Факторы, влияющие на размещение предприятий черной металлургии.

ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Основные понятия: металлургия, чугун, сталь, прокат, малая металлургия, кокс.

Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов и их сплавов из природного сырья. Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.

Металлургия (от греч. μεταλλουργέω – добывать руду, обрабатывать металлы, от μέταλλον – рудник, металл и ἔργον – работа), в первоначальном значении – искусство извлечения металлов из руд; более широко – область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов и сплавов из руд или др. сырья, а также процессы, связанные с изменением их свойств (структуры, химического состава) и изготовлением разнообразных металлических изделий.

Металловедение изучает строение и свойства металлических материалов в зависимости от их состава и обработки.

Черная металлургия

Черная металлургия – это производство металлов, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы), а также марганца и хрома.

 

Типы предприятий:

Полного цикла - предприятие, выпускающее чугун, сталь и прокат.

Производства полного цикла представлены, как правило, комбинатами, в которых одновременно действуют все стадии технологического процесса.

Производство неполного цикла – это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в черной металлургии производится только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна, или производится только прокат. К неполному циклу относятся также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др.

 

«Малая металлургия» - металлургическое производство на машиностроительных заводах. Обычно цех(-а) внутри самого предприятия, для собственных нужд.

 

Предприятия неполного цикла, или «малой металлургии» называются передельными, представлены в виде отдельных подразделений по производству литейного чугуна, стали или проката в составе крупных машиностроительных предприятий страны.

 

Основная продукция металлургического производства:

Чугун - сплав железа с углеродом и другими элементами, в котором содержание углерода не менее 2,14 %. Углерод может входить в чугун в виде графита или цементита.

Сталь - (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 %

Прокат (металлопрокат) - продукция, получаемая на прокатных станах путём горячей, тёплой или холодной прокатки.

 

Сырье

Сырье – это материал, предназначенный для дальнейшей обработки на производстве.

- Сталь, чугун, ферросплавы изготавливают из железной, хромовой, марганцевой руды.
- Лом. В процессе человеческой деятельности появилось много вторичных материалов (металлолома), которые можно переработать. Большое количество сталелитейных заводов стали заниматься переработкой лома. Сталь, выполненная из отработанных материалов, стоит меньше, так как не требуется производство чугуна. На данный момент времени примерно половина всей мировой стали изготавливают из собственного, либо импортированного лома.

Металлургические заводы стали возводить рядом с портами, так как перевозить лом выгоднее по воде.

Топливо

Коксующиеся угли. Чтобы выплавить 1 тонну чугуна, необходим коксующийся уголь и железная руда почти в одинаковых пропорциях - 1,5:1,2. Наилучшим вариантом при этом считается, когда уголь, марганцевую, а также железную руду добывают рядом.

Железная руда                           Марганцевая руда  Коксующийся уголь

ЧУГУН

 

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

 

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Сравним чугун и сталь:

- Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.

- Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.

- Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.

- Чугун менее прочный, чем сталь.

- По весу чугун легче стали.

- В стали содержание углерода, выше, чем в стали.

Производство чугуна.

Чугун производят в специальных доменных печах. Основное сырье для получения чугуна – это железная руда. Технологический процесс заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе другого материала – чугуна. Для изготовления чугуна используются следующее топливо: кокс, природный газ и термоантрацит.

После восстановления руды железо имеет твердую форму. Далее его опускают в специальную часть печи (распар), где происходит растворение в железе углерода. На выходе получается жидкий чугун, который опускается в нижнюю часть печи.

Области применения

1. Для производства деталей в машиностроении. В основном из чугуна делают блоки для двигателей и коленчатые валы. Для коленчатых валов требуется усовершенствованный чугун, в который добавляют специальные добавки из графита. Благодаря устойчивости чугуна к трению из него делают тормозные колодки отличного качества.

2. Чугун может бесперебойно работать даже при сильно низких температурах. Поэтому его часто используют в производстве деталей машин, которым придется работать в жестких климатических условиях.

