Металлургия – одна из главных базовых отраслей промышленности, обеспечивающая другие отрасли конструкционными материалами (черными и цветными металлами).
На протяжении достаточно длительного времени размеры выплавки металлов едва ли не в первую очередь определяли экономическую мощь любой страны. И во всём мире они быстро возрастали. Но в 70-е годы XX века темпы роста металлургии замедлились. Но сталь остаётся по-прежнему основным конструкционным материалом в мировой экономике.
Металлургия включает в себя все процессы от добычи руды до выпуска готовой продукции. В состав металлургической промышленности входит две отрасли: черная и цветная.
Черная металлургия. Железная руда добывается в 50 странах мира, но основное её производство приходится на небольшое число стран. Примерно Ѕ всей руды идет на экспорт. Размещение предприятий черной металлургии определяется следующими факторами:
Природно - ресурсным (ориентация на территориальные сочетания месторождений каменного угля и железа);
Транспортным (ориентация на грузопотоки коксующегося угля и железной руды);
Потребительским (связан с развитием мини-заводов и передельной металлургии). По добыче железной руды лидируют Китай, Бразилия, Австралия, Россия, Украина, Индия. Но по выплавке стали – Япония, Россия, США, Китай, Украина, Германия.
Цветная металлургия. Размещение предприятий цветной металлургии определяется следующими факторами:
сырьевой (выплавка тяжелых металлов из руд с малым содержанием полезного компонента (1-2%) – меди, олова, цинка, свинца);
энергетическим (выплавка легких металлов из богатой руды – энергоемкое производство – алюминия, титана, магния и др.);
транспортным (доставка сырья);
потребительским (использование вторичного сырья).
Цветная металлургия получила наибольшее развитие в странах, которые обладают запасом руд цветных металлов: Россия, Китай, США, Канада, Австралия, Бразилия. А в Японии и странах Европы – на привозном сырье.
По выплавке меди лидируют – Чили, США, Канада, Замбия, Перу, Австралия. Главные экспортеры алюминия – Канада, Норвегия, Австралия, Исландия, Швейцария. Олово добывается в Восточной и Юго–Восточной Азии. Свинец и цинк выплавляют США, Япония, Канада, Австралия, Германия и Бразилия.
Металлургия относится к группе отраслей, оказывающих негативное влияние на все компоненты природы. Необходимо применять природоохранные технологии, такие как, оборотное водоснабжение, малоотходное производство, методы химической очистки.
Важным шагом в этом направлении является сокращение доменного производства и переход на электрометаллургию и использование вторичного сырья.
Вопрос 20
Машиностроение мира.
Машиностроение - главная отрасль мировой промышленности, на него приходится около 35% стоимости мировой промышленной продукции. Среди отраслей промышленности машиностроение - наиболее трудоемкое производство. Особенно высокой трудоемкостью отличаются приборостроение, электротехническая и аэрокосмическая промышленность, атомное машиностроение и другие отрасли, выпускающие сложную технику. В связи с этим одним из главных условий размещения машиностроения является обеспечение его квалифицированной рабочей силой, наличие определенного уровня производственной культуры, центров научных исследований и разработок.
Близость к сырьевой базе важна лишь для некоторых отраслей тяжелого машиностроения (производство металлургического, горношахтного оборудования, котлостроение и др.).
В машиностроении мира доминирующее положение занимает небольшая группа развитых стран - США, на которые приходится почти 30% стоимости машиностроительной продукции, Япония - 15%, ФРГ - около 10% , Франция, Великобритания, Италия, Канада. В этих странах развиты практически все виды современного машиностроения, высока их доля в мировом экспорте машин (на развитые страны в целом приходится свыше 80% мирового экспорта машин и оборудования). При почти полной номенклатуре производства машиностроительной продукции ключевая роль в развитии машиностроения в этой группе стран принадлежит авиаракетно-космической промышленности, микроэлектронике, робототехнике, атомно-энергетической технике, станкостроению, тяжелому машиностроению, автомобилестроению.
