Черная металлургия: cырье для производства черных металлов и сплавов

Алан-э-Дейл       10.09.2022 г.

Черная металлургия

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.

Черная металлургия

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.

Технология

Бессемерование – процесс плавки чугуна, который позволяет получить сталь относительно высокого качества. Следует отметить, что подобная технология на сегодняшний день применяется крайне редко. Это связано с появлением довольно большого количества современных технологий, которые позволяют получить более качественную сталь за меньшие сроки.

Весь бессемеровский процесс производства стали можно разделить на несколько основных этапов:

  1. Выполняется заливка чугуна в конвертор через горловину. Важным моментом назовем то, что в подобном положении устройство должно находится в горизонтальном положении, так как есть вероятность заливки сопла металлом. Сопла необходимы для того, чтобы продувать шихту. Именно окисление примесей и их вывод в качестве шлаков позволяет получать сталь повышенного качества.
  2. Следующий этап заключается в пуске дутья и переворачивании конвертора в вертикальное положение.
  3. Для того чтобы обеспечить окисление вредных примесей и излишков углерода проводится продувка металла воздухом. На данном этапе происходит образование шлака, с которым и уходят ненужные химические вещества.
  4. После достаточно длительного периода продувки конвертор снова переворачивается в горизонтальное положение, прекращается продувка расплавленного металла.
  5. Выполняется слив расплавленного металла в ковш и его раскисление путем добавления специальных веществ.

На момент начала продувки состава происходит активное окисление марганца и кремния. На первоначальной стадии углерод практически не окисляется. Это связано с тем, что данный компонент реагирует исключительно на воздействие высоких температур. Кроме этого, на процесс окисления примесей оказывает влияние термодинамические факторы, которые определяют активность переноса кислорода к местам протекания бессемеровского процесса.

Рассматривая данную технологию отметим нижеприведенные моменты:

  1. На первом этапе происходит образование большого количества различных шлаков, который в составе имеет высокую концентрацию кремнезема. Временной интервал протекания первого этапа составляет 2-5 минут.
  2. На втором этапе бессемеровского процесса производства обеспечиваются наиболее благоприятные условия для окисления углерода. Примером можно назвать повышение рабочей температуры примерно до 2000 градусов Цельсия. Протяженность данного этапа составляет примерной 13 минут. В конце этого этапа температура понижается примерно до отметки 1600 градусов Цельсия.
  3. Добиться высокого качества стали можно различными методами бессемерования. Все зависит от особенностей состава применяемого лома, концентрации крема в составе.
  4. Для того чтобы исключить вероятность возникновения процесса передувки металла активная подача воздуха прекращается уже на втором этапе.
  5. Только на третьем этапе можно отметить активное окисление железа, что становится причиной выделения бурого дыма. Данный этап начинается на тот момент, когда концентрация углерода меньше 0,1%.

Как ранее было отмечено, бессемеровский метод изготовления стали получил большое распространение по причине высокой производительности. В литейных цехах довольно часто устанавливается оборудование, которое имеет садку около 35 тонн.

Бессемеровский метод выплавки стали

Сегодня бессемеровский метод производства стали практически не применяется, что связано с низким качеством получаемого металла и его достаточно высокой стоимостью.

Особенности кокса

Размеры кусков кокса должны соответствовать габаритам кусков руды и быть равными между собой. Однородность гарантирует равномерное прохождение газов и шлаков сквозь пласты, а также равномерный нагрев смеси внутри доменной печи. Если образовавшийся шлак своевременно не проступит на поверхность и не закроет пленкой металл, он начнет окисляться и становится хрупким.

Пористость кокса влияет в первую очередь на его способность восстанавливать внутри печи углекислоту в окись углерода.

Крошка заполняет пустоты, через которые должны проходить газы и шлаки, не пропуская их, а также препятствует процессу продувания воздухом. Прочность определяется в процессе экспериментального испытания в специализированном барабане.

Производство отдельных видов

Производство меди

Получение подобного цветного металла происходит из медных руд. Его содержание в составе этих соединении составляет от 1 до 6%. При составе меди менее 1% ее извлечение при современном уровне развития технологии не представляется рентабельным.

Получение меди осуществляется двумя способами:

  • гидрометаллургический;
  • пирометаллургический.

Пирометаллургический метод добычи меди состоит из нескольких последовательных этапов:

  • Подготовка руды к плавке посредством обогащения и дальнейшего обжига. Это позволяет получить концентрат меди.
  • Последующий обжиг требуется для сокращения количества серы.
  • Плавка на штейн. Путем плавки концентратов меди удается получить штейн или сульфиды меди и железа.

А также проводится конвертирование штейна. Этот этап заключается путем продувки воздухом внутри специального медеплавильного конвертера полученного штейна, что позволяет выделить железо в шлак и получить черновую медь.

