533

УДК 669.053 ББК 34.30

В 76

Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия [Текст]: учебник для вузов / Воскобойников В.Г., Кудрин В.А, Якушев A.M. - 6-изд., перераб и доп. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с: 253 ил. ISBN 5-94628-062-7.

Пятое издание вышло в 1998 г. В настоящей книге на основе современных представлений рассмотрены основные металлургические производства. Даны характеристики сырых материалов и способы их подготовки. Детально изложены теория и технология доменного и сталеплавильного производств, а также производство ферросплавов. Коротко рассмотрены процессы производства основных цветных металлов. Освещены физико-химические основы металлургических процессов и технико-экономические показатели производств. Описано оборудование металлургических цехов.

Предназначена в качестве учебника для студентов металлургических и политехнических вузов. Может быть полезна для использования в металлургических лицеях и колледжах.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 9

Введение10

ЧАСТЬ I. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И ЖЕЛЕЗА 20

Глава 1. Сырые материалы ж их подготовка 20

§ 1. Железные руды 21

§ 2. Основные месторождения железных руд 24

§ 3. Марганцевые руды 28

§ 4. Флюсы и отходы производства 29

§ 5. Подготовка железных руд к доменной плавке 31

§ 6. Топливо 61

Глава 2. Конструкция доменной печи 66

§ 1. Общее описание печи 66

% 2. Профиль печи и основные размеры 68

§ 3. Фундамент, кожух и холодильники 70

§ 4. Футеровка печи 73

§ 5. Горн печи 79

§ 6. Колошниковое устройство 82

Глава 3. Доменный процесс 87

§ 1. Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике 87

§ 2. Распределение температур, удаление влаги и разложение карбонатов 91

§ 3. Процессы восстановления 94

1. Восстановление железа 94

2. Восстановление марганца и выплавка марганцовистых чугунов 100

3. Восстановление кремния и выплавка кремнистых чугунов 102

4. Восстановление фосфора 104

5. Восстановление других элементов 105

§ 4. Образование чугуна 105

§ 5. Образование шлака и его свойства 107

§ 6. Поведение серы 114

§ 7. Дутье, процессы в горне и движение газов в печи 117

1. Дутье 117

2. Процессы в горне 118

3. Движение газов в печи и изменение их температуры, состава, количества и давления 122

