Реферат отечественная металлургия 19 века

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Развитие металлургии в России.doc

металлургия – основа экономического и оборонного могущества государства. Металлы являются верными друзьями и надежными помощниками человека. Значение металлургии заключается в том, что она служит основой развития машиностроения (1/3 производимого металла идет в машиностроение), строительство (1/4 металла идет в строительство). Кроме того продукция черной металлургии имеет экспортное значение. В данной работе мною рассмотрены история развития черной металлургии в России, химические свойства металлов и способы их получения, становление металлургии в Липецкой области и перспективы развития данной отрасли, экологические проблемы, связанные с производством сплавов железа.

Металлургия-это наука о промышленных способах получения металлов.

В металлургический комплекс входят черная металлургия (получение железа и его сплавов) и цветная(получение цветных металлов),охватывающие все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде черных и цветных металлов и их сплавов.

Металлургический комплекс - это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:

-добыча и подготовка сырья к переработке;

-металлургический передел (основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.)

-утилизация отходов основного производства и получение из них различных видов продукции.

Современные крупные предприятия металлургического комплекса по характеру внутренних технологических связей представляют собой металлургическо-энергохимические комбинаты. Кроме основного производства, в составе металлургических предприятий создаются производства на основе утилизации разного рода вторичных ресурсов сырья и материалов (сернокислотное производство, тяжелый органический синтез по производству бензола, аммиака и другой химической продукции, производство строительных материалов, а также фосфорных и азотных удобрений). Наиболее распространенными спутниками металлургических предприятий являются: теплоэнергетика, металлоемкое машиностроение, производство металлоконструкций, метизов.

Подавляющее большинство металлов находятся в природе в виде соединений.
Природные минералы, содержащие в своем составе металлы и пригодные для промышленного получения металлов, называют рудами.

При получении любого металла необходимо: а) отделить руду от пустой породы,
б) восстановить металл из соединения.

По основным технологическим процессам металлургия подразделяется на пирометаллургию (плавкая) и гидрометаллургию (изъятие металлов в химических растворах). Пирометаллургия охватывает способы получения металлов из их оксидов, где в качестве восстановителей металлов из их оксидов используют углерод, оксид углерода (II), водород, метан и некоторые металлы, например аллюминий.

Гидрометаллургия охватывает способы получения металлов из их солей. В этом случае металл, входящий в состав руды, сначала переводят в растворимую соль с помощью соответствующего реагента и только после этого из раствора непосредственно извлекают металл либо электролизом, либо применяя более активный металл.

В промышленности железо и его сплавы получают из железной руды. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха. В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:

В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:

Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.

Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь): CaCO₃ → CaO + CO₂↑.

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак: CaO + SiO₂ → CaSiO₃.

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности, и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки. Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.

В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Человек научился получать железо с незапамятных времен. Применение метеоритного железа-первый шаг по пути отказа от бронзы. Археологические раскопки древних поселений в центральной части России, на Урале, в Украине и Белоруссии, Закавказье и в ряде других районов показывают, что люди уже 2,5-3 тысячелетия тому назад умели получать железо из руд и изготовлять из него оружие, орудия труда и предметы домашнего обихода.

Позже чугун стали нагревать в горне вместе с куском железной руды, что позволило превратить этот хрупкий чугун в ковкий металл - в сталь, вполне пригодную для изготовления нужных человеку предметов быта, орудий охоты, войны. Костровая металлургия сменилась горновой.

Появление в середине XIV века доменных печей открыло возможности для значительного увеличения выпуска металла. Демидовская металлургия знала кричное железо, домницы, а потом домны, литейный чугун, прокатное производство.В XVI – XVII вв. на Руси создаются первые железоделательные заводы. Они строятся вблизи старинных русских городов – Тулы, Каширы, Серпухова, в Новгородском крае и других районах страны. Уже к концу XVII в. их суммарная производительность достигает 150 тыс. пудов. В начале XVIII в. отечественная металлургия развивается еще более быстрыми темпами. Это была славная эпоха Петра I , который отлично понимал, что для решения поставленных им задач – укрепить Русское государство, завоевать выходы к морям, “прорубить окно в Европу” - потребуется немало металла, чтобы обеспечить сооружение кораблей и производство вооружения. Нужно было создать новую металлургическую базу страны. Ею явился Урал, с его богатейшими запасами высококачественной железной руды и древесно-угольного топлива. По данным академика С.Г. Струмилина, металлургическая промышленность России произвела в 1725 г. 1165 тыс. пудов чугуна, т.е. свыше 19 тыс. т. Таким образом, за четверть века производство черных металлов в России увеличилось почти в восемь раз. В области черной металлургии наша страна вышла в то время на первое место в мире, оставив позади себя Англию, Францию, Германию и другие страны. Металлургическая техника России в конце XVIII в. не уступала западноевропейской, а во многом даже превосходила ее. В XVIII в. были заложены основы науки о металле, созданы первые технические школы: начальные, средние и высшие для подготовки квалифицированных кадров горнозаводского дела. В течение первого десятилетия XX в. рост черной металлургии России замедлился вследствие экономических кризисов. По производству черных металлов Россия занимала перед первой мировой войной пятое место в мире. Производство чугуна в России на душу населения было меньше, чем в США в 11 раз, в Германии в 8 раз и в Англии в 6 раз.

