Машиностроение, строительство, электротехника - все эти и многие другие сферы невозможно представить без металлургии. Что представляет собой эта отрасль? Как добывают металлы? Какими они бывают? Ответы на эти вопросы можно найти в статье.
Определение
Металлургия - это направление в промышленности, которое занимается добычей сырья, производством сплавов, утилизацией отходов и производством продукции из полученных сплавов.
Металлургия, в зависимости от сырья, делится на чёрную и цветную. К первой группе относятся металлы, содержащие железо, хром и марганец. Ко второй - все остальные.
Процесс производства продукции из металлов включает такие этапы, как:
утилизация.
добыча и подготовка руды;
Металлургическая промышленность включает процессы получения многих элементов периодической таблицы, кроме газов и галоидов.
Черная
Черная металлургия - это отрасль металлургии, которая занимается производством сплавов из железа, марганца и хрома.
В природе железо встречается в руде в форме карбонатов, гидроксида и оксида. Поэтому первый этап производства в чёрной металлургии - это освобождение железа из руды при помощи доменной печи при температуре более +1000 С. При необходимости на данном этапе производится изменение свойств металла.
Черная металлургия включает такие направления, как:
- добычу и обогащение нерудного сырья;
- производство чёрных металлов;
- производство труб из стали и чугуна;
- коксохимическую промышленность;
- вторичную обработку сырья.
Производимая на металлургических комбинатах продукция бывает:
основной, то есть конечным продуктом, готовым для эксплуатации;
побочной, то есть продуктом, который получается при производстве основной продукции;
попутной, то есть продукцией, оставшейся после производства основной и побочной, которая используется либо как вторсырье, либо как есть.
Добыча
Металлы получают путем извлечения из руд или вторсырья. Вся руда, содержащая ценные элементы, делится на богатую (более 55% ценных элементов), бедную (менее 50 %) и убогую (менее 25 %).
При добыче руды используются три основных метода:
открытый;
подземный;
комбинированный.
Открытый метод - самый распространенный и экономичный. При таком методе предприятием организуется необходимая инфраструктура и разрабатывается месторождение карьерами.
Подземный метод используется в том случае, если породы лежат глубоко под землей. По сравнению с открытым, этот метод дороже из-за необходимости специального технического оснащения. Кроме этого, он актуальнее, чем другие методы, так как запасы железной руды, залегающей близко к поверхности, практически истощены. Таким способом добывается более 70% железной руды.
Комбинированный способ, как понятно из названия, сочетает в себе два вышеуказанных метода.
Производство
В металлургии под производством черных металлов понимают сложный технологический процесс, который можно разделить на два этапа:
производство чугуна;
переработка чугуна в сталь.
Необходимыми материалами для производства чугуна являются железная руда, топливо (кокс) и флюс. Именно в таком порядке их загружают в доменные печи, где под тяжестью собственной массы они опускаются в низ печи. В нижней части печи находятся отверстия - фирмы, через которые подается нагретый воздух для поддержания процесса горения. В результате плавления из руды восстанавливается железо и другие элементы, а полученные в процессе шлак и чугун выливаются через специальные отверстия - шлаковую и чугунную летки.
Процесс передела чугуна в сталь подразумевает снижение уровня углерода и примесей способом избирательного окисления и перевода их в шлак при выплавке. Для этого в расплавленный чугун вводят ферросплавы с содержанием Al, Mn и Si. Они образуют в стали труднорастворимые оксиды, которые частично всплывают в шлак.
Продукция
Продукция черной металлургии широко используется в машиностроении, строительстве, коммунальном хозяйстве, военно-промышленном комплексе и сельском хозяйстве.
К основной продукции черной металлургии можно отнести:
чугун передельный и литейный;
огнеупоры;
химическую продукцию.
металлопрокат (листовой, фасонный, сортовой) ;
готовый прокат;
Цветная
К цветной металлургии относятся все виды металлов, кроме железосодержащих. Сама отрасль делится на металлургию легких и тяжелых металлов, которые основываются на таких свойствах металла, как плотность и вес. Все виды металлов, используемых в цветной металлургии, можно разделить на:
легкие, к которым относятся магний, алюминий, титан;
тяжелые, к которым относятся олово, цинк, свинец, никель, медь;
редкоземельные, к которым относятся эрбий, тербий, самарий, празеодим, неодим, лантан, диспрозий, церий, иттрий;
искусственные, к которым принадлежат америций, технеций;
малые, к которым относятся ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, кадмий, висмут;
рассеянные, к которым принадлежат селен, германий, таллий, индий, галлий, цирконий;
легирующие, к которым относятся ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам;
благородные, к которым относятся платина, золото, серебро.
