www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Металлургическое производство возникло на заре развития человеческого общества. Такие металлы, как железо, медь, серебро, золото, ртуть, олово и свинец, нашли промышленное применение еще до нашей эры.

В древности железо получали не в жидком виде, а в размягченном пластическом состоянии в сыродутных горнах, где в качестве топлива использовали древесный уголь. Шлак, содержащий много окислов железа, отделяли от железа под молотом, выдавливая его из крицы губчатого железа.

По мере развития техники получения железа из руды, в частности увеличения высоты сыродутных горнов и усовершенствования воздуходувных устройств, использовавшихся для подачи дутья и сжигания топлива, постепенно повышались интенсивность плавки и температура процесса. Это приводило к науглероживанию железа и восстановлению небольших количеств кремния и марганца. Восстановление окислов железа происходило полнее, в шлаке оставалось мало закиси железа. Вполне понятно, что мог наступить такой момент, когда металд и шлак расплавились в печи (науглероженное железо плавится при более низкой температуре, чем губчатое железо). Возникла возможность для хорошего разделения их вследствие различных плотностей. Однако, поскольку металл содержал углерод и в небольших количествах кремний и марганец, он стал хрупким и непригодным для ковки. Так получился чугун.

Сначала чугун выбрасывали, а затем начали вторично переплавлять с рудой, получая при этом железную крицу. Так зародился двухступенчатый способ производства железа из руды в шахтной печи — домнице выплавляли железоуглеродистый сплав — чугун, а затем его перерабатывали на сталь в кричных горнах. Значительно позже, вероятно, лишь в XIV в., начали использовать чугун еще и для литья готовых изделий.

Техника выплавки чугуна и производства стали совершенствовалась и развивалась. В частности, для выплавки чугуна научились изготовлять твердое топливо — кокс из каменных углей (1735 г.), стали применять нагретое дутье в доменном производстве (1828 г.), пламенные печи для переработки чугуна в сталь (в 1784 г. — пудлинговый процесс, а в 1858 г. — мартеновский процесс), жидкую сталь научились получать без затраты дополнительного тепла, используя лишь тепло, выделяемое при окислении примесей чугуна (бессемеровский процесс в 1855 г., томасовский в 1878 г. и кислородно-конвертерный в наше время).

Таким образом, современный двухступенчатый способ получения стали состоит из доменного процесса и различных видов сталеплавильного передела. В доменной плавке происходит избирательное восстановление железа, но восстанавливаются также фосфор и в небольших количествах кремний и марганец. Металл науглероживается и частично насыщается серой. В результате получается чугун — сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором.

При любом сталеплавильном переделе (мартеновском, конвертерном или в электропечах) происходит избирательное окисление примесей чугуна с переводом их в шлак и газы. Однако и это полностью осуществить не удается, так как, несмотря на значительно меньшее сррдство железа к кислороду (по сравнению с примесями чугуна), под действием закона масс по мере снижения содержания примесей начинает окисляться железо. Окислы железа в небольшом количестве растворяются в железе, насыщая металл кислородом. Сталь, содержащая кислород, непригодна для обработки давлением, она красноломка, т. е. образует трещины при горячей деформации.

Для уменьшения содержания кислорода в стали приходится раскислять ее, т. е. вводить элементы с большим сродством к кислороду, чем у железа, образующие нерастворимые, легковсплывающие окислы. Речь идет о раскислителях, в том числе о ферросплавах, получаемых в печах восстановительным процессом. Ферросплавы нужны также как добавки для легирования стали.

В современном металлургическом производстве большое место отводят подготовке сырых материалов плавки. Многие железные руды подвергают обогащению, а мелкие концентраты (продукты обогащения) окусковывают.

Твердое топливо — кокс получают из измельченных и обогащенных специальных (коксующихся) каменных углей. При коксовании, кроме кокса, образуются газ и большое количество химических продуктов.

Современное производство черных металлов включает:
1) шахты по добыче руд и каменных углей;
2) горно-обогатительные комбинаты, где осуществляют дробление и обогащение руд, окускование богатых концентратов;
3) коксохимические цехи или заводы с отделениями для подготовки углей, их коксования и извлечения из них химических продуктов;
4) энергетические цехи для получения кислорода, сжатого воздуха (дутья) и очистки газов металлургических производств;
5) доменные цехи для выплавки передельного и литейного чугунов, а также некоторых ферросплавов;
6) заводы для производства различных ферросплавов;
7) сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;
8) прокатные цехи.

Большим разнообразием отличается производство так называемых цветных металлов (меди, алюминия, никеля, магния, титана, германия и др.), при котором применяют выщелачивание, плавку, электролиз, рафинирование, зонную плавку, возгонку и многие другие процессы.

Современный высокий уровень металлургического производства основан на глубоких теоретических исследованиях, крупных открытиях, сделанных в разных странах мира, и богатом практическом опыте. Немалая роль в таком прогрессе принадлежит русским и со ветским ученым и изобретателям.

