вается добыча руд как открытым, так и подземным способом с применением высокопроизводительных комплексов. В народнохозяйственных планах предусматривается более полное извлечение металла из руд, комплексное использование сырья и отходов производства на металлургических заводах.
Ведущую роль в производстве цветных металлов играют районы Российской Федерации (Северо-Запад, Урал, Сибирь и Дальний Восток), а также Казахстан, Украина, Средняя Азия и Закавказье (см. картосхему на с. 147).
Медеплавильная промышленность. Мідь, иинчаясь многими ценными качествами, среди которых выделяются высокая электропроводность и ковкость, находит широкое применение в машиностроении, особенно в электротехнической промышленности, сооружении линий электропередачи и связи. Медь служит также важным компонентом в производстве сплавов с другими металлами ’ (свинцом, цинком, никелем, алюминием и оловом).
Предприятия медеплавильной промышленности СССР в основном размещаются в районах месторождений медных руд. Это обусловлено тем, что перевозки медной руды весьма неэкономичны, так как содержание в ней меди незначительно по сравнению, например, с содержанием металла в.железной руде.
Крупные медеплавильные заводы размещаются на Урале. В производстве черновой меди выделяются Красноуральский, Кировградский, Ревдинский, Карабашский и Медногорский заводы, а в производств рафинированной меди - Верхне-Пыш- минский и Кыштымский. Крупный Гайский горно-обогатительный комбинат построен в Оренбургской области.
Ведущее место по запасам, добыче и обогащению меди принадлежит Казахстану. Построенные здесь крупные комбинаты - Балхашский, Джезказганский и Иртышский (г. Глубокое) - производят черновую и рафинированную медь. В Армении действует Алавердинский комбинат. В Грузин завершено строительство Маднеульского горно-обогатительного комбината. Заводы по рафинированию меди размещены также в районах ее массового потребления - в Москве, Кольчугино, Ленинграде и др.
Свинцовая и цинковая промышленность. Цинк и свинец широко применяются во многих отраслях народного хозяйства. Цинк используется для оцинкования железного листа, телеграфных проводов, труб различного назначения и других изделий. Особенно важное значение он имеет для получения многих ценных сплавов. Производство цинка весьма энергоемко.
Свинцово-цинковые руды, добываемые из месторождений, содержащих незначительный процент чистого металла (2-4%), подвергаются в процессе переработки обогащению. В результате получаются концентраты с содержанием цинка от 40 до 60%, которые и идут в металлургическое производство. В связи с высокой транспортабельностью цинковых концентратов заводы по
производству цинка целесообразно размещать вблизи топливно- энергетических баз.
До революции выплавка цинка производилась только на Северном Кавказе, а свинца - на Северном Кавказе и Дальнем Востоке. В годы Советской власти построены крупные предприятия цинковой промышленности* в Западной Сибири (Белово), Казахстане (Усть-Каменогорский свинцово-цпиковый комбинат и Лениногорский свинцовый и цинковый заводы), на Урале (Челябинск) и Украине (Константиновка). Резко увеличились производственные мощности предприятий цинковой промышленности на Северном Кавказе.
При производстве свинца расход электроэнергии и топлива незначителен. В связи с этим топливно-энергетический фактор не является главным при размещении свинцовых заводов. Основные предприятия свинцовой промышленности размешены в Казахстане (Чимкент), на Северном Кавказе (г. Орджоникидзе) и на Дальнем Востоке (Дальнегорск).
Никелевая промышленность. Никель относится к числу тугоплавких металлов. Из никеля,"обладающего высокой твердостью, можно получить много ценнейших сплавов с другими металлами (железом, хромом, марганцем, медью и цинком). Велико значение никеля при производстве легированных сталей и нанесении защитных покрытий металлических изделий. На базе разведанных никелевых месторождений пострlt;^ны и введены в эксплуатацию Мончегорский, Уфалейский, Орский, Норильский и другие никелевые заводы и комбинаты. Среди них выделяется Норильский медно-никелевый комбинат на севере Красноярского края; его мощность в последние годы существенно возросла в результате освоения Талнахского месторождения.