По сравнению с черной, цветная металлургия более энергозатратная. Это объясняется низким содержанием полезных веществ в цветных металлах и, как следствие, большим количеством отходов, требующих особенной утилизации и переработки химическими способами.
Добыча сырья и его обогащение
Цветные металлы получают из рудного концентрата, то есть из обогащенной руды. Под обогащением понимают разделение руды на металлы и минералы, что позволяет искусственно увеличить содержание металлов в сырье. При разделении используются такие технологии, как дробление, измельчение, сортировка и переработка путём обезвоживания. После получения металла из руды он проходит обработку и шлифовку.
После всех этих процессов металл отправляют в цеха или предприятия, где будет изготовлена необходимая продукция - станки, трубы, машины и т.д.
Рафинирование
Черновые металлы содержат различные примеси, которые влияют на физико-химические свойства металлов, а также содержат важные дорогостоящие элементы, например золото или серебро. Поэтому одним из важнейших этапов обработки металла является рафинирование, то есть очистка. Рафинирование проводится тремя способами:
электролитическим - используется для глубокой очистки цветных металлов;
химическим, который который также называется аффинажем, применяется при глубокой очистке золота;
пирометаллургическим - используется при производстве металлов высокой чистоты и делится на фракционное, ликвационное, окислительное рафинирование.
Получение сплавов
Сплав - это вещество, состоящее из двух и более металлов и неметаллов, например, углерод, фосфор, мышьяк.
Сплавы не получаются из двух похожих металлов. Например, цинка и свинца.
Самыми ценными сплавами являются:
- сортовой прокат - шестигранник, пруток, проволока;
- листовой прокат - полоса, лента, лист.
бронза - соединение меди и олова;
латунь - соединение меди и цинка;
дуралюмин - соединение алюминия, меди, железа,кремния, магния и марганца;
карбид вольфрама - соединение вольфрама с углеродом и кобальтом;
нихром - соединение из никеля, хрома и железа;
ални - соединение немагнитного алюминия, никеля и кобальта.
Продукция отрасли
Человеку, незнакомому близко с металлургией, при упоминании о цветных металлах первыми на ум приходят золото и серебро. Выше было рассмотрено все многообразие цветной металлургии. Здесь же рассмотрим продукцию, которая производится в данной сфере. Это:
Кроме профильной, на металлургических заводах и комбинатах производится химическая продукция - хлор, поташ, серная кислота, элементарная сера, цинковый и медный купорос.
Типы баз и факторы их размещения
Прежде чем рассмотреть основные металлургические базы в мире и в России, стоит кратко описать типы баз и факторы их размещения.
В металлургической промышленности выделяют 3 типа баз.
База, работающая с собственными рудой и углем.
База, работающая либо с собственной рудой и привозным углем, либо с привозной рудой и собственным углем.
Работающая недалеко от угольных бассейнов или недалеко от потребителя.
Факторам, влияющими на расположение металлургических центров, можно назвать:
потребительский , к которому относится близость крупных машиностроительных комплексов - основных потребителей стали;
экологический , к которому относятся устаревшие предприятия, использующие один из самых “грязных” способов производства - доменный процесс;
транспортный , к которому относятся предприятия, использующие привозные руду и уголь, так как находятся вдали от их источников;
топливный , к которому относятся предприятия, находящиеся недалеко от угольных бассейнов;
сырьевой , к которому относятся предприятия, расположенные поблизости к местонахождениям руды.
Металлургия в мире
Мировая металлургия сосредоточена в 98 странах мира, из которых руда добывается только в 50. Лидерами являются пять стран - это Китай, Бразилия, Россия, Австралия и Индия, который поставляют на мировой рынок пости 80 % сырья. Большая часть мировых запасов руд - это материал среднего и низкого качества, требующий обогащения в процессе производства. Руд высокого качества в мире очень мало. Например, запасы России как одного из лидеров металлургической промышленности составляют всего 12 % от мировых запасов.
