Технология производства черной металлургии

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:

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технология прокатки включает:

• Подготовку слитков и заготовок к прокатке;
• Определение режима нагрева в зависимости от химического состава стали и сечения заготовки;
• Определение режима деформации (калибровка);
• Вопросы охлаждения стали после прокатки;
• Пооперационный и конечный контроль качества проката.

Подготовка слитков и заготовок к прокатке

В процессе разливки стали в изложницы, нагрева и прокатки слитков и заготовок образуются поверхностные дефекты, которые должны быть удалены. Основными поверхностными дефектами слитков являются плены, образующиеся в результате разбрызгивания стали при разливке, трещины.

Поверхностные дефекты удаляют до (первый вариант) или после (второй вариант) прокатки.

Слитки, охлажденные перед посадкой в нагревательные колодцы, осматривают, и обнаруженные поверхностные дефекты удаляются.

С поверхности слитков, поступающих горячими для посадки в нагревательные колодцы, дефекты не удаляют перед прокаткой.

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству поверхности готового проката, принимают первый или второй вариант.

Глубина поверхностных дефектов на заготовках составляет 2–3 мм, и дефектный слой подлежит выборочному или сплошному удалению.

Применяют следующие способы удаления поверхностных дефектов:

• Сжигание на определенную глубину дефектного поверхностного слоя;
• Строжку, обдирку на токарных станках;
• Вырубку пневматическими зубилами и специальными машинами;
• Зачистку наждаками.

Для сжигания дефектного поверхностного слоя применяют автогенные резаки при выборочном удалении дефектов и машины огневой зачистки при сплошном удалении дефектной поверхности.

Как указывалось выше, основная масса слитков поступает в нагревательные колодцы в горячем состоянии, и, следовательно, перед прокаткой поверхностные дефекты удалить невозможно. В связи с этим современные обжимные прокатные станы оборудуют машинами огневой зачистки для сплошного удаления дефектов в потоке.

После окончания прокатки заготовки в горячем состоянии подаются в машины огневой зачистки, в которых одновременно со всех сторон газорежущими блоками cжигается слой металла толщиной 1,5–2,5 мм.

Подготовка широкополосной заготовки перед холодной прокаткой заключается в удалении окалины, образовавшейся на поверхности металла. Удаление окалины с поверхности полос углеродистых сталей осуществляется в растворе серной кислоты. Активный процесс растворения окалины происходит при содержании серной кислоты 26 % и температуре раствора

Травление горячекатаной широкополосной стали производят в непрерывных травильных агрегатах. Катанку и сортовой металл, предназначенный для дальнейшего волочения, травят в специальных баках.

Калибровка валков

Калибровкой решаются следующие задачи:

• Установление числа пропусков;
• Установление формы и размеров поперечного сечения полосы после каждого пропуска;
• Последовательность чередования форм полосы.

Прокаткой получают простые (круг, квадрат, полоса и др.) и сложные (рельсы, балки, уголки и др.) по форме виды проката.

Прокатка сортовой и листовой стали производится при большем или меньшем числе пропусков через валки.

При каждом пропуске через валки уменьшается площадь поперечного сечения полос и при необходимости придается грубая форма конечному прокату.

Прокатка листов и широкополосной стали производится на гладкой бочке валка. Калибровкой листовых валков определяется профиль образующей бочки.

При горячей прокатке бочка валков выполняется вогнутой, при холодной — выпуклой. Вогнутость компенсирует тепловое расширение бочки валка, выпуклость — прогиб валка от усилия прокатки.

Для получения необходимой формы проката на бочке валков сортовых прокатных станов нарезаются на вальцетокарных станках кольцевые проточки различной формы.

Кольцевая проточка на одном валке называется ручьем. Ручьи двух валков образуют калибр.

Форма калибров, используемая для получения проката простой формы, — квадрата, круга, показана на рис. 1 (в, е, ж).

Овальные калибры применяют в сочетании с квадратными и круглыми калибрами (рис. 1, 6, в и др.), ромбические калибры — в сочетании с квадратными калибрами (рис. 1, д).