В группу лидеров мирового машиностроения входят также Россия (6% стоимости машиностроительной продукции), Китай (3%) и несколько малых промышленно развитых стран - Швейцария, Швеция, Испания, Нидерланды и др. Машиностроение сильно продвинулось в своем развитии и в развивающихся странах. В отличие от развитых стран, машиностроение которых базируется на высоком уровне научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок (НИОКР), высокой квалификации рабочей силы и ориентировано в основном на выпуск технически сложной и высококачественной продукции, машиностроение развивающихся стран, основанное на дешевизне местной рабочей силы, специализируется, как правило, на выпуске массовых, трудоемких, на технически несложных, невысоких по качеству видах изделий. Среди предприятий здесь много чисто сборочных заводов, получающих комплекты машин в разобранном виде из промышленно развитых стран. Современными машиностроительными заводами располагают немногие развивающиеся страны, прежде всего новые индустриальные - Южная Корея, Гонконг, Тайвань, Сингапур, Индия, Турция, Бразилия, Аргентина, Мексика. Главные направления развития их машиностроения - производство бытовой электротехники, автомобилестроение, судостроение.
Машиностроение подразделяется на общее, включающее станкостроение, тяжелое машиностроение, сельскохозяйственное машиностроение и др. отрасли, транспортное машиностроение и электротехнику, включая электронику. Крупнейшие продуценты и экспортеры изделий общего машиностроения в целом - развитые страны: Германия, США, Япония и др. Развитые страны являются также главными производителями и поставщиками на мировой рынок станков (выделяются Япония, Германия, США, Италия и Швейцария). В составе общего машиностроения развивающихся стран преобладает выпуск сельскохозяйственных машин и несложного оборудования.
Мировые лидеры в области электротехники и электроники - США, Япония, Россия, Великобритания, ФРГ, Швейцария, Нидерланды. Производство бытовых электроприборов и изделий бытовой электроники получило развитие и в развивающихся странах, особенно в странах Восточной и Юго-Восточной Азии.
Среди отраслей транспортного машиностроения наиболее динамично развивается автомобилестроение. Ареал его пространственного распространения постоянно растет и включает в настоящее время, наряду с традиционными, главными производителями автомобилей (Япония, США, Канада, ФРГ, Франция, Италия, Великобритания, Швеция, Испания, Россия и др.), сравнительно новые для отрасли страны - Южная Корея, Бразилия, Аргентина, Китай, Турция, Индия, Малайзия, Польша.
В отличие от автомобилестроения, авиастроение, судостроение, производство подвижного состава железных дорог переживает застой. Основная причина этого - отсутствие спроса на их продукцию.
Судостроение из развитых стран переместилось в развивающиеся. Крупнейшими производителями судов стали Южная Корея (опередила Японию и вышла на первое место в мире), Бразилия, Аргентина, Мексика, Китай, Тайвань. В то же время США, страны Западной Европы (Великобритания, Германия и др.) в результате сокращения производства судов перестали играть заметную роль в мировом судостроении.
Авиационная промышленность сконцентрирована в странах с высоким уровнем науки и квалификации рабочей силы - США, России, Франции, Великобритании, ФРГ, Нидерландах.
В территориальной структуре мирового машиностроения выделяют четыре главных региона - Северную Америку, зарубежную Европу, Восточную и Юго-Восточную Азию и СНГ.
На Северную Америку (США, Канада, Мексика, Пуэрто-Рико) приходится примерно 1/3 стоимости продукции машиностроения. В международном разделении труда регион выступает как крупнейший производитель и экспортер машин высокой сложности, изделий тяжелого машиностроения и наукоемких отраслей. Так, в США, занимающих лидирующие позиции в регионе и мире по общей стоимости продукции машиностроения, большая роль принадлежит авиаракетно-космическому машиностроению, военно-промышленной электронике, производству ЭВМ, атомно-энергетической технике, военному кораблестроению и др.
