Металлургия - (от греч. metallurgeo-добываю руду, обрабатываю металлы) - область науки и техники, отрасль промышленности . К металлургии относятся:

Производство металлов из природного сырья и других металлсодержащих продуктов;

Получение сплавов;

Обработка металлов в горячем и холодном состоянии;

Нанесение покрытий из металлов;

Область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.

К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.

Разновидности металлургии

Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.

К чёрным металлам относят железо. Все остальные - цветные. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию (плавка) и гидрометаллургию (извлечение металлов в химических растворах). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.

Самыми распространенными металлами являются:

1) Алюминий

Чёрная металлургия

Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть производимого металла идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство).

Состав черной металлургии

В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:

Добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда)

Добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.);

Производство чёрных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков чёрных металлов);

Производство стальных и чугунных труб;

Коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);

Вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).

Металлургический цикл черной металлургии

Собственно металлургическим циклом является производство

1) чугунно-доменное производство,

2) стали (мартеновское, кислородноконвертерное и электросталеплавильное), (непрерывная разливка, МНЛЗ),

3) проката (прокатное производство).

Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.

Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты.

В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей.

Цветная металлургия

Цветная металлургия - отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию лёгких металлов и металлургию тяжёлых металлов.

Размещение предприятий отрасли

Размещение предприятий цветной металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль, помимо сырья, играет топливно-энергетический фактор.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Тяжёлые металлы

Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.

По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты.

Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерченское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).

Центром Никель-Кобальтовой промышленности являются города: Норильск (Восточная Сибирь), Никель и Мончегорск (Северный экономический район).

Лёгкие металлы

Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии - важнейший принцип их размещения.

Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах добычи выделяют окись алюминия - глинозём. Получение из него металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской и др.)

Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод). Заключительная стадия титано-магниевой металлургии - обработка металлов и их сплавов - чаще всего размещается в районах потребления готовой продукции.

История

Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре Винча), Болгарии (5000 лет до н. э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.

В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» - египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.

Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.

Следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т. п.).

Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.

Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.

Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание. Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.

Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.

Свойства металлов

Металлы в целом обладают следующими физическими свойствами:

Твердость.

Звукопроводность.

Высокая температура плавления.

Высокая температура кипения.

При комнатной температуре металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, единственного металла, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре).

Отполированная поверхность металла блестит.

Металлы - хорошие проводники тепла и электричества.

Обладают высокой плотностью.

Применения металлов

Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в электрических кабелях.

Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, поэтому используются в ювелирном деле (особенно золото, которое не окисляется). Золото также используется для изготовления неокисляемых электрических соединений.

Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.

Алюминий ковок и хорошо проводит тепло. Он используется для изготовления кастрюль и фольги. Благодаря своей низкой плотности - при изготовлении частей самолётов.

Сплавы

Сплав - макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Сплавы, используемые в промышленности различаются по своему предназначению.

Конструкционные сплавы:

Дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

Для заливки подшипников:

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

Манганин

Для изготовления режущих инструментов:

Победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Наиболее часто используются сплавы алюминия, хрома, меди, железа, магния, никеля, титана и цинка. Много усилий было уделено изучению сплавов железа и углерода. Обычная углеродистая сталь используется для создания дешёвых, высокопрочных изделий, когда вес и коррозия не критичны.

Нержавеющая или оцинкованная сталь используется, когда важно сопротивление коррозии. Алюминиевые и магниевые сплавы используются, когда требуются прочность и легкость.

Медно-никелевые сплавы (такие, как монель-металл) используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления ненамагничиваемых изделий. Суперсплавы на основе никеля (например, инконель) используются при высоких температурах (турбонагнетатели, теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

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

Металлургия является комплексной отраслью производства и ассортимент ее товарной продукции широк и разнообразен. Помимо основной металлургической продукции выпускаются и другие виды продукции, которые часто не имеют никакого отношения к металлургическим материалам: серная кислота, элементарная сера, кальцинированная сода, поташ, минеральные удобрения, цемент, минеральная вата и многие другие.