Алюминиевая и магниевая промышленность. Алюминий и магний имеют огромное народнохозяйственное значение. Алюминий обладает высокими конструкционными свойствами, легкостью, достаточной механической прочностью, высокой теплопроводнб- стью и электропроводностью и поэтому находит широкое применение в различных отраслях машиностроения, в строительстве, а также в производстве товаров народного потребления. Из алюминия изготовляются различные сплавы, по механическим свойствам не уступающие высокосортным сталям (дюралюминий, силумин и др.).
Магний применяется в радиотехнике, авиационной, химической, полиграфической и ряде других отраслей промышленности. Широкое применение магния обусловлено его малым удельным весом (он в 1,5 раза легче алюминия), способностью образовывать легкие сплавы с алюминием, цинком, цирконием и другими металлами. Сплавы с магнием обладают высокой прочностью и жаростойкостью. В СССР создана мощная сырьевая база алюминиевой и магниевой промышленности.
Производство алюминия имеет два цикла: получение глинозема и производство металлического алюминия. Предприятия по выпуску глинозема - исходного сырья алюминиевой промышленности - размещаются у источников сырья (бокситов и нефелинов), поскольку его расход на производство 1 т глинозема очень велик. При производстве металлического алюминия и магния потребляется большое количество электроэнергии, поэтому предприятия алюминиевой и магниевой промышленности размещаются у источников дешевой энергии.
В годы социалистического строительства создана алюминиевая промышленность на Северо-Западе, Севере, в Поволжье, на Урале, в Сибири, Казахстане, на Украине и в Закавказье. На Северо-Западе производство глинозема сосредоточено в Боксито- горске, Волхове, Пикалеве. На Урале заводы по производству глинозема находятся в Краснотурьинске и Каменск-Уральском, в Казахстане действует Павлодарский завод, в Сибири - Ачинский. Заводы по производству металлического алюминия разме* щёны в Запорожье, Волгограде, Кандалакше, Волхове, Сумгаите".
В последние годы все больший удельный вес в производстве алюминия стали занимать восточные районы. Заводы по производству металлического алюминия построены в Новокузнецке, Павлодаре, Шелехове (Иркутская обл.), Красноярске, Братске, г. Турсунзаде (Таджикская ССР). Строится алюминиевый завод вблизи Саяно-Шушенской ГЭС (г. Саяногорск).
Быстрый рост производства олова, вольфрама, молибдена, сурьмы, ртути и других цветных металлов позволит обеспечить потребности в них электроэнергетического хозяйства, производства легированных сталей и жаропрочных сплавов и другие народнохозяйственные нужды.
Наряду с расширением и лучшим использованием действующих предприятий цветной металлургии в стране будут построены новые заводы. Преобладающая часть новых предприятий по выплавке цветных и редких металлов размещается в восточных районах, которые богаты рудами этих металлов и располагают огромными энергетическими ресурсами.
Так, будут введены в действие мощности на Саянском алюминиевом заводе, возрастает добыча руды на Жайремском полиметаллическом месторождении в Казахстане, новые мощности по производству меди и добыче свинцово-цинковой руды будут освоены на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате в Узбекистане. В зоне БАМа ведутся работы по освоению Удоканско- го медного и Озерного полиметаллического месторождений.
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.
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:
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.
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.
Раздел 1. История металлургии.
Раздел 2. Добывающая металлургия.
Раздел 3. Свойства металлов.
Раздел 4. Применения металлов.
Раздел 5. Сплавы.
Металлургия – этообласть 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.
К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.
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.
К чёрным металлам относят железо. Все остальные - цветные.
По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят:
тяжёлые металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель);
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:
Алюминий
История металлургии
Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданеке, Плоднике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре винчу), Болгарии (5000 лет до н. э.), 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, гидр молоты 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.
Металлургия в первоначальном значении - искусство извлечения металлов из руд. Возникла металлургия еще в глубокой древности. При раскопках были найдены следы выплавки меди, датированные еще 7-6-м тысячелетием до н.э. И примерно в то же время человеку стали известны такие самородные металлы, как серебро, золото, медь, железо с метеоритов.