На страны Европы (без СНГ) также приходится около 1/3 продукции мирового машиностроения. Регион представлен машиностроением всех видов, но особо выделяется общим машиностроением (станкостроением, производством оборудования для металлургии, текстильной, бумажной, часовой и др. отраслей промышленности), электротехникой и электроникой, транспортным машиностроением (автомобилестроением, авиастроением, судостроением). Лидер европейского машиностроения ФРГ - крупнейший экспортер в регионе и мире продукции общего машиностроения.
Регион, включающий страны Восточной и Юго-Восточной Азии, дает примерно четверть продукции мирового машиностроения. Основной стимулирующий фактор в развитии машиностроения в странах региона -относительная дешевизна рабочей силы. Лидер региона - Япония - вторая машиностроительная держава мира, крупнейший экспортер изделий наиболее квалифицированных отраслей (микроэлектроника, электротехника, авиатехника, робототехника и др.). Другие страны - Китай, Республика Корея, Тайвань, Таиланд, Сингапур, Малайзия, Индонезия и др. производят трудоемкую, но менее сложную продукцию (производство бытовых электроприборов, автомобилей, морских судов и пр.) и также весьма активно участвуют в работе на внешний рынок.
Особый регион мирового машиностроения образуют страны СНГ. Они имеют полную номенклатуру машиностроительного производства. Особенно большое развитие получили здесь отрасли военно-промышленного комплекса, авиационной и ракетно-космической промышленности, бытовой электроники, отдельные несложные отрасли общего машиностроения (производство сельскохозяйственной техники, металлоемких станков, энергетического оборудования и др.). В то же время по ряду отраслей, особенно наукоемких, отмечается серьезное отставание. Лидер СНГ - Россия, несмотря на огромные возможности развития машиностроения (значительный производственный, научно-технический, интеллектуальный и ресурсный потенциал, емкий внутренний рынок, предъявляющий большой спрос на разнообразную машиностроительную продукцию и пр.), в международном разделении труда выделяется лишь производством вооружения и новейшей космической техники и вынуждена даже импортировать много видов машин.
За пределами главных машиностроительных районов расположены достаточно крупные по масштабам и сложности структуры производства центры машиностроения - Индия, Бразилия, Аргентина. Их машиностроение в основном пока работает на внутренний рынок. Вывозят эти страны автомобили, морские суда, велосипеды, несложные виды бытовой техники (холодильники, стиральные машины, кондиционеры, пылесосы, калькуляторы, часы и т. п.).
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
История человечества насчитывает не одну тысячу лет. На протяжении всего периода существования нашей расы отмечается стабильный технический прогресс, немаловажную роль в котором сыграло умение человека обращаться с металлом, создавать и добывать его. Поэтому вполне логично, что металлургия - это то, без чего невозможно представить наш быт, нормальное выполнение рабочих обязанностей и многое другое.
Определение
Прежде всего стоит разобраться с тем, как по-научному, с технической точки зрения, называют современную сферу производства.
Итак, металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов.
Структура
На сегодняшний день металлургия - это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она - обширное понятие, которое включает в себя:
- Непосредственное производство металлов.
- Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде.
- Сварку.
- Нанесение различных металлических покрытий.
- Раздел науки - материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.
Разновидности
Во всем мире существует две основные отрасли металлургии - черная и цветная. Такая градация сложилась исторически.
Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд , сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов.
К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, условно делят на две большие группы:
Тяжелые (никель, олово, свинец, медь).
Легкие (титан, магний, алюминий).
Научные решения
Несомненно, что металлургия - это деятельность, требующая внедрения инновационных технологий. В связи с этим многие страны нашей планеты активно ведут исследовательские работы, целью которых является изучение и применение на практике самых разнообразных микроорганизмов, которые помогли бы решить, например, такой злободневный вопрос, как очистка сточных вод, являющихся обязательной составляющей металлургического производства. Помимо этого, уже стали реальностью такие процессы, как биологическое окисление, осаждение, сорбция и прочие.
Разделение по технологическому процессу
Заводы металлургии можно условно причислить к двум основным группам:
Пирометаллургии, где процессы протекают при очень высоких температурах (плавка, обжиг);
Гидрометаллургии, которая заключается в извлечении металлов из руд при помощи воды и прочих водных растворов с использованием химических реактивов.