Больше всего руды добывается в Китае, а полезного железа - в России.
Лидирующими компаниями, которые регулируют мировой процесс добычи и производства руды и металлов, являются компании Arcelor Mittal, Hebei Iron & Steel, Nippon Steel.
Arcelor Mittal - это компания, образованная благодаря слиянию предприятий Индии и Люксембурга. Ей принадлежат предприятия в 60 странах мира, в том числе российское "Северсталь-Ресурс" и украинское "Криворожсталь".
Hebei Iron & Steel Group - еще одна компания, образованная в результате слияния нескольких компаний. Но вляется не частным, а государственным предприятием, зарегистрированным в Китае. Здесь производится уникальный продукт - ультратонкий холоднокатанный лист и стальные плиты. Кроме добычи и производства, компания занимается исследовательской деятельность и инвестициями.
Nippon Steel и Sumitomo Metal Industries - японский лидер по производству стали. Доменные печи этой компании были установлены еще в 1857 году.
Металлургия России
В российской экономике металлургия занимает второе место после нефтегазовой промышленности. В данной сфере трудятся более 2 % работающих граждан в стране на 1,5 тыс. предприятий.
В РФ три есть основные базы черной металлургии, размещение которых объясняется близостью источников руды и бассейнов угля:
Уральская;
Сибирская;
Центральная.
Самое старое и крупное предприятие металлургии - Уральское, где производится половина всей продукции черной металлургии в России. Центрами Уральской металлургии являются Екатеринбург, Нижний Тагил, Челябинск и Магнитогорск. Крупнейшие предприятия - Чусовский металлургический завод и Челябинский металлургический комбинат.
Сибирская металлургическая база - самая молодая из трех и строится на смену Уральской, где исчерпаны запасы металлов практически исчерпаны. Здесь расположены всего два крупных металлургический комбината - Кузнецкий и Западно-Сибирский.
Центральная металлургическая база находится в Белгородской и Курской областях. Крупнейшим металлургическим комбинатом и заводами является Новолипецкий металлургический комбинат и заводы в Старом Осколе и Туле.
93% процента выпускаемой продукции приходится на долю шести крупных центров металлургии. Это:
ПАО “Северсталь”;
ОАО “Мечел”;
“Евраз”;
ОАО “Металлоинвест”;
ОАО “Новолипецкий металлургический комбинат”;
ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат”.
Металлургия - промышленность, которая играет важную роль в жизни каждого человека.
К металлургии примыкает разработка,
произ-во, эксплуатация машин, аппаратуры, агрегатов, используемых в метал-лургич.
пром-сти.
Для изучения закономерностей
процессов концентриро-вания, извлечения, получения, и
, а также процессов, связанных с изменением состава, структуры и св-в
и материалов, полуфабрикатов и изделий из них в металлургии используют физ.,
хим., физ.-хим. и мат. методы исследования.
М
еталлургия подразделяют на черную
и цветную. Черная металлургия охватывает произ-во чугуна, стали и (см. ). С металлургией тесно связаны , произ-во . К черной металлургии относят также произ-во проката, стальных, чугунных
и др. изделий (на долю черных приходится ~ 95% всей производимой в
мире металлопродукции). В 70-е гг. определилась тенденция замены черных
и , а также композиционными, полимерными, керамич. материалами,
что вместе с высоким качеством выпускаемых и низкой металлоемкостью
продукции в промыш-ленно развитых капиталистич. странах привело к снижению объема
произ-ва черных в этих странах (табл. 1).
Табл.1.-ПРОИЗВОДСТВО
СТАЛИ И ЧУГУНА В РЯДЕ СТРАН, МЛН.Т
* Данные за 1985. ** Данные
за 1982.
Напр., в СССР в 1988 потребление
стали и составило соотв. 160 и 6 млн. т, в то время как в США-100
и 28 млн. т.
Ц в е т н а я металлургия включает
произ-во и обработку цветных и и их . Попутно пром-сть
цветной
металлургии производит
разл. хим. соед., материалы, минер. и др. Металлургии, процессы применяют
также для произ-ва (Si, Ge, Se, Те, As, Р и др.),
радиоактивных . Современная металлургия охватывает процессы получения мн. элементов
периодич. системы (кроме газообразных). Объемы произ-ва (1987) нек-рых (тыс. т): США-Аl 3200, Сu 1560, Zn 260, Pb 330 ( в добытой );
Япония-Аl 41, Сu 980, Zn 666, Pb 268; ФРГ-Аl 737,7, Сu 421,2 (1986), Zn 370,9
(1986), Pb 366,6 (1986).