ОАО "НЛМК" - одна из крупнейших в мире металлургических компаний. Будучи предприятием с полным металлургическим циклом, НЛМК производит чугун, слябы, холоднокатаную, горячекатаную, оцинкованную, динамную, трансформаторную сталь и сталь с полимерным покрытием, а также широкий ряд сортового проката. В 2009 году комбинат осуществил поставки в более чем 70 стран Европы, Южной и Северной Америки, Азии, Африки, Ближнего и Среднего Востока. Группа НЛМК производит 17% всей российской стали.

Основные вехи в истории становления НЛМК.

1931 год: на базе Липецкого железорудного месторождения начато строительство металлургического завода.

7 ноября 1934 года: Новолипецкий металлургический завод (НЛМЗ) дал первый чугун. Этот день стал днем рождения предприятия.

1941 год: в связи с началом Великой Отечественной войны оборудование доменного цеха и ТЭЦ было демонтировано и эвакуировано в Челябинск. На оставшейся части оборудования выполнялись заказы для фронта.

1947 год: начаты работы по восстановлению завода в Липецке. К 1950-1951 гг. восстановлены две доменные печи.

1957 год: введён в эксплуатацию цех горячей прокатки трансформаторной стали.

1960 год: введен в эксплуатацию цех холодной прокатки трансформаторной стали. С этого времени завод стал основным поставщиком холоднокатаной трансформаторной стали в стране.

1966 год: на комбинате впервые в мире соединена выплавка стали в большегрузных конвертерах с разливкой на установке непрерывного литья (УНРС).

1973 год: вступила в строй крупнейшая в СССР доменная печь.

1980 год: пущен первый в стране цех прокатки углеродистой стали, работающий по принципу бесконечной прокатки.

1983 год: НЛМЗ переименован в Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК).

1986 год: пущен в эксплуатацию на тот момент крупнейший в Европе специализированный цех прокатки динамной стали.

31 декабря 1992 года: государственное предприятие НЛМК преобразовано в открытое акционерное общество.

НЛМК занимает третье место в России среди предприятий по производству стали и проката. Производственные мощности компании считаются одними из самых технологически оснащенных в стране.

Основное предприятие полного металлургического цикла находится в Липецке, примерно в 500 км к югу от Москвы в центре Европейской части России. В его состав входит:

Два доменных цеха с пятью доменными печами общим объемом 11.400 м3;

Два конвертерных цеха,

Производство горячего проката,

Три цеха холодной прокатки.

ОАО "НЛМК" является одним из лидеров российской металлургической промышленности по внедрению технологических инноваций. Основными целями программы технического перевооружения являются:

1. Увеличение объемов выплавки жидкой стали на 40%,

2. Развитие железорудных и угольных активов НЛМК

3. увеличение выпуска плоского проката.

4. Развитие топливно-энергетического комплекса на основной производственной площадке НЛМК в Липецке.

В 2008 году на основной площадке компании в Липецке начался монтаж металлоконструкций доменной печи №7. В доменной печи №7 будут применены современные технические решения, обеспечивающие высокопроизводительный, ресурсосберегающий, максимально автоматизированный процесс выплавки чугуна.

Приоритетом НЛМК является снижение уровня воздействия производства на окружающую среду. Защита окружающей среды является одним из важнейших приоритетов деятельности НЛМК. В апреле 2009 г. на конкурсе "100 лучших организаций России. Экология и экологический менеджмент" комбинат удостоен диплома лауреата, а первый вице-президент - генеральный директор ОАО "НЛМК" В.П. Настич - почетного знака "Эколог года-2008". В 2008 году НЛМК признан победителем ежегодного конкурса, состоявшегося в Москве в рамках Всероссийской экологической конференции "Чистый воздух России - 2008". Комбинат удостоен диплома победителя за наибольший вклад в экологическую безопасность в сфере охраны атмосферного воздуха и реализацию проектов технического перевооружения, направленных на снижение выбросов за счет внедрения пылегазоочистных систем нового поколения. В октябре 2008 г. ОАО НЛМК стало обладателем главного приза Национальной экологической премии в номинации "Отчетность в области устойчивого развития" за социальный отчет за 2007 г. Комбинат награжден за достижения в области экологии и вклад в устойчивое развитие. В 2007 году НЛМК признан лауреатом Всероссийского конкурса "Лидер природоохранной деятельности в России - 2007". Диплом победителя комбинату вручен в ходе III Всероссийской экологической конференции "Новые приоритеты национальной экологической политики в реальном секторе экономики".

