуру сплавов, улучшать их механические свойства, получать заданные физико-химические свойства.

Оно включает -

шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке;

коксохимические заводы, где осуществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов;

энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов;

доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окатышей;

заводы для производства ферросплавов; сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;

прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат: балки, рельсы, прутки, проволоку, лист.

Основная продукция черной металлургии:

чугуны

передельный, используемый для передела на сталь,

литейный - для производства фасонных чугунных отливок на машиностроительных заводах;

железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;

ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием Мп, Si, V, Ti и т.д.) для выплавки легированных сталей;

стальные слитки для производства сортового проката, листа, труб и т.д.;

стальные слитки для изготовления крупных кованых валов, роторов турбин, дисков и т.д., называемые кузнечными слитками.

Продукция цветной металлургии:

слитки цветных металлов для производства сортового проката (уголка, полосы, прутков);

слитки (чушки) цветных металлов для изготовления отливок на машиностроительных заводах;

лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элементами, необходимые для производства сложных легированных сплавов для отливок;

слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других отраслей машиностроения.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Промышленная руда - это природное минеральное образование, содержащее какой-либо металл или несколько металлов в концентрациях, при которых экономически целесообразно их извлечение. Руда состоит из рудного минерала , содержащего один ценный элемент (например, железо, марганец) или несколько ценных металлов -комплексные руды (полиметаллические), например, медно-никелевые руды, железомарганцевые, хромоникелевые и др. Кроме рудных минералов в состав руды входит пустая порода - минера лы , которые отделяются от рудных минералов при обогащении или переходят в шлаки при плавке.

В зависимости от содержания добываемого металла руды бывают богатые и бед ные. Перед использованием руды обогащают , т.е. удаляют из руды часть пустой породы. В результате получают концентрат с повышенным содержанием добываемого металла. Использование концентрата улучшает технико-экономические показатели работы металлургических печей.

Флюсы - это материалы, загружаемые в плавильную печь для образования шла ков - легкоплавких соединений с пустой породой руды или концентратом и золой топлива.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается в печи над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым , если в его составе отношение основных оксидов (CaO, MgO и др.) к кислотным оксидам (SiO 2 , Р 2 О 5) не более 1,5, и основным, если это отношение составляет 2,15 ... 4.

Топливо - это горючие вещества, основной составной частью которых являет ся углерод , которые применяются с целью получения при их сжигании тепловой энергии. В металлургических печах ис пользуют кокс, природный газ, мазут, до менный (колошниковый) газ.

Кокс получают на коксохимических заводах в коксовых печах сухой перегонкой при температуре > 1000 °С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80 ... 88 % углерода, 8 ... 12 % золы, 2 ... 5 % влаги, 0,5 ... 0,8 % серы, 0,02 ... 0,2 % фосфора и 0,7 ... 2 % летучих продуктов. Для доменной плавки кокс должен содержать минимальное количество серы и золы. Куски кокса должны иметь размеры 25 ... 60 мм. Кокс должен обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться под действием шихтовых материалов.

Природный газ содержит 90 ... 98 % углеводородов (СН 4 и С 2 Н 6) и 1 % азота. Мазут содержит 84 ... 88 % углерода, 10 ... 12 % водорода, небольшое количество серы и кислорода. Кроме того, используют доменный или колошниковый газ - побочный продукт доменного процесса.

Огнеупорные материалы - это материалы и изделия преимущественно на основе минерального сырья, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °С . Их применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла. гнеупорность материала - это способность противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. По химическим свойствам огнеупорные материалы разде ляют на

кислые, (динасовые, кварцеглинистые), Материалы, содержащие большое количество кремнезема SiO 2., например кварцевый песок (95 % SiO 2), динасовый кирпич, огнеупорность которых до 1700 °С

основные, содержащие основные оксиды (CaO, MgO), - основными (магнезитовый кирпич и металлургический порошок, магнезитохромитовый кирпич, огнеупорность которого более 2000 °С).

нейтральные.(шамотный кирпич --А1 2 Оз, )

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Металл с давних времен стал незаменимым элементом в повседневной жизни человека. Благодаря ему у нас есть возможность использования электроэнергии, транспорта, гаджетов и других благ цивилизации. Именно поэтому металлургию можно считать ключевой отраслью промышленности каждого государства. Металлургия – это отрасль тяжелой промышленности, в которую вовлечены множество финансовых, материальных, энергетических и человеческих ресурсов.