Сначала железо и медь обрабатывали в холодном состоянии. Металл поддавался такой обработке. Более широкое распространение медные изделия получили с изобретением ковки - горячей кузнечной обработки.
Затем широко распространилась бронза (2-е тысячелетие до н.э.). Бронза - это сплав меди с оловом, по качеству она намного превосходила медь. Это и устойчивость против коррозии, и твёрдость, и острота лезвия, и лучшее заполнение литейных форм. Это был переход к бронзовому веку.
Следующим этапом человек научился получать из руд железо. Процесс его получения заключался в использовании сыродутных горнов и был малопроизводителен. Этот процесс стали улучшать - ввели обогащение железа углеродом и последующую его закалку. Так получилась сталь. И к 1-му тысячелетию до н.э. железо стало наиболее распространенным среди используемых человеком материалов (Европа, Азия).
Металлургия железа не менялась, наверное, порядка 3 тысячелетий. Но процесс постепенно улучшался, и к середине 14 века появились первые доменные печи. Увеличение высоты этих печей и, соответственно, более мощная подача дутья, привели к удобному получению чугуна. Появился так называемый кричный передел (передел чугуна в ковкое железо). Кричный процесс как способ получения стали был более выгоден и практически вытеснил прежние способы ее получения на основе сыродутного железа. Хотя из него и делалась та самая, знаменитая дамасская сталь.
В Англии в 1740 г. появилась тигельная плавка (уже известная на Востоке). А в последней четверти 18 века - пудлингование. Тигельная плавка - это был первый способ производства литой стали. Но эти процессы не могли конкурировать с развивающейся быстрыми темпами металлургией чугуна. Перелом произошел с изобретением трех новых процессов получения литой стали. В 1856 году - это бессемеровский процесс. В 1864 году - мартеновский, а в 1878 - томасовский процесс. К середине 20 века производство стали уже потеснило чугун в процентном отношении.
Дальше производство развивалось путем всё большего увеличения производительности агрегатов, различными улучшениями в технологии, широкой автоматизацией производственных процессов. В электропечах начала производиться высококачественная (легированная) сталь. Использовался переплав металла в дуговых вакуумных печах, в плазменных установках. Начали развиваться способы прямого получения железа, за которыми будущее.
А добывали золото, серебро, олово, свинец, медь, ртуть.
В доисторические времена золото получали из россыпей путем промывки. Оно выходило в виде песка и самородков. Затем начали применять рафинирование золота (удаление примесей, отделение серебра), во второй половине 2-го тысячелетия до н.э. В 13-14 веках научились применять азотную кислоту для разделения золота и серебра. А в 19 веке был развит процесс амальгамации (хоть он и был известен в древности, но нет доказательств, что его использовали для добычи золота из песков и руд).
Серебро добывали из галенита, вместе со свинцом. Затем, через столетия, их начали выплавлять совместно (примерно к 3-му тысячелетию до н.э. в Малой Азии), а широкое распространение это получило еще спустя 1500-2000 лет.
Медь начали массово производить, когда Семенников В.А. изобрел в 1866 году конвертирование штейна.
Олово когда-то давно выплавляли в простых шахтных печах, после чего делалась его очистка специальными окислительными процессами. Сейчас в металлургии олово получают путем переработки руд по сложным комплексным схемам.
Ну, а ртуть производили путем обжига руды в кучах, при котором она конденсировалась на холодных предметах. Затем уже появились керамические сосуды (реторты), на смену которым пришли железные. А с ростом спроса на ртуть ее стали получать в специальных печах.
Материальные ценности человека немыслимы без металлов, и значение металлургии в создании современной цивилизации очень велико. Металлы применяются в строительстве, военном деле, в транспорте и связи, в производстве средств и предметов потребления, в сельском хозяйстве. Современная металлургия позволяет получать почти все элементы периодической системы, кроме разве что галоидов и газов.
Для получения металлического листа из крицы, скажем, весом всего в 30-35 килограммов молотобоец должен был напряженно работать 12-15 часов. А попробуйте-ка столько времени помахать огромной кувалдой! С появлением же механического молота для выполнения подобной работы уже не требовалось таких усилий, да и занимала она всего4-6 часов, включая время на разогрев металла.