Прямоугольные (ящичные) калибры (I, II) используют для вытяжки металла на блюмингах, непрерывных заготовочных станах и черновых клетях сортовых станов.

В зависимости от назначения различают четыре группы калибров:

1. Вытяжные, служат для уменьшения площади поперечного сечения;
2. Подготовительные, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и придают полосе грубую форму готового проката;
3. Предчистовые, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и подготавливают получение конечной формы проката;
4. Чистовые, придают полосе окончательную форму.

Прокатка сортовой и листовой стали производится в несколько пропусков через валки. Распределение обжатий по пропускам производится с учетом усилия на валки, мощности главного электродвигателя, прочности деталей рабочей клети, условий захвата металла валками, пластичности металла.

При прокатке литого металла обжатие в первых проходах принимают небольшим, так как пластичность металла низка вследствие крупнозернистого строения. С учетом изложенных факторов добиваются возможно минимального числа пропусков. На рис. 1 схематично представлена калибровка валков мелкосортного стана 250.

В зависимости от площади поперечного сечения готового проката квадратная заготовка получает обжатие во всех 12 клетях (рис. 1, б, е), или только в восьми клетях при прокатке заготовки диаметром диаметром 18–19 мм (X, в). На валках первых двух клетей нарезаны ящичные калибры. На валках рабочих клетей III, IV, V, VI нарезаны ручьи калибров системы овал — квадрат.

На валках предчистовых и чистовых рабочих клетей нарезаны ручьи калибров, предназначенных для подготовки и получения круглого, квадратного и углового профилей.

Контроль технологического процесса

В процессе металлургического производства осуществляется плавочный контроль, контроль производственных процессов, а также готовой продукции. Плавочным контролем устанавливается соответствие слитков данной плавки техническим условиям: определяется качество стали, соответствие качества стали для проката определенной продукции. На основании результатов плавочного контроля назначается технология прокатки слитков данной плавки.

Контроль производственных процессов осуществляется на участках:

• Складирования слитков, заготовок;
• Нагрева перед прокаткой;
• Прокатки слитков на заготовку и заготовки на готовую продукцию;
• Резки, правки заготовок и готового проката;
• Охлаждения после горячей прокатки и термической обработки;
• Отделки, маркировки и сдачи готового проката.

Контроль производственных процессов осуществляется на основании технологических инструкций каждого участка.

Контроль готовой продукции устанавливает соответствие готового проката требованиям ГОСТа или техническим условиям: по физическим и механическим свойствам, по внутренним и поверхностным дефектам, по размерам и прямолинейности (плоскостности) проката и др.

Технологические схемы прокатного производства на металлургическом заводе

В зависимости от исходного материала на металлургических заводах применяют две схемы производства проката (рис. 2). При использовании в качестве исходного материала слитков 1 в технологической схеме предусматривается участок нагревательных колодцев и обжимного стана — блюминга или слябинга 2, 3.

При использовании в качестве исходного материала блюмов или слябов технологический процесс начинается с заготовочных станов — непрерывного заготовочного стана 4 при сортовой прокатке или широкополосного стана горячей прокатки 5 при листовой прокатке.

Последующие технологические операции получения проката одинаковы для обеих схем. При производстве сортового проката заготовка поступает на крупносортные и среднесортные 9 станы, мелкосортные, проволочные 6 и штрипсовые 7 станы. Непосредственно из блюмов производится прокатка на рельсо-балочных и крупносортных станах 8. При листовом производстве заготовка поступает на одно- и многоклетевые станы холодной прокатки 10. На толстолистовых станах в качестве исходного материала используют слитки и слябы.

Производство блюмов

Блюмом называется квадратная заготовка со скругленными углами сечением до 400×400 мм.

В зависимости от сортамента блюмов, требуемой производительности применяют одноклетьевые двухвалковые реверсивные и многоклетьевые блюминги.

Наибольшее распространение получили одноклетьевые блюминги.

