Лабораторная

При какой температуре плавится железо, температура плавления черных, цветных металлов и некоторых сплавов

Классификация

Технологическая схема металлургического передела руды — это последовательность и оптимальные условия операций (физических и химических процессов), при которых достигаются наиболее высокие технико-экономические показатели процесса по себестоимости и по качеству получаемого металла. В практике применяются сотни разнообразных технологических схем получения металлов. Однако принципиальная сущность всех этих схем одна и та же — отделение данного металла от пустой породы и сопутствующих элементов. Весь комплекс операций, входящих в технологические схемы, делится на четыре стадии (передела), на каждой из которых решается определенная задача:

	Стадия (передел)	Описание
1	Получение рудного концентрата	Механические способы (дробление, измельчение, обогащение)
2	Получение «химического» концентрата	Обжиг, спекание—разложение, хлорирование, ректификация, растворение—осаждение, плавка
3	Получение чернового металла или химического соединения металла	Хлорирование, фторирование, ректификация, экстракция, возгонка
4	Получение чистого металла	Химические и физические методы очистки

В чёрной металлургии выделяется металлургический передел и вторичный передел чёрных сплавов. Металлургический передел включает в себя производство:

• агломерата, окатышей или брикетов;
• чугуна;
• доменных ферросплавов;
• стали;
• проката;
• элетроферросплавов;

В процессе металлургического передела чугун преобразуется в сталь, а она, в свою очередь, в прокат. Чугун, не предназначенный для дальнейшего передела, называется литейным.

В зависимости от особенностей проведения операций выделяют три группы процессов металлургического передела:

• пирометаллургические, протекающие при высоких температурах (700—2000°С): обжиг, восстановительные и окислительные плавки, возгонка, дистилляция;
• гидрометаллургические, когда проводят обработку рудного сырья водными растворами кислот, щелочей или солей, при которой извлекаемый металл переводится в раствор, а пустая порода остается в виде твердого остатка. Обработку ведут при относительно невысоких температурах: 20—300°С:
• электрометаллургические, при которых используют электрический ток для проведения окислительно-восстановительных процессов в водных растворах или расплавленных солях, в результате чего на одном из электродов выделяется целевой металл.

В большинстве технологических схем получения металлов используются комбинации указанных выше трех методов. Технологические схемы получения металлов оказываются тем сложнее, чем меньше концентрация данного металла в сырье и чем больше в нём примесей, чем ближе физико-химические свойства примесей к свойствам извлекаемого металла, чем чище по содержанию примесей требуется получить металл или его химическое соединение.

Конечной продукцией металлургического производства могут быть чистые металлы, их сплавы с другими элементами, а также химические соединения (например, оксиды). При этом металлы и их сплавы получают в большинстве случаев в виде расплава, который разливают в различной величины и формы слитки. Но тугоплавкие металлы получаются в виде порошков или пористой массы — губки, которые превращают в компактные образцы либо с помощью дуговой или электронно-лучевой плавки, либо методом порошковой металлургии.

Классификация руды

Руда – это полезное ископаемое, из которого добывают различные формы металлов. В природе встречается два вида: черная и цветная. Последняя в свою очередь делится на тяжелые и легкие сплавы, а также драгоценные металлы. Серебро, золото, платина – они тоже добываются в виде камней, а свой внешний вид приобретают уже после обработки на предприятиях.

Экономическая ценность ресурса определяется по наличию в ней главного составного элемента. Существуют богатые, как их еще называют, жирные и бедные полезные ископаемые.

Классификация ископаемых руд по содержанию металлов.

Железная	Медная	Алюминиевая	Золото
Бедная	Богатая	Бедная	Богатая	Бедная	Богатая	Бедная	Богатая
26%	>50%	0,5 – 1%	>3%	20 – 25%	40 – 60%	1%	7,7%

Свойства определяются также основным составным компонентом. Некоторые из них обладают магнитными свойствами, в то время как другие совершенно инертны.

Руды черных металлов

Железо – один из самых распространенных элементов на земле. Для производства используется минерал, который содержит более 25% сырья. Разработка более бедных пород не будет окупаться, поэтому они не используются.

Самые распространенные ископаемые:

• Магнитный железняк;
• Красный железняк;
• Железистый кварцит.