§ 8. Интенсификация доменного процесса 128

1. Нагрев дутья 128

2. Увлажнение дутья 130

3. Повышенное давление газа 131

4. Обогащение дутья кислородом 132

5. Вдувание в горн углеродсодержащих веществ 135

6. Комбинированное дутье 137

§ 9. Продукты доменной плавки 138

§ 10. Управление процессом, контроль, автоматизация 142

§ 11. Организация ремонтов, задувка и выдувка печи 144

Глава 4. Оборудование ж работа обслуживающих доменную печь участков 147

§ 1. Подача шихты в доменную печь 147

§ 2. Воздухонагреватели и нагрев дутья 151

§ 3. Очистка доменного газа 156

§ 4. Выпуск и уборка чугуна 161

§ 5. Выпуск и уборка шлака 166

§ 6. Работа доменных печей и экология

Глава 5. Показатели работы доменных печей 172

§ 1. Материальный и тепловой балансы плавки 172

§ 2. Расход кокса 174

§ 3. Основные технические показатели 175

Глава б. Способы внедоменного (бескоксового) получения железа 177

§ 1. Актуальность проблемы 177

§ 2. Процессы твердофазного восстановления железа 179

§ 3. Процессы жидкофазного восстановления (ПЖВ) 184

§ 4. Решение проблем охраны природы и охраны труда 188

ЧАСТЬ II. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ 191

Глава 1. Общие основы сталеплавильного производства 191

§ 1. История развития сталеплавильного производства 191

§ 2. Классификация стали 203

§ 3. Основные реакции и процессы сталеплавильного производства . 206

1. Термодинамика сталеплавильных процессов 206

2. Кинетика сталеплавильных процессов 212

3. Сталеплавильные шлаки 217

4. Основные реакции сталеплавильных процессов 221

5. Газы в стали 233

6. Неметаллические включения 239

7. Раскисление и легирование стали 241

§ 4. Шихтовые материалы сталеплавильного производства 250

Глава 2. Конвертерное производство стали 253

§ 1. Разновидности конвертерных процессов 253

1. Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем 253

2. Кислородно-конвертерные процессы 256

§ 2. Устройство кислородных конвертеров для верхней продувки 258

§ 3. Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса 274

§ 4. Плавка в кислородном конвертере с верхней продувкой 280

1. Технология плавки 280

2. Режим дутья 285

3. Поведение составляющих чугуна при продувке 288

4. Шлаковый режим 293

5. Раскисление и легирование 297

6. Тепловой режим 301

7. Потери металла при продувке 304

8. Основные технические показатели 306

§ 5. Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом 308

§ 6. Конвертерные процессы с комбинированной продувкой 314

§ 7. Плавка с увеличенным расходом лома 319

§ 8. Передел высокофосфористых чугунов 323

§9. Передел природно-легированных чугунов 328

§ 10. Экология, очистка конвертерных газов 329

§ 11. Автоматизация и контроль конвертерной плавки 333

§ 12. Процессы с аргоно- и парокислородным дутьем 335

§ 13. Производство в конвертерах стали для литья 338

Глава 3. Мартеновское производство стали 342

§ 1. Конструкция и работа мартеновской печи 344

1. Назначение и устройство отдельных элементов печи 347

§ 2. Тепловая работа и отопление мартеновских печей 355

§ 3. Общая характеристика мартеновского процесса 361

1. Разновидности процесса 361

2. Особенности технологии мартеновской плавки 362

3. Шлакообразование и роль шлака в мартеновском процессе 363

§ 4. Основной мартеновский процесс и его разновидности 365

§ 5. Кислый мартеновский процесс 384

§ 6. Современное состояние и перспективы развития мартеновского

производства. Двухванные печи. Проблемы экологии 390

§ 7. Автоматизация работы мартеновской печи 398

§ 8. Тепловой и материальный балансы мартеновской плавки 400

Глава 4. Выплавка стали в электрических печах 405

§ 1. Устройство дуговых электропечей 406

1. Общее описание печи 406

2. Рабочее пространство печи 408

3. Рабочее пространство высокомощных водоохлаждаемых печей 416

4. Механическое оборудование печей 426

5. Электроды и механизмы для их зажима и перемещения 432

6. Электрооборудование дуговой печи 436

§ 2. Электрический режим 441

§ 3. Выплавка стали в основных дуговых электропечах 445

1. Шихтовые материалы электроплавки 445

2. Традиционная технология с восстановительным периодом 447

3. Выплавка стали методом переплава 456

4. Разновидности технологии плавки в большегрузных печах 457

5. Плавка в высокомощных водоохлаждаемых печах 463

6. Плавка с использованием металлизованных окатышей 468

7. Основные технические показатели 471

§ 4. Выплавка стали в кислых дуговых электропечах 472

§ 5. Электродуговые печи постоянного тока 474

§ 6. Работа электродуговых печей и экология 479

§ 7. Выплавка стали в индукционных печах 482

1. Устройство индукционной печи повышенной частоты 484

2. Технология плавки 492

3. Плавка в вакуумных индукционных печах 494

Глава 5. Слитки и разливка стали 497

§ 1. Способы разливки стали. Разливка сифоном и сверху 497

