В чем особенности производства черных металлов?

Металлургия в России: обзор черной и цветной металлургической промышленности

Металлургия является одной из важнейших отраслей народного хозяйства, в которой Россия традиционно занимает одно из ведущих мест в мире.

• История
• Роль в экономике
• Чёрная металлургия
  • Особенности производства
  • Предприятия
• Цветная металлургия
  • Особенности производства
  • Предприятия
• Основные принципы размещения
• Конкурентоспособность отрасли
• Перспективы развития

История

История металлургического производства на территории нашей страны насчитывает пять тысячелетий. Именно такой возраст насчитывают первые бронзовые предметы, найденные в Европейской части России. Ближе к началу V века нашей эры у славянских племён начинают появляться железные ножи, топоры, плуги, серпы и другие предметы труда и обихода.

Основой металлургии Московского государства вплоть до XVII века был лимонит, так называемое «болотное железо». Разведанных запасов, залегающих на глубине несколько сот метров под землёй, тогда не было, а болота располагались повсеместно. Так же, как и лес, играющий в те времена роль металлургического топлива.

Центрами производства железа того времени были города:

• Новгород.
• Устюг Железный.
• Римов.
• Тула.
• Тихвин.
• Олонец.
• Орешек.

Тем не менее, значительное количество металла закупалось в Швеции и Германии. А добыча и производство цветных металлов до XVII века практически отсутствовала (небольшие медные источники на Печоре и в Олонецком крае не удовлетворяли потребности страны).

Коренным образом ситуация изменилась при Петре Первом, решившим отдать разведку, добычу и переработку руд в частные руки. Хотя первые попытки создания отечественной металлургии Иваном III и Иваном IVГрозным предпринимались и ранее. В этой связи следует упомянуть голландца Виниуса и целую плеяду известных русских промышленников:

• Демидовых.
• Баташевых.
• Ареховых.
• Красильниковых.
• Мосоловых.

Во многом благодаря им возникли Тульские доменные и железоделательные заводы, открылись предприятия на Урале. С развитием металлургического производства, Россия не только избавилась от импорта, но и сама стала крупнейшим производителем, а также экспортёром железа и чугуна.

О чём свидетельствуют следующие показатели:

• 1725 год. Выплавлено 1165 тыс. пудов чугуна, что соответствует показателю более 19 тыс. тонн.
• 1740 год. Россия производит чугуна на 30 тыс. тонн больше, чем Великобритания.
• В 1750 году в Российской империи работают 72 завода по производству железа и 29 медеплавильных заводов.
• 1767 год. 83 тыс. т чугуна.
• 1793 год. 134 тыс. т чугуна, 89760 железа и стали.
• Конец XVIIIвека. Страна добывает и перерабатывает: 2900 т меди, 1300 т свинца, 28,7 т серебра, 0,4 т золота.

В начале и середине XIXвеке темпы роста российской металлургии значительно снизились, что объясняется: установлением государственной собственности на крупнейшие предприятия, и как следствие: нежеланием обновлять и совершенствовать оборудование, устанавливать новые капиталистические отношения.

Производство чугуна и стали на территории Российской Империи в XIX– начале XX веках

Годы	Сталь (тыс. т)	Чугун (тыс. т)
1830	178,72	108,8
1850	222,24	328,0
1870	350,40	221,20
1900	2865,60	2643,20
1913	4884,80	4803,20

Крупные политические события начала XXвека привели к ликвидации добывающей отрасли и остановке предприятий металлургии. Однако, к началу Второй Мировой войны, СССР сумел не только восстановить, но и значительно приумножить, а также модернизировать отрасль. Внутриполитические и общемировые экономические проблемы конца XX – начала XXI столетия существенно повлияли на производство металла. Тем не менее, и сегодня Российская Федерация удерживает высокие показатели, оставаясь одним из крупнейших мировых экспортёров данного вида продукции.

Роль в экономике

Металлургия всегда являлась основой экономики, так как без её продукции невозможна работа таких отраслей, как машиностроение, сельское хозяйство, строительство, транспорт, энергетики. Также велика роль этой отрасли в формировании оборонного комплекса, освоении космического пространства и создании условий для развития самых передовых технологий. В конечном счёте,именно текущее состояние металлургического комплекса отражает уровень научно-технического потенциала страны и определяет развитие всех отраслей народного хозяйства.

Только на его основе возможно осуществление новых «прорывных» технологий, способных вывести нашу страну на самые передовые рубежи мировой экономики. Потому что именно здесь сегодня создаётся абсолютное большинство материалов, наделённых особыми физико-химическими свойствами без которых невозможно материальное осуществление любых достижений прогресса.

Чёрная металлургия

Одна из основных отраслей, обеспечивающих тяжёлое машиностроение и ряд других министерств:

• Сталью.
• Чугуном.
• Ферросплавами.
• Прокатом.

Чёрная металлургия обеспечивает до 10% промышленного производства страны, при занятости в 385,6 тыс. человек. При этом она является одной из крупнейших составляющих притока иностранной валюты. Так в 2019 году экспорт чёрных металлов принёс в бюджет страны 10,1 млрд. долл.