Больше всего запасов находится в Южной Африке, Индии, Северной и Южной Америке, Австралии. Мировые залежи, по оценкам экспертов, могут составлять около 800 миллиардов тонн, подтвержденными среди них являются 200 миллиардов тонн. Возможно в земле скрывается еще много полезных ископаемых, о которых человек даже не имеет представления.

Железная руда отличается друг от друга способом своего происхождения. Есть три вида возникновения железа в породах. Первый – осадочный. Двухвалентное железо, которое было в воде, связывалось с кислородом, превращаясь в плотное соединение и оседало на дно. Таким образом образовался железняк. Его находят даже в местах, где моря высохли уже миллионы лет назад. В такой руде очень высокое количество металлического компонента, но, как правило, его качество довольно низкое.

Использование в машиностроении

Стальные и чугунные предметы, детали, различные приспособления находят самое широкое применение в машиностроении. Они востребованы не только на автомобильном, но и на химическом, авиационном производстве, а также в кораблестроении. Все это благодаря особой прочности данных материалов, их термостойкости и коррозионной устойчивости. Черные металлы становятся базовым материалом для выпуска многих типов изделий. Среди наиболее распространенных следующие:

• боковые крышки редукторов;
• подшипники;
• клапаны;
• фитинги;
• втулки;
• трубы;
• цилиндры автомобилей и других транспортных средств;
• зубчатые колеса;
• звенья цепей на тракторах;
• тормозные барабаны;
• каретки;
• кожухи и так далее.

Этот список можно продолжать бесконечно, потому что изделий из черных металлов и их сплавов действительно много.

Условия хранения

К черным металлам, прежде всего, относится железо и его сплавы. Следует понимать, что это очень коррозионно нестойкий материал. Поэтому хранение черного металла требует соблюдения определенных правил, особенно если речь идет не о конструкциях и изделиях, а о так называемом ломе черных металлов (отходы, поломанные изделия, листы, прутья, арматуры и так далее):

1. Помещение, в котором находится материал, должно быть полностью закрыто от доступа влаги (дождя, снега). Чем меньше влаги, тем дольше срок хранения.
2. Территория склада должна быть большой, нельзя хранить листовые структуры черных металлов впритык друг к другу, поскольку это спровоцирует раннюю коррозию.
3. Весь имеющийся материал следует рассортировать по маркам и размерам.

При соблюдении этих нехитрых правил можно будет максимально долго сдерживать процессы разрушения структуры металлов.

Типы и особенности предприятий

Природная основа черной металлургии – топливо и металлическое сырье.

Россия богата на ископаемые и сырье для развития этой отрасли, но их территориальное размещение неравномерно. Поэтому строительство комбинатов имеет привязку к определенным районам. Выделяют три типа черной металлургии, от них непосредственно зависит географическое положение производственных комплексов:

• металлургия полного цикла, подразумевающая присутствие всех производственных этапов, которые осуществляются на территории одного предприятия,
• металлургия неполного цикла отличается тем, что один из процессов выделен в отдельное производство,
• малая металлургия, которая характеризуется отдельными металлургическими цехами в составе машиностроительных комплексов.

Полный цикл производства включает в себя как основное производство чугуна, стали, проката, так и подготовительный этап к плавке железных руд – ее обогащение для повышения содержания в ней железа. Для этого удаляется пустая порода и обжиг для устранения фосфора, углекислоты, серы.

Для обеспечения качества конечного продукта необходимо применение следующих компонентов:

• технологического топлива,
• воды,
• легирующих металлов,
• флюсов,
• огнеупорных материалов.

В качестве топлива в основном выступает кокс из высококалорийного, малозольного, малосернистого и высокопрочного угля, а также газ. Металлургические предприятия полного цикла в большинстве своем размещаются поблизости к топливным, сырьевым и водным ресурсам, а также к вспомогательным материалам.

При производстве 90% затрат идут на топливо и сырье. На кокс из них приходится – около 50%, на железную руду – 40%. Предприятия полного цикла располагаются близко к сырьевым источникам – в Центре и на Урале, топливным базам – комплексы на Кузбассе, а также заводы между пунктами – в Череповце.