НЛМК осуществляет свою деятельность в природоохранной сфере в соответствии со следующими принципами:

ответственность перед обществом за состояние окружающей среды;

ориентация на наилучшие доступные технологии;

предотвращение загрязнения окружающей среды;

бережное отношение к природным ресурсам (вода, почва, лес);

сокращение объемов образования и накопления отходов производства и потребления.

Большой путь прошла отечественная металлургия. Это был путь труда и неутомимых исканий ученых – металлургов, инженеров, техников и рабочих. Труды русских ученых – металлургов явились достойным вкладом как в науку, так и в практику металлургического производства. Именно в России впервые зародилась и от десятилетия к десятилетию успешно развивалась наука о металле, сложилась прославленная школа ученых – металлургов, традиции которой передавались от одного поколения ученых к другому. Одной из острейших проблем на современном этапе развития металлургического комплекса России являются рациональное природопользование и охрана окружающей среды. Огромнейшие резервы и возможности решения экологических проблем заключены в комплексности переработки сырья, в полном использовании полезных компонентов в его составе и месторождениях.

С развитием техники продолжала модернизироваться системы обслуживания доменного процесса, например, система подачи воздуха в домну. Росла мощность двигателей, приводивших в движение воздуходувные устройства. Клинчатые меха стали заменять цилиндрическими, а позже — центробежными воздуходувками. Применение воздуходувных машин в доменном производстве Англии началось с 1782г. Однако более прогрессивные центробежные воздуходувки получили распространение с 50-х годов XIX в., что разрешило проблему подачи необходимого количества воздуха в домну.

Утилизацию отходящих газов с целью экономии топлива начали использовать еще в конце XVIII – начале XIX в. Известны результаты опытов французского заводчика Оберто. В 1809г. он начал эксперименты использования колошниковых газов для цементации железа, обжига кирпича и пр. В 1811г. Оберто получил привилегию на эти способы.

Доменный воздухонагреватель впервые был применен Дж.Нилсоном на шотландском заводе Клайд. Патент на это изобретение он получил в 1828г. Нагрев подаваемого в печь воздуха до 150-300°С позволил снизить расходы топлива до 40% и таким образом резко повысить производительность доменных печей. В России опыты использования подогретого дутья для доменных печей, работающих на минеральном топливе, осуществили в 1829г. на Александровском литейном заводе в Петербурге. Аналогичные опыты были повторены в 1835г. на Петрозаводском железоделательном заводе, где благодаря использованию подогрева дутья возросла выплавка чугуна и сократился расход топлива.

Горячее дутье применяли в опытном порядке также на Выксунском (1837г.) и Верх-Исетском уральских заводах. Около 1867г. оно было введено на двух домнах Билимбаевского завода. В 1870г. на горячем дутье работала Натальевская доменная печь Кувинского завода (Пермская губерния). Однако широко использовать горячее дутье в отечественном доменном производстве стали в 70-х годах XIX в. В 1876г. на металлургических заводах России действовало около 20 воздухонагревательных устройств.

Рост эффективности и повышение производительности отмечается после изобретения специального аппарата для подогрева воздуха, подаваемого в домну в результате утилизации тепла отходящих газов. В 1857г. англичанин Э.Каупер предложил использовать тепло отходящих газов доменной печи для подогрева специального воздухонагревательного устройства — каупера. Использование кауперов сыграло огромную роль в развитии доменного производства. Оно вызвало важные изменения в конструкции доменных печей и технологии доменного процесса: увеличились размеры, и возросла производительность домен.

Широкую известность в черной металлургии получили многофурменные доменные печи (до 10 фурм) с шахтой эллиптического сечения без распара с постепенным расширением к колошнику. Изобретателем этого типа печей был русский горный инженер В.К.Рашет, получивший на свое изобретение привилегию 22 февраля 1862г. Рашетовские доменные печи отличались выгодным распределением дутья, что позволило увеличить шахту печи и обеспечить более низкую стоимость выплавляемого чугуна. Печи В.К.Рашета были построены в начале 70-х годов XIXв. на ряде Уральских и других заводов. В г.Нижняя Салда работала многофурменная доменная печь Рашета высотой 50футов (20м). Стоимость 1 пуда чугуна, получаемого в домнах Рашета, была почти на 8 % ниже стоимости чугуна, выплавляемого в обычных доменных печах.