Особенности производства

Чёрные металлы – это железо, марганец, хром. Ископаемые руды этих металлов богаты содержанием нужного компонента и могут разрабатываться открытым и шахтным способом. Сам процессполучения конечного продукта включает ряд последовательных этапов:

• Добычу и обогащение железной, марганцевой и хромовой руды, а также используемого в производстве нерудного сырья: огнеупорных глин, флюсовых известняков, формовочных материалов.
• Окускование – формирование небольших объёмов сырья с необходимыми для доменной плавки свойствами.
• Выплавка или изготовление: углеродистой стали, чугуна.
• Производство: проката, порошков чёрных металлов.
• Выпуск чугунных или стальных труб.
• Переработка лома и отходов чёрных металлов с целью их вторичного использования.

Непосредственно технологический цикл состоит из таких производств, как:

• Чугунно-доменное.
• Электросталеплавильное.
• Кислородноконвертерное.
• Мартеновское.
• Непрерывная разливка.
• Прокатное.

Предприятия

Крупнейшие предприятия чёрной металлургии:

• АО «Объединенная металлургическая компания».
• ОАО «Трубная металлургическая компания».
• ОАО «Холдинговая компания «Металлоинвест».
• ПАО «Группа Мечел».
• ПАО «Северсталь».
• Публичная компания «Евраз».

Цветная металлургия

Отрасль, занимающаяся добычей и производством цветных металлов и их сплавов, в том числе: лёгких, тяжёлых, драгоценных, редких, тугоплавких. По сравнению с чёрной металлургией, её объёмы производства в 20 раз меньше, хотя доля в ВВП равняется 7,8%, что отражается и в количестве персонала, составляющего 193 тыс. человек.

Однако в плане экспорта цветная металлургия значительно опережает чёрную. В 2019 году отрасль поставила на международный рынок:

• Цветных металлов на сумму 11,2 млрд. долл.
• Драгметаллов – на 11,2 млрд. долл. (золота – 124 тонны).
• Проката – на 2,4 млрд. долл.

Особенности производства

К цветным металлам относятся все металлы, кроме железа и его сплавов. Технология их производства представляет определённую последовательность, в которую входят:

• Добыча и обогащение руд.
• Выплавка, а иногда ещё и рафинирование металла.
• Получение передела.
• Изготовление металлопроката.

Отличительными особенностями производства в цветной металлургии выступают:

• Сырьевая «бедность» руд, компенсируемая большим разнообразием сопутствующих элементов.
• Повышенная потребность в исходном сырье, водных и энергетических ресурсах.
• Сложность и многоступенчатость большого количества разнообразных технологических циклов, применяемых при переработке сырья и в процессе получения конечного продукта.

Вполне логично, что такие специфические особенности потребовали создания многопрофильных объединений, подчас сочетающих в себе химию, металлургию и энергетику.

Предприятия

Лидерами цветной металлургии сегодня являются:

Основные принципы размещения

В силу своей специфики, металлургические предприятия следует размещать в непосредственной близости:

• Мест залегания и добычи ископаемых руд.
• Источников и производства топлива: угля, кокса.
• Водных ресурсов.
• Электрических станций.
• Районов потребления готовой продукции.

Немаловажную роль при этом играет развитая транспортная инфраструктура. Производства в обязательном порядке должны быть в той или иной степени обеспечены: железнодорожным, автомобильным транспортом, трубопроводами подачи воды и топлива, а также линиями электропередачи.

Конкурентоспособность отрасли

Формирование конкурентоспособности металлургического комплекса происходит в условиях сложившихся товарно-денежных отношений на международном рынке и внутри страны. Соответственно, на её показатели оказывают существенное влияние следующие факторы:

• Для всей отрасли страны в целом, как поставщика экспортируемой продукции:
• Общая экономическая и политическая ситуация в мире.
• Сложившаяся конъюнктура мирового металлургического рынка.
• Международное законодательство совместно с правовыми нормами стран-импортёров продукции.
• Для отдельной фирмы-производителя:
• Производственно-экономический потенциал.
• Уровень технической оснащённости.
• Место расположения предприятия по отношению к поставкам необходимых ресурсов и организации сбыта готовой продукции или изделий.

• Степень интеграции.

Проведённые исследования показывают что отрасль, одной из первых в стране ставшая:

• Реструктуризировать производственные мощности.
• Ликвидировать неэффективное оборудование.
• Выстраивать отраслевые структуры, специализируюсь, а затем объединяясь в полные законченные циклы.
• Наращивать производство наиболее рентабельной и хорошо продаваемой продукции.
• Заниматься снижением издержек.
• Решать вопросы экологии.
• Улучшать социальные условия своих работников.

В целом достигла высокого уровня конкурентоспособности.

Хотя отдельные показатели: расход электроэнергии на единицу продукции (на 20-30% больше, чем в Германии и США); трудозатраты (выше, чем в Германии, США и Японии в 2,5 раза) остаются на очень низком уровне. Что требует дальнейшей работы по обновлению производственных мощностей и оптимизации структуры.