Принцип выбора места постройки металлургического завода
Для того чтобы понять, на основе каких выводов принимается решение о возведении предприятия в том или ином месте, стоит рассмотреть основные факторы размещения металлургии.
В частности, если вопрос касается дислокации завода цветной металлургии, то здесь на первый план выходят такие критерии, как:
- Наличие энергоресурсов. Производство, связанное с обработкой легких цветных металлов, требует колоссального количества электрической энергии. Поэтому подобные предприятия возводят максимально близко к гидроэлектростанциям.
- Требуемое количество сырья. Разумеется, что чем ближе находятся залежи руды, тем, соответственно, лучше.
- Экологический фактор. К сожалению, страны постсоветского пространства не могут быть отнесены в категорию, где предприятия металлургии являются экологически безопасными.
Таким образом, размещение металлургии - сложнейший вопрос, решению которого следует уделять самое пристальное внимание с учетом всевозможных требований и нюансов.
Для формирования максимально подробной картины в описании обработки металлов важно указать на ключевые участки данного производства.
Предприятия черной металлургииимеют в своем составе несколько так называемых переделов. Среди них: аглодоменный, сталеплавильный, прокатный. Рассмотрим каждый из них детальнее.
Доменное производство
Именно на этом этапе осуществляют освобождение железа непосредственно из руды. Происходит это в доменной печи и при температуре свыше 1000 градусов Цельсия. Таким образом происходит выплавка чугуна. Свойства его будут напрямую зависеть от протекания процесса плавки. Регулируя плавление руды, можно в конечном счете получить один из двух передельный (используют в дальнейшем для производства стали) и литейный (из него отливают чугунные заготовки).
Производство стали
Соединяя железо с углеродом и, при необходимости, с различными легирующими элементами, в итоге получают сталь. Методов ее выплавки достаточно количество. Особо отметим кислородно-конверторный и электроплавильный, которые являются самыми современными и высокопродуктивными.
Конверторная плавка характеризуется своей скоротечностью и получением в итоге стали с требуемым химическим составом. Основу процесса составляет продувка кислородом через фурму, в результате чего чугун окисляется и трансформируется в сталь.
Электросталеплавильный способ - самый эффективный. Именно благодаря использованию дуговых печей можно выплавить самые качественные легированные марки стали. В подобных агрегатах нагрев загруженного в них металла происходит очень быстро, при этом есть возможность добавлять необходимое количество легирующих элементов. Кроме того, получаемая таким методом сталь имеет низкое содержание неметаллических включений, серы и фосфора.
Легирование
Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.
Прокат
Многие заводы металлургииимеют в своем составе прокатную группу цехов. В них производят как полуфабрикаты, так и уже полностью готовую продукцию. Сущность процесса заключается в пропуске металла в зазоре между вращающимися в противоположных направлениях стана. Причем ключевым моментом является то, что расстояние между валками должно быть меньше, чем толщина пропускаемой заготовки. За счет этого металл втягивается в просвет, перемещается и в итоге деформируется до заданных параметров.
После каждого пропуска зазор между валками делают меньше. Важный момент - зачастую металл недостаточно пластичен в холодном состоянии. И потому для обработки его заранее подогревают до требуемой температуры.
Потребление вторичного сырья
В современных условиях рынок потребления вторсырья как черных, так и цветных металлов неуклонно развивается. Во многом это обусловлено тем, что ресурсы руды, к огромному сожалению, не являются возобновляемыми. Каждый год их добычи существенно снижает запасы. Учитывая тот факт, что потребности в металлопродукции в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении и прочих отраслях народного хозяйства неуклонно растут, вполне разумным выглядит решение развивать переработку уже отработавших свой ресурс деталей и изделий.
Можно с уверенностью утверждать, что развитие металлургии в некоторой степени объясняется и позитивной динамикой сегмента отрасли - использованием вторичного сырья. При этом переработкой металлолома занимаются и крупные, и мелкие компании.
Мировые тенденции развития металлургии
В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства.
При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%).
Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.