В конце XIX в. металлургические заводы Юга России были оснащены крупными доменными печами. Так, например, на Александровском заводе Брянского общества в Екатеринославле (ныне г.Днепродзержинск) работали домны, суточная выплавка которых составляла до 910тыс. пудов чугуна.

Основы теории доменного процесса в 70-80х годах 19века были созданы работами Л.Грюнера во Франции, Л.Белла в Англии, Р.Окермана в Швеции. Наиболее полное изложение теории доменного процесса и обобщение огромного фактического материала, относящегося к работе доменных печей различных металлургических предприятий мира, содержатся в классических трудах российских ученых М.А.Павлова и А.А.Байкова. Технику и технологию доменного производства совершенствовали отечественные металлурги: инж. М.К.Курако, акад. И.П.Бардин, проф. А.Ф.Борисов и др.

Доменное производство входит в состав основного производства металлургического предприятия. Несмотря на развитие бездоменного (бескоксового) технологического процесса производства стали и проката, на многих металлургических предприятиях сохранились доменные цехи, совершенствуются конструкции оборудования и технологические процессы производства чугуна.

Конвертерное производство

Вплоть до второй половины XIX века в производстве железа продолжал господствовать пудлинговый процесс. Однако сварочный металл уже не удовлетворял возросшим требованиям к его качеству, предъявляемым развивающейся техникой. Способ пудлингования был мало производителен.

Решение вопроса нашлось в создании новых процессов массового и дешевого получения литого металла. В 1856-1860годах английский изобретатель Г.Бессемер ввел свой способ передела чугуна на железо и сталь. В 1864году французский инженер П.Мартен получил литую сталь в отражательной печи с регенеративной установкой братьев Сименс. Спустя несколько лет англичанин С.Томас создал основную футеровку – огнеупорную кладку печи из материалов, содержащих основные окислы (магнезит, известь), что позволило решить серьезную проблему получения металла с низким содержанием серы и фосфора.

Изобретения Бессемера, Мартена и Томаса в области массового производства литой стали явились содержанием технической революции в черной металлургии, оказавшей огромное влияние на развитие всей техники последующих десятилетий. "Эти три процесса, вместе взятые, – отмечает Д. Бернал, – открыли век стали благодаря быстрому завершению вытеснения сначала дерева как строительного материала в машиностроении, а затем чугуна как материала для рельс, судов и пушек. Дешевая сталь стала той базой, на которой должен был быть построен империализм конца XIXв. с его упором на заморскую торговлю, эксплуатацию тропических колоний посредством развития строительства железных дорог и портов и все более дорогостоящими приготовлениями к ведению морских и сухопутных войн".

Им были установлены два основных принципа нового процесса: обезуглероживание чугуна струей воздуха и ведение процесса без применения топлива. Эти начальные результаты необходимо было проверить в производственных условиях. Однако первая же попытка перейти к опытам в больших масштабах кончились пожаром мастерской. Изобретатель еще неясно представлял себе бурные реакции, происходившие в металле при продувке.
Во избежание подобных случаев в дальнейшем Бессемер построил в своей мастерской в одном из предместьев Лондона особую оригинальную печь, названную им конвертором -(от латинского "конвертере" - превращать). Этот первый конвертор был сделан в виде неподвижного цилиндрического железного сосуда, выложенного внутри огнеупорным кирпичом. Жидкий чугун заливался через боковое отверстие, расположенное на середине высоты цилиндра. Воздух вдувался через сопла, устроенные у дна конвертора. В мае 1856 года Бессемер запатентовал конвертор со сложным перекрытием для улавливания выброшенного шлака и металла. Газы удалялись через отверстие в своде перекрытия. В этом конверторе Бессемер с успехом провел первую плавку, не вызвав опасности пожара. Однако, около 30 лет понадобилось для победы литого металла над сварочным железом. Главную роль в этой борьбе сыграл бессемеровский металл. Процесс получил широкое распространение в различных странах, прежде всего там, где имелись чистые по фосфору руды,- в Англии, США, Швеции. Англия имела 17 больших бессемеровских цехов, производивших в 1866 году свыше 6 миллионов пудов металла. За 14 лет (1875-1889) производство бессемеровской стали в Англии выросло почти в 2,5 раза: с 725 до 1840 тысяч тонн, что составило 65% от общей выплавки стали в стране.