3. В металлургической области. Его ценят за относительно небольшую цену и отличные литейные свойства. Изготовленные из чугуна изделия характеризуются отличной прочностью и износостойкостью.

4. Из чугуна делают большое множество сантехнических изделий: раковины, батареи, мойки и различные трубы. Особо славятся чугунные ванны и радиаторы отопления. Некоторые из них служат в квартирах по настоящее время, хотя приобретены были много лет назад. Чугунные изделия сохраняют свой первоначальный вид и не нуждаются в реставрации.

5. Благодаря хорошим литейным свойствам из чугуна получают настоящие произведения искусства. Его часто применяют в изготовлении художественных изделий. Например, таких как красивые ажурные ворота или памятники архитектуры.

СТАЛЬ

Сталь – сплав железа и углерода. В обычных случаях доля углерода колеблется от 0,1 до 2,14 %. Но, учитывая, что в состав легированных сталей может входить множество дополнительных ингредиентов, сегодня под сталью подразумевают такой сплав, где доля железа составляет не менее 45%.

 

Понятие и особенности

 

Главные привлекательные качества стали – высокая прочность при доступности сырья и относительно простом способе производства. Именно такая комбинация и ставит сплавы железа в позицию абсолютного лидера.

Железо и углерод – обязательные составляющие сплава. Ж елезо обеспечивает пластичность и вязкость, благодаря чему сталь относят к деформируемым, ковким сплавам. Углерод – твердость и прочность, так как твердость всегда сочетается с хрупкостью. Добавка углерода невелика и даже в специализированных составах не превышает 3,4%.

Кроме того, сталь всегда содержит какую-то долю марганца – до 1 %, и кремния – до 0,4%. Эти примеси мало влияют на свойства состава, если не превышают заданную норму.

В составе оказываются и вредные примеси – фосфор, сера, несвязанный азот и кислород. В процессе плавки и легирования от этих ингредиентов стараются избавиться, поскольку они уменьшают прочностные и пластичные свойства сплавов.

 

В сплав вводят искусственно другие добавки с целью изменить качества материала. Так, добавка хрома придает стали жаропрочность, а никеля – стойкость к коррозии и вязкость.

Чрезвычайно полезным качеством железных сплавов является то, что на изменение свойств влияют очень небольшие по весу добавки других веществ. Это позволяет значительно разнообразить качества материала. Кроме того, на свойства сплава очень сильно влияет метод изготовления собственно продукции – холодное деформирование, горячее, закалка и так далее.

 

Сравнение с чугуном

Наиболее близок к стали по свойствам и составу чугун. Часть материала и производится из предельного чугуна.

- сталь прочнее и тверже, чем чугун;

- чугун на деле легче стали и имеет более низкую температуру плавления. Обманчивое впечатление создает массивность изделий из чугуна, поскольку он менее прочен;

- сталь легче поддается механической обработке благодаря низкому содержанию углерода. - чугун же предпочтительнее отливать;

- чугун имеет более низкую теплопроводность, то есть, изделия из него лучше хранят тепло, чем стальные;

- чугун нельзя подвергнуть такой процедуре, как закалка, которая может значительно увеличить прочность материала.

 

Недостатки:  

- самый большой недостаток материала – нестойкость к коррозии. Чтобы избежать повреждений, выпускают специальные виды металла стали – нержавеющие, однако их стоимость заметно выше. Чаще проблему решают за счет покрытия стальных изделий защитным слоем металла или полимера;

- сплав накапливает электричество, что заметно усиливает электрохимическую коррозию. Сколько-нибудь объемные конструкции – корпуса машин, трубопроводы, нуждаются в специальной защите;

- сплав не отличается легкостью, стальные конструкции имеют большой вес и заметно утяжеляют объекты;

- изготовление стальных изделий – многоэтапный процесс. Недочеты и ошибки на любом из этапов оборачиваются значительным снижением качества.