Современным обжимным станом является мощный автоматизированный одноклетьевой блюминг с диаметром валков 1300–1500 мм. На рис. 3 показана схема расположения оборудования блюминга 1300. Слитки из сталеплавильного цеха подаются в пролет нагревательных колодцев 1 на платформах по железнодорожным путям. Нагретые до температуры прокатки слитки массой 10–15 т мостовым краном с клещевым захватом извлекаются из нагревательных колодцев и передаются на платформу слитковоза 2. Четыре слитковоза, непрерывно двигаясь по кольцевому пути, попеременно подходят к приемному рольгангу 3 блюминга. Очередной слитковоз автоматически останавливается параллельно приемному рольгангу, и слиток сталивается на ролики рольганга стационарным сталкивателем реечного типа. Подводящим и раскатным рольгангами 4 слиток транспортируется к рабочей клети блюминга. В линии подводящего рольганга установлен поворотный стол — весы, которым слиток автоматически взвешивается и при необходимости поворачивается в горизонтальной плоскости на 180°. Роликами рабочего рольганга слиток подводится к валкам рабочей клети 5.

Рабочая клеть блюминга 1300 состоит из двух массивных стальных станин массой 105 т каждая. В узле станин на текстолитовых подшипниках смонтированы валки диаметром 1300 мм и длиной бочки 2800 мм, изготовленные ковкой из хромоникелевой стали. Установка зазора между валками обеспечивается винтовым нажимным механизмом с электромеханическим приводом, уравновешивание верхнего валка с подушками осуществляется рычажно-грузовым механизмом. Каждый валок приводится во вращение электродвигателем постоянного тока МП-110-65 мощностью 6800 кВт, 0—60—90 об/мин через универсальные шпиндели с вкладышами скольжения.

На рис. 4 показана калибровка валков блюминга. Прокатка слитка производится в первом широком калибре. По мере уменьшения сечения раскат передается в ящичные калибры II, III, IV (см. рис. 4). Если на блюминге прокатывают небольшое количество слябов, то первый калибр выполняют посередине валка для равномерного распределения усилия прокатки на левый и: правый подшипники. Заданную ширину (до 1000 мм) обеспечивают пропуском сляба на ребро через ящичные калибры. За 9–13 пропусков через валки слитки прокатываются в блюмы сечением 300×300—370×370 мм.

Кантовка раскатов перед нечетными пропусками и установка их по длине бочки валка против нужного калибра обеспечиваются крюковым кантователем, встроенным в линейку манипулятора, и манипуляторами, установленными с обеих сторон рабочей клети. Окалина, образовавшаяся на поверхности слитка в процессе нагрева, разрушается при первых пропусках через валки с небольшим обжатием и смывается водой. Под рабочей клетью имеется канал, по которому окалина потоком воды транспортируется в отстойную яму 6 (см. рис. 3). Прокатанные блюмы поступают на машину огневой зачистки 7, установленную после рабочей клети, и транспортным рольгангом передаются на участок ножниц 8.

На ножницах производится обрезь переднего и заднего концов блюма для удаления усадочной раковины и дефектных концевых участков, а также резка блюма на мерные длины. Обрезь при прокатке углеродистой кипящей стали составляет 3–5 %, при прокатке спокойной стали — до 17,5% от массы слитка. Обрезанные части блюмов попадают на конвейер, которым загружаются железнодорожные платформы.

Для исключения пересортицы производится клеймение блюмов и обрези. Зачищенные и обрезанные блюмы по рольгангу 9 поступают для дальнейшей прокатки на непрерывный заготовочный стан. На блюминге 1300 возможна прокатка слябов толщиной 100–200 мм и шириной до 1000 мм. Годовая производительность автоматизированного блюминга 1300 составляет 5,5–6 млн. т слитков. При специализированном листовом производстве в качестве обжимного стана устанавливается слябинг с диаметром валков 1150— 1250 мм. В рабочей клети слябинга предусмотрены вертикальные валки, которые обеспечивают обжатие по ширине. На слябинге прокатывают слитки массой до 30 т в слябы толщиной 150–300 мм и шириной 1000— 1550 мм. Производительность слябинга составляет 6,5 млн. т слитков в год.