Перспективы развития

Основные перспективы развития российской металлургии открываются за счёт решения двух основных проблем:

• Несоответствия уровня производства требованиям рынка по качественным и количественным показателям.
• Модернизации, которую необходимо проводить с помощью внедрения современных технологий самого высокого научного уровня.
• Наиболее эффективными направлениями в этом плане, являются:
• Дальнейшее преимущественное применение бездоменных способов плавки.
• Более широкое использование вторичных ресурсов. В свете истощения существующих месторождений и трудностей освоения новых, именно это направление является особо актуальным!
• Повышение доли сплавов и другой продукции высокого научно-технологического уровня.
• Внедрение энергоёмких, но в то же время экономичных технологий.
• Ресурсо- и энергосбережение.
• Уменьшение экологического загрязнения.

Все эти направления нашли своё отражение в стратегиях развития металлургического производства на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года.

Черная металлургия

Черная металлургия представляет собой одну из наиболее развитых и важных отраслей промышленного производства, успешное развитие которой определяет индустриальный потенциал и возможности любого государства. Во многом она является комплексной, поскольку включает в себя различные подотрасли, заключающиеся в осуществлении технологических процессов по добыче, обогащению исходного сырья, а также выплавке соответствующей продукции (металлов) и производству металлопроката. Основным сырьем выступает железная руда, из которой изготавливаются чугун и сталь. Этим данная отрасль отличается от цветной металлургии, сырьевой основой которой являются цветные металлы (алюминий, титан, медь, свинец, никель и так далее).

Продукция предприятий черной металлургии используется, по большей части, в машиностроении и строительстве. В этой связи данная отрасль является системообразующей, а от степени ее развития во многом зависит и состояние промышленного производства в целом.

Традиционно оценку состояния черной металлургии ведут по такому показателю, как суммарная выплавка стали. По итогам 2018 года ее мировое производство составило более 1,8 млрд тонн. Следует отметить, что данный показатель в последний период довольно стабилен, что свидетельствует о достаточной развитости отрасли.

Мировым лидером по производству стали выступает Китай. На долю этой азиатской страны приходится порядка половины всего мирового объема выплавки – около 928 млн тонн. С заметным отрывом от Китая следует Индия. Здесь было произведено около 106 млн тонн стали. На третьем месте – Япония, которая немного уступает Индии (произведено порядка 104 млн тонн).

Кроме этого, в число лидеров по развитию черной металлургии входят следующие государства:

• США (86 млн тонн);
• Россия (71 млн тонн);
• Германия (42 млн тонн);
• Бразилия (34 млн тонн).

На долю вышеуказанных стран приходится более 2/3 промышленного производства стали в мире.

Сырье, используемое в черной металлургии

Основным ресурсом, используемым для получения продукции, является железная руда. В России ее запасы довольно велики и практически полностью обеспечивают внутренние потребности. Отдельно следует выделить несколько районов добычи руды.

Так, разработка данного полезного ископаемого в промышленных масштабах началась на Урале. До сих пор здесь действуют крупные металлургические комбинаты, которые были созданы одними из первых в стране. Также большие запасы железных руд находятся в Сибири (речь идет о месторождениях Кузбасса).

В европейской части России находится так называемая Курская магнитная аномалия. По отдельным данным, это самое крупное месторождение железных руд на планете. Однако разработка началась только в 30-х годах прошлого века и прерывалась в связи с войной. Находится месторождение на территории Курской и Белгородской областей.

Кроме железной руды для металлургической отрасли необходим коксующийся уголь. Он используется как высококачественное топливо для выплавки чугуна и разрыхления железной руды.

Основные залежи коксующегося угля в России сосредоточены в Кузнецком и Печорском бассейнах.

Особенности производства

Металлургическое производство предполагает цикл технологических процессов, которые могут осуществляться как целиком на одном предприятии, так и на разных. Этапы:

• выплавка чугуна;
• производство стали;
• прокатное производство.

Таким образом, на предприятиях полного цикла осуществляются все вышеперечисленные этапы. Если же завод изготавливает только прокат, то такие производства называют предельными.

На данный момент в мире отдается предпочтение развитию малой металлургии, где производство стали и проката идет на машиностроительных заводах, а это значительно снижает затраты на конечную продукцию. Однако крупные комбинаты полного цикла остаются действующими.

Общий обзор состояния черной металлургии в России

Российская Федерация является одним из крупнейших мировых производителей чугуна, стали и металлопроката. Во многом это обусловлено тем, что в стране имеются богатые залежи железных руд и коксующегося угля, используемого в качестве топливного ресурса. Металлургическая промышленность в России является системообразующей и высокоэффективной отраслью.

История развития металлургической промышленности

Человечество научилось обрабатывать железную руду еще на заре своей истории. Археологи даже выделяют такую историческую эпоху, как «железный век», под которой понимается временной период, когда основными орудиями производства являлись изделия из железа.