Новые технологии в металлургии
Как и любая другая промышленность, металлургия просто немыслима без разработки и внедрения на практике инновационных разработок.
Так, сотрудники Нижегородского государственного университета разработали и начали внедрять в практику новые наноструктурированные износостойкие твердые сплавы, в основе которых лежит карбид вольфрама. Основное направление применения новшества - производство современного металлообрабатывающего инструмента.
Кроме того, в России был модернизирован колосниковый барабан со специальной шаровой насадкой с целью создания новой технологии переработки жидкого шлака. Это мероприятие было выполнено на основе государственного заказа Министерства образования и науки. Такой шаг полностью себя оправдал, поскольку его результаты в итоге превзошли все ожидания.
Крупнейшие предприятия металлургии в мире
- Arcelor Mittal - компания с главным офисом в Люксембурге. Ее доля составляет 10% всего мирового производства стали. В России компании принадлежат шахты Березовская, Первомайская, Анжерская, а также "Северсталь-групп".
- Hebei Iron & Steel - гигант из Китая. Он полностью принадлежит государству. Помимо производства, компания занимается добычей сырья, его транспортировкой и проведением научно-исследовательских работ. На заводах компании используются исключительно новые разработки, и самые современые технологические линии что позволило китайцам научиться производить ультратонкие стальные плиты и сверхтонкий холоднокатанный лист.
- Nippon Steel - представитель Японии. Менеджмент компании, которая начала свою работу еще в 1957 году, стремится к объединению с другим предприятием, именуемым Sumitomo Metal Industries. По мнению экспертов, такое слияние позволит достаточно быстро выйти японцам на первое место в мире, обогнав всех своих конкурентов.
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.
Базовой отраслью промышленности РФ, которая определяет жизнеспособность экономики, является металлургическая промышленность . Кроме этого это одна из ключевых направлений развития экономики страны, так как ее доля в ВВП составляет 5%.
Определение 1
Металлургическая промышленность – это отрасль тяжелой промышленности, которая включает в себя процессы изготовления металлов из руд или других материалов, а также металлических сплавов.
В структуру металлургической промышленности входят следующие процессы: непосредственное производство металлов; горячая и холодная обработка металлических изделий; сварка; нанесение металлических покрытий.
Сама процедура изготовления металлических изделий состоит из трех этапов: добыча и подготовка руды; переплавка; использование и утилизация.
В процессе производства металлов используется различное сырье. В зависимости от того, какое именно сырье применяется, выделяют черную и цветную металлургическую промышленность. К первой категории относятся металлы, в состав которых входят железо, марганец и хром. К другой группе – все остальные металлы.
Определение 2
Под черной металлургической промышленностью понимается извлечение из недр земли и последующая обработка руд черных металлов, а также сталелитейное и чугунолитейное производства, прокат заготовок и изготовление сплавов из железа.
Продукция, которая производится на металлургических комбинатах является: основной (или конечным продуктом); побочной (или той, что появляется при изготовлении основных изделий); попутной (или той продукцией, которая остается после производства основной и побочной продукции и может применяться как вторичное сырье).
Основной продукцией черной металлургической промышленности считается металлопрокат, чугун, метизы и др.
Если сравнивать черную с цветной металлургией, то при производстве цветных металлических изделий затрачивается много энергии. Это объясняется низким содержанием полезных веществ в цветных металлах и большими объемами отходов, которые требуют определенных способов утилизации.
Основными видами цветных изделий являются сортовый и листовой прокат.
Факторы размещения черной и цветной металлургии
Если рассматривать общие факторы размещения отраслей металлургиечкой промышленности, то выделяют три типа металлургических баз в России:
- база, которая работает с собственной рудой и углем;
- база, которая использует или собственную, или привозную руду, или работает одновременно с двумя видами;
- база, которая функционирует рядом с угольными месторождениями или недалеко от потенциального и реального потребителя
Основными факторами, которые влияют на расположение металлургических центров, являются:
- потребительский (близость крупных потребителей стали – машиностроительные комплексы);
- экологический (устаревшие предприятия, которые применяют «грязный» способ изготовления изделий – доменный процесс);
- транспортный (предприятия из-за отдаленности от топливных источников используют привозные руду и уголь)
- сырьевой (предприятия, которые располагаются непосредственно рядом с местонахождением руды).