Производство заготовок

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов в заготовки сортовых, проволочных и трубопрокатных станов. В зависимости от специализации заготовочные станы прокатывают из блюмов сечением ЗООx300—370×370 мм: крупную сортовую заготовку квадратного сечения от 125×125 до 140×140 мм и блюмы сечением 200×200 мм; сортовую квадратную заготовку сечением от 80×80 до 120×120 мм; круглую заготовку диаметром 75–300 мм для трубопрокатных станов.

На рис. 5 показана схема расположения оборудования непрерывного заготовочного стана (НЗС) 900/700/500.
Блюмы без подогрева поступают на НЗС по рольгангу 1. НЗС состоит из трех групп рабочих клетей.

Номинальный диаметр валков по группам рабочих клетей равен: I — 900 мм, II — 700 мм и III — 500 мм. Перед II к III группами рабочих клетей установлены кантователи 2 и 6. В линии отводящего рольганга 3 установлены ножницы усилием 8 МН для резания заготовок сечением 120×120 мм. После третьей группы рабочих клетей заготовки сечением 60×60—80×80 мм поступают на холодильник 5. Как следует из рассмотренной схемы технологического процесса прокатки заготовки на НЗС 900/700/500, в каждой группе рабочих клетей прокатка осуществляется по принципу непрерывного процесса, и поэтому необходимо добиваться постоянства секундных объемов металла в группах клетей.

При калибровке валков НЗС определяется постоянная калибровки: C=FD_pn(1+S_h), где F — площадь поперечного сечения прокатываемой полосы; D_p — рабочий диаметр валков; n — число оборотов валков; S_h — опережение металлом валков.

Прокатка в непрерывных группах рабочих клетей без подпора или большого натяжения возможна только при равенстве постоянной калибровки всех клетей в каждой группе НЗС. Расстояние между группами рабочих клетей принимается несколько большим, чем длина раската, выходящего из последней клети предыдущей группы НЗС, и добиваться постоянства между группами клетей не требуется.

Регулирование постоянной калибровки осуществляют изменением числа оборотов валков. Гибкая регулировка числа оборотов валков обеспечивается индивидуальным приводом каждой рабочей клети. За последней клетью НЗС установлены летучие ножницы 4, которыми заготовки режутся на мерные длины 8–12 м.

Скорость выхода заготовок из третьей группы НЗС 5–7 м/с. Разрезанные заготовки собираются в пачки на пакетирующем рольганге и передаются на холодильники стана.

После остывания заготовки осматривают, производят удаление дефектов поверхности.

Годовая производительность НЗС 900/700/500 составляет

Производство сортовой стали

На сортовых прокатных станах получают профили круглого сечения диаметром до 220 мм, квадратного сечения со стороной квадрата от 8 до 220 мм, прямоугольного сечения высотой от 4 до 60 мм и шириной от 12 до 350 мм, равнобокие и неравнобокие уголки с шириной полки от 16 до 250 мм, балки и швеллеры высотой до 300 мм, катанку диаметром 5–9 мм. Швеллеры и балки высотой до 600 мм прокатывают на рельсо-балочных станах и на специальных балочных прокатных станах высотой до 1000 мм, шириной полок до 420 мм.

Металл – это опора жизни. Металлургия – важнейшая отрасль промышленности, благодаря которой человечество имеет возможность использовать металл и даже изменять его свойства, производя различные сплавы. Это значит, что благодаря развитию металлургии человечество движется вперед – конструкции становятся прочнее, легче и надежнее.

Металлургия – это отрасль тяжелой промышленности, основной продукцией которой являются сплавы, металлопрокат и различные металлоизделия.

Выплавка металла – горячее производство во всех смыслах. Во-первых, предприятия металлургии перерабатывают колоссальные объемы руды, потребляя огромное количество энергии и топлива. Работа идет непрерывно – тонны металла выходят из печей и продукция с прокатных станов исчисляется миллионами. Только за 2010 год в мире было произведено 1414 млн. тонн стали. Во-вторых, металл не так-то просто поддается обработке. Изменение его свойств, состава происходит под воздействием очень высоких температур.

Отрасль включает в себя другие, связанные с ней производства – добывающие и обогатительные предприятия, коксовые предприятия. Металлургия делится на два направления по видам получаемых и обрабатываемых металлов – черная металлургия и цветная металлургия. Черная металлургия занимается производством сплавов и изделий на основе железа. Иногда к черным металлам также относят марганец и хром. Специфика цветной металлургии – выплавка сплавов и производство изделий из цветных металлов. В их число входят все металлы за исключением железа и его сплавов.