§ 2. Кристаллизация и строение стальных слитков 501

1. Кристаллизация стали 501

2. Слиток спокойной стали 505

3. Слиток кипящей стали 509

4. Слиток полуспокойной стали 515

§ 3. Химическая неоднородность слитков 516

§ 4. Оборудование для разливки стали 521

§ 5. Температура и скорость разливки 537

§ 6. Особенности разливки спокойной стали 539

1. Технология разливки 539

2. Защита металла в изложнице от окисления 540

3. Специальные методы теплоизоляции и обогрева верха слитка 543

§ 7. Особенности разливки кипящей стали 545

§ 8. Дефекты стальных слитков 548

Глава 6. Непрерывная раэлнвха стали 554

§ 1. Общая характеристика непрерывной разливки 554

1. Разновидности и преимущества способа 554

2. Основные типы УНРС 556

3. Затвердевание непрерывно вытягиваемого слитка 558

§ 2. Устройство установок непрерывной разливки 560

1. УНРС с вытягиванием и скольжением слитка 560

2. УНРС без скольжения слитка в кристаллизаторе 579

3. Литейно-прокатные агрегаты 583

§ 3. Технология разливки и качество слитка 585

§ 4. Производительность УНРС 597

Глава 7. Современные технологии получения стали

высокого качества. Внепечная обработка стали 598

§ 1. Общие условия 600

§ 2. Технологические основы внепечного рафинирования 601

§ 3. Современные способы вакуумирования 606

§ 4. Обработка металлла вакуумом и кислородом 610

§ 5. Метод продувки инертными газами 612

§ 6. Аргонокислородная продувка 616

§ 7. Внепечная обработка и производство высокохромистых сталей и

сплавов 618

§ 8. Обработка стали шлаками 619

§ 9. Введение реагентов в глубь металла 621

§ 10. Предотвращение вторичного окисления 626

§ 11. Методы отделения шлака от металла ("отсечки" шлака) 627

§ 12. Комбинированные (комплексные) методы внепечной обработки 629

§ 13. Внепечная обработка стали на установках непрерывной разливки (УНРС) 633

§ 14. Обработка стали в процессе кристаллизации 635

§ 15. Внепечная обработка стали и проблемы экологии 640

Глава 8. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали 643

§ 1. Внедоменная десульфурация чугуна 644

§ 2. Внедоменная дефосфорация чугуна 647

§ 3. Проведение обескремнивания и дефосфорации чугуна 648

§ 4. Совместное проведение операции десульфурации и дефосфорации 650

§ 5. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали 650

Глава 9. Производство стали в агрегатах непрерывного действия 652

§ 1. Конструкции сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (САНД) 653

§ 2. Переплав металлолома 656

§ 3. Перспективы развития непрерывных процессов 659

Глава 10. Переплавные процессы 660

§ 1. Вакуумный индукционный переплав 661

§ 2. Вакуумный дуговой переплав 662

§ 3. Электрошлаковый переплав 664

§ 4. Электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплавы 669

§ 5. Перспективы развития переплавных процессов 669

ЧАСТЬ III. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ 670

Глава 1. Способы производства ферросплавов 670

Глава 2. Ферросплавная печь 671

§ 1. Восстановительные ферросплавные печи 671

§ 2. Рафинировочные ферросплавные печи 678

§ 3. Загрузка шихты в ферросплавные печи 679

Глава 3. Производство ферросилиция 680

Глава 4. Производство углеродистого ферромарганца 684

Глава 5. Производство силикомарганца 687

Глава 6. Производство углеродистого феррохрома 688

Глава 7. Основы технологии производства ферромарганца

и феррохрома с низким содержанием углерода 691

Глава 8. Производство ферротнтана 694

Глава 9. Основы технологии получения феррованадия 797

ЧАСТЬ IV. ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 699

Глава 1. Народнохозяйственное значение цветных металлов 699

Глава 2. Металлургия меди 701

§ 1. Свойства меди и ее применение ' 701

§ 2. Сырье для получения меди 702

§ 3. Пирометаллургический способ производства меди 702

1. Подготовка медных руд к плавке 703

2. Плавка на штейн 704

3. Конвертирование медного штейна 715

4. Рафинирование меди 717

Глава 3. Металлургия никеля 719

§ 1. Свойства никеля и его применение 719

§ 2. Сырье для получения никеля 720

§ 3. Получение никеля из окисленных руд 720

§ 4. Получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд 726

Глава 4. Металлургия алюминия 729

§ 1. Свойства алюминия и его применение 729

§ 2. Сырые материалы 731

§ 3. Производство глинозема 733

1. Способ Байера 733

2. Способ спекания 737

§ 4. Электролитическое получение алюминия 740

§ 5. Рафинирование алюминия 745

Глава 5. Получение других цветных металлов 746

§ 1. Основы хлоридных методов производства металлов 746

§ 2. Производство магния 747

§ 3. Производство титана 750

ЧАСТЬ V. МЕТАЛЛУРГИЯ И ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 754

§ 1. Правовые аспекты проблем охраны природы 755

§ 2. Основные направления охраны окружающей среды и рационального природопользования 757

