ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИИ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Мэгуми Хаясибара (30.03.1967, Токио–) – одна из самых известных японских озвучивающих актрис (сэйю). ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИИ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Металлургия - наука о промышленных способах получения металлов и металлических сплавов - одна из древнейших отраслей знаний. История материальной культуры человечества неразрывно связана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям металлическим явился важнейшим достижением человечества, вызвавшим бурный рост производительных сил. Около 7÷6 тыс.лет до н.э. человек впервые начал использовать самородные металлы: золото, серебро, медь. В 5-4 тысячелетиях до н.э. началась выплавка из руд меди, олова, свинца. Наступил медный век - медные орудия труда и оружие постепенно вытесняли каменные изделия. Примерно в 3-2 тысячелетиях до н.э. началось применение бронзы- сплава меди с оловом, значительно более твердого и прочного, чем известные другие металлы. Бронзовый век - дальнейший важнейший этап в развитии материальной культуры. Железо сначала, вероятно, метеоритное, а затем и восстанавливаемое из руд, было известно очень давно. Так, например, о чугуне имеются указания в трудах Аристотеля 4 в до н.э. Все более широкое применение железа, а затем стали - его сплава с углеродом- в конце 2-го начале 1-го тысячелетия до н.э. открывает железный век. В отдаленные времена было известно лишь несколько металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть и сурьма. По мере развития культуры число используемых металлов увеличивалось. К концу ХУНТ в. оно составляло около 20, а к концу XIX в. достигло 50. В настоящее время известно____элементов Периодической системы Д.И. Менделеева свыше 75% составляют металлы. Исторически сложилась промышленная классификация металлов на двеосновные группы: · черные и · цветные. К черным металлам относятся железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы), а также марганец и хром. Все остальные металлы объединены в общую группу цветных, которая в свод очередь подразделяется на: · легкие (алюминий, магний, титан и др), · тяжелые (медь, никель, свинец, цинк, олово), · малые цветные металлы (кобальт, кадмий, молибден, вольфрам, сурьма, ртуть, висмут), · благородные (золото, серебро, платина, платиноиды), · редкие, · радиоактивные металлы. В начальной стадии развития металлургии чугуна не производили. Металлические изделия изготавливали из железа, которое получали в сыродутных горнах в тестообразном состоянии. Горн выкладывали из камней и внутри обмазывали глиной. В нижней части горна устраивали отверстия для подачи воздуха. В горн загружали куски руды, древесный уголь в нижнюю часть горна через отверстия, мехами подавали воздух. Древесный уголь, сгорая, развивал температуру до 1000 оС, при этом окислы руд взаимодействовали с окисью углерода, твердым углеродом топлива и восстанавливались до железа. Частички восстановленного железа сваривались между собой, образуя крицу, которую извлекали из горна и проковывали. Кроме железа, получались шлаки, богатые окислами железа. Железо получалось неоднородного состава с наличием большого количества окислов. Требовался большой расход топлива, производительность горна была низкой. Производительность горнов повыщалась за счет увеличения их высоты, таким образом, появились так называемые домницы, В них в верхних зонах температура понижалась, большая часть окислов железа восстанавливалась до металлического состояния раньше, чем начиналось шлакообразование. Резко сокращалось количество железистого шлака, присутствие которого препятствовало значительному науглераживанию железа в сыродутных горнах. Железо в печи науглераживалось, плавилось при более низких температурах и выпускалось из печи в жидком виде. Такой металл называли чугуном. В начале полученный чугун не умели применять, так как он не поддавался ковке, затем использовали его способность плавиться при более низкой температуре, чем железо и стали изготовлять несложные отливки. Позднее, из такого чугуна начали получать ковкое железо в кричных горнах. В кричный горн загружали древесный уголь, куски чугуна, железистый шлак и подавали воздух. После того как уголь разгорался, находящиеся в чугуне кремний, марганец и углерод окислялись избыточным кислородом воздуха и окислами железистого шлака, а железо сплавлялось в виде крицы, которую извлекали из горна и ковали. В результате создания двойного процесса производительность железоделательного производства на заводах повышалась. Передел чугуна в кричных горнах давал возможность получить малоуглеродистое железо более высокого качества, чем сыродутное железо. Экономически целесообразным оказалось сначала выплавлять из руд чугун, а затем перерабатывать его на ковкое железо. Таким образом, возник двухстадийный процесс получения железа, сохранивший свое значение до настоящего времени. Дополнительно повышение выпуска чугуна в домницах способствовало перевод воздуходувных мехов на движение водой. На Руси было построено большое количество домниц в районах Новгорода, Тулы, Каширы, Серпухова, Костромы, Вычегды и Приуралья. Позднее домница была реконструирована в печь для выплавки