Технология производства металлов непростая и состоит из нескольких технологических этапов.

1. Добыча и подготовка сырья к переработке (обогащение, агломерирование, получение концентратов)

Обогащение руды – это процесс переработки руд для получения концентрата. Методы обогащения руд предусматривают дробление минералов. В дальнейшем происходит сепарация полезных элементов и пустой породы. Концентрат используется для производства металлов.

Передел – переработка сырья с целью получения полуфабриката для дальнейшей переработки. В результате этого процесса изменяются химический состав материала, физические и механические свойства и агрегатное состояние. Передел в металлургии – стадия получения или переработки металла. К основным видам металлургического передела относятся плавка и разливка металла, обжатие и прокатное, трубное и метизное производства.

3. Утилизация или переработка отходов основного производства. Вовлечение отвалов и шлаков в производство другой продукции и извлечение металлов.

Отвалы и шламохранилища отнимают городские и сельскохозяйственные земли, создают серьезную экологическую нагрузку. В техногенных образованиях Уральского региона, например, содержатся до 43 млн. тонн меди, 2 млн. тонн цинка, 12 млн. тонн железа, а также другие цветные, редкоземельные и благородные металлы. Около 60-70% отходов, накопленных на горнодобывающих предприятиях Урала, по мнению специалистов, можно использовать для производства металла, строительных материалов, цемента, сельскохозяйственных удобрений и другой продукции

Железо в природе находится в руде в виде оксидов Fe₃O₄, Fe₂O₃, гидроксида Fe₂O₃ х Н₂О, карбонатов FeСO₃ и других. Поэтому первая стадия получения железосодержащих сплавов – высвобождение железа из руды в доменной печи, выплавка чугуна под воздействием температуры свыше 1000 градусов. Свойства получаемого чугуна можно изменять в ходе выплавки в доменной печи, что и делают металлурги. Так, для дальнейшей переработки готового сплава и изготовления стали получают передельный чугун. Для получения отливок выплавляется литейный чугун.

Дальнейший путь передельного чугуна – выплавка стали. Сталь – сплав железа с углеродом и легирующими элементами. Она прочнее чугуна и более пригодна для строительных конструкций и деталей машин. Выплавка происходит в печах, где металл находится в жидком состоянии. Методов получения стали несколько, среди них – кислородно-конверторный, мартеновский, электроплавильный. Каждый метод использует различное оборудование – мартеновские печи, индукционные печи, дуговые печи, конвертеры.

Сегодня существует большое количество марок стали с различным легирующими элементами. Легирование – изменение состава сплавов путем введения определенных концентраций дополнительных элементов. Таким образом, изменяется состав и свойства сплава. Основные легирующие элементы для стали – это хром (Cr), никель(Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), ванадий (V), бор (B), вольфрам (W), титан (Ti), алюминий (Al), медь (Cu), ниобий (Nb), кобальт (Co).

Кроме того, есть и принципиально иной способ производства сплавов на основе черных (и цветных) металлов – он используется в порошковой металлургии. Принцип следующий: порошки металла с размерами частиц от 0,1 мкм до 0,5 мм сначала спрессовывают, а затем спекают.

Цветная металлургия. Особенности производства

Производственный цикл цветной металлургии включает обогащение руд, выплавку металла (некоторые виды металла требуют еще рафинирования), затем передел и металлопрокат.

Руда цветных металлов содержит очень большое количество различных элементов, содержание полезных компонентов в ней низкое. Поэтому обработка руды более сложная и отличается от обработки руды черных металлов. Из одной тонны руды в среднем выплавляется одна тонна металла. Большое количество побочных продуктов, отходов, которые остаются после процесса извлечения металла, нуждаются в утилизации или переработке. Именно поэтому цветная металлургия часто связана с химической промышленностью – для переработки отходов строятся сопутствующие предприятия.