§ 3. Охрана природы и металлургия. Особенности структуры металлур гического производства в нашей стране 758

§ 4. Защита воздушного бассейна 761

§ 5. Охрана водного бассейна 762

§ 6. Утилизация шлаков 762

§ 7. Использование шламов и выбросов 763

§ 8. Использование отходов смежных производств 763

§ 9. Использование вторичных энергоресурсов 764

§ 10. Использование металлургических агрегатов для переработки бы товых отходов 764

Рекомендательный библиографический список 768

ПРЕДИСЛОВИЕ

Первое издание учебника "Общая металлургия", подготовленное в 1965–1966 гг. по инициативе и под руководством известного отечественного металлурга профессора Ф.П. Еднерала, вышло в 1967 г. Книга получила положительные отзывы и неоднократно переиздавалась. Четвертое издание учебника было отмечено в 1987 г. присуждением Государственной премии СССР.

За годы, прошедшие после выхода в свет 4-го издания, металлургическое производство существенно изменилось, в связи с чем в текст нового издания внесены изменения. Некоторые главы написаны заново, появились новые разделы, текст обновлен и переработан.

Жизнь внесла свои коррективы и в состав авторского коллектива.

В данном издании особое внимание уделено описанию нового оборудования и новых технологических процессов, направленных на повышение качества металла, на экономию энергетических, материальных и трудовых ресурсов, на комплексное решение экологических проблем.

Введение, гл. 8 части 1-й (способы внедоменного получения железа), главы 1, 3, 7, 8, 9, 10 части 2-й (общие основы сталеплавильного производства, мартеновское производство стали, современные технологии получения стали высокого качества, внепечная обработка чугуна и стали, производство стали в агрегатах непрерывного действия, переплавные процессы) и часть 5 (Металлургия и проблемы окружающей среды) написаны проф. В.А.Кудриным.

Главы 2, 4, 5 и 6 части 2-й (конвертерное производство стали, выплавка стали в электрических печах, слитки и разливка стали, непрерывная разливка стали) написаны проф. А.М.Якушевым.

Части 1, 3 и 4 (производство чугуна, производство ферросплавов, производство цветных металлов), написанные проф. В.Г.Воскобойниковым, для настоящего пятого издания переработаны и дополнены проф. А.М.Якушевым.

ВВЕДЕНИЕ

Слово «Металлургия» происходит от греч.: metalleuo –выкапываю, добываю из земли; metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металлы; metallon – рудник, металл.

Это слово означает, соответственно, область науки и техники, охватывающую процессы обработки добытых из недр руд, получение металлов и сплавов, придание им определенных свойств.

И в древности, и в средние века, и сравнительно недавно, вплоть до времен М.В.Ломоносова, считалось, что существует только 7 металлов (золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть).

У алхимиков металлы часто носили название планет: золото называлось Солнцем, серебро – Луной, медь – Венерой, олово – Юпитером, свинец – Сатурном, железо – Марсом, ртуть – Меркурием. Химики древнего мира и средних веков применяли для обозначения веществ символические изображения.

В 1814 г. шведский химик Й.Берцелиус предложил использовать чисто буквенные знаки, которыми по сей день пользуется весь мир, за редкими исключениями. Так, например, во Франции вместо знака азота N, бериллия Be и вольфрама W часто используют знаки Az (Azote), Gl (Glucinium) и Tu (Tungstene); в США вместо знака ниобия Nb нередко употребляют Cb (Columbium).

Сегодня науке известно более 80 металлов, большинство из них используется в технике.