В России до времен Петра I металлургия носила кустарный и локальный характер. И только после соответствующих реформ в стране началась промышленная переработка металлов. Выплавка чугуна началась на Урале, где знаменитые промышленники Демидовы основали ряд железоделательных заводов.

После революции, особенно во времена сталинской индустриализации, начали разрабатываться месторождения железных руд на Украине и в районе Курской магнитной аномалии. Во время Великой Отечественной войны основные промышленные мощности были развернуты на Урале и в Сибири.

90-е годы XX века сказались крайне негативно на развитии черной металлургии, однако в последнее время наблюдается планомерный рост производства стали и проката, который, впрочем, еще не достиг докризисного уровня.

Проблемы отрасли

Черная металлургия является одной из наиболее устойчивых отраслей промышленности в нашей стране. Основной ее проблемой является общий спад промышленного производства, особенно ярко наблюдающийся в 90-е годы прошлого столетия. Здесь встает вопрос сбыта продукции, который приводит к снижению объемов выплавки.

Кроме этого, на развитие отрасли во многом влияют цены на железную руду, сталь и прокат на международных рынках, которые отличаются значительной волатильностью.

Перспективы развития отрасли

Основными перспективными направлениями развития черной металлургии являются:

• развитие бездоменных технологий выплавки;
• увеличение доли предельной металлургии за счет использования вторсырья;
• широкое использование изделий из сплавов.

Основные игроки в отрасли

Большая часть промышленных мощностей черной металлургии приходится на несколько крупнейших компаний:

• ПАО «Северсталь»;
• Публичная компания «Евраз»;
• ПАО «Группа Мечел»;
• ОАО «Холдинговая компания «Металлоинвест»;
• АО «Объединенная металлургическая компания»;
• ОАО «Трубная металлургическая компания».

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Металлургические заводы.

Кроме этого, в стране действует довольно большое количество предприятий малой металлургии на базе крупнейших машиностроительных заводов.

Черная металлургия

Одну из ведущих отраслей тяжелой промышленности составляют предприятия, которые занимаются добычей сырья, производством и переработкой металлов на основе железа – стали, чугуна, сплавов, которые относятся к черным металлам. К предприятиям черной металлургии также относят и те, которые занимаются добычей и переработкой марганца и хрома.

Особенности

Не только металлы являются основой предприятий черной металлургии. Предприятия по добыче и переработке сопутствующих материалов, кокса, огнеупоров также входят в состав отрасли черной металлургии.

Можно выделить такие особенности черной металлургии, которые присущи именно ей, в отличие от производства цветных металлов:

• Более одной трети выпускаемой продукции (сталь и сплавы на основе железа, чугун) является основой всего машиностроения;
• Более четверти продукции используется в строительстве для создания элементов нагруженных и несущих конструкций.

Спецификой предприятий металлургического комплекса черной металлургии является то, что они, по большей части, составляют основу индустрии государства, являясь, вместе с тем, одними из самых высоких капитало- и материалоемкими.

Организация выработки металла на предприятиях черной металлургии отличается сильной региональной зависимостью. Для переработки руды и производства первичного металла (чугуна) требуются большое количество кокса, рудного сырья и электроэнергии. Подсчитано, что сырье и топливо составляют более 90% общих затрат на производство черного металла. Необходимость в транспортировке огромных масс рудного и топливного сырья диктует необходимость решать задачи рационального размещения предприятия. Наиболее часто предприятия черной металлургии концентрируются таким образом:

• Возле рудных месторождений. Требуется доставка топлива;
• Вблизи источников топлива (предприятия угледобычи). Остается вопрос поставки рудного сырья;
• На оптимальном расстоянии между источниками сырья и топлива.

Большинство комбинатов по производству черного металла сосредоточены вблизи залежей железных руд. Можно объяснить это тем, что изначально, в годы массового строительства металлургических предприятий, восстановление железа из обогащенного сырья производилось посредством древесного угля, добываемого непосредственно вблизи месторождений. При переходе на использование кокса стало выгоднее организовать его доставку, чем переносить металлургическое производство.

Можно заметить, что здесь не указана зависимость производства от электроэнергии, хотя потребность в ней чрезвычайно велика. Это объясняется тем, что передача электрической энергии даже на большие расстояния не сопоставима по сложности организации и стоимости с доставкой тяжелых и объемных материалов производства.

Предприятия вторичной переработки металлического лома черных металлов (передельная металлургия) сосредоточены вблизи крупных центров машиностроения.
Сырье
Сырьевая база является основой металлургического производства. В зависимости от типа металлургического предприятия, источники сырья могут быть разные. В частности, черная металлургия может делиться на такие отрасли:

• Предприятия полного цикла. Большинство стадий производственного цикла, обогащение руд, производство кокса, выплавка и прокат металла сосредоточены на одном объекте.
• Передельныеметаллургические предприятия. Одна из стадий, а это, в основном, производство сталей и сплавов, выделена в отдельную отрасль.
• Малая черная металлургия. Характеризуется тем, что цеха по производству металла входят в состав машиностроительных предприятий.