Цветная металлургия делится на две подотрасли: металлургия легких и тяжелых металлов. Деление обусловлено свойствами обрабатываемых металлов. Обычно для классификации используют такие физические свойства металлов, как атомный вес и плотность. К тяжелым металлам по этой классификации относят: медь, цинк, никель, свинец. К легким: титан, алюминий, магний. Производство двух групп металлов отличается: для выплавки легких металлов требуется большее количество энергии.

Также существует понятие «редкоземельные металлы» (РЗМ). К ним принадлежат иттрий, церий, диспрозий, лантан, неодим, празеодим, самарий, тербий, эрбий. Элементы получили свое название до разведки запасов, тогда считалось, что в земной коре их крайне мало. На самом деле, они не такие уж и редкие: суммарная распространенность этих элементов больше, чем, например, свинца. Однако промышленное производство изделий из РЗМ осложнено тем, что элементы труднодоступны и дефицитны. Используются они только в современных высокотехнологичных продуктах и в небольшом количестве.

Продукция цветной металлургии – лигатуры, профили, прокат, концентраты. Детали из цветных металлов применяются в авиастроении, ракетостроении, атомной и химической промышленности.

Именно на этой стадии производятся полуфабрикаты для продажи и изготовления конечной продукции.

Прокатка – это следующая стадия металлургического цикла после выплавки и получения металла.

Металлопрокат – это металлическая заготовка, изделие, прошедшее обработку на прокатном стане.

Прокатная машина представляет собой несколько валков, которые вращаются в разные стороны. Между ними зажат металл. В процессе давления и трения исходная заготовка деформируется, меняя длину и ширину.

Прокат возможен с изменением температуры заготовки или без – холодный и горячий. Холодный прокат используется, когда пластичность металла позволяет изменять формы и размеры заготовки без нагрева. При этом способе кристаллическая решетка металла не деформируется. Второй способ подразумевает нагрев заготовки, используется обычно для листов и продукции простых сечений – балок, швеллеров и так далее.

Процесс прокатки может быть не последним этапом в цикле металлургического производства. Например, прокат в черной металлургии считается третьим переделом, но возможен также четвертый передел – дополнительная обработка полуфабриката для улучшения его свойств. В том числе, нанесение защитного покрытия.

Рассмотрим основные виды продукции черного металлопроката.

1. Сортовой прокат. Круг, квадрат, полоса, арматура, шестигранник.

4. Фасонный прокат. Балка, швеллер, уголок.

Рынок вторичного сырья

Большое значение имеет рынок вторсырья цветных и черных металлов. К сожалению, металлорудные ресурсы невозобновляемы, и с каждым годом их становится все меньше. Учитывая огромные потребности строительного комплекса в черном металлопрокате, потребности авиастроения, машиностроения, электротехнического производства и других отраслей промышленности, нужно совершенствовать переработку отслуживших деталей и агрегатов. Хотя уже сегодня сталь из вторчермета не уступает по качеству стали, выплавленной из руды. А рынок металлолома растет и становится более упорядоченным. Переработкой занимаются как крупные, так и мелкие компании. Но требования времени и здесь очевидны: совершенствование технологий переработки и разделения металлолома.

В России металлургические базы исторически формировались в местах залежей полезных ископаемых. Сегодня успешно действуют две металлургические базы вблизи источников сырья – Уральская и Центральная. Уральская база – это градообразующие предприятия Магнитогорска, Нижнего Тагила, Челябинска . Крупные заводы полного цикла расположены в городах Череповец, Липецк, Тула, Старый Оскол . Металлургия – крайне энерго-и ресурсозатратное производство. Поэтому многие металлургические предприятия расположены в районах с дешевой электроэнергией – вблизи топливно-энергетических ресурсов (формирующиеся Сибирская и Дальневосточная базы). Сибирская металлургия базируется в городе Новокузнецке. Передельные заводы — в Новосибирске, Петровске-Забайкальском, Гурьевске, Красноярске, Комсомольске-на-Амуре.

Особенностью российской металлургии является монополизация и концентрация производства. Сегодня в стране действует несколько металлургических гигантов, обеспечивающих выпуск большей части всей продукции. Это вертикально-интегрированные холдинги. В черной металлургии широко распространены предприятия полного цикла: на таких заводах выпускается чугун, сталь и прокат.