Кроме того, в металлургическом производстве получают многочисленные полупродукты и отходы основного производства: шлаки, штейны, газы, агломераты и спеки, кеки, шламы и т.д. Рассмотрим основные виды продукции металлургического производства.

Металлы и штейны

Металлы и сплавы являются основными видами товарной продукции металлургического производства, которые получают переработкой всех видов металлосодержащего сырья. В черной металлургии основными видами продукции являются чугуны, стали и ферросплавы.

В цветной металлургии в зависимости от используемой технологии и состава полученной продукции различают черновые и рафинированные металлы, но товарной продукцией, как правило, являются рафинированные металлы.

Черновыми называют металлы, содержащие примеси, в числе которых могут быть вредные примеси и ценные элементы – спутники основного металла, содержащиеся в сырье. Вредные примеси ухудшают характерные для данного металла свойства (электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость и т.д.) и ограничивают сферу их непосредственного применения. Ценные спутники, к которым относятся благородные металлы, редкие и рассеянные элементы, необходимо попутно обязательно извлекать. Для очистки от примесей черновые металлы подвергают рафинированию. Сортамент рафинированных металлов регламентируется ГОСТом и в зависимости от степени очистки нередко выпускается 6–10 марок каждого конкретного металла.

Штейном называют сплав сульфида железа с сульфидами тяжелых цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка и пр.), в котором растворены примеси. Штейны являются промежуточными продуктами, образование которых определяется технологическими соображениями, и это очень характерно для пирометаллургии меди, никеля и частично свинца. В практике цветной металлургии получают медные, медно— никелевые, никелевые и полиметаллические штейны. Они образуются при плавках в жидком состоянии и не смешиваются со шлаковыми расплавами, что облегчает их отделение отстаиванием. Наиболее успешно процесс отстаивания идет при разности плотностей шлака и штейна больше 1 г/см 3 .

Медные и медно-никелевые штейны являются хорошими коллекторами благородных металлов, что позволяет достаточно полно извлекать их в штейн при плавке рудного сырья. Полиметаллические штейны наряду с сульфидами меди и железа содержат заметные количества сульфидов свинца и цинка, что затрудняет их дальнейшую переработку, и поэтому в настоящее время их стараются не получать.

Плотность расплавленных штейнов возрастает с увеличением содержания в них меди и никеля в пределах 4,0–5,7 г/см 3 , а при высокой металлизации штейнов их плотность может достигать 7 г/см 3 .

Металлургические шлаки

Металлургические шлаки представляют собой сложный по составу сплав оксидов. По технологическим признакам и способу формирования их подразделяют на шлаки рудных плавок и рафинировочные шлаки.

Шлаки рудных плавок образуются из оксидов породы перерабатываемой руды и вводимых в шихту флюсов. Шлаки получаются в расплавленном состоянии и их роль в процессах плавки очень велика. Они являются той средой, в которой протекают основные физико-химические превращения и реакции, приводящие к образованию конечных продуктов – металла и шлака.

Шлаки содержат часть извлекаемого металла и поэтому нередко являются основной составляющей потерь металла. Количество образовавшегося шлака зависит в основном от состава рудного сырья и флюсов. Особенно высок выход шлака при плавках руд или концентратов цветных металлов – обычно составляет от 60 до 120 % от массы рудной составляющей. Количество образующихся шлаков и их свойства фактически определяют основные технико-экономические показатели металлургического производства: удельную производительность плавильных печей по рудному сырью, расход топлива, эксплуатационные затраты и в конечном итоге себестоимость передела.

При низком содержании извлекаемых металлов в шлаках они являются отходами металлургического производства, но считать их отвальными продуктами можно лишь условно, так как с развитием металлургической техники, они нередко подвергаются: дополнительной переработке.

Рафинировочные шлаки формируют из специально вводимых в плавильные печи флюсующих добавок, а также оксидов, рафинируемого металла и продуктов разрушения огнеупорной футеровки плавильного агрегата. Создание шлака над расплавом способствует очистке металла от вредных примесей и накопление их в шлаке, и, кроме того, шлаки защищают расплавленный металл от воздействия газовой среды в печи. Выход таких шлаков невелик, но они содержат значительное количество извлекаемого металла, и поэтому их используют в качестве оборотных материалов или подвергают специальной переработке.