Классификация

Технологическая схема металлургического передела руды — это последовательность и оптимальные условия операций (физических и химических процессов), при которых достигаются наиболее высокие технико-экономические показатели процесса по себестоимости и по качеству получаемого металла. В практике применяются сотни разнообразных технологических схем получения металлов. Однако принципиальная сущность всех этих схем одна и та же — отделение данного металла от пустой породы и сопутствующих элементов. Весь комплекс операций, входящих в технологические схемы, делится на четыре стадии (передела), на каждой из которых решается определенная задача:

	Стадия (передел)	Описание
1	Получение рудного концентрата	Механические способы (дробление, измельчение, обогащение)
2	Получение «химического» концентрата	Обжиг, спекание—разложение, хлорирование, ректификация, растворение—осаждение, плавка
3	Получение чернового металла или химического соединения металла	Хлорирование, фторирование, ректификация, экстракция, возгонка
4	Получение чистого металла	Химические и физические методы очистки

В чёрной металлургии выделяется металлургический передел и вторичный передел чёрных сплавов. Металлургический передел включает в себя производство:

• агломерата, окатышей или брикетов;
• чугуна;
• доменных ферросплавов;
• стали;
• проката;
• элетроферросплавов;

В процессе металлургического передела чугун преобразуется в сталь, а она, в свою очередь, в прокат. Чугун, не предназначенный для дальнейшего передела, называется литейным.

В зависимости от особенностей проведения операций выделяют три группы процессов металлургического передела:

• пирометаллургические, протекающие при высоких температурах (700—2000°С): обжиг, восстановительные и окислительные плавки, возгонка, дистилляция;
• гидрометаллургические, когда проводят обработку рудного сырья водными растворами кислот, щелочей или солей, при которой извлекаемый металл переводится в раствор, а пустая порода остается в виде твердого остатка. Обработку ведут при относительно невысоких температурах: 20—300°С:
• электрометаллургические, при которых используют электрический ток для проведения окислительно-восстановительных процессов в водных растворах или расплавленных солях, в результате чего на одном из электродов выделяется целевой металл.

В большинстве технологических схем получения металлов используются комбинации указанных выше трех методов. Технологические схемы получения металлов оказываются тем сложнее, чем меньше концентрация данного металла в сырье и чем больше в нём примесей, чем ближе физико-химические свойства примесей к свойствам извлекаемого металла, чем чище по содержанию примесей требуется получить металл или его химическое соединение.

Конечной продукцией металлургического производства могут быть чистые металлы, их сплавы с другими элементами, а также химические соединения (например, оксиды). При этом металлы и их сплавы получают в большинстве случаев в виде расплава, который разливают в различной величины и формы слитки. Но тугоплавкие металлы получаются в виде порошков или пористой массы — губки, которые превращают в компактные образцы либо с помощью дуговой или электронно-лучевой плавки, либо методом порошковой металлургии.

ОАО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат»

В крупном промышленном городе Нижний Тагил находится Нижнетагильский металлургический комбинат. Это мощный технологический комплекс по производству стали высокого качества. Комбинат способен выпускать детали с самыми высокими запросами по качеству и надёжности. Основной деятельностью комбината можно назвать производство металлопроката для строительства вагонов. Кроме этого, выпускаются заготовки для трубопроката и машиностроения. Завод также освоил производство особо вида проката стали, который используется в производстве магистрального газового трубопровода. Нижнетагильский металлургический комбинат обеспечивает рабочими местами без малого 20 тысяч человек.

Государственная политика

В последние годы российское правительство приняло меры по защите внутреннего рынка, отменило импортные пошлины на основные виды оборудования, оказывало поддержку российским фирмам по покупке металлургических активов за границей, приняло меры по уменьшению внешнеторговых ограничений на внешних рынках, действующих в отношении российской металлургической продукции. Эти меры способствовали позитивным результатам деятельности российской металлургии в 2000-х годах.

В марте 2009 года Минпромторгом России была утверждена Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2020 года.

Цветная металлургия

По данным на 2010 год, доля цветной металлургии в российском ВВП — 2,6 %, в промышленном производстве — 10,2 %.

По данным на 2008 год, Россия занимает 1-е место в мире по производству никеля, экспорту никеля и экспорту алюминия.

По данным на 2008 год, Россия занимает 2-е место в мире по производству алюминия (после Китая) и производству титанового проката.