В мировой практике исторически сложилось деление металлов на черные (железо и сплавы на его основе) и все остальные – нечерные (Non-ferrous metals, англ.; Nichtei-senmetalle, нем.) или цветные металлы. Соответственно, металлургия часто подразделяется на черную и цветную. В настоящее время на долю черных металлов приходится около 95 % всей производимой в мире металлопродукции.

В технике принята также условная классификация, по которой цветные металлы разделены на "легкие" (алюминий, магний), "тяжелые" (медь, свинец и др.), тугоплавкие (вольфрам, молибден и др.), благородные (золото, платина и др.), редкие металлы.

За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и, соответственно, составляют около 800 млн т и около 8 млрд т. Доля продукции, изготовленной с использованием черных и цветных металлов, в настоящее время составляет 72–74 % валового национального продукта государства. Можно смело утверждать, что металлы в XXI в. останутся основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения.

Из ~ 800 млн т потребляемых металлов ~ 750 млн т – сталь, 20–22 млн т – алюминий, 8–10 млн т – медь, 5–6 млн т – цинк, 4–5 млн т – свинец (остальные – < 1 млн т).

Масштабы получения таких металлов, как упомянутые выше, измеряются в Млн т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам– в тыс.т, таких как селен, теллур, золото, платина – в тоннах, таких как иридий, осмий и т.п. – в килограммах.

Сейчас основная масса металлов производится и потребляется в таких странах, как США, Япония, Китай, Россия, Германия, Украина, Франция, Италия, Великобритания и др.

Предполагается, что в начале будущего столетия в мировом производстве и потреблении металлов возрастет роль развивающихся стран, обладающих более высокими темпами экономического развития, валовой национальный продукт которых отличается большей металлоемкостью.

Используемые в технике металлы получают из руд. Рудами называют природные образования, содержащие металлы в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно.

По химическому составу преобладающих в той или иной руде минералов различают руды силикатные, кремнистые, оксидные, сульфидные, карбонатные и смешанные.

По содержанию ценных компонентов различают руды богатые и убогие, бедные.

Применение того или иного металла (или сплава) в значительной мере определяется практической ценностью его свойств; существенное значение имеют и другие обстоятельства, в первую очередь природные запасы, доступность и рентабельность его добычи.

Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий (8,8 %), железо (4,65 %), магний (2,1%), титан (0,63%). Природные ресурсы ряда весьма важных металлов измеряются сотыми и даже тысячными долями процента. Особенно бедна природа благородными и редкими металлами.

К рудам черных металлов обычно относят месторождения железа, марганца, хрома, титана и ванадия.

К рудным месторождениям легких металлов обычно относят руды, содержащие алюминий; основной поставщик алюминия-бокситы, а также алуниты, нефелины и различные глины. К рудным месторождениям цветных металлов относятся месторождения меди, свинца и цинка, кобальта, никеля, сурьмы. Запасы металлов в наиболее крупных из них достигают от десятков до сотен млнт, при обычном содержании металлов в руде – единицы процентов.

Характерными для рудных месторождений редких металлов являются месторождения олова, вольфрама, молибдена, ртути, бериллия, тантала и ниобия. Наибольшие запасы в них достигают сотен тысяч тонн при содержании металла в руде обычно не выше 1 %.

Таким образом масса добываемых материалов во много раз превышает количество содержащихся в руде металлов и в подавляющем большинстве случаев из природных руд экономически невыгодно (а часто и технически невозможно) непосредственно извлекать полезные компоненты. В этих случаях осуществляется обогащение руд.

Процесс обогащения обычно включает операции дробления, измельчения. Собственно обогащение осуществляется с использованием различных свойств материалов. Например, при разной плотности разделяемых минералов применяются методы гравитационного обогащения (различие в скорости движения частиц в воде или в воздухе). Различие в физико-химических свойствах поверхности лежит в основе флотационных процессов. При различии магнитной восприимчивости используют метод магнитной сепарации. Иногда используют такой способ, как обжиг и т.д. В результате обогащения получают два продукта: концентрат и хвосты. Если в руде содержится ряд полезных компонентов, то из нее получают несколько концентратов (или комплексные концентраты, компоненты которых разделяются уже в металлургическом переделе).