Состав металлургических шлаков разнообразен и зависит от вида перерабатываемого сырья и особенностей металлургического процесса. Состав шлаков доменной плавки в черной металлургии (ДП) и основных разновидностей цветной металлургии (ПЦМ) приведен ниже (%):

Из приведенных данных видно, что шлаки различаются лишь содержанием оксидов железа, а в основе их лежат системы СаО-SiO 2 и CaО— FeO— SiO 2 .

Для каждого металлургического процесса и применяемого для этого аппарата установлен оптимальный состав шлаков, отвечающий определенным технологическим и экономическим требованиям. Прямой плавкой не всегда удается получить этот оптимальный состав и поэтому приходится добавлять флюсы.

Оксиды, образующие шлаки, по химической активности подразделяют на кислые (SiO 2 , Аl 2 О 3), основные (CaO, FeO, MgO и др.) и амфотерные (Fe 2 O 3 , ZnO и пр.). В зависимости от соотношения указанных оксидов шлаки подразделяют на кислые и основные. К кислым относятся шлаки, содержащие более 40 % (SiO 2 + Аl 2 О 3), а к основным – менее 40 % указанной суммы оксидов.

Однако эти критерии условны и дают представление лишь о промышленной классификации шлаков. Для правильного выбора параметров процесса необходимо знать важнейшие свойства шлаков: температуру плавления, вязкость, плотность, растворимость в шлаках извлекаемого продукта и поверхностные свойства.

Оксиды, образующие шлаки, имеют высокую температуру плавления, °С: 1713 – SiO 2 ; 1370 – FeO; 1540 – Fe 3 O 4 ; 2570 – CaO; 2800 – MgO; 2050 – Аl 2 О 3 . Однако температура плавления шлака значительно ниже температуры плавления чистых оксидов. Физико-химические свойства шлаков зависят от их химического состава и температуры, а также от их строения в расплавленном состоянии.

Вязкость шлаков характеризует жидкотекучесть, от величины которой зависит скорость отстаивания жидких продуктов плавки. Электропроводность шлаков имеет определяющее значение для работы электрических печей, которые широко применяются в черной и цветной металлургии. Плотность шлаков зависит от соотношения в них легких и тяжелых шлакообразующих компонентов. Плотность оксидов в твердом состоянии составляет (г/см 3): SiO 2 – (2,2–2,65); FeO – 5,7; CaO – 3,32; MgO – 3,65; Аl 2 O 3 – 3,99; Fe 3 O 4 – 5,2; BaO – 5,72; Na 2 O – 2,27.

Для получения шлаков оптимального состава часто в качестве флюсов используют кварциты и известняки. В цветной металлургии иногда в качестве флюса используют низкосортные золотые концентраты и кварцевые хвосты золотоизвлекательных фабрик, что позволяет без затрат извлекать при плавке в штейн или черновой металл благородные металлы. Для разжижения шлаковых расплавов в ряде случаев используют плавиковый шпат CaF 2 , соду Na 2 СОз и др.

Продукты гидрометаллургических производств

Продуктами гидрометаллургических процессов являются растворы, кеки и сточные воды.

Растворами в гидрометаллургии называют продукты процесса выщелачивания, в которых растворенное вещество находится в молекулярном состоянии, что делает их устойчивыми системами, не разделяющимися при сколь угодно длительной выдержке. В качестве растворителей при производстве цветных металлов используют воду и водные растворы кислот, солей, щелочей, органические реагенты.

Важнейшими технологическими характеристиками растворов являются концентрация в них растворенного вещества и водородный показатель (рН).

На практике концентрацию чаще всего выражают в виде отношения растворенного вещества к объему раствора в г/л или кг/м 3 .

