Загальна характеристика галузі

Тема 2.3. Металургійна промисловість

План лекції

1. Загальна характеристика галузі

2. Основи технологій чорної металургії. Виробництво чавуну: загальна характеристика і основні процеси

3. Виробництво сталі. Технологічні процеси отримання сталі. Ефективність технологічних процесів отримання сталі

Металургія - галузі науки і промисловості, які охоплюють процеси отримання металів та сплавів, зміни їх хімічного складу, структури і властивостей, надання їм певної форми.

Перші історичні згадки про металургійне отримання бронзи належать до ІІІ—ІІ тис. до н.е. Металургія чавуну набула свого розвитку починаючи з XIII ст. н.е, сталі — XIX ст., а алюмінієвих та магнієвих сплавів — лише в середині XX ст.

Вітчизняна металургійна галузь — основний виробник конструкційних матеріалів (металів, сплавів, композитних матеріалів), деяких видів металопродукції тощо.

Металургійна галузь включає:

- чорна металургія;

- кольорова металургія;

- порошкова металургія.

Галузь споживає велику кількість сировини, матеріалів, енергії і в сучасному стані є найбільшим забруднювачем навколишнього середовища.

Україна належить до країн Європи і світу з найбільш розвиненою металургією. Навіть в умовах економічної кризи вона поступається за показниками виробництва металів і сплавів в Європі тільки Німеччині. На металургію припадає близько 25 % вартості продукції основних галузей промисловості країни.

Продукція галузі займає провідне місце у зовнішній торгівлі України. Вона забезпечує близько 50 % всіх валютних надходжень від експорту.

Вона вирізняється значною концентрацією виробничого процесу — величиною підприємств і формуванням їх територіальних осередків. У місцях розміщення її основних підприємств зосереджується важке машинобудування, коксохімія, хімія, виробництво вогнетривких матеріалів тощо; формуються великі транспортні вузли, швидко виростають великі міста.

Таким чином, металургійний комплекс має надзвичайно велике комплексо- та районоутворююче значення в територіальній структурі господарства України і відіграє відчутну роль у міжнародному поділі праці.

Продукція металургії:

- збагачена рудна і нерудна сировина;

- продукти коксохімічного (кокс) і вогнетривкого виробництва;

- чорні метали та сплави на їх основі;

- кольорові метали та сплави на їх основі;

- прокат чорних та кольорових металів;

- деякі види металевих виробів (металоконструкції та інше)

Прокат - балки, рельси, труби, штаби (полоси), листи та інше.

Основна продукція металургійної промисловості - метали та сплави на їх основі. Вони є найпоширенішими з-поміж конструктивних матеріалів сучасної індустрії, сільського господарства, техніки і предметів вжитку, витримуючи гостру конкуренцію з боку пластмас, кераміки, композитів та інших сучасних матеріалів.

Метали в техніці прийнято поділяти на чорні (залізо) і кольорові (всі інші).

Класифікація кольорових металів

(за фізичними, хімічними властивостями та характером залягання в земній корі поділяють):

- важкі (кобальт, нікель, мідь, цинк, кадмій, ртуть, свинець тощо);

- легкі (літій, берилій, алюміній, титан, натрій, калій тощо);

- благородні (золото, срібло, платина тощо);

- важкоплавкі (ванадій, хром, молібден, вольфрам, ніобій тощо);

- розсіяні (гелій, індій, талій);

- рідкісноземельні (ітрій, скандій і всі лантаноїди);

- радіоактивні (уран, радій, плутоній, полоній тощо).

Чисті метали використовують у ракетній техніці, надзвуковій авіації, хімічній, електронній та медичній промисловості, але їх використання як конструкційних матеріалів обмежене.

Найчастіше використовують сплави на основі металів - металічні однорідні системи, які отримують сплавленням металів з металами, неметалами, оксидами, органічними сполуками та іншими компонентами.

Отримання сплавів дає змогу утворювати необмежену кількість конструкційних матеріалів різних по структурі та властивостям. Найпоширеніші сплави на основі заліза (чавуни і сталі); алюмінію (дюралюмін і сілюмін), міді (бронза і латунь), титану, нікелю, свинцю, олова та ін.

Сплави, як і метали, поділяють на чорні (на основі заліза) та кольорові (всі інші).