 

Разновидности металла

Классифицировать сложно: свойства материала зависят от состава, метода получения, характера добавок, способа обработки и так далее.

Чаще всего используются следующие классификации:

- по химическому составу сталей – углеродистые и легированные;

- по структурному составу – аустенитную, ферритную и так далее;

- по содержанию примесей – обычного качества, качественная и так далее;

- по методу обработки – термическая закалка – отжиг, термомеханическая – ковка, химико-- термическая – азотирование;

- по назначению – инструментальные, конструкционные, специальные стали и так далее.

 

Химический состав

Сплав, по сути своей – твердый раствор. Причем компонент в твердом основном материале растворяется по другим законам, чем в жидкости. Основой получения всех железных сплавов является способность железа к полиморфизму, то есть, формированию разных структурных фаз при разной температуре. Благодаря этому углерод и другие элементы, растворенные в железе при высокой температуре, не выпадают в осадок при понижении температуры, как это происходит с обычными жидкостями, а образуют совместную структуру.

По своему составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые – главным, то есть, определяющим свойства легирующим компонентом является углерод. Различают 3 вида:

- малоуглеродистые – менее 0,3 %. Сплавы отличаются ковкостью и стойкостью к динамическим нагрузкам;

- среднеуглеродистые – доля углерода варьируется от 0,3 до 0,7%;

высокоуглеродистые содержат более 0,7% углерода. Их отличает более высокая прочность и твердость.

Это деление связано с теми преобразованиями, которые происходят в сплавах. До содержания углерода в 0,8 % сплав имеет ферритно-перлитную структуру. При увеличении доли углерода структура меняется, что соответствует перлиту и цементиту.

Легированные стали – стали, в которые специально вводят дополнительные ингредиенты для придания составу других качеств. Классификация производится по суммарному объему всех легирующих добавок – не примесей марганца или фосфора.

Легированные – с суммарным объемом добавок до 2,5%;

- среднелегированные – содержит от 2,5 до 10% примесей;

- в высоколегированных доля добавок превышает 10%.

 

Термический метод

К термическим способам относится:

- отжиг – нагрев и медленное охлаждение разных видов и с разной скоростью;

- закалка – нагрев выше критической температуры, что вызывает перекристаллизацию сплава, и быстрее охлаждение;

- отпуск – процедура, осуществляет вслед за закалкой с целью уменьшить напряжение металла;

- нормализация – тот же отжиг, но проводимый не в печи, а на воздухе.

Термомеханический способ

Термомеханические методы сочетают механическое и термическое воздействие: высокотемпературная термомеханическая обработка, низкотемпературная термомеханическая обработка, термохимическая обработка. 

Термохимическая обработка включает нагрев сплавов и выдержку их в определенных химических средах. К наиболее известным методам относят:

- цементацию – насыщение поверхности сплава углеродом. Таким образом получают износостойкий верхний слой;

- азотирование – насыщение стали азотом. Цель такая же – получение верхнего износостойкого слоя, но по сравнению с цементацией, азотирование обеспечивает более высокую стойкость к коррозии;

- нитроцементацию и цианирование – насыщение поверхностного слоя и углеродом и азотом. Обеспечивает более высокую скорость и производительность процесса.

 

Выбросы в атмосферу

В воздух попадают вредные химические элементы и соединения. Они освобождаются во время сжигания топлива и переработки сырья. В зависимости от специфики производства в атмосферу попадают такие загрязнители:

- двуокись углерода;

- сера;

- азот и др.

В структуре жидких и газообразных выбросов металлургических предприятий абсолютно преобладают оксиды углерода, составляющие около 78% всех выбросов. На втором месте по значимости - оксиды серы, на третьем – оксиды азота. Среди тяжелых металлов основными загрязнителями являются свинец, кадмий и ртуть.