Водородный показатель рН характеризует химическую активность среды и способность растворов к гидролитическому сложению. Водные растворы могут иметь величину рН от 1 до 14. Нейтральным растворам соответствует рН = 7, для кислых растворов рН меньше 7, а для щелочных – более 7. Гидролитическое разложение растворов происходит в строго определенных условиях, и для каждого гидроксида существует ограниченный интервал рН, в котором он осаждается. Ниже приведены рН начала выделения гидроксидов некоторых металлов:

Используя различия в значениях рН для осаждения гидроксидов, можно добиться селективного разделения металлов, находящихся в растворе.

Кеки представляют собой твердые порошкообразные материалы, которые в зависимости от образования разделяют на два вида Первый вид – это не растворившиеся остатки выщелачиваемого материала (пустая порода, нерастворимые соединения данного материала и другие ценные компоненты). К этому виду относятся, например, цинковые кеки от выщелачивания обожженных цинковых концентратов раствором серной кислоты. Ко второму виду относятся продукты (осадки) цементационного, химического или гидролитического осаждения растворенных металлов в свободном металлическом состоянии или в форме нерастворимых химических соединений. Примером этого вида кеков являются кадмиевые кеки цинкового производства, содержащие цинк, кадмий и медь в форме металлических порошков, и кобальтовые кеки никелевого производства, в которых кобальт находится в виде гидроксида Со(ОН) 3 .

Сточные воды являются отходами гидрометаллургических производств, и их состав отличается большим разнообразием ценных и загрязняющих компонентов. Состав сточных вод зависит от многих факторов, но определяющими являются состав перерабатываемого сырья, вид используемых растворителей, характер применяемого гидрометаллургического процесса и технология обработки сточных вод перед их выводом из производственного цикла

Таким образом, сточные воды гидрометаллургических процессов являются источниками потерь ценных компонентов и загрязнения окружающей среды. Основными компонентами сточных вод являются грубодисперсные взвеси частиц перерабатываемого материала или продуктов его переработки, а также растворенные в воде кислоты, соли, щелочи и другие химические соединения, включая органику. Самым эффективным путем предотвращения загрязнения окружающей среды сточными водами является организация на промышленных предприятиях систем оборотного водоснабжения.

Введение

На мой взгляд, рассматриваемая тема актуальна, так как металлургия является крупнейшей базовой отраслью индустриального производства Украины, которая вместе с другими отраслями определила общую специализацию хозяйства страны. Донецкая область занимает ведущее место по количеству и масштабности металлургических комбинатов Украины. Металлопрокат, произведённый на меткомбинатах Донецкой области широко используется в машиностроении, транспорте и во всех без исключения отраслях, выдерживает острую конкуренцию со стороны пластмасс, керамики, композитов, других современных материалов. Металлургическая промышленность - это отрасль, которая выводит Украину на мировой рынок с достаточно высокими показателями и держит ее в пределах десятки мировых производителей металлов. Однако, как и в любой другой промышленной отрасли, металлургия имеет свои проблемы в развитии, которые требуют скорейшего решения.

Эта контрольная работа предназначена для ознакомления с металлургической промышленностью, ее сущностью и значением в Украине и Донецкой области в частности, рассмотрения кризисной ситуации на рынке металлургии в период 2007-2009 г.г. Задачами данной контрольной работы является определение основных проблем и выявление путей их решения в металлургии Донецкой области и Украины в целом на государственном уровне, а также тенденции ее дальнейшего развития. Контрольная работа основана на данных, которые были взяты из периодических изданий и интернет - источников 2007-2012 г.г. В работе были проанализированы статистические данные последних лет, а также был проведен сравнительный анализ старых показателей с новыми.

Работа состоит из 4 разделов, в каждом из которых присутствует информация, раскрывающая в более полной форме суть предложенной темы.

Металлургическая промышленность

Понятие металлургии и ее задачи

МЕТАЛЛУРГИЯ - область науки и техники, охватывающие процессы получения металлов из руд или других веществ, изменения химического состава, структуры и свойств металлических сплавов. Различают пирометаллургию и гидрометаллургию. Применяется и для производства неметаллических материалов, в том числе полупроводников.