И в заключение – рафинирование. Черновая медь подвергается действию огневого плавления и электролитического рафинирования, что позволяет в итоге получить продукт, чистота которого составляет 99,97–99,99%.

Производство алюминия

Получение алюминия происходит методом электролиза глинозема. Процесс включает несколько этапов.

Получение чистого глинозема или оксида алюминия. Этот процесс заключается в обработке бокситов (руд, содержащих металл) щелочными растворами. Результатом является выпадение в виде осадка гидроксида алюминия.

Получение криолита – его производство заключается в обработке плавикового шпата для получения плавиковой кислоты и дальнейшего выделения фторалюминиевой кислоты. Посредством соды криолит выделяется в виде осадка.

Электролиз глинозема – результатом этого процесса является получения алюминия-сырца.

Рафинирование – посредством продувки расплавленного сырца хлором добывается чистый алюминий.

Производство магния

Магний добывается посредством реакции электролиза. Сырьем служат расплавленные соли металла (карналлит, магнезит, доломит, бишофит). Основу электролита составляет хлористый магний. Дополнительно применяется хлористый натрий, кальций и калий.

После проведения реакции на аноде оседает черновой металл, имеющий до 5% примесей. Их удаление происходит посредство процесса рафинирования с использованием флюсов. Все неметаллические компоненты преобразуются в шлак, а чистый металл разливается в изложницы.

Производство титана

По своим качествам титан и его сплавы во многом превосходят легированные стали. Процесс производства титана затрудняется его повышенной активностью, особенно при повышении температуры.

Его особенностью является способность вступать в реакцию со множеством металлов, что требует соблюдения определенных условий для получения чистого титана.

Метод, применяемый для получения титана, называется магниетермия. Он состоит из следующих операций.

Выделение титанового концентрата путем обогащения руды, содержащей подобный металл.

Изготовление шлака – на этом этапе происходит отделение оксидов железа от оксидов титана.

Получение четыреххлористого титана – чтобы получить металлический титан, требуется применение хлорида титана, получаемый при хлорировании шлака.

Восстановление посредством магния – процесс восстановления протекает при очень высоких температурах – близких к 1 тыс. градусов. Реактор, где расплавляется магний, подается парообразный титан. При металлизации он оседает на стенках, а расплавленный магний удаляется через летку.

Сепарация массы в вакууме – полученный в результате предыдущего шага титан в виде губчатой массы требуется нагреть с использованием вакуума, что позволит выделить чистый металл.

Особенности сырья

Все цветные металлы обладают рядом особенностей, что должно учитываться при обработке или их использовании.

Ряд элементов имеют повышенную теплопроводность и удельную теплоемкость:

  • медь;
  • магний;
  • алюминий.

При сварке место соединения быстро охлаждается, что потребует использования мощных источников, особенно тепла при сварочных работах.

Некоторые элементы при резком нагреве изменяют свои механические свойства. Наблюдается их снижение. При этом сам металл становится легко разрушаемым от ударов или иного механического воздействия.

Все цветные металлы легко вступают во взаимодействие с газами, кроме инертных. Эта особенность характерна для тугоплавких цветных металлов.

Твердых сплавов, тугоплавких и жаропрочных металлов. Производство твердых сплавов, тугоплавких и жаропрочных металлов, неперетачиваемых пластин и проката из жаропрочных и твердых сплавов.

Факторы размещения. 
 
особенности используемого сырья 
 
применяемый для получения металла вид
энергии 
 
география сырьевых и энергетических
источников.  
 
транспортные пути 
 
необходимость охраны окружающей среды 
 
предприятия, связанные с заключительной
стадией металлургии – обработкой металла,
чаще всего размещаются в районах потребления
готовой продукции.