Освоением бессемеровского процесса активно занимались и русские металлурги. Уже в 1856году проводились первые опыты на ряде заводов. Несколько позже конверторы появились на Всеволодовильневском заводе, с 1859 – на Златоустовском, с 1863 – на Воткинском, Нижнетагильском и Верхнетуринском заводах. На Парижской выставке 1867года уже были экспонированы продукты бессемерования Тагильских заводов с Урала. Известный металлург Н.А.Иосса, руководивший опытами бессемерования на Боткинском заводе в 1866-1867годах, заметил, что красноломкостью обладал металл, полученный и из чистого по сере чугуна. Он высказал предположение, что красноломкость металла происходит от окиси железа, растворенной в металле.

Использование древесноугольных, малокремнистых (химически холодных) чугунов мешало распространению бессемеровского процесса. В 1872году на Обуховском заводе (Д.К.Чернов) и с 1875года – на Нижнесалдинском заводе (К.П.Поленов и В.Е.Грум-Гржимайло) был создан русский вариант бессемерования: в конвертор заливали предварительно нагретый чугун (физически горячий), это давало возможность получить жидкий металл при температуре 1500°С и вести процесс. В России в 1891году было 12 конверторов, в 1901 году - уже 33.

Мартеновское производство

К середине XIX века во всех промышленных странах имелись огромные запасы железного лома. Из-за высокой тугоплавкости его не могли использовать в производстве. Французские инженеры Эмиль и Пьер Мартены (отец и сын) предложили сплавлять этот железный лом с чугуном в регенеративной печи и таким образом получать сталь. В 1864 году на заводе Сирейль они под руководством Сименса осуществили первую успешную плавку. Затем этот способ стал применяться повсюду.

Мартеновская печь относится к типу отражательных печей. Ванна, где идет плавка, выложена огнеупорным кирпичом. Над ванной — сферический свод. Продукты горения топлива, а вместе с ними и тепло отражаются от свода и направляются в ванну, где и расплавляют металл. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение тепла по всей площади ванны.

Топливом в мартене служит газ. Раньше применяли смесь доменного и коксового газов. В последние годы все шире используется природный горючий газ. Но прежде чем попасть в печь, газ и воздух нагревают в 4 регенераторах — камерах, выложенных огнеупорным кирпичом, а затем подают в верхнюю часть мартена. Здесь они смешиваются и сгорают, давая температуру до 1800-2000°С. Такая температура обеспечивает полное расплавление металла.

На последнем этапе происходит рафинирование стали (очищение ее от вредных примесей) и раскисление — удаление из металла кислорода. Для этого в ванну добавляют раскислители — ферросилиций, ферромарганец, алюминий.

Однако ни бессемеровский, ни мартеновский способ не позволял получать высококачественную сталь из руды, содержащей серу и фосфор. Эта проблема оставалась неразрешенной в течение полутора десятилетий, пока в 1878году английский металлург Сидней Томас не придумал добавлять и конвертер до 10-15% извести. При этом образовывались шлаки, способные удерживать фосфор в прочных химических соединениях. В результате фосфор выгорал — вместе с другими ненужными примесями, а чугун превращался в высококачественную сталь. Значение изобретения Томаса было огромно. Оно позволило в широком масштабе производить сталь из фосфоросодержащих руд, которые в большом количестве добывались в Европе. В целом введение бессемеровского и мартеновского процессов дало возможность производить сталь в неограниченных количествах. Литая сталь быстро завоевала себе место в промышленности, и начиная с 70-х годов XIXвека сварочное железо почти совершенно выходит из употребления. Уже в первые пять лет после введения мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск стали увеличился на 60 %.

Изучение особенностей чёрной металлургии, которая включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. Ознакомление с процессом развития металлургии. Рассмотрение структуры сыродутных и "каталонских" горнов.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	05.06.2015
Размер файла	33,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Самарский государственный университет

История развития металлургии

студент I курса

Токранов Александр Александрович

Старший преподаватель; к.х.н,

1. Развитие металлургии

2. Особенности развития металлургии в Европе

3. Современная металлургия

Список использованной литературы

Введение

Металлургия - это 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; сварка; 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:

прогресс, так как получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э. Именно это время считается на сегодняшний день официальной датой вступления человечества в железный век. Сам же секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян, которые и считаются первопроходцами в этой области. 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.). Не смотря ни на что, все последние данные, установленные учёными в результате [3].