Сырьем черной металлургии для передельных и малых предприятий служит полуфабрикат для выработки стали – чугун, металлолом и прочие отходы основного металлургического производства. В данную группу производств входит изготовление ферросплавов, в состав которых входят различные легирующие добавки.

Добыча руды черных металлов

Добыча руды, ее обогащение, выплавка характеризуют предприятия полного цикла. Для черной металлургии характерно использование сырья с высоким процентным содержанием металла при больших объемах переработки. Добыча и обогащение руды требуют серьезных затрат электрической энергии и требовательны к наличию доступных водных ресурсов.

Состав отрасли

В состав металлургической отрасли полного цикла по выплавке и переработке черных металлов входит большое число предприятий, основные из которых выполняют следующие задачи:

• Добыча металлических руд, их обогащение.
• Добыча и подготовка вспомогательного нерудного сырья – огнеупорной глины, известняковых флюсов.
• Коксохимическая промышленность, включая выработку коксового газа.
• Выплавка черного металла, чугуна, отливок, углеродистой стали и проката.
• Вторичная переработка черного металлического лома и отходов производства.

Если брать за основу технологию изготовления металла, то можно выделить такие виды металлургического цикла:

• чугунно-доменные предприятия;
• производство стали, в том числе, мартеновское, электродуговое, конвертерное, непрерывной разливки;
• прокатное производство.

Основу металлургического производства полного цикла составляет доменное производство чугуна. Сама технология восстановления железа из руды при использовании доменного процесса подразумевает насыщение железа большим количеством углерода, в результате чего получается чугун.

Сталь характеризуется меньшим содержанием углерода, включением в состав легирующих добавок, что требует дополнительных стадий переработки в мартеновских, электродуговых печах или кислородных конвертерах. Таким образом, для получения стали требуется длительный и энергозатратный процесс.

Начиная с середины прошлого века начала развиваться бездоменная металлургия, в которой используется прямое восстановление железа из обогащенного сырья.

Оборудование и технология бездоменного производства стали позволяют уменьшить энергозатратность производства, сократив операции технологического процесса, к тому же, сталь получается более чистой, без вредных примесей серы и фосфора, как при традиционном производстве.

Роль черной металлургии в промышленности

Как уже говорилось, продукция черной металлургии является основой для тяжелой промышленности.

Предприятия черной металлургии основную массу готовой продукции выпускают в виде литого и передельного чугуна, мартеновской и конвертерной стали, а также готового проката, стальных и чугунных труб.

Изготовление ферросплавов также входит в отрасль черной металлургии и важно для дальнейшего использования в составе легированных сталей.

Передельный чугун в дальнейшем подвергается плавке и обезуглероживанию для получения сталей с различным содержанием углерода.

Большая часть стали производится в виде слитков, которые, в дальнейшем, подвергают ковке и прокатке для получения профиля различного сечения:

• заготовки;
• листовой прокат;
• сортовой прокат;
• бесшовные трубы;
• специальные виды.

Стальной профиль сортового проката используют непосредственно в конструкциях (мосты, перекрытия зданий, железнодорожные рельсы). Наиболее распространен сортовой прокат для непосредственного использования:

• тавр;
• двутавр;
• швеллер;
• угол.

Все перечисленные наименования сортового проката выпускаются в широком диапазоне стандартизированных размеров.

Классические стальные трубы сварной конструкции получают из листового проката.

К специальным видам проката относят такие сложные элементы, как:

• оси и колеса железнодорожной техники;
• зубчатые колеса различного назначения.

Фасонное литье чугуна применяется для станин машин самого различного назначения (метало- и деревообрабатывающие станки).

Передельные предприятия занимаются переработкой передельного чугуна, металлического лома, отходов металлургического производства. В настоящее время более половины продукции металлургического процесса составляет передельный металл, полученный переплавкой и очисткой металлического лома.

Особенности производства черных металлов

Черные металлы являются основными строительными и конструкционными материалами. Поэтому объемы их производства являются наиболее объективными маркерами для экономики развитых стран.

Существует принцип причисления к черным металлам всех металлических сплавов, в формуле которых присутствует железо. Таковыми являются углеродистые и легированные стали – сложные железоуглеродистые сплавы, содержащие углерод не более 2,14 процентов. А также белые, серые, ковкие чугуны – многокомпонентные железоуглеродистые сплавы, в составе которых массовая доля углерода (С) уже превышает 2,14 процента. Ферросплавы, несмотря на то, что они содержат железо, не принято относить к черным металлам, так как фактически они являются промежуточным сырьем для легирования или раскиления сталей.

Выплавка чугуна

Первичный (доменный) чугун является не только материалом для отливок, но и выступает основой для производства стали. Его выплавляют в доменной печи из железосодержащей руды, марганцевого агломерата и других восстановителей в процессе сжигания кокса и природного газа.

Процесс выплавки основан на восстановлении оксидов железа из руды под воздействием водорода, атомарного сажистого углерода и оксидов углерода, выделяемых при сгорании топлива, и требует применения флюсов, так как они:

стабилизируют работу доменной печи;

снижают температуру плавления пустой породы;

способствуют переводу в шлак серы, фосфора, золы и образованию жидкотекучего шлака.

