УРОК № 26. ЗНАЧЕННЯ МЕТАЛУРГІЇ В ГОСПОДАРСТВІ.

ПРЕЗЕНТАЦІЯ "ЗНАЧЕННЯ МЕТАЛУРГІЇ"

ОІС МЕТАЛУРГІЯ

 Значення металургійного виробництва в господарстві

   Металургія є од­ним з найстаріших виробництв у світі. Перші свідчення про виробництво людьми металу було знайдено під час розкопок у різних країнах Європи та Близького Сходу. Давні народи спершу використовували лише самородки металів: срібла, міді, олова, метеоритне залізо. З них виробляли знаряддя праці та зброю. Однак початком справжньої металургії вважають час, коли люди навчилися добувати метали з гірської породи. Тоді з мідних та олов’я­них руд, стопивши два метали, одержали перший сплав – бронзу. Значно пізніше почали видобувати залізо з руди. Особливо швидкими темпами ме­талургія стала розвиватися з початком промислових переворотів ХVІІІ ст. Зріс обсяг виробництва металів, вдосконалювалися способи їх добування, підвищувалася якість. Сучасна металургія добуває понад 75 металів і чис­ленні сплави на їх основі.

      Отже, металургія – система виробництв важкої промисловості, що пов’язані з добуванням металів із руд або металовмісних речовин, а також сплавів з наданням їм необхідних властивостей.

   Метали у сучасному світі залишаються важливим матеріалом для ви­робництва різноманітних інструментів, машин та обладнання. Також зро­стає використання металів та їх сплавів у будівництві: залізна арматура, залізобетонні конструкції, металопластикові вікна. З високоякісної сталі та сплавів кольорових металів виготовляють столові прибори. Благородні метали використовують у ювелірній справі.

    У ХVІІІ–ХХ ст. найбільше застосовувалися сплави заліза – чавун і сталь. Нині металомісткість виробництва зменшується, тому ці матеріа­ли поступово втрачають своє колишнє значення. У зв’язку з розвитком електротехніки, електроніки, робототехніки у сучасну епоху зростає роль кольорових та рідкісноземельних металів, високотехнологічних матеріалів, таких як сплави, леговані й композитні матеріали з металевими матриця­ми. В авіакосмічній, автомобільній, радіотехнічній, авіаційній, харчовій промисловості, медицині усе частіше використовується металокераміка.

       Структура металургійного виробництва

    Метали трапляються в природі у вільному стані як самородні достатньо рідко. Такими є золото, платина, іноді срібло, мідь, ртуть, олово. Інші метали у земній корі залягають у ви­гляді хімічних сполук. Отже, сутність металургійного виробництва полягає у переплавці цих сполук на чисті метали.

   Металургія складається з низки послідовних зв’язаних між собою ста­дій виробничого процесу, починаючи від видобутку сировини і закінчуючи випуском готової продукції – виро­бів з чорних або кольорових мета­лів та їх сплавів. Металургія скла­дається з трьох взаємопов’язаних виробництв: гірничодобувної про­мисловості, чорної металургії та ко­льорової металургії.

Чорна металургія. Комбінування у чорній металургії

   Сполуки заліза залишаються важливими матеріалами, що використовують у сучасному господарстві. Чисте залізо м’яке і тому придатне лише для виготовлення прикрас. Те, що ми називаємо залізом, насправді – його сплави з різним вмістом вуглецю – чавун та сталь. Чавун важкий, добре про­водить тепло, тому з нього виготовлять батареї опалення, ванни, пательні, а також верстати, деталі для двигунів, сільгоспмашин тощо. Але через високий уміст вуглецю чавун крихкий і розтріскується від удару. Через те частину чавуну переплавляють на різні сорти сталі.

   Чорна металургія – складний комплекс вироб­ництв. Провідна роль у ньому належить послідовній металургійній переробці: збагачена залізна руда -  чавун - сталь - прокат. Прокат – кінцева продук­ція металургії, яку одержують на прокатних станах шляхом обробки металу тиском. Так надають йому різної форми. Існує прокат листовий (листи та ру­лони), сортовий (наприклад, кола, квадрати, кути, балки, залізничні рейки), трубний (труби різного діа­метра) та спеціальний або фасонний (колеса, кулі, сталеві канати тощо). Оскільки зазначені послідовні виробництва поєднано у межах одного підприємства, його називають металургійним комбінатом. Пара­лельно з металургійною переробкою розвивається ряд інших виробництв, які забезпечують основний технологічний процес: коксування вугілля (для одер­жання високоякісного вуглецевого палива – коксу), виробництво вогнетривких матеріалів (для обкладан­ня печей та форм для розливу металу), флюсів (для очищення металу від шкідливих домішок), фероспла­вів тощо.