В середине XX века внедряются кислородное дутье, автоматизация процесса и непрерывная разливка стали. Продувка кислородом расплавленного металла в бессемеровском конверторе из-за резкого увеличения поверхности соприкосновения металла с окислителем (кислородом) в тысячу раз ускоряет химические реакции по сравнению с пудлинговой печью.

В сыродутном и кричном процессах получали одностадийным методом ковкое, качественное сварочное железо (малоуглеродистую сталь), причём имеющее небольшое количество примесей, поэтому весьма стойкое к коррозии. История сделала круг и в настоящий момент разрабатываются и развиваются технологии одностадийного процесса производства стали через обогащение руд (получение окатышей, содержащих 90-95 % железа) и выплавку стали в электропечи. [2]

2. Особенности развития металлургии в Европе

В то время как на Востоке успешно развивали технологию тигельной плавки высококачественной стали из природно - легированных руд, на Западе происходило постепенное освоение других металлургических технологий.

Как известно, во 2-й половине 1-го тысячелетия лидерство в политической жизни Европы принадлежало викингам, франкам и государствам, располагавшимся в Альпийском регионе. Рассмотрев историю Древнего мира, мы уже знаем, что политическая гегемония с древнейших времен базировалась на металлургическом фундаменте.

Ландшафт как важнейший металлургический ресурс

В раннем Средневековье сама природа способствовала развитию технологий металлургии железа в Скандинавии и Альпийском регионе. В этих регионах были в достатке легкодоступные богатые железные руды. Сначала их извлекали непосредственно на поверхности земли, а по мере истощения открытых месторождений железную руду стали добывать из штолен -- горизонтальных или наклонных горных выработок.

В Европе горсты образуют вершины с крутым обрывистым южным склоном и пологим северным с максимальной высотой 1000--1300 метров над уровнем моря. Классическими примерами горстов являются горы Гарц, что на территории современных Германии, Австрии и Италии, Вогезы на северо-востоке Франции, Рудные в Чехии и Германии.

Помимо залежей руд цветных и черных металлов, горсты располагают лесистыми ущельями и быстрыми горными потоками. Таким образом, в распоряжении средневековых металлургов находились богатые ресурсы качественной древесины для выжига угля и мощные потоки воды для приведения в действие водоналивных колес.

Однако широкое использование дутьевых средств началось в конце тысячелетия, а до этого металлурги использовали, главным образом, естественное движение воздуха. И в этом виде ресурсов Скандинавия и Альпы предоставляли металлургам необходимые возможности.

Север Европы часто называют страной ветров, возможно, наиболее образно это отношение к природе Скандинавии и арктических архипелагов выразил великий французский романист Виктор Гюго, который писал: «. Северные фьорды и архипелаги - это царство ветров. Каждый глубоко врезающийся в побережье залив, каждый пролив между многочисленными островами превращается в поддувальный мех.

И в Скандинавии, и в Альпах в VII-VIII вв. стали строить сыродутные горны высотой больше человеческого роста, причем увеличение высоты агрегата происходило очень интенсивно и к концу тысячелетия печи строились высотой до 5 метров.

В ходе плавки, по мере выгорания угля и плавления руды, в горн вводили их новые порции, причем отсутствие жестких требований к газодинамическим параметрам шихтовых материалов позволяло использовать руду мелких фракций. Из рудной пыли делали смоченные водой комки, которые и загружали в горн. Периодически из горна выпускали шлак, пробивая специально предусмотренные для этого отверстия. Вообще же контакт крицы с железистым шлаком приносил существенную пользу, поскольку позволял перевести в шлак большую часть фосфора, присутствие которого в готовом металле существенно снижало его качественные характеристики.

В эпоху позднего Средневековья при нормальном ходе процесса извлечение железа из руды в крицу достигало 60-70% при расходе древесного угля 3-3,5 кг на 1 кг крицы. Получался низкоуглеродистый металл (менее 0,5% углерода). Содержание оксида железа в шлаке было существенно ниже, чем при применении обычных сыродутных горнов: оно составляло 35--40%.

Каждый каталонский горн обслуживался бригадой из 8 человек. В состав бригады входили мастер, его помощник, следивший за работой воздуходувной техники, два плавильщика, обеспечивавшие процесс производства крицы, молотовой мастер с помощником, рабочий, готовивший шихтовые материалы к плавке, и весовщик, осуществлявший контроль за хранением, расходованием материалов и ведавший учетом готовой продукции.