Базой для развития машиностроения и металлообработки является именно отрасль черной металлургии. Ее продукция используется практически во всех сферах экономики. Россия входит в пятерку мировых производителей черных металлов вместе с США, Японией, Китаем и Германией.
Производственную базу черной металлургии составляют предприятия полного цикла: чугун - сталь - прокат, а также комбинаты, которые выпускают чугун - сталь, сталь - прокат и отдельно чугун, сталь, прокат.
Факторы размещения предприятий черной металлургии довольно разнообразны. Особыми факторами выделяют в производстве электросталей и ферросплавов. Россия достаточно обеспечена сырьем для черной металлургии, но размещены железные руды и топливо на территории страны неравномерно.
Рисунок 1. Основные факторы размещения предприятий черной металлургии. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Цветная металлургия в России развивается на основе применения собственных больших месторождений разнообразных руд цветных, благородных и редких металлов, а также на добыче алмазов. РФ занимает второе место после США по выпуску продукции цветной металлургической промышленности. В структуре промышленности 47 горнодобывающих предприятий, из которых 22 – это алюминиевая промышленность. В России производится более 70 разнообразных цветных металлов.
В территориальной организации предприятий цветной металлургии ярко выражена сырьевая ориентация. Это связано с большим разнообразием добываемых сырья и материалов для производства цветных изделий.
Рисунок 2. Основные факторы размещения предприятий цветной металлургической промышленности. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
География металлургического комплекса
Мировая металлургическая промышленность представлена в 98 странах. Из этих пятьдесят государств занимаются добычей руды. Лидерами считаются Китай, Россия, Бразилия, Индия и Австралия. Эти страны экспортируют до 80% всего добываемого сырья.
В настоящее время ежегодно добывается более 1 млрд т железной руды. Основные месторождения распределены следующим образом:
- зарубежная Азия - 310 млн. т;
- Латинская Америка – 235 млн. т;
- страны СНГ – 180 млн. т;
- Австралия и Океания – 170 млн. т;
- Северная Америка – 95 млн. т;
- Африка – 50 млн. т;
- зарубежная Европа -20 млн. т.
Замечание 1
Большая часть мировых запасов руд требует первичной обработки в процессе производства из-за среднего и низкого качество материала. Высокого качества руда практически отсутствует.
Огромные запасы руды находятся в Китае, а полезное железо добывается на территории РФ. Компаниями-лидерами, в чьих руках мировой процесс добычи и производства руды и материалов, являются: Arcelor Mittal; Hebei Iron & Steel; Nippon Steel.
Первая организация образовалась в результате слияния индийских и люксембургских компаний. В ее состав входят 60 предприятий, в том числе и российское «Северсталь-Ресурс» и украинское «Криворожсталь»
Hebei Iron & Steel Group – это государственное предприятие, зарегистрированное в Ките. Оно производи ультратонкий холоднокатанный лист и стальные плиты. Nippon Steel и Sumitomo Metal Industries - лидер по производству стали в Японии.
В России металлургическая промышленность находится на втором месте после нефтегазовой отрасли. На территории РФ размещены три базы черной металлургии, непосредственно вблизи источников руды и угля: на Урале, в Сибири и в центральной части страны.
Самым крупным и старым предприятием является Уральское, производящее половину всей продукции черной металлургии в России. Крупнейшие предприятия – Чусовский металлургический завод и Челябинский металлургический комбинат.
Самая молодое месторождение – Сибирская металлургическая база. Запасы сырья практически исчерпаны. Представлены два металлургических комбината – Западно-Сибирский и Кузнецкий.
Крупным металлургическим заводом Центральной базы считается Новолипецкий металлургический комбинат. На его долю и еще пяти крупных центров металлургии приходится 93% выпускаемой продукции. Это ПАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», «Евраз», ОАО «Мечел», ОАО «Металлоинвест».