Совр. металлургич. произ-во
включает след. технол. операции: подготовку и обогащение ; гидрометаллургич.
(см. ), пирометаллургич. (см. , ),
электротермич. и электролитич. процессы извлечения и ;
получение изделий (см. , );
хим. и физ. методы ; плавку и разливку и
; обработку (прокат, штамповка и т.д.); термич., термомех.,
химико-термич. и др. виды обработки для придания им требуемых св-в
и др.; процессы нанесения защитных и упрочняющих покрытий (на и
на изделия).
В обогатит. технологии
наиб. распространение получили флотац., гравитац., магн. и электростатич. методы
обогащения (см. , ). Флотац. процессы
применяют для обогащения более чем 90% цветных и . Полученные
после обогащения концентраты подвергают , усреднению состава,
и окускованию (агломерация, окатывание, брикетирование), для того чтобы повысить
их реакц. способность и производительность их послед. передела.
В результате пирометаллургич.
процессов (включают , и др.) происходит концентриро-вание
и удаление примесей в образующиеся фазы (парогазовая фаза, металлич.
и шлаковые , штейн и твердые в-ва). После разделения фазы направляются
на переработку для дальнейшего извлечения ценных составляющих. Для интенсификации
металлургич. процессов (в конвертерах и ) вводят газообразные О 2 ,
Сl 2 и др. . В качестве применяют С, СО,
Н 2 и активные . Распространенные восстановит. процессы-доменная
плавка, выплавка вторичной Сu, Sn и Pb в шахтных , произ-во
и титанового шлака в рудовосстановит. электропечах, магнийтер-мич.
TiCl 4 с получением металлич. Ti. Окислит. получило
развитие в мартеновском и конвертерном произ-вах стали, при получении анодной
Сu и в технологии Pb. Для извлечения и нашли применение
технол. процессы с использованием , и , а
также , вакуумная и и др. Получили
развитие внепечные методы стали, процессы в и среде Аr
в технологии высокореакционноспособных (Ti, Zr, Nb и др.).
Произ-во изделий с особыми
св-вами и высоким качеством осуществляют методами , что позволяет
достигать более высоких технико-экономич. показателей по сравнению с традиц.
способами. Для получения высокочистых и
применяют , вытягиванием из
и др. способы. Осн. направление техн. прогресса в области получения отливок
из расплавл.
и сплавов-это переход к непрерывной разливке стали и и к совмещению
процессов литья и обработки (бесслитковая прокатка Аl, Сu,
Zn и др.).
Обработка ,
кузнечно-штамповочное произ-во и прессование - важнейшие технол. процессы на
металлургич. и машиностроит. предприятиях. Прокатка-осн. способ обработки
и . Она осуществляется на прокатных станах - мощных высокоавтоматизир.
агрегатах производительностью неск. млн. т проката в год. Прокаткой производят
листовой и сортовой , биметаллы, трубы, гнутые и периодич. профили и др.
виды изделий. Проволоку получают волочением.
Термич. обработка включает
закалку, и отпуск . Кроме обработки готовых деталей на машиностроит.
предприятиях, термообработке подвергают мн. виды продукции на металлургич. заводах
- стальные рельсы (объемная закалка или закалка головки), толстые листы и арматурные
стали, тонкие листы из трансформаторной стали и др. Большое значение в металлургии имеют
процессы химико-термической обработки и нанесение на разл. защитных
покрытий, напр. оцинкование, лужение (см. ), нанесение
и др.
Современная металлургия характеризуется
значит. выбросами в (табл. 2,3), в СССР-также незначит. применением
непрерывной разливки стали, низким возвратом на повторное использование,
низким комплексным использованием сырья и абс. преобладанием в балансе
сталей (95%).
Табл. 2.-ВЫБРОСЫ (Т/СУТ
НА 1 МЛН. ВЫПЛАВЛЯЕМОЙ СТАЛИ В
ГОД) В ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ В СССР
В СССР в 50-е гг. впервые
в мире был разработан метод непрерывной разливки стали, резко снижающий потери
в процессе произ-ва. В 1986 этим способом разливали в СССР 14% выплавляемой
стали, в Японии-92,7, ФРГ-84,6, Юж. Корее-71,19, США-53,4%. Мн. страны, в т.