Размещение
цветной металлургии 
Такая отрасль промышленности как цветная
металлургия охватывает добычу, а также
обогащение руд цветных, редких и благородных
металлов, выплавку металлов, производство
проката сплавов, рафинирование металлов.
По назначению и по физическим свойствам
цветные металлы условно разделяются
на тяжелые и легкие. К тяжелым металлам
относятся цинк, олово, свинец, медь, никель.
К легким относятся магний, титан, алюминий. 
Продукция цветной металлургии стоит
весьма дорого, что является одним из влияющих
факторов на размещение отрасли. Большая
стоимость цветных металлов, а также и
продукции из них дает возможность изготавливать
их далеко от основных районов-потребителей,
имеющих развитую машиностроительную
промышленность.  
На размещение цветной металлургии огромное
влияние оказывает технический прогресс
отрасли. Используя новейшие методы, удается
получать концентраты, с высоким содержанием
металла. 
Три фактора оказывают влияние на размещение
предприятий цветной металлургии. 
1. Энергетический фактор. Этот фактор
размещения наиболее характерен для изготовления
легких цветных металлов (магний, титан,
алюминий), требующих огромных затрат
электроэнергии. Обычно производственные
центры совпадают с размещением гидроэлектростанций,
которые производят самую дешевую электроэнергию. 
2. Сырьевой фактор. Этот фактор размещения
учитывается для предприятий, занимающихся
производством тяжелых цветных металлов
(никель, цинк, свинец, медь). Руды тяжелых
металлов содержат, как правило, низкое
количество полезных элементов (к примеру,
медные руды, которые пригодны для промышленного
применения, содержат около 3% меди). Предприятия,
занимающиеся производством меди, базируются
в местах зарождения медных руд, цинка
и свинца вблизи месторождения полиметаллических
руд
, никеля – никелевых руд. 
3. Экологический фактор. Несмотря на то,
что предприятия цветной металлургии
с экологической точки зрения достаточно
опасны, этот фактор при размещении предприятий
практически не учитывается. 
На территории нашей страны имеется несколько
важнейших баз цветной металлургии. Они
различны в своей специализации и это
объясняется отличием географии легких
(титаномагниевая, алюминиевая промышленность)
и тяжелых металлов (оловянная, медная,
никель-кобальтовая, свинцово-цинковая
промышленности).

Полный цикл

В металлургии неполного цикла акцент делается на одном виде продукции – чугун, сталь или прокат. Передельные предприятия – отдельная группа, специализирующаяся на изготовлении стали без выплавки чугуна, в нее входят также трубопрокатные заводы.

Расположение таких производств зависит от близости к источникам вторсырья и потребителям готовой продукции. В случае с машиностроительными заводами – это одно лицо, поскольку они и потребители, и источники металлолома.

Для малой металлургии, являющейся частью предприятий машиностроения, как понятно из расположения, основной ориентир – потребители.

Изготовление ферросплавов и электростали также входит в состав черной металлургии.

Первые – сплавы с легирующими металлами такими, как ферросилиций, феррохром. Их производят на передельных предприятиях (чугун-сталь, чугун) либо заводах полного цикла.

Они важны для развития качественной металлургии. Получение их происходит электрометаллургическим путем на специализированных заводах, но при этом расходуется большое количество электроэнергии – на 1 тонну нужно до 9 тыс. кВт-ч. Изготовление электросталей наиболее развито в областях необходимого скопления металлолома и источников энергии.

В современном машиностроении, которое нуждается в металле разных марок, высокого качества, ограниченных партиях особым спросом пользуется продукция мини-заводов. Они не требуют больших мощностей, способны в оперативном порядке осуществить выплавку конкретного металла в небольшом количестве.

Их преимущество – быстрая реакция на изменения конъюнктуры рынка, максимальное удовлетворение потребительских запросов и высокое качество получаемой стали, особенность плавки прогрессивным электродуговым методом.

Получение и применение чугуна и стали

Пирометаллургические методы

Основными методами (способам) такого извлечения металлов является восстановление. К ним относятся:

  • металлотермия;
  • силикатотермия;
  • восстановление различными элементами или химическими соединениями.

Любой пирометаллургический метод предполагает высокотемпературное протекание процесса. Первый из перечисленных пирометаллургических способов предполагает ускорение реакции восстановления за счёт свойств более активных металлов. Например, алюминия, магния, натрия.

Второй метод пирометаллургии – это восстановление необходимого элемента с помощью кремния. Остальные способы реализовываются за счёт применения различных химических элементов (например, водорода,углерода) или соединениями (например, гидритами различных металлов, монооксидом углерода).

Применение углерода и его монооксида в пирометаллургии считается целесообразным, когда отсутствуют высокие требования к чистоте получаемого материала и не допускаются высокие затраты на проведение реакции.

Обычно углеродом восстанавливают следующие элементы:

  • железо из двух его соединений с кислородом: оксид железа (III) и четырёхмерного оксида железа (магнетита);
  • олова из касситерита;
  • меди из куприта.

Методы с применением углерода объединяются одним термином – карбометрия. Кроме перечисленных технологий к современной пирометаллургии относят так называемую хлорную металлургию. Она обеспечивает выделение материала при хлорировании сырья с добавлением, так называемого восстановителя. На завершающем этапе производят переработку полученных хлоридов. Этот метод обладает определёнными преимуществами перед классической пирометаллургией. К ним относятся: практически полное извлечение необходимого содержимого, более высокая скорость реакции.

Особенности метода

Этот прогрессивный метод не требует использования кокса, большого водопотребления, что важно для района с дефицитом пресных вод и собственных топливных ресурсов. К крупным чугунолитейным, сталелитейным и сталепрокатным металлургическим заводам относятся:

  • Новотульский;
  • «Электросталь»;
  • предприятие в Орле;
  • Косогорский.