Изучение строения и физико-химических свойств металлических и оксидных расплавов и твердых растворов, разработка теории конденсированного состояния вещества;

Изучение термодинамики, кинетики и механизма металлургических реакций;

Разработка научных и технико-экономических основ комплексного использования полиметаллического минерального сырья и техногенных отходов с решением экологических проблем;

Разработка теории основ пирометаллургических, электротермических, гидрометаллургических и газофазных процессов производства металлов, сплавов, металлических порошков и композиционных материалов и покрытий. (5)

Металлургия Украины -- базовая отрасль народного хозяйства Украины, обеспечивает более 25 % промышленного производства государства (96 955,5 млн гривен в 2005 году), дает около 40 % валютных поступлений на Украину и более 10 % поступлений в государственный бюджет Украины. В мировом производстве чёрной металлургии доля Украины, по данным Международного института чугуна и стали, составляет 7,4 % (2007 год). Металлургия Украины это предприятия и организации горно-металлургического комплекса, который объединяет не только предприятия чёрной и цветной металлургии, но и горно-обогатительные комбинаты, ферросплавные заводы, обогатительные фабрики, коксохимические заводы, предприятия выпускающие изделия из металлов. (8)

Металлургическая промышленность - одна из крупнейших отраслей любого крупного государства. К ней относится добыча и переработка руды, производство и обогащение металлов, производство сплавов из них. Украина обладает значительными запасами разнообразных металлических руд: чёрных (железо, марганец, хром, титан и ванадий), цветных (алюминий, цинк и свинец) и драгоценных (серебро, золото и платина) металлов. (9)

Металлургический комплекс Украины представляет собой отлаженную систему взаимодействующих между собой предприятий по добыче сырья, комбинатов по его обогащению и металлургических заводов, занимающих площади в десятки тысяч квадратных километров. Всего в металлургическом комплексе насчитывается около 400 крупных и средних предприятий чёрной и цветной металлургии, расположенных во многих областях Украины. (9)

Украина является одним из лидеров стран-производителей черных металлов в мире и занимает 7 место по объёму производства стали и 3 место по объёму экспорта металлопродукции. Часть продукции, производимая металлургическими предприятиями, составляет 30 % в общем промышленном производстве и составляет 42 % от общих объёмов экспорта Украины. Свыше 80 % металлопродукции экспортируется в страны Европы, Азии, Ближнего Востока, Южной Америки. (8)

Сущность и значение металлургического комплекса

В металлургический комплекс входят предприятия черной и цветной металлургии, охватывающие все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде черных и цветных металлов, а также их сплавов. Металлургический комплекс - это сочетание следующих технологических процессов:

Добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.);

Металлургическая переработка - основной технологический процесс получения чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.;

Производство сплавов;

Коксохимическое производство;

Утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Основным видом технологических связей и формой общественной организации производства в отрасли является комбинирование. Поэтому ведущим видом металлургических предприятий являются комбинаты. В зависимости от сочетания этих технологических процессов выделяются следующие типы производств в металлургическом комплексе:

Комбинаты полного цикла, в которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса;

Комбинаты неполного цикла - это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса (добыча и обогащение руды, производство стали и проката или чугуна и проката отдельно). Предприятия неполного цикла ("малой металлургии") называются перерабатывающими.

Комбинаты, на которых происходит добыча и обогащение руды, называются горно-обогатительными комбинатами (ГОК).

Металлургический комплекс - основа индустрии. Черные металлы называют хлебом промышленности. Черные и цветные металлы широко используются в машиностроении, строительстве, транспорте и всех без исключения отраслях народного хозяйства, выдерживая острую конкуренцию со стороны пластмасс, керамики и других современных материалов. Но в противоположность недалекому прошлому, сейчас уже по уровню производства чугуна, стали и проката не судят о экономическом могуществе страны.

Исключительно большое комплексо- и районообразующее значение металлургического комплекса в территориальной структуре хозяйства Украины. Он играет ощутимую роль в международном разделении труда. Доля неблагородных металлов и изделий составляет 30% экспорта Украины. (6) И с точки зрения международного спроса необходимо постоянно улучшать качество металлопродуктов, обеспечив их конкурентоспособность на очень требовательном мировом рынке, увеличить долю электростали и ферросплавов, труб и т.д.