Здесь же упомянем о содержании таких распространенных у металлургов терминов, как гидрометаллургия (от греч. hydor- вода), пирометаллургия (от греч. руг- огонь), биотехнологии (от греч. bios – жизнь).

Гидрометаллургия– это извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией, электролизом).

Пирометаллургия – это металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг, плавка и т.п.).

Биотехнологии – технологии, связанные с деятельностью живых организмов (в данном случае – микроорганизмов). Анализ имеющихся данных свидетельствует о том, что во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов к конкретным металлургическим объектам (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). В частности, железоокисляющие бактерии уже находят применение для выщелачивания металлов из сульфидных и смешанных руд, концентратов и отходов производства, обессеривания углей и т.п. Для получения желательных (более активных) мутантных штаммов используют методы генной инженерии. К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь, золото, цинк, уран, никель из сульфидного сырья. Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств.

Масштабы переработки руд в мире огромны. Достаточно сказать, что несколько лет назад на территории СССР обогащению ежегодно подвергалось более 1 млрд т руды!

Получаемые в результате обогащения концентраты поступают на металлургические предприятия для непосредственного получения из них тех или иных металлов и сплавов.

Сегодня металлы являются основой современной цивилизации. Такое положение они заняли в результате многовековых усилий людей во многих странах.

Штамм (нем. Stamm) – чистая культура микроорганизмов одного вида.

Археологические раскопки свидетельствуют о том, что знакомство человека с металлами (возможно, в начале – метеоритного происхождения) относится к временам, весьма удаленным от нас. В частности, обнаруженные в 50–60-х гг. XX в. в юго-западной части Малой Азии следы выплавки меди датируются 7-6-м тысячелетием до нашей эры.

В бронзовом веке (3-1тыс.лет до н.э.) применение получили изделия и орудия труда из сплавов меди с оловом (оловянная бронза).

Оловянная бронза – древнейший сплав, выплавленный человеком. Считается, что первые изделия из бронзы получены за 3 тыс.лет до н.э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др. бронзы, сплавы меди с цинком, называемые латунью, и др.). Бронзы применялись вначале для производства оружия и орудий труда, затем для отливки колоколов, пушек и т.д. В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы (5–12 % А1) с добавками железа, марганца и никеля.

Вслед за медью человек познакомился с железом.

Общие представления о трех "веках" – каменном, бронзовом и железном– возникло еще в античном мире (Тит Лукреций Кар).

Термин "железный век" был введен в науку в середине XIX в. датским археологом К.Томсеном.

Принято считать, что человек впервые познакомился с метеоритным железом. Об этом свидетельствуют названия железа на языках древних народов: "небесное тело" (древнеегипетский, древнегреческий), "звезда" (древнегреческий). В расшифрованных хеттских текстах XIX в. до н.э. упоминается о железе как о металле, "упавшем с неба". Шумеры называли железо "небесной медью". Возможно, поэтому железо в древности было окружено ореолом таинственности, и люди, добывающие и перерабатывающие железо, были окружены почетом и уважением, к которым примешивалось и чувство страха (их часто изображали колдунами).

В отличие от сравнительно редких месторождений меди и в особенности олова, железные руды (например, бурые железняки) встречаются почти всюду.

В исторической литературе эпоху железного века делят на два периода: ранний (X–V вв. до н.э.) железный век (так называемая гальштадтская культура по названию города в Австрии, возле которого были найдены железные предметы того времени) и поздний или "второй железный век" (V–II вв. до н.э. – начало н.э.), соответствующий периоду, от которого осталось много железных предметов (так называемая латенская культура – по месту в Швейцарии). Латенская культура связывается с кельтами, считавшимися мастерами изготовления различных орудий из железа. Большое переселение кельтов, начавшееся в V в. до н.э., способствовало распространению этого опыта на территории Западной Европы. От кельтского названия железа "изарнон" произошли немецкое "айзен" и английское "айрон".