Российские производители цветных металлов:

• Российский алюминий — крупнейший в мире производитель алюминия и глинозёма.
• Норильский никель — крупнейший в мире производитель никеля и палладия.
• ВСМПО-Ависма — крупнейший в мире производитель титана.
• Новосибирский оловянный комбинат — единственный в СНГ производитель олова и его сплавов.
• Завод припоев ЗАО
• Гайский ЗОЦМ Сплав (Гай)
• Уральская горно-металлургическая компания (Верхняя Пышма)
• Завод припоев и сплавов (Рязань)
• Каменск-Уральский завод обработки цветных металлов (Каменск-Уральский)
• Каменск-Уральский металлургический завод (Каменск-Уральский)
• Кировский ЗОЦМ (Киров)
• Кольчугинский ЗОЦМ (Кольчугино)
• Красный Выборжец (Санкт-Петербург)
• Московский ЗОЦМ
• Надвоицкий алюминиевый завод (Карелия)
• Новгородский металлургический завод (Великий Новгород)
• Новороссийский завод цветных металлов
• Ступинская металлургическая компания (Ступино)
• Электроцинк (Владикавказ)
• Уральская горно-металлургическая компания (Ревда)
• Рязцветмет (Рязань)
• Туимский завод цветных металлов (Хакасия)
• ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод»

Экспортные возможности и внутренний рынок

В течение 2000 г. рост внутреннего потребления продукции черной металлургии, который составил 180%, определил тенденцию развития отрасли. Рост экспорта составил 17%.

В целом отрасль характеризуется преобладанием доли экспорта в сравнении с внутренним потреблением в общем объеме выпуска. С этим связаны такие особенности отрасли, как зависимость общего объема выпуска от объема экспорта; зависимость от торговой политики импортирующих государств; потребность в мерах государственной поддержки; наличие конкуренции между производителями из стран СНГ, которая становится наиболее острой при сокращении экспортных возможностей.

Зависимость объема выпуска отрасли от экспортных возможностей приводит в результате к тому, что при сокращении экспорта сокращается инвестиционная активность предприятий, а значит, возможность дальнейшего развития.

Объемы возможных поставок на экспорт зависят от результата проводимых государствам импортерам и антидемпинговых расследований. Многие проводившиеся в последнее время антидемпинговые расследования привели к существенному снижению поставок. В таких условиях повышается зависимость выпуска объемов внутреннего спроса, этим и определяется основной структурный сдвиг в проводимой предприятиями отрасли сбытовой политике. Основной прирост внутреннего рынка приходится Предприятия таких отраслей, как строительство, машиностроение и металлообработка.

В условиях сокращения экспортных возможностей в результате проводимой государствами-импортерами политики квотирования, введения высоких пошлин и других мер, препятствующих импорту продукции черной металлургии из стран СНГ, предприятия отрасли стран СНГ сталкиваются с проблемой повышенной конкуренции, что значительно ухудшает их положение. Для урегулирования ситуации был создан Совет производителей и экспортеров черных металлов государств СНГ. В состав Совета входят крупнейшие производители и экспортеры металлопроката из России, Украины, Молдовы и Белоруссии. В рамках Совета проходят ежеквартальные встречи предприятий-участников.

Промышленное производство

Более 80 % объёма промышленного производства черной металлургии России приходится на 9 крупных компаний: «ЕвразХолдинг» (НТМК и ЗСМК), «Северсталь», «Новолипецкий металлургический комбинат», «Магнитогорский металлургический комбинат», «УК Металлоинвест» (Оскольский электрометаллургический комбинат), «Мечел» (Ижсталь, Уральская Сталь), «Трубная металлургическая компания», «Объединённая металлургическая компания», «Группа Челябинский трубопрокатный завод».

Объёмы производства основных видов продукции чёрной металлургии в 2006 году превысили показатели начала 1990-х годов В 2000—2007 годах выросли объёмы производства стали и сплавов, что произошло благодаря опережающему развитию современных передовых методов, в частности, электросталеплавильного производства. В 2007 году производство проката чёрных металлов составило 59,6 млн тонн.

Основные переделы — обогащение сырья, производство агломерата и окатышей, коксохимическое производство, доменное производство, сталеплавильное (конвертерное, электросталеплавильное, мартеновское), прокатное (слябинги, блюминги, рельсобалочное производство), изготовление метизов.

Производство стали (в миллионах тонн):

2017	2016	2015	2014	2013	2012	2011	2010	2009	2008	2007	2000
71.3	70.8	71.1	71.5	69.4	70.6	68.7	66.9	60.0	68.5	72.4	59.1