Современная металлургия достигла значительного развития. Благодаря достижениям науки, у нас есть возможность использовать не только металлы, данные нам природой, но и инновационные композитные материалы и сплавы. Они обладают улучшенными свойствами и характеристиками.

Классификация разновидностей металлургии

Выплавка металлов требует колоссального объема энергии и ресурсов, поэтому большинство горнодобывающих предприятий работают именно для обеспечения потребностей металлургии.

Для дальнейшего изучения особенностей этой отрасли следует выделить ее основные виды. На сегодняшний день выделяют две основные отрасли: черную и цветную металлургию.

Черная отвечает за производство сплавов на основе железа. В то же время к ней относят другие элементы, такие как хром и марганец. Все остальное производство изделий из других металлов называют цветным.

Технология производства имеет схожий цикл, независимо от типа сырья, и состоит из нескольких этапов, указанных ниже:

Добыча сырья и ее переработка. Большинство металлов не содержится в природе в чистом виде, а входит в состав различных руд, переработка которых называется обогащением. В процессе обогащения руду дробят на мелкие составляющие, из которых в процессе сепарации отделяют элементы метала и пустую породу. Из выделенных элементов производят сплавы.
Передел. Металлургическим пределом называют процесс изготовления полуфабрикатов, которые в свою очередь применяются для изготовления готовых продуктов. В процессе передела изменяется состав, структура и свойства сплавов, а также агрегатное состояние. К переделу можно отнести прокат и обжатие, трубное производство, плавку и разливку.
Переработка отходов. Большинство отходов металлургического производства либо утилизируют, либо перерабатывают, получая другие полезные продукты. Некоторая часть пустой породы и шлаков складываются на территории больших хранилищ под открытым воздухом. Но на сегодняшний день производители стараются максимально эффективно перерабатывать побочную продукцию. Некоторые шлаки повторно обрабатывают, получая дополнительный продукт, некоторые используют для производства сельскохозяйственных удобрений, но большинство уходит на изготовление строительных материалов, которые широко используются в повседневной жизни.

Большая часть производимого металла проходит стадию проката, то есть изготовления полуфабрикатов для производства готовой продукции. Подобную операцию выполняют на специальном устройстве, которое представляет собой систему вращающихся валков. Между ними пропускают металл, который под высоким давлением меняет толщину, ширину и длину.

Выделяют холодный и горячий прокат, отличия которых заключаются в разной температуре обрабатываемого сырья. Холодный прокат применяется для сырья, имеющего высокий уровень пластичности, что позволяет сохранять структуру металла и не изменять его физические свойства.

Процесс проката не всегда является конечным этапом производства полуфабрикатов. Например, для изделий черной металлургии могут применяться такие методы обработки, как покрытие защитным слоем или закалка. Это позволяет улучшить устойчивость к коррозии, повысить прочность и снизить степень износа.

Следует отметить, что большую часть продукции, производимой металлургической отраслью, составляют стальные трубы. На втором месте расположился листовой и сортовой металл, применяющейся в машиностроении.

Среди главных потребителей продукции этой сферы стоит выделить строительную сферу, машиностроение и металлообработку.

При этом практически каждая сфера народного хозяйства не может обойтись от использования продукции металлургии, а также заготовок и полуфабрикатов из него.

Черная металлургия основывается на переработки железа, а именно руд, в которых оно содержится. Большинство железных руд являются природными оксидами. Именно поэтому первым этапом производства является выделение железа из оксида. Для этого используют большие доменные печи. Данный способ производства чугуна проводится при температуре свыше 1000 градусов.

При этом свойства полученного сырья напрямую зависят от температуры доменной печи и времени плавления. При дальнейшей обработке чугуна получают сталь или литейный чугун, с помощью которого выполняют отлив заготовок и изделий.

Для производства стали используют железо и углерод, добавление которого придает полученному сплаву желаемые свойства. Также могут применяться различные легирующие компоненты, необходимые для получений определенных особенностей стали.

Существует несколько способов производства стали, которые основываются на выплавке металла в жидком состоянии. Следует выделить следующие: мартеновский, кислородно-конверторный и электроплавильный.

Каждый вид стали называется маркой, которая указывает на ее состав и свойства. Для изменения свойств стали используют метод легирования, то есть добавления в сплав дополнительных компонентов. Наиболее часто для подобных целей используют такие элементы, как хром, марганец, бор, никель, вольфрам, титан кобальт, медь и алюминий. Обычно такие компоненты добавляют в расплавленную сталь.

Но существует иной способ, который заключается в прессовании мелкозернистого порошка компонентов с последующим запеканием при высоких температурах.