Класифікація сплавів за властивостями:

- важкі (на основі свинцю, олова тощо);

- легкі (на основі берилію, алюмінію тощо);

- легкоплавкі (на основі натрію, калію тощо);

- важкоплавкі (на основі ванадію, хрому, молібдену, вольфраму тощо);

- жаростійкі, що витримують нагрівання до високих температур без навантаження;

- жароміцні, теж з навантаженням;

- магнітні (мають магнітні властивості);

- немагнітні;

- аморфні - нові конструкційні матеріали отримані при дуже швидкому охолодженні розплавів, нагрітих потужними електронними або іонними пучками.

Поки що аморфні (некристалічні) метали і сплави виробляють у вигляді фольги, тонких стрічок та дроту з товщиною аморфного шару, що не перевищує десятків мікрометрів. Вони мають високі механічні властивості, велику твердість, зносостійкість, корозостійкість, з них вже виготовляють леза різальних інструментів і таке інше. Винайдення промислових способів виробництва аморфних сплавів дасть змогу отримувати на їх основі нові композиційні матеріали з унікальними властивостями.

Керування технологічними параметрами металургійного виробництва дає можливість отримувати метали і сплави різні за структурою, складом та властивостями.

Основними властивостями металів і сплавів, що визначають їх застосування та якість, є фізичні, хімічні, механічні і технологічні.

Основні фізичні властивості сплавів:

- щільність (маса одиниці об’єму);

- температура плавлення;

- теплопровідність;

- електропровідність;

- магнітні властивості;

- розширення при нагріванні, стискання при охолодженні.

Основні хімічні властивості:

- корозійна стійкість (здатність матеріалу чинити опір дії зовнішнього середовища - іржавленню, роз’їданню);

- розчинність;

- окислюваність (здатність до поєднання з киснем).

Основні механічні властивості:

- міцність (здатність чинити опір руйнуванню і появі залишкових деформацій під дією зовнішніх сил);

- твердість (здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла);

- в’язкість (здатність матеріалу чинити опір дії ударних навантажень);

- пластичність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і зберігати її після припинення його дії);

- пружність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і відновлювати її після припинення його дії).

Основні технологічні властивості:

- ливарні (температура плавлення, плинність розплаву, усадка, ліквація тощо);

- ковкість (визначається пластичністю і здатністю оброблятися тиском);

- зварюваність;

- здатність працювати за умов різних некритичних температур, тисків, радіації тощо).

Серед металів та сплавів, що виробляються, близько 90 % становлять сталі і чавуни. Дедалі більше використання отримують композитні метали та сплави на основі металів (металокомпозити).

Композитами називають матеріали, основа яких (матриця) зміцнена армуючими елементами (нитковидними кристалами, волокнами, дротинами та дрібними порошками).

Основні способи отримання металів та сплавів:

Пірометалургійний - виробництво з використанням теплової енергії полуменевих печей (отримання чавунів у доменних печах (домнах), сталі у мартенівських печах (мартенах);

Електрометалургійний -електротермічнеотримання сталей у дугових, індукційних та інших типах електричних печей та електрохімічне (електролізом) – алюмінію;

Гідрометалургійний - вилучення металів з руд за допомогою розчинників і електролізу (отримання міді, цинку);

Плазмовий - перетворення оксидів металів на високотемпературну плазму (іонізований газ) і магнітного вилучення з неї металу (отримання вольфраму, молібдену тощо);

Хіміко-металургійний - поєднує хімічні і металургійні процеси (отримання титану);

Космічна металургія - безтиглеве* плавлення металів і отримання надчистих і композиційних сплавів в умовах невагомості.

* Тигель — посудина з тугоплавких або вогнестійких матеріалів для плавлення чи нагріву різних матеріалів.

Металургійний комплекс України:

- видобуток, збагачення і агломерація залізних, марганцевих та інших руд, одержання необхідних концентратів;

- виробництво чавуну, доменних феросплавів, сталі і прокату;

- виробництво електроферосплавів;

- повторна переробка чорних металів;

- коксування кам’яного вугілля;

- видобуток сировини і виробництво вогнетривких будівельних матеріалів, а також флюсових вапняків, випуск металевих конструкцій тощо.

Збагачення — процес підвищення корисного елементу в мінералі.

Агломерація — процес термічного спікання подрібнених компонентів у грудки оптимального розміру.

Феросплави — сплави заліза з іншими елементами (Сг, Sі, Мп, Ті та ін.) для розкислення і легування сталей.