ч. Япония, ФРГ и др., полностью отказались от экологически вредного мартеновского
произ-ва стали; осн. методы получения стали в капиталистич. странах - кислородно-конвертерный
и электросталеплавильный. В СССР значит. кол-ва стали производят мартеновским
способом.
В СССР в 1986 произведено
161 млн. т стали, из них получено готового проката 112 млн. т; т. обр., потери
составляют 49 млн. т (30,4%). В США те же потери составляют 18,4%, ФРГ-9,4%,
Юж. Корее-1%. Возврат (%) на повторное использование (
) оценивается в среднем в мире: Аl 11,7, Сu 40,9, Аu 15,9, Fe 27,9,
Pb 40, Hg 20,6, Ni 19,1, Ag 47,2, Sn 20,4, Zn 27.
Осн. пути развития и совершенствования
металлургии-комплексное использование сырья, снижение расхода сырья, энергозатрат и металлоемкости
на единицу металлопродукции, обеспечение прироста проката черных без
увеличения их произ-ва, создание экологически чистых технол. процессов.
Сведение кол-ва отходов к минимуму ()не м. б. осуществлено в пределах только металлургич. отраслей, а требует межотраслевой кооперации (замкнутое произ-во) и новой концепции организации произ-ва-"процессы к сырью" (т.е. в места богатые разд и др. прир. ресурсами) в отличие от применяемой ныне в СССР практики - "сырье к процессам". Впервые экологии, концепция организации про-из-ва была высказана академиком А. Е. Ферсманом в 1932. Переход к такому произ-ву (процессы к сырью) позволит повысить комплексное использование сырья и отходов произ-ва (воспроизводство сырья), обеспечить , создавать металлич. материалы с учетом ресурсосбережения и распространенности в природе, организовать замкнутые технол. (химико-металлур-гич.) комплексы в регионах с большой месторождений различной технологической ориентации (напр., Кольский п-ов, Норильский регион). В пределах замкнутого производства м. б. решены задачи обеспечения производства сырьем, конструкционными материалами и обеспечена защита
Cтраница 1
Металлургическое производство - одно из древнейших; оно возникло на ранних ступенях развития человеческого общества.
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.
Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре развития человеческого общества (до н.э.), были известны и нашли применение железо, медь, серебро, золото, ртуть, олово, свинец.
Металлургическое производство требует значительного количества воды, поэтому издавна заводы располагались в межгорных котловинах, по которым протекают реки.
Металлургическое производство гафния получило значительное развитие в последние 25 - 30 лет в связи с созданием атомной энергетики. В частности, разработаны методы очистки циркониевого сырья от гафния, так как последний является сильнейшим поглотителем тепловых ией-троиов. При этом было обнаружено, что гафний - превосходный материал для регулирующих стержней атомных реакторов на тепловых нейтронах, а кроме того, обладает высокой коррозионной стойкостью в горячей воде и хорошими механическими свойствами.
Металлургическое производство является весьма крупным потребителем электроэнергии, поэтому снижение потерь и экономия электроэнергии в нем имеют большое-народнохозяйственное значение.
Металлургическое производство возникло в глубокой древности.
Металлургическое производство отличается массовым характером выпускаемой продукции и относительной законченностью ее на отдельных стадиях производства, что обусловливает применение попередельного метода учета затрат и калькулирования себестоимости продукции. Производственный цикл в черной металлургии состоит из трех последовательных стадий: переработка руды в чугун, чугуна в сталь и слитков стали в прокат различных профилей. В условиях комбинированного производства чугун и сталь являются полуфабрикатами, а прокат - готовой продукцией.
Металлургическое производство отличается массовым характером выпускаемой продукции и относительной законченностью ее на отдельных стадиях производства, что обусловливает применение попередвльного метода учета затрат и калькулирования себестоимости продукции. Производственный цикл в черной металлургии состоит из трех последовательных стадий: переработка руды в чугун, чугуна в сталь и слитков стали в прокат различных профилей. В условиях комбинированного производства чугун и сталь являются полуфабрикатами, а прокат - готовой продукцией.
Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Прежде других металлов были получены олово и свинец как сравнительно легко восстанавливаемые из окислов. Но они не были пригодны для изготовления орудий труда и оружия.
Металлургическое производство характеризуется выпуском однородной по исходному сырью и характеру обработки продукции в ряде последовательных технологических стадий или переделов. Особенность такого производства состоит в том, что одни и те же полуфабрикаты при их последующей обработке могут быть использованы для изготовления различных видов других полуфабрикатов или конечной продукции. Так, из одной и той же марки стали могут быть изготовлены различные профили проката. Кроме того, некоторая часть полуфабрикатов (чугунные и стальные отливки) может быть реализована другим предприятиям. Поэтому возникает необходимость исчисления себестоимости не только конечного продукта (проката), но и полуфабрикатов: чугуна в доменном и стали в сталеплавильном производствах. Достигается это на основе попередельного метода учета себестоимости и полу-фабрикатного варианта сводного учета затрат на производство. При этом затраты на производство учитываются по отдельным переделам (доменное, сталеплавильное и прокатное), а внутри них - по видам полуфабрикатов и готовой продукции в разрезе калькуляционных статей расходов.
Металлургическое производство по своему характеру протекания является непрерывно-дискретным. Для непрерывного технологического процесса характерен неразрывный поток перерабатываемых материалов в агрегате или цепи агрегатов. Для дискретных технологических процессов характерна циклическая (последовательно повторяющаяся) переработка отдельных порций перерабатываемых материалов в агрегате.
Металлургическое производство требует, например, экспрессного и точного определения содержания кислорода в стали в процессе ее выплавки. Требование экспресс-ности определяется высокой производительностью и большими скоростями современных металлургических процессов, например кислородно-конвертерного. Требование чувствительности и точности связано с необходимостью производства металла заданного состава и высокого качества.
Металлургическое производство алюминия росло вместе с развитием авиации. Теперь же только капиталистические страны ежегодно производят более 4 млн. т алюминия.
Что такое металлургия, какую роль она играет в жизни человечества? Эта отрасль является фундаментом и основой всей промышленности. Большая часть всех сфер производства пользуются результатами металлургического производства. Каково значение металлургии?
Понятие металлургии
Металлургия играет большую роль во всех отраслях.
Под этим термином принято понимать отрасль в науке и технике, которая занимается получением, добычей металлов и руд. Без металлургии технический прогресс представить невозможно. Это мощнейшая промышленная отрасль, которая совершенствует каждый год способы добычи, изучает состав и свойства металлов, развивает границы их применения.
Что включает в себя металлургия:
- производство металла;
- обработка изделий из металла в горячем и холодном виде;
- сварка;
- нанесение металлических покрытий.
Кроме того, металлургия включает в себя некоторые аспекты:
- науку, теоретическое изучение;
- познание химических процессов;
- исследование свойств металла.
Металлургический комплекс объединяет все предприятия, который занимаются добычей, переработкой металлов. Это предприятия, которые занимаются обогащением руды, прокатным производством, переработкой вторичного сырья.
Какая бывает металлургия? Отрасль разделяется на два основных вида. Виды металлургии:
- цветная.
От того, как в стране развивается металлургический комплекс, зависит уровень экономики и благосостояние населения.
Металлы и сплавы обладают рядом полезных свойств. К ним относится:
- упругость;
- способность к деформации;
- высокая прочность;
- теплопроводность.
За счет своих свойств металлы и сплавы относятся к важнейшим материалам, которые применяются в создании современных машин, техники. Центральное место занимает железо, его доля в металлургической продукции составляет более 90%.
Но железо в чистом виде применяется в небольших количествах. Основная масса используется в виде сплавов.
Чаще всего используется сталь и чугун, которые относятся к черным металлам. Сталь является основным видом металла в черной металлургии, она обладает высокой прочностью и износостойкостью. А сталь хорошо поддается сварке.
К черной металлургии относят отрасль тяжелой промышленности, включающая в свою технологию саму добычу материала, обработка , наполнение производства вспомогательными материалами и топливом.
Кроме того, к черной металлургии относится окончательный выпуск продукции и его переработка. К этому виду отрасли относят:
- получение основного сырья;
- обогащение первичного материала (марганцевой и железной руды);
- выплавка чугуна, а также высококачественной стали;
- выполнение огнеупорных материалов;
- наполнение производства вспомогательными материалами (известняк);
- производство изделий из металла для собственного пользования.