В конце второго тысячелетия до н.э. железо появилось в Закавказье. В степях Северного Причерноморья в VII–I вв. до н.э. обитали племена скифов, создавших наиболее развитую культуру раннего железного века на территории России и Украины.

Вначале железо ценилось очень дорого, использовалось для изготовления монет, хранилось в царских сокровищницах. Затем все шире использовалось и как орудие труда, и как оружие. Об использовании железа в качестве орудий труда упоминается в "Иллиаде" Гомера. Там же упоминается о том, что Ахилл наградил диском из железа победителя дискобола.

По преданию, колыбелью монголов и туркменов были богатые рудами Алтайские горы, своими богами эти народы считали тех, кто ведал кузнечным искусством. Несомненно, пришедшие с Востока народы внесли свой вклад в распространение металлургии. Воинственные кочевники из Средней Азии имели металлические доспехи и железное оружие. Своеобразная культура сложилась в Китае, где, возможно, ранее, чем у других народов, научились получать жидкий чугун и делать из него отливки. До наших дней сохранились некоторые уникальные отливки из чугуна, изготовленные в первом тысячелетии н.э., например, колокол высотой 4 и диаметром 3 м, массой 60 т.

Известны уникальные изделия металлургов древней Индии. В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна массой 6 т, высотой 7,5 м и диаметром 40 см. Надпись на колонне гласит, что она сооружена примерно в 380–330 гг. до н.э. Она сооружена из отдельных криц, сваренных в кузнечном горне. Еще большее удивление, чем размеры колонны, вызывает тот факт, что на ней нет ржавчины. В захоронениях древней Индии найдено стальное оружие, изготовленное в середине первого тесячелетия до н.э.

Греческие мастера уже в древние времена использовали железо. В построенном зодчим Гермогеном около 200 г. до н.э. храме Артемиды барабаны мраморных колонн храма скреплены мощными железными дюбелями длиной 130, шириной 90 и толщиной 15 мм. Нынешняя цивилизация основывается прежде всего на использовании железа как основного материала в технике. Массовое получение железных материалов стало возможным лишь на определенном уровне развития техники (и сравнительно недавно) тогда, когда научились восстанавливать его из руд.

Первым из известных способов получения железа из руд явился так называемый сыродутный способ, при котором в горн или печь загружают железную руду и уголь, при горении которого происходит частичное восстановление железа из руды. Повышение производительности сыродутных печей – горнов достигалось увеличением размеров агрегатов (увеличением высоты) и применением мехов, приводившихся в движение не мускульной силой человека, а водяного колеса или конного привода. При этом удлинялся путь газов в печи, понижалась температура отходящих газов, соответственно повышались температура и степень восстановления руды, поступающей в наиболее горячую зону горна. Увеличение количества воздуха, подаваемого в печь в единицу времени, позволяло увеличить количество загружаемого угля.

Следствием всего этого было повышение температуры в нижней части горна и не только улучшение условий восстановления железа, но и создание условий для его науглероживания. Шлаки при этом получались малоокисленные, а металл– с высоким содержанием углерода (чугун), соответственно с более низкой температурой плавления; такой металл вытекал из печи вместе со шлаком. Таким образом, часть продукта представляла собой периодически выламываемую железную крицу, а часть – жидкий железоуглеродистый расплав (чугун). Практика показала, что безостановочная работа печи с получением чугуна производительнее прямого восстановления сыродутным процессом. Так родилась технология, известная теперь как доменное производство чугуна.

Производство чугуна в мире превысило 500 млн т, из которых около 95 % перерабатывается затем в сталь (остальное – для производства чугунных отливок).

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов домница и доменная печь: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слов "сырое", т.е. неподогретое дутье) железа, а во второй – доменной печи – жидкий чугун (расплав железа с высоким содержанием углерода). Интересно обратить внимание на следующее.

Ниже приведено название доменная печь (от старославянского "дмение" – дутье) на различных языках: англ. Blast – Furnace – дутьевая печь; нем. Hochofen – высокая печь; фр. Haut fourneau – большая, высокая печь. Слово домница на различных языках: англ. High bloomery furnace – большая кричная печь; нем. Stuckofen (от Stuck – кусок, крица; of en – печь или Wolfofen (волчья печь); фр. Fourneau a loupe – волчья печь.