Таким образом в доменной печи происходит восстановление окислов железа, науглероживание железа, образование доменного шлака и восстановление примесных компонентов – Si, Mg, P. Поэтому доменный чугун отличается повышенным содержанием углерода (до 4,4%), а также примесей серы и фосфора (S ≈ 0,05% и P ≈ 0,09%). При выпуске жидкого чугуна из печи посредством системы затворов его отделяют от шлака.

Сталеплавильное производство

Это второе звено в общепромышленном комплексе черной металлургии, так как сталеплавильное производство предполагает получение стали методом переплавки чугуна и лома стали в металлургических агрегатах. В них в основном обеспечиваются следующие процессы:

Одной из ведущих компаний по изготовлению стали и металла в Украине является Метинвест — металл прайс тут.

Плавка стали – метод окислительного рафинирования чугуна и стального лома. То есть во время сталеплавильного процесса из чугуна удаляется избыточное количество углерода, кремния, марганца, а также серы и фосфора. Для окисления примесей кислород может поступать из атмосферы, добавляемых окислителей или принудительной подачи в расплавленный металл газообразного углерода. В результате химической реакции в расплавленной стали образуются оксид углерода, который увлекает также газообразный азот и водород и в виде пузырьков проходит сквозь слой шлака, выступая на поверхности раскаленного металла. Данный процесс очень похож на кипение, что и положило правило называть стали по степени раскисления кипящими, спокойными и полуспокойными.

Основными этапами производства стали являются подготовка шихты, выплавка, внепечная обработка и разливка. Характерная особенность сталеплавильных процессов – присутствие окислительной атмосферы. После окисления примесей из стального сплав удаляют растворенный в металле кислород и вводят легирующие элементы, позволяющие придать сталям необходимые механические и служебные свойства.

Также особую роль в сталеплавильных процессах выполняют шлакообразующие компоненты, которые разделяют на основные, кислотные и амфотерные. Они оказывают значительное влияние на качество сталей, термическую стойкость футеровки и уровень производительности сталеплавильных агрегатов.

Підписуйтесь на наші канали в
Telegram та Viber

Общая характеристика технологии черных металлов

Производство черных и цветных металлов

В настоящее время основным является двухстадийная схема производства стали — выплавка чугуна в доменной печи и передел его в сталь.

Продукцией черной металлургии являются чугуны (передельный и литейный), ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния и других элементов), и стальные слитки для произ­водства сортового проката и поковок крупных деталей машин.

Производство цветных металлов отличается большим разнообразием технологических процессов выплавки и определяется особенностями состава их руд.

Продукцией цветной металлургии являются как чистые металлы, так и их сплавы, а также слитки для производства сортового проката.

Материалы для производства металлов

Для производства металлов используют руды, флюсы, топливо, огне­упорные материалы.,

1. Рудой называют горные породы, содержащие металлы в количест- вах, обеспечивающих экономную их переработку. Так, например, желез- ные руды содержат 30—60 % металла. Содержание цветных металлов в рудах в лучшем случае составляет 2—5 %, а многих — доли процента (молибдена, например, до 0,02 %).

Руда состоит из минералов, содержащих металл в виде оксидов, суль­фидов, карбонатов и пустой породы (в основном кремнезема 8Ю2, глино­зема А1208), в составе которой находятся также примеси серы, фосфора, мышьяка и др.

2. Флюсом называют материалы, образующие при плавке шлак — лег- коплавкое соединение с пустой породой руды, золой топлива и другими неметаллическими включениями. Обычно шлак обладает меньшей плот- ностью, чем выплавляемый металл, поэтому он располагается над ним и может быть слит в процессе плавки.

При выплавке черных и некоторых цветных металлов в качестве флюсов используют кварцевый песок, состоящий в основном из 5Ю2, известняк СаС03, и другие соединения кальция или магния.

3. Топливом в металлургических процессах служит кокс, природный, доменный или коксовый газ, мазут.

Кокс получают путем сухой перегонки коксующихся каменных углей без доступа воздуха при температуре 1000—1100 °С. При такой обработке из угля извлекаются и ценные побочные продукты: бензол, фенолы, а так­же улавливается коксовый газ.

Природный газ состоит в основном из метана СН4.

Доменный газ является — побочным продуктом при выплавке чугуна в доменной печи, содержит значительное количество горючих составляю­щих (до 32 % СО, до 4 % Н2).

Мазут — тяжелый остаток перегонки нефти, содержит до 88 % С, 10—12 % Н$ и небольшое количество кислорода и серы.

4. Огнеупорные материалы применяют для внутренней облицовки (футеровки) плавильных печей и другого оборудования, находящегося йод действием высоких температур и расплавленных металлов и шлаков.

По химическому составу огнеупорные материалы подразделяют на кислые, основные и нейтральные.

Способы получения металлов из руд

Для получения металлов применяют следующие основные способы.