Штюкофены и осмундские печи

Шихту готовили тщательно: куски руды, представлявшей собой красный или бурый железняк с содержанием железа около 50%, дробили до крупности гороха или лесного ореха; древесный уголь, требования к качеству которого непрерывно возрастали, измельчали до размера грецкого ореха. Оба компонента шихты отделяли от мелких частиц и пыли вручную. Печь наполовину заполняли древесным углем, а затем загрузку руды и угля производили последовательно горизонтальными слоями толщииой не более 10--12 см.

Главной составляющей шлака, как и в обычных сыродутных горнах, был фаялит. Шлак содержал 45--50% монооксида железа, 25--35% кремнезема, 4-6% глинозема, до 5% извести и магнезии и до 15% монооксида марганца. Кроме того, в шлаке в значительных количествах присутствовали щелочи, фосфор (иногда более 1%) и сера. Железистые шлаки отличаются высокой жидкоподвижностью, поэтому они легко вытекали из печи через отверстия в стенках, расположенных несколько ниже уровня фурмы. Присутствие в рудах монооксида марганца, взаимодействовавшего с кремнеземом, облегчало восстановление железа и уменьшало его потери в ходе плавки.

В результате плавки получался металл с низким содержани-ем кремния (менее 0,05%), марганца (менее 0,5%) и фосфора (менее 0,01%). Содержание углерода в различных участках крицы колебалось в широких пределах от 0,05 до 1,5%. Как известно, температура плавления низкоуглеродистого железа, составлявшего основную массу крицы, достигает 1480--1520°С, поэтому крица получалась твердой. Однако с повышением высоты печей и улучшением условий теплообмена содержание углерода в крице увеличивалось, и с начала 2-го тысячелетия ее часто извлекали из штюкофенов оплавленной.

Плавка продолжалась 4--6 часов, после чего раскаленную добела крицу клещами извлекали через пролом в передней стенке горна. Пролом делался в месте установки фурмы, что позволяло одновременно производить контроль состояния и при необходимости замену сопла дутьевого устройства. В крице оставались включения угля и шлака, составлявшие до 10% ее массы, поэтому ее уплотняли деревянными молотами, а затем тщательно проковывали кузнечным молотом для удаления шлака из мелких пор. Потери железа со шлаком и в результате отбраковки попрежнему оставались высокими и могли достигать половины от количества железа, попавшего в печь с рудой. Всего за сутки с учетом постоянного ремонта печи успевали произвести 2--4 крицы.

То обстоятельство, что именно металлургическая индустрия обеспечивала наивысшие температуры в Средневековой промышленности, было хорошо известно современникам. У многих народов в это время появляются легенды о металлургах -- пове-лителях огня (пламени).

Монополия на производство железа высокого качества была необходима эти странам, в то время активно осуществлявшим создание единых государств из многочисленных феодальных княжеств. Испания и Франция имели мощных внешних врагов, препятствовавших объединению государств: Испания осуществляла реконкисту (освобождение из-под многовекового арабского влияния), а Франция боролась за лидерство в регионе с Бургундским герцогством, на территории которого располагались Вогезы - важнейшая металлургическая провинция средневековой Европы.[2]

3. Современная металлургия

Современная металлургия включает в себя ряд основных технологических операций производства металлов и сплавов.

Сегодня добывающая металлургия развивается очень стремительно. Являясь одной из приоритетных государственных отраслей, металлургия не только поставляет материал для тысяч отечественных заводов, но и дает огромное количество рабочих мест по всей стране.

Сам процесс представляет собой добычу ценных горных руд и дальнейшая ее переработка, в результате которой сырье превращается в конечный продукт -- чистый металл. При этом добыча делится на несколько категорий, в зависимости от которых может значительно меняться производство. К примеру, некоторые металлурги могут вырабатывать лишь различные концентраты (всевозможные оксиды, которые используются в других отраслях), другие же занимаются именно выплавкой металла.

Произведенные металлы очень широко используются повсеместно. Медные породы применяются в электротехническом производстве, в частности из меди изготавливаются различные проводы и кабели. Золото и его сплавы очень популярны у ювелиров, а железо обладает уникальной прочностью, которая важна в производстве различного транспорта.

Сплавы добытых металлов также находят свое место в промышленности. По своему составу сплавы могут состоять из нескольких производных, заменяя которые металлурги получают поистине уникальные материалы.

Естественно, любой сплав в своем составе содержит металл, следовательно обладает всеми характерными металлическими свойствами, такими как уникальный блеск, высокая теплопроводность и прочность. Здесь, однако, есть исключения -- например, в сплав могут быть добавлены химические соединения, которые сильно изменят свойства исходного материала. Химическая и металлургическая промышленности идут рука об руку -- это продиктовано бурным развитием современных технологий, которые требуют гораздо большего разнообразия характеристик.

