Тема 10. Металургійна промисловість

1. Продукція металургії.

2. Склад металургійного комплексу України.

3. Сировинна база металургії України.

Металургією називають галузі науки і промисловості, які охоплюють процеси отримання металів та сплавів, зміни їх хімічного складу, структури і властивостей, надання їм певної форми.

Перші історичні згадки про металургію отримання бронзи належать до ІІІ – ІІ тис. до н. е. чавуну набула свого розвитку починаючи з ХІІІ ст. н. е., сталі – ХІХ ст., а алюмінієвих та магнієвих сплавів – лише в середині ХХ ст.

1. Продукція металургії.

Металургійна галузь – основний виробник конструкційних матеріалів (металів, сплавів, композитних матеріалів), металопродукції. До її складу входять виробництва чорної, кольорової та порошкової металургії.

Україна належить до країн Європи і світу з найбільш розвиненою металургією. Навіть в умовах економічної кризи вона поступається за показниками виробництва металів і сплавів в Європі тільки Німеччині. На металургію припадає близько 25 % вартості продукції основних галузей промисловості країни.

Продукція галузі займає провідне місце у зовнішній торгівлі України. Вона забезпечує близько 50 % всіх валютних надходжень від експорту.

Продукцією металургії є:

• Збагачена рудна і нерудна сировина;

• Продукція коксохімічного (кокс) і вогнетривкого виробництва;

• Чорні метали та сплави на їх основі;

• Кольорові метали та сплави на їх основі;

• Прокат чорних та кольорових металів;

• Деякі види металевих виробів (металоконструкції).

Кокс – паливо та відновник у виробництві чавуну (90 – 98 % С), що виробляють з коксівного вугілля.

Прокат – балки, рейки, труби, штаби (полоси), листи.

Основна продукція металургійної промисловості – метали та сплави на їх основі. Вони є найпоширенішими з поміж конструкційних матеріалів сучасної індустрії.

Металами називають речовини, загальними спільними властивостями яких є «металевий» блиск, пластичність, електро- й теплопровідність, що зумовлено наявністю в їх кришталевій решітці великої кількості рухомих електронів провідності, не зв’язаних з атомними ядрами.

Металами є 85 із 110 відомих на сьогодні хімічних елементів.

Метали в техніці прийнято поділяти на чорні (залізо) і кольорові (всі інші).

Кольорові метали за фізичними, хімічними властивостями та характером залягання в земній корі поділяють на:

• Важкі (кобальт, нікель, мідь, цинк, кадмій, ртуть, свинець);

• Легкі (літій, берилій, алюміній, титан, натрій, калій);

• Благородні (золото, срібло, платина);

• Важко плавкі (ванадій, хром, молібден, вольфрам, ніобій);

• Рідкісноземельні (ітрій, скандій і всі лантаноїди);

• Радіоактивні (уран, радій, плутоній, полоній).

Сплави на основі металів – металічні однорідні системи, які отримують сплавленням металів з металами, неметалами, оксидами, органічними сполуками та іншими компонентами.

Отримання сплавів дає змогу утворювати необмежену кількість конструкційних матеріалів різних по структурі та властивостям. Найпоширеніші сплави на основі заліза (чавуни та сталі), алюмінію (дуралюміни і сілуміни), міді (бронзи і латуні), титану, нікелю, свинцю, олова.

Сплави, як метали, поділяють на чорні (на основі заліза) та кольорові (всі інші). За властивостями їх поділяють на:

• Важкі (на основі свинцЮ, олова);

• Легкі (на основі берилію, алюмінію);

• Легкоплавкі (на основі натрію, калію);

• Важко плавкі (на основі ванадію, хрому, молібдену, вольфраму);

• Жаростійкі, що витримують нагрівання до високих температур без навантаження;

• Жароміцні, теж з навантаженням;

• Магнітні – мають магнітні властивості;

• Немагнітні.

Основними властивостями металів і сплавів, що визначають їх застосування та якість, є фізичні, хімічні, механічні і технологічні.

До основних фізичних властивостей належать:

• Щільність (маса одиниці об’єму);

• Температура плавлення;

• Теплопровідність;

• Електропровідність;

• Магнітні властивості;

• Розширення при нагріванні, стискання при охолодженні.

До основних хімічних властивостей належать:

• Корозійна стійкість (здатність матеріалу чинити опір дії зовнішнього середовища – іржавленню, роз’їданню);

• Розчинність;

• Окислюваність (здатність до поєднання з киснем).

До основних механічних властивостей належать:

• Міцність (здатність чинити опір руйнуванню і появі залишкових деформацій під дією зовнішніх сил);

• Твердість (здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла);

• В’язкість (здатність матеріалу чинити опір дії ударних навантажень);

• Пластичність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і зберігати її після припинення його дії);

• Пружність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і відновлювати її після припинення його дії).

До основних технологічних властивостей належать:

• Ливарні (температура плавлення, плинність розплаву, усадка, ліквація);

• Ковкість (визначається пластичністю і здатністю оброблятися тиском);

• Зварюваність;

• Здатність працювати за умов різних температур, тисків, радіації.

З усіх виробляємих металів та сплавів близько 90 % становлять сталі і чавуни. Дедалі більше використання отримують композитні метали та сплави на основі металів (метало композити).

Композитами називають матеріали, основа яких (матриця) зміцнена армуючими елементами (нитковидними кристалами, волокнами, дротинами та дрібними порошками).

Основними способами отримання металів та сплавів є:

• Пірометалургія – виробництво з використанням теплової енергії полеменевих печей (отримання чавунів у доменних печах – домнах, сталі у мартенівських печах – мартенах;

• Електрометалургійний – електротермічне отримання сталей в дугових, індукційних та інших типах електричних печей та електрохімічне (електролізом) – алюмінію;

• Гідрометалургійний – вилучення металів з руд за допомогою розчинників і електролізу (отримання міді, цинку);

• Плазмовий – перетворення оксидів металів на високотемпературну плазму (іонізований газ) і магнітного вилучення з неї металу (отримання вольфраму, молібдену);

• Хіміко-металургійний – поєднує хімічні і металургійні процеси (отримання титану);

• Космічна металургія – безтиглеве плавлення металів і отримання надчистих і композиційних сплавів в умовах невагомості.