Коксування кам’яного вугілля - промисловий метод термічної переробки коксівного вугілля нагріванням до температур близьких до 1000 °С з отриманням коксу - палива і відновлювача заліза, який вміщує 90-98 % вуглецю.

Нині в Україні налічується 50 основних підприємств чорної металургії, у складі яких 14 металургійних комбінатів і заводів, 3 феросплавних заводи, 16 коксохімзаводів, 6 трубних заводів, 8 гірничо-збагачувальних комбінатів і 3 основних заводи металоконструкцій.

Крім зазначених металургійних підприємств, є ще і так звана «мала металургія». Вона представлена окремими цехами з виробництва сталі і прокату на великих машинобудівних заводах, які створюються з метою використання відходів металу і забезпечення безперебійного постачання конструкційного матеріалу.

Чорна металургія України відзначається високою виробничою і територіальною концентрацією підприємств. Внаслідок реконструкції і розширення старих заводів середня потужність одного металургійного заводу становить близько 2,5 млн. т чавуну і більш ніж 2 млн. т сталі на рік. Основна частина металу в країні випускається заводами потужністю понад 2 млн. т на рік.

Чорна металургія - матеріаломістка галузь. На виготовлення 1 т чавуну витрачається 1,2-1,5 т коксівного вугілля, не менш 1,5 т залізної руди, 0,5 т флюсових вапняків, 30 м3води. На 1т сталі в цілому витрачається 7 т сировини і палива.

Крім основного виробництва, до складу металургійного комбінату входять коксохімічний завод, агломераційна фабрика, електростанція, азотно-туковий завод, завод будівельних матеріалів тощо. Агломерат (збагачена залізна руда) разом з коксом і флюсами завантажується в доменні печі. Частина виплавленого чавуну, яка переробляється на сталь (переробний чавун), у рідкому стані надходить до сталеплавильних печей. Охолоджена сталь у вигляді злитків надходить до прокатного цеху, де з них виробляють металопрокат. З відходів основного виробництва виготовляють будівельні матеріали та мінеральні добрива.

Сучасна чорна металургія характеризується наявністю заводів з повним і неповним металургійним циклом. Повний металургійний цикл включає виробництво чавуну, сталі і прокату. Заводи неповного циклу мають, як правило, один або два з трьох технологічних циклів: виробництво чавуну і сталі, сталі і прокату, тільки чавуну, тільки сталі, тільки прокату.

Внаслідок інтенсифікації металургійного процесу широкого розвитку набуло швидкісне сталеваріння в мартенівських печах і в конвертерах, активно освоюється технологія бездоменної і безкоксової виплавки металу. І все ж таки при всьому цьому у будівництві заводів була допущена серйозна помилка. Більшість нових металургійних заводів України, як і в усьому Союзі, була зорієнтована на виплавку сталі в мартенівських печах, тоді як країни Західної Європи віддали перевагу технології більш ефективного конвертерного виробництва сталі, яке забезпечує вищу її якість. У Німеччині, Франції, Великобританії, Італії сталь переважно виробляється конвертерами і електричними печами. В Україні електросталь і киснево-конвертерна сталь разом становлять до половини всієї її виплавки.

Розвиток чорної металургії супроводжувався значним нарощуванням потужностей коксохімічної промисловості. Коксохімічна промисловість є основною складовою частиною металургійного комплексу. Коксохімічні заводи розміщуються в районах видобутку коксівних марок кам’яного вугілля або у великих металургійних центрах, розташованих за межами вугільних районів Донбасу. Ця галузь забезпечує металургію технологічним паливом (коксом, коксовим газом), а хімічну промисловість — цінною сировиною.

Значного розвитку в металургії України набули нові галузі — трубна і феросплавна. Важливим фактором, який прискорив нарощування потужностей трубного виробництва в Україні, стало інтенсивне будівництво магістральних нафто- і газопроводів в Західну Європу. У зв’язку із швидким зростанням попиту на труби особливо великого діаметра їх виробництво збільшилося не тільки на основних трубопрокатних заводах — Нікопольському і Харцизькому, а й на Новомосковському, Луганському, Дніпропетровському трубопрокатних і Макіївському труболиварному заводах.

Виробництво феросплавів, необхідних для виплавки чавуну і сталі, забезпечується трьома феросплавними заводами — Запорізьким, Нікопольським і Стахановським.