Развитие современной металлургии, несмотря на ограничивающие его экономические явления, не останавливается ни на минуту. Основу современной черной металлургии составляют заводы, каждый из которых по территории и количеству работающих равняется небольшому городу.

Сложный путь проходит здесь металл. Сначала на горно-обогатительных комбинатах (ГОК) обогащают руду, затем на заводах черной металлургии ее обжигают, превращая в агломерат или окатыши. Из них в доменных печах выплавляют чугун. Затем чугун попадает в сталеплавильный цех, где его переплавляют в сталь в мартеновских печах, кислородных конверторах или электропечах. Стальные слитки транспортируют в прокатные цехи, где из них делают металлические изделия: рельсы, балки, листы, трубы, проволоку.

Между цехами проложены рельсы, по которым ходят железнодорожные составы, развозя руду и жидкий чугун, стальные слитки и готовый прокат.

Такой же, а в ряде случаев и более сложный путь проходят металлы и на заводах цветной металлургии. Технологический процесс получения некоторых цветных металлов включает десятки операций.[4]

А что же ждет металлургию в будущем? Неужели человечеству, чтобы удовлетворить свои потребности в металле, придется постоянно строить гигантские заводы? Ведь не следует забывать, что металлургия в основном имеет дело с огнем: чтобы расплавить руду или сталь, их нужно нагреть до высокой температуры. А пирометаллургия сжигает кислород воздуха, засоряет атмосферу отходами сгорания, тратит много пресной воды на охлаждение агрегатов, чем наносит вред природе. Поэтому ученые разработали новые пути развития металлургии. Это, прежде всего, прямое восстановление железа из руды, минуя доменный процесс. Установки прямого восстановления, которые полностью автоматизированы и надежно герметизированы, будут выплавлять из руды металлические слитки или чистый железный порошок. А потом слитки или порошок, упакованный в контейнеры, доставят на машиностроительные заводы, где из них изготовят изделия либо обычным методом, либо методом порошковой металлургии. Эти заводы вовсе не обязательно делать такими огромными, как существующие. Наоборот, они будут маленькими и, как предполагают ученые, иногда мобильными, т. е. подвижными. На баржах или с помощью вертолетов их будут доставлять к небольшим месторождениям руды, разработка которых сейчас считается невыгодной. Мини-заводы, полностью автоматизированные, сделают разработку этих месторождений экономически целесообразной.

Быстрыми темпами развивается электрометаллургия, все более широкое применение находит электричество на всех последующих стадиях обработки металлов. На очереди -- создание полностью автоматизированного металлургического производства, управляемого ЭВМ,-- металлургические цехи-автоматы.

2. Бальшин М.Ю., Кипарисов С.С. Металлургия/ М.: Металлургия, 1978. - 184 с.

3. Голубев О.В. Металлургия запредельного/ Голубев О.В., Черноусов П.И. - М.: ООО ИД "Роликс", 2013. -- 274 с.

4.Н.И. Новиков, Г.В. Новикова Особенности развития черной металлургии россии / Н.И. Новиков, Г.В. Новикова// Известия Иркутской государственной экономической академии -2011- №4- с.50-56

5. Металловеды / Составитель С. С. Черняк -- Иркутск: Изд-во ИрГУ, 2000. -- 532 с.

Подобные документы

Добыча, обогащение руд цветных металлов и выплавка цветных металлов и их сплавов. Цветная металлургия как отрасль национальной экономики. Основные факторы и условия функционирования и развития цветной металлургии в стране. Доля России на мировом рынке.

презентация [299,4 K], добавлен 31.05.2014

Сравнительная характеристика физико-химических, механических и специфических свойств продуктов черной металлургии - чугуна и стали. Виды чугуна, их классификация по структуре и маркировка. Производство стали из чугуна, ее виды, структура и свойства.

реферат [36,1 K], добавлен 16.02.2011

Классификация сплавов черных металлов по свойствам. Содержание примесей в чугуне. Сырые материалы (шихта). Топливо и флюсы в металлургии чугуна, характеристика некоторых железных руд. Производство чугуна на АО "АрселорМиттал Темиртау". Качество чугуна.

презентация [607,8 K], добавлен 31.10.2016

Высокая эффективность использования кислорода в металлургии, конвертерная выплавка стали. Специфика кислородного дутья в доменных печах и особенности электросталеплавильного производства. Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.

презентация [123,6 K], добавлен 28.12.2010

Основные понятия и технологические процессы порошковой металлургии. Сущность изготовления деталей и заготовок по этому методу. Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии в промышленности, основные направления и перспективы развития.

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

[