Производство такой продукции мало чем отличается от технологий черной металлургии. Цикл цветной металлургии также состоит из обогащения руд, плавки металлов, переделки и проката. Но в некоторых случаях может применяться также рафинирование металлов, то есть очищение первичных продукта от примесей.

Очищение руды цветных металлов более сложная задача, так как она содержит намного больше сторонних примесей, в том числе других полезных компонентов. Как и в черной металлургии, побочная продукция цветной широко применяется в перерабатывающей промышленности, особенно в химическом производстве.

Следует выделить две подотрасли: металлургию тяжелых и легких металлов. Принцип подобного деления основывается на различных свойствах обрабатываемых цветных металлов. При производстве тяжелых металлов требуется значительно меньше энергии.

Иногда выделяют третью группу, так называемых, редкоземельных металлов. Такое название связано с тем, что раньше такие элементы были малоизучены и редко находились в природных условиях. Хотя на самом деле их количество не уступает многим тяжелым или легким цветным металлам. Их используют обычно при производстве высокотехнологичных приборов.

Изделия этой отрасли широко применяются в машиностроении, космической сфере, химической промышленности и приборостроении.

Добывающая металлургия

Это сфера промышленности, отвечающая за извлечение ценных металлов из руд¸ переплавки полученного сырья и получения готового продукта. Отделение металла от пустой породы и других шлаков может производиться путем химического, электролитического или физического воздействия.

Главная задача этой отрасли металлургии – оптимизация процесса выделения чистого металла, качественное отделение полезных компонентов от пустой породы и минимизация потерь.

Металлы используются в различных целях, как для изготовления различных драгоценностей и бижутерии, так и в высокотехнологических сферах. Например, в строении высокоточных приборов, современных гаджетов, компьютеров и других электроприборов. А также в космической сфере, авиастроении, и других сферах, где требуются особые свойства, которые имеют только ценные металлы.

Следует отметить, что раньше металлургия ориентировалась строго на переработку добываемого сырья. Но в последнее время, в связи с тем, что металлы не восстанавливающийся ресурс, острой стала проблема переработки вторичного сырья.

Повторной переработке подвержены цветные и черные металлы. Поэтому производители стараются максимально эффективно и в полной мере собирать и перерабатывать металлические изделия, вышедшие из эксплуатации. Рынок металлолома постоянно растет, в связи с чем растет количество больших и малых перерабатывающих предприятий. Их задача заключается в очищении металлов от сопутствующих материалов и последующей переплавки. Для сохранения качественной структуры и свойств, вторсырье плавят вместе со свежедобытым сырьем.

Дальнейшее развитие невозможно только с использованием природных ресурсов, количество которых постоянно уменьшается. Поэтому главной задачей на сегодняшний день можно считать переработку вторсырья и поиск аналогов, способны полноценно заменить металлы.

Развитие металлургии напрямую связано с интеллектуальным развитием человечества и его потребностей. Так как новые технологии требуют от уже существующих металлов улучшенных свойств и характеристик, а также создания инновационных сплавов, не имеющих аналогов ранее.

Из руд или других материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры, а следовательно, и свойств металлических сплавов.

Металлургия - это фундамент машиностроения и основа промышленности. Это базовая отрасль народного хозяйства, с очень большими вложениями капиталов и материалов. Фактически, металлургическая промышленность определяет уровень научно-технического прогресса во всём народном хозяйстве. Значение металлургии на данном этапе технического развития трудно переоценить. Ее продуктами пользуются, если не все сферы производственной деятельности человека, то, пожалуй, их большая часть.

Металлы бывают чёрными и цветными. Черные металлы применяются в машиностроении и строительстве. Цветные металлы активно используются во всех отраслях производства . Удовлетворением потребностей человека в металлах и занимается такая отрасль промышленности, как металлургия. Соответственно, металлургический комплекс разделяется на два больших направления: черную и цветную металлургию, и охватывает все стадии технологических процессов: добычу металлургического сырья , металлургический передел, производство сплавов, утилизацию отходов и изготовление продукции из них.

Термин «металлургия» произошел от греч. metallurgéo - добываю руду, брабатываю металлы, от métallon - рудник, металл и érgon - работа). В первоначальном, узком значении, металлургия - это искусство извлечения металлов из руд. В энциклопедическом словаре Брокгауза Ф.А. и Ефрона И.А. даётся следующее определение металлургии: «Металлургия - отдел технологии, занимающийся добыванием металлов в заводских размерах из их природных соединений (руд). Металлургические операции суть двоякого рода: во-первых, механическая обработка руды и приведение ее в удобный для работы вид и, во-вторых, обработка химическая или электрохимическая ».