Развивая большую ударную силу, молоты позволяли получать металл гораздо большей прочности, чем в ручной кузнице. Хвостовой молот, применявшийся для отковки полосового металла на одном из шведских заводов, имел боек весом около 80 килограммов и делал 120 ударов в минуту. Разумеется, никакому молотобойцу подобное было не под силу.
Но скоро стало очевидным, что и хвостовой молот, не обеспечивает необходимой однородности механических свойств по всему объему некоторых изделий (например, поковок большой длины - полосового железа и т.п.). Ведь металлическую полосу под удар бойка рабочий подвигал вручную. Требовалось найти принципиально новый способ механической обработки металла, который давал бы абсолютно одинаковое давление по всей плоскости изделия.
Вам, несомненно, приходилось видеть, как хозяйки круглой скалкой раскатывают ком теста на столе. Постепенно тесто делается все тоньше и тоньше, зато занимает все большую площадь. Теперь представьте, что вместо теста вы имеете дело с раскаленным металлом, а вместо скалки и поверхности стола у вас два круглых вращающихся валка. Металл пропускают между валками один раз, другой, третий.
Все тоньше и тоньше становится металлическая полоса, все сильнее она вытягивается. И что самое главное, упрочняется равномерно по всей длине. Такой процесс обработки металла называется прокаткой. А два валика - это и есть прокатный стан.
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. 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.
Человек начал использовать металл в жизнедеятельности еще с древнейших времен. Создание качественных сельскохозяйственных орудий и оружия для охоты и защиты своего племени было бы невозможно, если для этого не использовались различные виды металлов.
Человечество развивалось и, вместе с этим, совершенствовалось и производство. Конструкции и предметы быта, созданные сегодня, могут прослужить конечному потребителю свыше нескольких десятилетий, продолжая оставаться такими же качественными и надежными. Создание сплавов позволило вывести использование металлов на новый уровень, позволив изготовлять по-настоящему прочные изделия и комплектующие, которым нестрашны воздействия низких и высоких температур и кислот.
Строительство зданий различного назначения, автомобилестроение, машиностроение и многие другие виды тяжелой и легкой промышленности невозможны без использования металлов.
Основным достоинством, которое характеризует металл, является то, что он способен принимать любую форму под воздействием на него давящего инструмента.
Наиболее часто используемыми видами сплавов сегодня являются сталь и чугун. Кроме этого, весьма распространенными в промышленности являются материалы, основным элементом которых является медь или алюминий.
В настоящее время сталь находится на первом месте по объемам годового производства металлов и сплавов. Наиболее частый ее состав – это железо и углерод, количество которого составляет два процента. Также существуют малоуглеродистые и высокоуглеродистые виды стали и сплавы, в которых добавлен ванадий, никель или хром. Сталь широко используется не только в промышленности, но и для изготовления предметов, используемых в быту, - ножи, бритвы, ножницы, иглы и т.д.
На втором месте по годовому объему производства находится чугун. Также как и сталь, он представляет собой сплав железа и углерода, однако процент последнего в нем значительно больше, чем в стали. Также в чугун добавляется кремний, который делает сплав особенно прочным. Наибольшее применение чугун нашел в строительстве, где из него изготавливаются трубы, арматура, крышки люков и другие элементы, основным требование к которым является прочность.
Менее распространенными, по сравнению со сталью и чугуном, являются сплавы из алюминия, однако в некоторых сферах промышленности отказаться от их использования невозможно. Прежде всего, к ним относится машиностроение, пищевая промышленность, изготовление архитектурно-отделочных материалов.
Основным достоинством этого вида сплавов является то, что они легко поддаются обработке на металлорежущих станках, а также сварке и штампованию. Они эко логичны и совершенно безвредны, что позволяет использовать сплавы алюминия в пищевой промышленности и для перевозки и хранения продуктов. Также сплавы из алюминия стойки к коррозии и имеют высокую отражательную способность. Ограничением в их применении является то, что подобные сплавы утрачивают свои свойства при высоких температурах, тем не менее, это не мешает использовать их в ряде промышленных задач.