1. Пирометаллургический — один из самых древних способов получе­ния металлов, основанный на том, что необходимое для осуществления процесса выплавки металла тепло обеспечивается сжиганием топлива. Этот способ является пока основным для получения железа и его сплавов, меди и других металлов.

2. Электрометаллургический способ получения металлов осуществля­ется в дуговых, индукционных и других электрических печах или электро­лизом из расплавов и водных растворов химических соединений (на­пример, получение алюминия из глинозема А1208).

3. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании ме­таллов из руд различными растворителями и в последующем выделении их из раствора. Выщелачивание может осуществляться как на поверх­ности земли, так и под землей с помощью системы скважин. Этот способ широко применяется для получения, например, меди, а в последнее вре­мя — урана и некоторых других металлов.

4. Химико-металлургический способ объединяет химические и пиро-металлургические процессы, например титан получают путем восстанов­ления тетрахлорида Т1С14 магнием и последующей плавкой в электроду­говых печах.

Наряду с рассмотренными в последнее время для получения деталей и металлов весьма широкое применение получает способ порошковой металлургии.

. Материалы, применяемые для производства чугуна

Чугун выплавляют из железных руд пирометаллургический способом в доменных печах, используя для этого твердое топливо — кокс и флюсы.

1. Железные руды содержат железо в виде оксидов, гидратов оксидов, карбонатов. Пустой породой в железных рудах обычно является кварцит или песчаник, глинистые вещества.

К основным железным рудам относятся:

магнитный железняк, содержит до 65 % железа в виде оксида Ре304. (Соколовское и Сарбайское месторождения, КМА — Курская магнитная аномалия и др.);

красный железняк, содержит до 60 % железа в виде оксида Ре203 (Криворожское и Атасуйское месторождения, КМА и др.);

бурый железняк, содержит до 55 % железа в виде гидратов оксидов пРе203 • тН20 (Керченское, Лисаковское, Аятское и др. месторождения);

шпатовый железняк, содержит до 40 % железа в виде углекислой соли РеС03 (Бакальское, Криворожское месторождения).

Более 48 % разведанных мировых запасов железных руд находятся в Советском Союзе.

в процессе выплавки чугуна выполняет роль не только горючего, но и восстановителя железа из руды. Этим требованиям удов­летворяет твердое топливо — кокс.

при выплавке чугуна в доменной печи служат известняк СаС03 или доломитизированный известняк, состоящий из СаСОэ иЭДцС03. Их назначение — перевод пустой породы (в основном ЗЮ2 и А1203) в шлак, а также связывание и удаление находящейся в топливе и руде серы.

Основы технологии черных металлов

Основной способ производства черных металлов — получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное получение стали из железных руд.

Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900 °С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаС03) необходим для перевода в расплавленное состояние пустой породы (состоящей в основном из Si02 и А1203), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь силикатов и алюминатов кальция, близкую по составу к портландцементу.

Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полезный объем печи — 2000…3000 м3, а суточная производительность — 5000…7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до С02. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун 9 стекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки 1 и 8 в ковш. На каждую тонну чугуна получается около 0,6 т огненно-жидкого шлака.

Доменный шлак — ценное сырье для получения строительных материалов: шлакопортландцемента, пористого заполнителя для бетонов — шлаковой пемзы, шлаковой ваты и др.

Чугун главным образом (около 80 ) идет для производства стали, остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий.

В зависимости от состава различают белый и серый чугуны. Белый чугун твердый и прочный, содержит большое количество цементита; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Производство стали. Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печах, конверторах или электрических печах.

Рис. 7.1. Схема доменной печи: 1 — летка для выпуска жидкого чугуна; 2 — расплавленный шлак; 3 — загрузочное устройство; 4 — газоотводная труба; 5 — капли расплавленного чугуна; 6 — капли шлакового расплава; 7 — фурма для подачи воздуха; 8 — летка для выпуска расплавленного шлака; 9 — жидкий чугун

Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 получаемой стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в основном в горячем состоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).

Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. ]J Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания — упрочненную холодносплющенную арматуру.

Читать далее: Цветные металлы и сплавы Коррозия металлов и способы защиты от нее Соединение стальных конструкций Стальная арматура Стальной прокат и стальные конструкции Термическая обработка стали Углеродистые и легированные стали Свойства сталей Строение и свойства железоуглеродистых сплавов Общие сведения о металлах и сплавах

Черная металлургия в России — развитие и особенности размещения предприятий

Исторические сведения

Чтобы получить представление, в чем особенности производства черных металлов, нужно заглянуть вглубь истории. Эти сведения можно получить из докладов, конспектов или рефератов, написанных на соответствующую тему. По сообщениям из разных источников производить промышленную переработку металлов в России стали со времен появления промышленников Демидовых. До этого в основном существовала кустарная металлургия. На построенных Уральских заводах началась переработка железной руды.

После революции черная металлургия получила толчок в развитии. Произошло это во времена сталинской индустриализации. А в послевоенные годы, кроме Урала, широко распространилось строительство металлургических комплексов на районы Сибири.

Характеристика производства

В задачу черной металлургии, кроме получения металлов, входит переработка ряда сопутствующих материалов. Сюда включаются кокс, огнеупоры и различные руды.