Исторически сложилось разделение металлургии на чёрную и цветную.

Изучением состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико-химических и других видах воздействия занимается другая междисциплинарная наука - металловедение .

По используемым технологиям, различают пирометаллургию и гидрометаллургию . Современная металлургия как совокупность основных технологических операций производства металлов и сплавов включает в себя:

Подготовку руд к извлечению металлов (в т. ч. обогащение);
Процессы извлечения и рафинирования металлов: пирометаллургические, гидрометаллургические, электролитические;
Процессы получения изделий из металлических порошков путём спекания;
Кристаллофизические методы рафинирования металлов и сплавов;
Процессы разливки металлов и сплавов (с получением слитков или отливок);
Термическую, термомеханическую, химико-термическую и др. виды обработки металлов для придания им соответствующих свойств;
Процессы нанесения защитных покрытий.

По состоянию на начало 2008 г. в металлургической отрасли России функционируют 58 научно-технических и проектных организации с общей численностью более 10 тыс. человек (в том числе более 120 докторов и свыше 600 кандидатов наук). Научно-технический потенциал отрасли представлен 46 научными организациями (институтами), в их составе 11 организаций с государственной формой собственности , остальные - акционерные общества открытого типа. Три ведущих научных организации имеют статус государственных научных центров (ГНЦ):

ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»,
ФГУП «Гинцветмет» и
ФГУП «Гиредмет» .

Проектный потенциал отрасли представлен 12 проектными организациями, 18 проектными подразделениями комплексных научно-исследовательских и проектных институтов, 3 проектно-конструкторскими бюро. Все проектные организации являются акционерными обществами, при этом большинство из них входит в состав крупных производственных холдингов и компаний. ГНЦ в металлургической промышленности и других отраслях, связанных с разработкой конструкционных материалов и металлургического оборудования осуществляют функции ведущих организаций по следующим важнейшим направлениям развития науки, технологий и техники.

Учёная степень кандидата или доктора наук в группе специальностей металлургия и материаловедение в России присваивается в соответствии с номенклатурой специальностей научных работников ВАК , по следующим специальностям :

Шифр	Отрасль науки, группа специальностей, специальность	Отрасли науки, по которым присуждается ученая степень
05.16.00	Металлургия и материаловедение
	Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов	Технические
	Металлургия черных, цветных и редких металлов	Технические
	Литейное производство	Технические
	Обработка металлов давлением	Технические
	Порошковая металлургия и композиционные материалы	Технические
	Металлургия техногенных и вторичных ресурсов	Технические
	Нанотехнологии и наноматериалы (по отраслям)	Технические Физико-математические Химические

В соответствии с классификатором конкурсов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ , РФФИ предоставляет гранты на исследования в области технологии металлов по следующим основным направлениям:

Фундаментальные основы создания новых металлических, керамичес:ких и композиционных материалов
Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Образование в области металлургии можно получить в соответствии с Общероссийским классификатором специальностей по образованию (ОКСО), определяющим государственный стандарт на высшее и среднее профессиональное образование в России. Металлургическое образование входит в укрупнённую группу специальностей МЕТАЛЛУРГИЯ, МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАТЕРИАЛООБРАБОТКА. В группу металлургических специальностей входят:

Код ОКСО	Специальность	Квалификация
	Металлургия	Бакалавр техники и технологии Магистр техники и технологии
	Металлургия черных металлов	Старший техник
	Металлургия цветных металлов	Старший техник
	Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей
	Литейное производство черных и цветных металлов	Старший техник
	Металловедение и термическая обработка металлов	Старший техник
	Обработка металлов давлением	Старший техник
	Металлургия сварочного производства
	Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия	Старший техник
	Металлургия техногенных и вторичных ресурсов
	Контроль качества металлов и сварных соединений	Старший техник

Полный и актуальный перечень учебных заведений России, осуществляющих образование по перечисленным специальностям приводится на федеральном портале «Российское образование» . Поиск нужного учебного заведения в России можно выполнить в разделе «Расширенный поиск ВУЗа » с использованием фильтров по названию ВУЗа, городу, названию или коду специальности по ОКСО, форме обучения и т.д.

Металлургия - это что такое? Центры металлургической промышленности. Важность металлургии

Металлургия чугуна

Классификация разновидностей металлургии

Добывающая металлургия

Рекомендуемая литература