В умовах швидко зростаючих потреб будівництва великих промислових, транспортних і невиробничих об’єктів виникла гостра необхідність у забезпеченні їх крупногабаритними металевими конструкціями (арматурними решітками, каркасами мостових переходів тощо). З цією метою в центрах металургії і важкого машинобудування — Краматорську, Дніпропетровську, Маріуполі були побудовані основні заводи металоконструкцій.

Сучасний металургійний комплекс України майже повністю зосереджений у Донецькій, Луганській, Дніпропетровській, Запорізькій областях, де сформувався один з найбільших металургійних районів світу.

На території цього району з урахуванням умов і особливостей розвитку і розміщення галузей комплексу виділяються три металургійних підрайони: Придніпровський, Донецький і Приазовський.

Придніпровський металургійний підрайон розташований вздовж правого і лівого берегів Дніпра — від Кременчука до півдня Дніпропетровської і Запорізької областей. За своїм значенням цей підрайон є найбільшим виробником сталі і прокату.

Донецький металургійний підрайон охоплює металургійні підприємства Донецької і Луганської областей. Це основний підрайон з виробництва коксу і чавуну.

Приазовський металургійний підрайон включає дві території: місто Маріуполь з його двома металургійними комбінатами — “Азовсталь” та ім. Ілліча, коксохімзаводом, а також північну і східну частини Керченського півострова, де знаходиться залізорудний район і Комиш-Бурунський залізорудний комбінат.

До кольорової металургії належать видобуток і збагачення руд кольорових металів, виплавка з них металів і сплавів, виробництво кольорового металопрокату. В Україні виплавляють важкі (мідь, свинець, цинк, олово, нікель) та легкі (алюміній, магній, титан) кольорові метали та їх сплави. Крім них, галузь переробляє рідкісні (вольфрам, молібден, ртуть), благородні (золото, срібло, платина) метали.

Кольорова металургія України розвинута менше, ніж чорна, її розвиток обумовлений вимогами енергетики і машинобудування, особливо таких його галузей, як електронна, електротехнічна, радіотелевізійна, приладобудівна та інші види промисловості.

Розміщення підприємств кольорової металургії зумовлене переважно двома основними факторами - сировинним і енергетичним. Підприємства, які переробляють руди з незначним вмістом основного металу, тяжіють до джерел сировини (виплавка ртуті, нікелю, рідкісних металів та ін.). Енергомісткі виробництва (титаномагні­єве, цинкове, алюмінієве) розміщуються в місцях дешевої електроенергії, як правило, поблизу потужних електростанцій.

У розміщенні підприємств кольорової металургії в Україні виділяються два основних райони: Донецький і Придніпровський.

На території Донецького району знаходиться Микитівський ртутний комбінат, який включає завод, рудники і збагачувальну фабрику. Це підприємство дає понад 90 % продукції СНД. В цьому районі знаходяться Костянтинівський цинковий завод “Укрцинк”, який працює на імпортній сировині з Північної Осетії та Західного Сибіру. Розміщено цей завод з орієнтацією на енергетичну базу Донбасу. В Артемівську працює завод по обробці кольорових металів, який випускає латунь, латунний і мідний прокат. Мідь і свинець імпортується з Російської Федерації. В м. Свердловську Луганської обл. знаходиться завод алюмінієвого прокату. Придніпровський район кольорової металургії спирається на потужну енергетичну базу, яку утворюють Дніпрогес, теплові й атомні електростанції. В Запоріжжі зосереджені титаномагнієвий і алюмінієвий заводи. Титаномагнієвий завод одержує магнієву сировину з Калуша, Стебника і Сиваша, а титанову — з Іршанського і Самотканського родовищ. Алюмінієвий завод працює на імпортних бокситах з Уралу та інших територій зарубіжних країн. Для виробництва глинозему, яким забезпечується Запорізький алюмінієвий завод, біля Миколаєва побудовано великий глиноземний завод.

У Вольногорську поблизу Дніпродзержинської ГЕС знаходиться Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат, який працює на титаноцирконієвих рудах Самотканського родовища, а в місті Світловодську біля Кременчуцької ГЕС діють завод чистих металів і завод твердих сплавів.

В Кіровоградській області на базі недавно відкритого родовища нікелевої руди діє Побузький нікелевий завод. Для забезпечення заводу паливом використовується донецьке коксівне вугілля і електроенергія Південно-Української атомної електростанції. Виробництво магнію здійснюється також Калушським ВО “Хлорвініл”.

Дата добавления: 2014-01-04