Многие города со специализацией промышленности на черной металлургии оказываются в списке городов с наиболее загрязненным атмосферным воздухом.

 

Экологические проблемы:

1. Поступление отходов в атмосферы (основная проблема металлургического производственного комплекса).

2. Поступление отходов в гидросферу, в том числе поверхностные и подземные воды.

3. Необходимость утилизации различных твердых отходов.

4. Деградация земель при образовании карьеров, отвалов и т.д.

5. Появление техногенных геохимических аномалий.

6. Вредное влияние на почвы, растительный и животный мир.

7. Неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

 

ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Основные понятия: металлургия, чугун, сталь, прокат, малая металлургия, кокс.

Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов и их сплавов из природного сырья. Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.

Металлургия (от греч. μεταλλουργέω – добывать руду, обрабатывать металлы, от μέταλλον – рудник, металл и ἔργον – работа), в первоначальном значении – искусство извлечения металлов из руд; более широко – область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов и сплавов из руд или др. сырья, а также процессы, связанные с изменением их свойств (структуры, химического состава) и изготовлением разнообразных металлических изделий.

Металловедение изучает строение и свойства металлических материалов в зависимости от их состава и обработки.

Черная металлургия

Черная металлургия – это производство металлов, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы), а также марганца и хрома.

 

Типы предприятий:

Полного цикла - предприятие, выпускающее чугун, сталь и прокат.

Производства полного цикла представлены, как правило, комбинатами, в которых одновременно действуют все стадии технологического процесса.

Производство неполного цикла – это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в черной металлургии производится только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна, или производится только прокат. К неполному циклу относятся также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др.

 

«Малая металлургия» - металлургическое производство на машиностроительных заводах. Обычно цех(-а) внутри самого предприятия, для собственных нужд.

 

Предприятия неполного цикла, или «малой металлургии» называются передельными, представлены в виде отдельных подразделений по производству литейного чугуна, стали или проката в составе крупных машиностроительных предприятий страны.

 

Основная продукция металлургического производства:

Чугун - сплав железа с углеродом и другими элементами, в котором содержание углерода не менее 2,14 %. Углерод может входить в чугун в виде графита или цементита.

Сталь - (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержащий не менее 45 % железа и в котором содержание углерода находится в диапазоне от 0,02 до 2,14 %

Прокат (металлопрокат) - продукция, получаемая на прокатных станах путём горячей, тёплой или холодной прокатки.

 

Сырье

Сырье – это материал, предназначенный для дальнейшей обработки на производстве.

- Сталь, чугун, ферросплавы изготавливают из железной, хромовой, марганцевой руды.
- Лом. В процессе человеческой деятельности появилось много вторичных материалов (металлолома), которые можно переработать. Большое количество сталелитейных заводов стали заниматься переработкой лома. Сталь, выполненная из отработанных материалов, стоит меньше, так как не требуется производство чугуна. На данный момент времени примерно половина всей мировой стали изготавливают из собственного, либо импортированного лома.

Металлургические заводы стали возводить рядом с портами, так как перевозить лом выгоднее по воде.

Топливо

Коксующиеся угли. Чтобы выплавить 1 тонну чугуна, необходим коксующийся уголь и железная руда почти в одинаковых пропорциях - 1,5:1,2. Наилучшим вариантом при этом считается, когда уголь, марганцевую, а также железную руду добывают рядом.

Железная руда                           Марганцевая руда  Коксующийся уголь

Факторы, влияющие на размещение предприятий черной металлургии.

1. Сырьевой

2. Топливный

3. Потребительский  

4. Водный (наличие оборотной воды. Рядом – водоем)

5. Транспортный фактор (наличие железных дорог).

6. Экологический

ЧУГУН

 

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

 

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Сравним чугун и сталь:

- Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.

- Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.

- Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.

- Чугун менее прочный, чем сталь.

- По весу чугун легче стали.

- В стали содержание углерода, выше, чем в стали.