Если исключить производство цветных металлов, то выделяются основные черты черной металлургии. К ним относятся:

1. Более трети всех изделий используется в машиностроении.
2. Четвертая часть идет на изготовление строительных несущих конструкций.
3. Высокая капиталоемкость производства.
4. Зависимость от сырья. Оно составляет около 90% всех затрат.

Полученная металлургическая продукция имеет разновидности. Кратко характеристика о них изложена в таблице.

Выплавленные металлы	Черные	Чугун
		Сталь
	Цветные	Благородные. К ним относятся золото, серебро, платина.
		Тяжелые. Среди них медь, цинк, олово.
		Легкие. Это алюминий, магний.
		Редкие. Среди них различаются титан, вольфрам, цирконий, молибден.

Если посмотреть, какая из стран является мировым лидером по производству стали, то с большим отрывом лидирует Китай. Он производит 928 млн тонн в год. Россия выпускает 71 млн тонн. При этом такая развитая страна, как США, производит стали 86 млн тонн. Однако каковы бы не были эти показатели, часто они носят условный характер и не дают объективного определения об уровне развития государства.

Условия размещения

Сырье является основным источником, имеющим значение для стабильной работы металлургических предприятий. Таким материалом служит железная руда. Несмотря на то что ее запасы велики, большая территория России приводит к необходимости вести решение задач по правильному размещению предприятий.

Для этого составляется план, на основании которого требуется выполнение некоторых условий:

1. Предприятия должны строиться недалеко от источника топлива.
2. Рядом должны располагаться месторождения сырья, залежи железных руд.

В предыдущие годы рядом с месторождениями железной руды было характерно присутствие каменного угля, который использовался в качестве источника топлива. Теперь ему на замену пришел кокс, который является топливом более высокого класса. Однако переносить производство далеко от местонахождения сырья невыгодно. Рационально просто обеспечить доставку кокса.

География расположения

Объекты, использующие для своих нужд общие ресурсы и выпускающие металл, называются металлургическими базами. Их география расположения на карте:

1. Урал. Характерной особенностью этой территории является отсутствие каменного угля, поэтому здесь в качестве топлива используются лесные ресурсы. Все предприятия располагаются возле железорудных месторождений. Здесь находятся комбинаты: Челябинский, Нижнетагильский, Магнитогорский, Орско-Халиловский. На них ведется выплавка чугуна, стали и проката.
2. Центральные районы России. Черная металлургия получила развитие в этих регионах благодаря присутствию богатых месторождений железных руд. Здесь построены Новооскольский и Липецкий металлургические комбинаты. Кроме того, ряд заводов располагается в Москве, Орле, Туле.
3. Западно-сибирская территория. Развитие металлургии здесь происходит благодаря присутствию железной руды и каменного угля Кузбасского бассейна. Несмотря на расположенную рядом Транссибирскую железнодорожную магистраль, существуют сложности с вывозом готовой продукции потребителям.

В России производство металлургической продукции превосходит внутренние потребности, поэтому она ориентирована на экспорт. Это имеет свои сложности в связи с высокой конкуренцией на мировом рынке.

Типы предприятий

Несмотря на сырьевые богатства Российской территории, они распределены неравномерно. Это сказывается на направленности работы предприятий. Металлургические комплексы бывают нескольких типов:

1. Предприятия полного цикла. Это означает, что на их территории присутствует полностью технологический процесс производства чугуна, проката или стали. Здесь же проводится предварительная переработка железных руд. Такие предприятия в основном строятся вблизи сырьевых и водных ресурсов, чтобы уменьшить затраты на их доставку.
2. Неполного цикла. На таких предприятиях выделяется один из процессов черной металлургии и формируется в виде отдельного производства. Такие заводы называются передельными. Они специализируются только на выпуске одного вида продукции — это выпуск чугуна, стали или проката. Располагаются вблизи потребителя или источника вторсырья.
3. Малые предприятия. Производство ограничивается только одним цехом. Обычно он входит в состав большого металлургического комплекса.

Иногда сырьем для черной металлургии служит металлолом или другие отходы производства. Поступают на передельные или малые предприятия.

Проблемы и перспективы

В России металлургическая отрасль занимает устойчивое положение. При этом выделяется несколько направлений ее развития:

1. Модернизация. На производстве ведется внедрение новейших технологий с целью повышения конкурентоспособности продукции.
2. Увеличение количества передельных заводов. Причина состоит в том, что они ориентированы на вторсырье, что значительно удешевляет конечную продукцию.
3. Строительство новых заводов вдали от густонаселенных пунктов, чтобы не засорять атмосферу городов.
4. Закрытие заводов, на которых присутствует устаревшее оборудование.

Несмотря на то что в 90 годы наблюдался общий спад производства, в настоящее время отрасль имеет перспективы на будущее. Сюда относится внедрение бездоменной выплавки чугуна. Это значительно снизит энергетические затраты производства продукции, сделав ее более чистой, за счет отсутствия вредных примесей.