Сложно представить, какой бы была современная промышленность, если бы не существовал металл. Создание долговечных и надежных конструкций и предметов быта было бы невозможным, если б человечество не научилось использовать металлы и создавать их сплавы. Постоянное развитие металлургии делает металлы все более совершенными и качественными, поэтому изготовление продукции становится все более качественным и быстрым.
Медно-никелевые сплавы используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления не намагничиваемых изделий. Супер сплавы на основе никеля используются при высоких температурах (теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.
По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые - прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.
В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным - состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным).
Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды) и кристаллиты простых веществ.
Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.
Источники
Википедия – Свободная энциклопедия, WikiPedia
works.tarefer.ru – Рефераты
lomonosov-fund.ru – Знания Ломоносов
autowelding.ru – Металлообработка
oko-planet.su – Око планеты
nplit.ru – Библиотека исследователя
Дата: 15-12-2010
Просмотры: 49144
(в статье используются только внутренние ссылки)
Металлургия , как отрасль экономики, структурно состоит из двух направлений: черной металлургии и цветной металлургии . Поэтому наш обзор ведущих российских металлургических заводов будет состоять из двух частей: предприятия черной металлургии и предприятия цветной металлургии.
В составе черной металлургии традиционно выделяют пять подотраслей:
Выпускаемая отраслью черной металлургии продукция потребляется отечественной промышленностью (в основном строительными организациями и машиностроительными предприятиями), а также идет на экспорт в разные страны мира.
Предприятия, работающие в отрасли черной металлургии, можно условно подразделить на три вида:
Самыми большими предприятиями черной металлургии являются комбинаты, более мелкими - заводы. Часто несколько комбинатов и заводов могут объединяться в крупный холдинг, который возглавляет специализированная управляющая компания. Территориально производственные предприятия отрасли располагаются преимущественно вблизи сырьевых баз - месторождений полезных ископаемых, используемых в металлургическом производстве. Например, металлургические комбинаты по производству стали и чугуна находятся в районах, расположенных недалеко от залежей железной руды и имеющих развитую лесопромышленность, производящую древесный уголь для восстановления железа. Также при строительстве металлургических заводов во внимание принимается обеспечение производства водой и энергетическими ресурсами - газом и электроэнергией.
На территории России выделяют три основные металлургические базы:
Сибирскую металлургическую базу составляют предприятия, использующие в производственном цикле железную руду в основном из трех месторождений:
Крупнейшие предприятия Сибирской металлургической базы расположены вблизи города Новокузнецка. Это Новокузнецкий металлургический комбинат, Новокузнецкий ферросплавный завод и Западно-Сибирский металлургический завод. Среди предприятий передельной металлургии в обозначенной металлургической базе крупнейшими являются: Металлургический завод «Сибэлектросталь» (Красноярск), Гурьевский металлургический завод, входящие в холдинг «ITF Group», Новосибирский металлургический завод имени Кузьмина, а также Петровск-Забайкальский металлургический завод.
В Центральную металлургическую базу входят металлургические производства на основе руд сырьевых месторождений:
Самыми крупными комбинатами Центральной металлургической базы, имеющими полный цикл производства, считаются известные в мире Новолипецкий и Череповецкий металлургические комбинаты, Оскольский электрометаллургический комбинат (Старый Оскол), а также расположенный возле города Тула Косогорский металлургический завод.
Передельная металлургия Центральной металлургической базы представлена такими крупными заводами отрасли как: Орловский сталепрокатный завод, Череповецкий сталепрокатный завод, входящий в группу «Северсталь», металлургические заводы «Электросталь» и «Серп и молот», входящий в группу «Северсталь» Ижорский трубный завод (Санкт-Петербург) и Выксунский металлургический завод, расположенный в Нижегородской области.
основывается на производстве черных металлов из железной руды, добываемой из месторождений:
Уральская металлургическая база является самой мощной в стране. Ее основу составляют крупнейшие предприятия полного цикла.
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.
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 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 - 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 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).
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).
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.
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 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.
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.
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.
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.