чугуна. Реконструкция заключалась в уменьшении поперечных размеров горна и увеличении высоты. Таким образом, домница превратилась в доменную печь. Возникновение доменного производства относится к середине Х1У в (1340 г.) 3 период ХУ и XУ в. доменное производство развивалось медленно. Горючим служил древесный уголь. Начиная с конца ХУ1 в. Россия вырабатывала и поставляла на мировой рынок большое количество металла. Особенно развивалась металлургия на Урале. В 1870 г. было выплавлено 150000 пудов чугуна, а в 1900 г. 9971000 пудов. Значительное количество металла Россия продавала за границу. В Англию было вывезено железа в 1716 г. 2200 пудов, в 1782 г. 200000 пудов, в 1786 г. I737840 пудов и в 1793 г. 2199720 пудов. К концу ХVIII в. в России были построены самые крупные доменные печи в мире. Исключительная заслуга в развитии металлургии принадлежит М.В. Ломоносову, который впервые написал учебник "Первые основания металлургии и рудных дел". М.В. Ломоносов на много лет опередил иностранных ученых в создании теории о движении газов в печах и рудниках. Основы теории М.В. Ломоносова о движении газов по сей день остаются незыблемыми. Наиболее важные усовершенствования в металлургии чугуна и стали (роизошли в период с ХIII о XIX вв.): · замена древесного угля коксом (1735 г.). · применение паровых воздуходувных машин (конец ХУШ в.), · применение нагрева дутья (1828 г.) · переход к закрытому колошнику (1832 г.) произвели коренные и принципиальные изменения в доменном процессе. В 1735 г. для доменной плавки стали применять минеральное топливо. К концу ХУШ в. в Англии были переведены на кокс все доменные печи. В США в течение нескольких десятилетий XIX в. большинство печей работало на антраците. В англии в конце ХУШ в. были введены первые машины для подачи дутья в доменные печи. Это позволило повысить производительность доменных печей с 0,8 - 1,6 т, до 15 т. в сутки. Производительность доменных печей уральских заводов составляла в то время 10-14 т. в сутки. В 1828 г. было введено новое усовершенствование доменного процесса - подача в доменную печь горячего дутья. Внедрение горячего дутья особенно оказалось выгодным, когда стали применять для нагрева воздуха (1832 г.) доменный газ, который раньше выбрасывался в атмосферу. В дальнейшем прогресс доменного процесса шел в направлении увеличения объема печей, перехода к более рациональному профилю, совершенствования конструкции доменных печей, механизации и автоматизации процесса. Коренные усовершенствования произошли и в переделе чугуна на железо и сталь. В 18Ьб г. Генри Бессемером был предложен высокопроизводительный способ передела жидкого чугуна в сталь путем продувки его воздухом в конвертере. В 1864 г. отец и сын Мартены разработали способ производства литой стали, получивший название мартеновского процесса в регенеративной отражательной печи. Этот способ решил проблему переработки стального лома. Такии образом, в связи с совершенствованием доменного процесса, появлением конверторного и Сименс- Мартеновского производства стали, для ко торых требовалось большое количество чугуна, была повышена производительность доменных печей до 65 т. в сутки. К концу XIX в. она достигала до 400-500 тонн в сутки. По среднесуточной производительности русские доменные печи в 1913 г. занимали первое местро в Европе, их объем равнялся 500 - 700 м3. Огромный вклад в развитие доменного производства внесен трудом русских ученых и производственников, таких, как академики М.А. Павлов, М.К. Курако и др. М.А. Павлов обобщил имевшийся к тому времени опыт в развитии профилей доменных печей и разработал метод расчета доменных печей; изучил влияние различных факторов на ход доменной плавки. Он является создателем русской школы металлургов по доменному производству. М.К. Курако в 1903 г. построил на Краматорском заводе доменную печь, в которой была возможность накопить значительное количество чугуна (). Устройство нижней части доменной печи, разработанной М.К. Курако, стало почти стандартным для больших доменных печей, В царской России наибольшее количество чугуна было выплавлено в 1913 г. - 4,2 млн. тонн. В период империалистической войны 1914~1918гг. и интервенции иностранных государств металлургическая проиышленность России была почти полностью разрушена. В 1920 г. было выплавлено только 0,115 млн. тонн чугуна. Успехи первых лет восстановления народного хозяйства дали возможность уже в 1928 г. достигнуть уровня производства чугуна (4,3 млн. т.) 1913 г. В 1934 г. в связи с созданием второй металлургической базы на Востоке по выпуску чугуна СССР стал занимать второе место в мире. Перед началом второй мировой войны в 1940 г. в СССР было выплавлено 15 млн. т. чугуна. Во время второй мировой войны фашисты разрушили металлургическую промышленность на Юге СССР, но несмотря на это, выпуск чугуна все время увеличивался и в 1950 г. составил 19,5 млн.т. По производству стали в СССР в период с 1913 по 1985 гг имеются следующие данные: · 1913 г. -4,2 млн. тонн. · 1920 г. - 0,2 млн. тонн · 1928 г. -4,2 млн. тонн · 1933 г. - 5,9 млн. тонн · 1937 г. - 17,7 млн. тонн · 1940 г. - 18,3 млн. тонн · 1945 г. - 12,3 млн. тонн · 1950 г. - 27,6 млн. тонн · 1960 г. - 65,3 млн. тонн · 1970 г. - 116,0 млн. тонн · 1980 г. - 148,0 млн. тонн · 1985 г. - 155,0млн. тонн
|