Менее мощные сталелитейные заводы в Волго-Вятском районе: Выксунский, Кулебакский, Омутнинский. Центральный район славится малой металлургией и имеет огромный плюс – расположение рядом с железорудным бассейном, а также соседство с центрами машиностроения и другими потребителями.

Сибирская и Дальневосточная металлургические базы работают на кузбасском угле, а также железных рудах Горного Алтая, Приангарья.

Там расположены заводы, комбинаты полного цикла – Кузнецкий и Западно-Сибирский.

Передельные заводы работают в следующих городах:

  • Красноярк;
  • Комсомольск-на-Амуре;
  • Забайкальск;
  • Новосибирск.

Занимающийся выпуском строительных и машиностроительных профилей металлопроката «Западно-Сибирский металлургический комбинат» производит 44% общего объема арматуры и 45% – проволоки, а также отправляет продукцию на экспорт в 30 стран мира.

Выплавка ферросплава – ферросилиция происходит на крупнейшем в России Кузнецком заводе ферросплавов.

Процесс производства черной металлургии

Тест по теме: « Металлургия»

Тест по теме: « Металлургия». Вариант 1.

  1. Укажите форму организации, характерную для металлургии?

А) концентрация В) кооперирование Б) специализация Г) монополизация

  1. Какое месторождение железной руды самое крупное в России?

А) Костомукша В) КМА Б) Оленегорское Г) Качканар

  1. Единственный комбинат на Европейском Севере расположен в городе:

А) в Мурманске В) в Петрозаводске Б) в Череповце Г) в Вологде

  1. Укажите правильную последовательность производства плавки черного металла:

А) прокатный цех- доменный- сталеплавильный. Б) сталеплавильный- прокатный- доменный.

В) доменный цех – прокатный- сталеплавильный.

Г) доменный цех- сталеплавильный- прокатный.

  1. Какой фактор учитывается при размещении алюминиевых заводов?

А) сырьевой В) трудовой Б) энергетический Г) водный

  1. Какой комбинат расположен на территории Уральской базы?

А) Нижнетагильский В) Новокузнецкий Б) Старооскольский Г) Липецкий

  1. Какая металлургическая база лидирует в производстве цветных металлов?:

А) Центральная В) Уральская Б) Сибирская Г) Дальневосточная

  1. Центральная металлургическая база недостающий ей уголь завозит из:

А) Южно- Якутского бассейна В) Донбасса Б) Тунгусского бассейна Г) Кузбасса

  1. Медь, олово, никель относится к металлам:

А) драгоценным В) тяжелым Б) легким Г) редким

  1. Назовите крупнейший центр и цветной и черной металлургии:

А) Челябинск В) Братск Б) Орск Г) Норильск

Тест по теме: « Металлургия».

Вариант 2.

  1. Укажите форму организации, характерную для металлургии?

А) комбинирование В) специализация Б) конверсия Г) кооперирование

  1. Какое месторождение находится на территории КМА?

А) Ковдор В) Качканар Б) Михайловское Г) Оленегорское

  1. Единственны в России электрометаллургический завод с внедоменной плавкой стали расположен:

А) в Липецке В) в Старом Осколе Б) в Нижнем Тагиле Г) в Череповце

  1. Укажите правильную последовательность производства меди?

А) добыча руды- плавка черновой меди- плавка рафинированной меди- ГОК Б) добыча руды- ГОК- плавка черновой меди- плавка рафинированной меди

В) плавка рафинированной меди- плавка черновой меди- ГОК- добыча меди

Г) добыча меди- плавка рафинированной меди- ГОК -плавка черновой меди.

  1. Какой фактор учитывается при размещении медно-никелевых комбинатов?:

А) энергетический В) сырьевой Б) потребительский Г) трудовой

  1. В каком из городов находится крупнейший алюминиевый завод?

А) Липецк В) Ревда Б) Кыштым Г) Красноярск

  1. Какая металлургическая база лидирует в производстве черных металлов?:

А) Центральная В) Уральская Б) Сибирская Г) Дальневосточная

  1. Уральская металлургическая база работает на коксующихся углях:

А) Кузбасса В) Донбасса Б) Печорского бассейна Г) Южно- Якутского бассейна

  1. Аллюминий, титан, магний относятся к металлам:

А) драгоценным В) тяжелым Б) легким Г) редким

  1. Металлургических заводов располагается на потоках руды и угля находится в:

А) Новотроицке В) Липецке Б) Новокузнецке Г) Череповце

Ключ :

Вариант 1 1 А 2 В 3 Б 4 Г 5 Б 6 А 7 В 8 Г 9 В 10 А
Вариант 2 1 А 2 Б 3 В 4 Б 5 В 6 Г 7 В 8 А 9 Б 10 Г

www.birmaga.ru

Понятие и отрасли металлургической промышленности

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%.

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.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

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.

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

Основными видами цветных изделий являются сортовый и листовой прокат.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.