Производство металлов в России традиционно основывалось на использовании расположенных на ее территории месторождениях руд. К ним прежде всего относятся такие богатые месторождения, как Курская магнитная аномалия, Оленегорское и др. месторождения Кольского полуострова, Костомукшское и др. месторождения Карелии, ряд месторождений железных руд Урала и Сибири; крупные месторождения высококачественных бокситов на Северном Урале (Красная Шапочка и др.), в Архангельской области, в республике Коми, в бассейне реки Ангары, на Кольском полуострове (нефелины); большое значение имеют медьсодержащие руды восточных склонов Урала, на Северном Кавказе, а также Удоканское в районе БАМа; крупные месторождения свинцово-цинковых руд (содержат также кобальт и медь) – район г. Норильска; большие месторождения оловорудных минералов – район Восточного Забайкалья и Дальнего Востока. Ртуть, сурьма, золото, платина, редкие металлы – всем этим располагает Россия.

До 1991 г. металлургическое производство Российской Федерации являлось составной частью единого производственного комплекса Союза ССР, После выделения из состава СССР отдельных союзных республик металлургическое производство России испытывало временные затруднения. Так, на Украине и в Грузии остались богатые марганецсодержащие руды и заводы, производящие марганецсодержащие сплавы, в Средней Азии остались некоторые богатые месторождения руд цветных металлов. За прошедшие годы связанные с этим проблемы решены. Наиболее серьезные проблемы, которые необходимо решить в ближайшее время, - обновление устаревшего оборудования, прекращение деятельности неэффективных производств, организация природоохранных мероприятий.

Отечественная металлургия сегодня удовлетворяет все заявки на свою продукцию от отечественных потребителей.

Многие виды металлургической продукции уже сегодня конкурентоспособны на мировом рынке, а металлургия признана (наряду с топливно-энергетическим комплексом, военной авиацией и космонавтикой) как одна из приоритетных отраслей для государственных вложений (вследствие перспективной эффективности этих отраслей).

Разработанная в конце 1993 г. Федеральная программа технического перевооружения и развития металлургии России направлена на дальнейшее совершенствование и развитие этой важнейшей отрасли отечественной промышленности.

Особое внимание в Федеральной программе уделено двум проблемам: проблеме ресурсосбережения и охране окружающей среды и проблеме обеспечения качества в металлургии.

На состоявшейся в 1994 г. в Москве международной конференции "Черная металлургия России и СНГ в XXI веке" сообщалось, что, по экспертным оценкам, в настоящее время в нашей стране образование (удельный выход) различных отходов на 1 т стального проката велико и составляет: вскрышных и горных пород 1500-2500 кг; различных шлаков 500-1000 кг; шламов 80-120 кг; пыли 80-120 кг; окалины 30-40 кг; сточных вод 250-300 м³; технологических газов 8–10 тыс.м³; аспирационного воздуха 30–50 тыс.м³; горючих газов 2000-2500 м³. Наша задача - существенно снизить эти цифры уже в ближайшие годы.

Федеральной программой определены основные направления по снижению вредного воздействия металлургии. Основное направление – энергосберегающие, технологии. Другое направление – мероприятия по предотвращению и локализации выбросов и очистке выбросов.

Переход на рыночную экономику предполагает ужесточение требований к гарантированному соблюдению стандартов качества металлопродукции. В металлургическую практику вводятся международные и европейские стандарты "Управление качеством продукции". Требования этих стандартов формируют новые отношения между потребителем и изготовителем металлопродукции по гарантированному обеспечению качества на протяжении всего технологического цикла (проектирование, оборудование, сырье, технология, отгрузка продукции).

Повсеместное распространение получает сертификация качества металлопродукции как гарантированная система обеспечения качества по всей технологической цепочке металлургического предприятия.

Молодым специалистам в области металлургического производства, вступающим в XXI век, обеспечено необъятное поле деятельности в одной из наиболлее приоритетных отраслей народного хозяйства.