М. В. Ломоносов впервые сформулировал закон сохранения вещества, установил роль воздуха в окислении элементов, разработал теорию движения воздуха и газов в пламенных печах, создал крупный труд по металлургии «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.).

Д. И. Менделеев открыл периодический закон и составил периодическую систему элементов. Академик Г. И. Гесс сформулировал закон о независимости теплового эффекта процесса от пути его протекания, этот закон является основой современной термохимии. В. В. Петров создал электрическую дугу и положил начало развитию электрометаллургии.

Наша Родина дала миру таких крупных ученых-металлургов, как П. П. Аносов, Д. К. Чернов, А. А. Байков, К. И. Байер, М. А. Павлов, В. Е. Грум-Гржимайло, И. П. Бардин, Н. С. Курнаков и Н. Н. Бекетов.

П. П. Аносов — основоположник теории производства литой высококачественной стали. Он впервые применил микроскоп для изучения структуры стали и создал теоретические и практические основы производства высококачественных и легированных сталей. Н. Н. Бекетов заложил первые основы электролитического получения алюминия. К. И. Байер разработал способ получения окиси алюминия. Д. К. Чернов по существу является основоположником научного металловедения.

Академики А. А. Байков, М. А. Павлов, Н. С. Курнаков и И. П. Бардин, работавшие в наше время, создали глубокие теоретические труды по доменному и сталеплавильному производствам, которые были затем расширены и дополнены трудами большой армии советских ученых. За последние годы в нашей стране разработаны и внедрены новые технологические процессы выплавки чугуна и стали.

Широко внедрена выплавка чугуна при повышенном давлении газа под колошником. Проведены первые опыты по вдуванию угольнюй пыли в горн доменной печи; советские металлурги первыми широко применили природный газ для доменной плавки. У нас были построены первые современные доменные печи объемом 1300 м3, а сейчас построены печи объемом 3000—5000 м3.

Разработан и широко внедрен новый метод конвертерного передела чугуна в сталь с применением кислорода. Большое значение имеют работы наших ученых по непрерывной разливке и по внепечной обработке стали, что находит широкое применение в промышленности.

В нашей стране создано крупное металлургическое производство, что позволило СССР войти в число ведущих стран мира по выпуску верных металлов. Говоря об этом, не следует забывать, что до Великой Октябрьской социалистической революции наша страна занимала лишь пятое место в мире по выплавке чугуна и стали. Например, в дореволюционной России максимальная годовая выплавка чугуна составляла 4,2 млн. т, а стали 4,3 млн. т. е. почти в семь раз меньше, чем в США, и примерно в два с половиной раза меньше, чем в таких странах, как Англия, Франция, Германия.

В первые годы молодое Советское государство в результате гражданской войны и интервенции испытывало огромные трудности по налаживанию работы металлургических заводов. Так, в 1920 г. годовая выплавка чугуна упала до 115 тыс. т.

Наше государство, как известно, сумело не только восстановить промышленность, но и построить новые крупные металлургические заводы. Великая Отечественная война привела к новому разрушению металлургии. Около половины мощностей по выплавке черных металлов было потеряно. Пришлось не только перевооружать нашу промышленность, коренным образом улучшать существующую технологию выплавки чугуна и стали, внедрять новые технологические процессы производства черных металлов, но и восстанавливать разрушенные заводы, а также и строить новые агрегаты. Труд советских металлургов увенчался крупными успехами. Сейчас по производству чугуна и стали мы вышли на первое место в мире и примерно в 4—5 раз превышаем уровень производства таких стран, как Англия и Франция. Наша страна производит около 25 % общей мировой выплавки чугуна и стали. Годовая выплавка чугуна в 1984 г. превысила 110 млн. т, а годовое производство стали 155 млн. т.

Значительно расширилось и возросло также производство цветных металлов и особенно алюминия, меди, никеля, магния, кобальта, титана, германия, вольфрама и др.

В настоящее время в промышленности применяют более 50 различных цветных металлов, без которых немыслимо развитие ряда отраслей. Можно отметить, что мировое производство (без СССР) таких металлов, как алюминий, медь, цинк и свинец, уже превышает 30 млн. т/год.

Развитие металлургии идет по пути дальнейшего совершенствования плавки и разливки металла, механизации и автоматизации производства, внедрения новых прогрессивных способов работы, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей плавки и качества готовой продукции.

Таким образом, металлургия черных и цветных металлов достигла в наше время очень высокого технического уровня. Она представлена рядом крупнейших комбинатов с мощными агрегатами, в которых протекают очень сложные процессы. Эти процессы созданы упорным трудом металлургов многих поколений и в результате своего развития вылились в стройные технологические схемы переработки руд в черные и цветные металлы.

В нашей стране созданы необходимые условия для развития металлургического производства. В решениях XXVI съезда КПСС поставлена задача дальнейшего развитие черной и цветной металлургии, повышения эффективности производства, качества металлов и металлургической продукции. Все металлурги восприняли решение съезда как боевую программу действия и успешно претворяют ее в жизнь.

Назад, на страницу описания