Существуют и предприятия неполного цикла, их называют передельной металлургией. Такие производства не вырабатывают чугун, или минуют несколько первых стадий металлургического цикла, производя только прокат из заготовок или вторсырья. Часто такие центры обслуживают машиностроительные предприятия, которым металлопрокат и сталь требуется в огромном количестве.

Историческая справка. Начало металлургической промышленности в России связано с именем Петра Первого. В местах залежей руды были созданы горнозаводские округа, на крупных реках началось строительство заводов. Первые заводы были пущены в первом десятилетии 18 века – 1700-1701 годы – (Каменский и Невьянский).

Металлургическая промышленность в экономике. Проблемы и перспективы отрасли

Металлургия для России – крайне важная отрасль. Доля металлургии в промышленном производстве страны составляет сейчас 17%, в то время как ее доля в основных фондах промышленности — 11%, а в численности персонала — 9%. Большинство металлургических предприятий являются градообразующими и обеспечивают занятость сотням тысяч людей. Значительную долю — 16% металлургия составляет в российском экспорте.

В продукции металлургического комплекса России заинтересованы и другие страны. Россия является одним из крупнейших экспортеров металлических сплавов и металлопроката. В мировом рейтинге по экспорту стали она занимает четвертое место, уступая по объемам США, Японии и Китаю. Объем экспорта черной металлургии в 2010 году – 27,2 млн. тонн.

Страна также находится в числе лидеров по производству таких цветных металлов, как алюминий, медь, никель. Экспорт меди в 2010 году – около 500 тыс. тонн, экспорт никеля – 245 тыс. т., алюминия – 3,5 млн. т.

При этом на экспорт уходят в основном полуфабрикаты, заготовки и сплавы. Это означает, что экспорт носит сырьевой характер, товаров с большой добавочной стоимостью очень мало. Теряется потенциальная добавочная стоимость. Для этого есть, по крайней мере, две причины. Первая – искусственное ограничение. Внутренние меры других государств фактически ограничивают поставки высокотехнологичного оборудовании и продукции, оставляя при этом возможности для поставок сырья. Вторая – российские металлургические предприятия практически не выпускают высокотехнологичные инновационные продукты, единицы обращают внимание на глубокий передел, получая прибыли с первичных переделов.

В 2010 году инвестиции были направлены на добывающий сектор – стоимость сырья увеличивается, потому для компаний выгодно вкладывать в добычу. Такая ситуация, по мнению экспертов РИА-аналитика, ни в коей мере не способствует развитию более технологичных отраслей, это просто невыгодно компаниям. Продолжается эксплуатация ресурсов, не подкрепленная новыми технологичными производствами. Глубокий передел оказывается без внимания инвесторов. В других странах-экспортерах ситуация иная: развиваются предприятия высокого передела и инвестиции направлены именно на производство.

Отставание от мировых производителей видно и на первых стадиях металлургического производства: многие страны уже отказались от мартеновских процессов, заменив их на более энергоемкие – конвертерные. В России этот способ все еще используется.

Между тем, аналитики ожидают дальнейшего роста производства и прибылей в металлургии. Связано это с развитием отраслей-потребителей.

По данным на начало 2011 года обзора РИА-аналитика, из всех видов металлургической продукции наиболее динамично развивается в последние годы производство стальных труб. Повлияло на небывалый всплеск производства в 2010 году строительство магистральных нефте- и газопроводов.

Благодаря оживлению машиностроения и строительного комплекса наметились новые тенденции на внутреннем рынке: увеличение спроса. Это касается и черной, и цветной металлургии, которая работала преимущественно на экспорт. Прослеживается рост спроса на листовой и сортовой прокат.

Основные потребители

Основными потребителями продукции металлургических предприятий является строительная отрасль, машиностроение и металлообработка. Зависимость от этих рынков диктует повышение и понижение спроса на продукцию металлургов. Как только отечественное машиностроение начнет производство высокотехнологичной продукции, изменится и продукция металлургии .

На правах рекламы

Добавлено 18.11.2011; просмотров: 57728