  Чорна металургія нині комбінується з під­приємствами й іншого профілю, які використовують її кінцеву продукцію або відходи для власного вироб­ництва. Так, типовими супутниками металургії стали теплова енергетика, металомістке машинобудування, хімічна та цементна промисловість. Для чорної металургії також є характерним високий рівень концентрації виробництва, який зумовлений застосуванням обладнання великої по­ тужності. У ряді країн понад 3/4 чавуну та 2/3 сталі дають величезні металур­гійні комбінати.

      Чинники розміщення чорної металургії

    Чорна металургія – дуже ма­теріаломістке виробництво, яке потребує різної сировини. На виготовлення 1 т чавуну витрачається не менш ніж 1,5 т залізної руди, 1,2–1,5 т коксів­ного вугілля, понад 0,5 т флюсових вапняків, 150 кг вогнетривкої глини і до 30 м3 води. Для одержання високоякісної сталі з певними властивостя­ми також потрібні легуючі метали: марганець, хром, молібден, нікель, ко­бальт, ванадій та інші. Оскільки у чорній металургії на сировину й паливо припадає приблизно 85–90 % витрат, у минулому єдиним чинником розмі­щення металургійних комбінатів був сировинний. Найвдалішим вважало­ся територіальне поєднання покладів залізної руди та коксівного вугілля. Протягом тривалого часу більшість центрів чорної металургії формувалась у межах вугільних басейнів Європи, США, Росії. В інших місцях складалися металургійні райони біля потужних родовищ залізних руд. Сировину, якої бракувало, довозили.

  У наш час завдяки новим більш прогресивним технологіям плавлення сталі матеріаломісткість виробництва у ряді країн знижується. До того ж у високорозвинутих країнах виснажуються власні ресурси. Усе це привело доспорудження нових комбінатів з орієнтуванням на транспортний чинник, найчастіше – водний транспорт. «Припортова» чорна металургія склалася в тих країнах, які або забезпечені недостатньо власною сировиною, або зо­ рієнтовані на експорт чавуну та сталі на світовий ринок.

    Сучасні технології виробництва чавуну і сталі

   На початку ХХІ ст. близько 80% сталі виплавляється на підприємствах з повним металургійним циклом, що складається з послідовних стадій: виплавляння чавуну в доменній печі, сталеплавильного та прокатного виробництва. Існує також бездоменна металургія, яка дає змогу одержувати високоя­кісну сталь, обминаючи стадію доменного виробництва. При цьому зникає необхідність у ряді виробництв, що здешевлює кінцеву продукцію й сприяє зменшенню шкідливих викидів у атмосферу. Зростає роль переробної металургії, яка плавить вторинні метали з металобрухту. Такі підприємства наближені до споживача металу.

    Унаслідок науково-технічного прогресу удосконалилися технології ви­плавлення сталі. У попередні століття домінував старий мартенівський спосіб, який потребував багато коксового палива, а процес тривав 5–12 год. Нині за такою ж застарілою й неекологічною технологією виплавляють лише близько 7% сталі у світі. Україна майже повністю відмовилася від по­дібної технології. Серед провідних країн світу в наш час домінує конвертерний тип виробництва, що дає понад половину сталі. Замість коксу конвертер продувають киснем, який підтримує ви­соку температуру плавлення, що триває усього 35–60 хв. Найбільш прогресивним є електродуговий спосіб, за якого плав­лення відбувається за рахунок електро­енергії. Ця передова технологія, яка нині дає 41% сталі, уможливлює без шкоди для довкілля швидке виплавляння високоякісної сталі. У 2012 р. у місті Дніпрі був уведений у експлуатацію сучасний електросталеплавиль­ний завод, що належить компанії «Інтерпайп».