Черная металлургия – это основа всей промышленности машиностроения. Черные металлы широко применяются в строительстве и для нужд человека.
По концентрации черного металла Россия занимает лидирующую позицию в мире по сравнению с другими промышленно развитыми странами.
В структуре черной металлургии важное место занимает этап производства чугуна и стали до момента проката. Кроме этого, производство основывается на подготовке самой руды к переплавке, а также проведению обогащения.
Для производства чугуна, кроме руды, требуется подготовка топлива, огнеупорных материалов, которые помогают добиться у металла его высокопрочных качеств. К технологическому топливу чаще всего относят кокс, для его производства используется коксующий уголь высокого качества.
Тонкости производства
Расположение предприятий, связанных с добычей и переработкой черных металлов, напрямую зависит от фактора сырья. Именно на него приходится 90% затратных средств при переплавке чугуна.
В состав металлургического комплекса России входят три основные базы:
- центральная;
- сибирская;
- уральская.
В последние годы Центральная база наращивает темпы производства и перегоняет Уральскую. Она полностью обеспечивает коксующим углем и рудами всю Центральную часть России. Основную часть металла производят в Череповце и Липецке.
Центром сибирской базы является город Новокузнецк. Эта база имеет перспективное значение, так как полностью основана на своих ресурсах.
Уральская база располагается в непосредственно близости с богатыми топливом Сибирью и Казахстаном. Такое местонахождение обеспечивает низкую себестоимость продукции. Кроме того, большим преимуществом является расположение вблизи к Уральским горам. Они очень старые, и в настоящее время многие из них разрушаются. Поэтому добыча ведется практически на поверхности.
Большинство металлов и руды могут добываться .
Но в этом месторасположении есть минус. Здесь отсутствует коксующий уголь, его приходится завозить из соседних регионов.
Большую значимость имеют в стране металлургические заводы с небольшой мощностью. Именно они могут обеспечить быструю выплавку металла в небольшом количестве. Небольшие заводы быстрее крупных предприятий реагируют на изменение рынка, способны быстро подстроиться под запросы потребителей.
Новым направлением в отрасли сегодня является бездоменная или бескоксовая металлургия. Такое предприятие построено в России, а, точнее, в г. Старый Оскол – Оскольский электрометаллургический комбинат.
Традиционный процесс, при котором руда плавится при температуре 1,6 тыс. градусов вместе с коксом, служащим химическим восстановителем, отличается от этой технологии.
Новый метод существенно экономит кокс, получается металл экологически чистый высокого качества. Процессы, связанные с коксующим углем, становятся с каждым годом все нерентабельнее.
Уголь дорожает, процесс коксования очень сложный, он требует дополнительных затрат, строительство дополнительных очистных сооружений.
Новые установки практически безвредны для окружающей среды. Кроме того, сталь, произведенная по новой технологии, служит в пять раз дольше.
Россия занимает пятое место в мире по добыче этого металла. По разведанным запасам государство находится на второй позиции.
Акцент при поиске местонахождения делается на разработку коренных залежей. Основные места концентрации золота находятся в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале.
Основными приисками считаются:
- Соловьевский – старый, но значительный прииск в Амурской области;
- Невьяновский – был открыт еще в 1813 году;
- Градской – здесь был найден первый в России алмаз;
- самый молодой прииск Кондор был открыт в 60-х годах, здесь ведется добыча как золота, так и платины;
- Алтайский.
Лидирующую позицию по добыче занимает компания «Полюс золото». У нее открыты прииски в Иркутской области, Амурской и Магаданской областях.
Государственный итог
В настоящее время Россия занимает лидирующие позиции по запасам железной руды и никеля. В стране производится более 70 разнообразных металлов и элементов. Металлургическое производство имеет большое хозяйственное значение.
Отрасли металлургии – это одни из самых динамично развивающихся отраслей. Несмотря на высокую конкуренцию со стороны крупных развивающихся стран, России удается сохранить лидерство за счет низкой себестоимости производства.
В металлургическом комплексе есть и свои проблемы. Рост производства на большинстве предприятиях происходит только при создании новых производственных мощностей. Большинство из них созданы больше 50 лет назад, но они уже исчерпали свой резерв.
Видео: Металлургия
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.