         Кольорова металургія: технології виробництва

   З розвитком наукоміст­кого виробництва кольорові метали набувають особливого значення. Нині у господарстві найбільше використовують мідь та алюміній. Часто кольо­рові метали застосовують у сплавах. Найбільш вживані сплави міді: брон­за (спав міді з оловом), латунь (міді з цинком), мельхіор (міді з нікелем), дюралюміній (міді з алюмінієм). Видобутком та збагаченням руд кольоро­ вих металів, а також їх переплавленням у метали та сплави займається кольорова металургія.

       Виробничий цикл кольорових металів у цілому подібний до чорної мета­лургії. Металургійна переробка включає такі послідовні стадії: збагачення руди - плавлення чорнового металу - рафінування (очищення) - прокат. Оскільки концентрація кольорових металів у гірських породах незначна, їх виробництво є матеріаломістким. Рафінування металу потребує значних витрат електроенергії. Тому поєднання чинників сировини та енергії особ­ливо сприятливе для розміщення підприємств кольорової металургії.

ВИРОБНИЦТВО КОЛЬОРОВИХ МЕТАЛІВ                    ВИРОБНИЦТВО АЛЮМІНІЮ

     Чинники розміщення кольорової металургії

 За фізичними властивостями та технологією добування виокремлюють металургію важких (мідь, нікель, свинець, цинк, олово, ртуть) та легких (алюміній, титан, магній) металів.

    Виробництво важких металів потребує великої кількості сировини та відносно незначних витрат електроенергії. Через низький вміст корисної речовини у рудах цих металів перевозити велику кількість руди на значні відстані від родовищ нерентабельно. Наприклад, на 1 т олова потрібно 300 т руди, міді – 20–150 т, цинку – 20–50 т. Тому центри виплавлення важких металів поєднуються з родовищами видобутку сировини. Такі метали часто виплавляють у країнах, що розвиваються.

   Для добування легких металів потрібно занадто багато електроенер­гії під час рафінування. Зокрема, для виплавлення 1 т титану витрача­ ється 30–60 тис. кВт · год електроенергії, магнію – 18–22 тис. кВт · год. Тому руди легких металів видобувають в одних місцях, а підприємства з їх переплавлення споруджені в інших – біля електростанцій. Легкі метали плавлять переважно високорозвинуті країни, де генерується велика кіль­кість електроенергії.

  Металургія алюмінію має певні особливості у своєму розміщенні. У земній корі алюміній – найпоширеніший метал, проте промислова кон­центрація його у породі трапляється рідко. Тому спочатку із бокситів (най­більш якісної алюмінієвої руди) вилучають глинозем, на виробництво якого витрачається 4–8 т руди, 6 т вапняків та 0,5 т соди. Це виробництво набли­жене до сировини. Потім з глинозему плавлять металевий алюміній. Ця стадія вимагає значних витрат електроенергії – 17 тис.кВт·год. Тому най­частіше бувають територіально роз’єднані дві стадії алюмінієвої промисло­вості: виробництво глинозему тяжіє до сировини, а виплавлення металево­ го алюмінію – до електростанцій.

       Екологічні проблеми металургії

    Металургія належить до найбільш неекологічних виробництв. Кожна стадія переробки сировини негативно впливає на довкілля. Під час видобутку руд відкритим способом утворю­ються кар’єри, які знищують природні екосистеми. Часто вони призводять до зниження рівня підземних вод. Зба­гачення руд супроводжується нагро­мадженням на земній поверхні великої кількості пустої породи. Під час роботи металургійних підприємств у повітря потрапляє велика кількість отруйних речовин, зокрема сполуки Нітрогену (гази рудого кольору, так звані лися­ чі хвости) та Сульфуру. Внаслідок їх взаємодії з водяною парою випадають кислотні дощі. Відходи виробництв та­кож забруднюють водойми та ґрунти.

   Головним шляхом розв’язування екологічних проблем металургії є впровадження нових технологій плавлення металу, що дає змогу зменшити викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище. Комплексне вико­ристання сировини уможливить використовування відходів металургії як сировини для інших виробництв. Наприклад, коксовий газ – для синтезу азотних добрив, шлаки доменного виробництва – для цементної промисло­ вості, сполуки Сульфуру – для синтезу сульфатної кислоти.