Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

У черной металлургии Украины имеются два положительных момента.

Транспортные расходы существенно ниже уровня ЕС и США, а среднее расстояние от мест потребления продукции и мест добычи сырья до металлургических предприятий не превышает 600 км. Экспорту благоприятствует то, что от производителей металлопродукции до морских портов (Мариуполь, Одесса, Николаев, Херсон) расстояние не превышает 200 км.

Расходы на заработную плату в Украине в 5-6 раз ниже, чем в промышленно развитых странах, и даже низкая производительность труда и избыток численности работников не создает существенного увеличения себестоимости продукции по этой причине.

Подводя итоги состояния дел в черной металлургии Украины можно сделать вывод, что высокая себестоимость ее продукции обусловлена следующими причинами:

– неудовлетворительным качеством сырьевых материалов и высокой их стоимостью;

– высокозатратными технологиями производства всех видов металлургической продукции, обусловленными несовременным оборудованием железорудных карьеров, обогатительных и агломерационных фабрик, доменных, сталеплавильных и прокатных цехов;

– низким уровнем загрузки оборудования и неритмичной его работой, что для агрегатов, работающих по непрерывному графику, недопустимо;

– активным участием в снабжении металлургических предприятий сырьем коммерческих структур, которые, с одной стороны не способны наладить ритмичную поставку сырья и создать необходимые его запасы (особенно для доменного производства), а с другой стороны, диктуют предприятиям цену, как на сырье, так и на готовую продукцию и, конечно, не в убыток себе.

1 Общие сведения о железе

Металлургией чугуна называется раздел металлургии, изучающий процессы и технологию производства чугуна. Металлургия чугуна вместе с металлургией стали составляет одну из технических наук – черную металлургию, которая изучает процессы и технологию производства железа, марганца и его сплавов из природных соединений этих металлов, т.е. железных и марганцевых руд.

Слово “руда” предположительно происходит от старославянского “рыжий” по цвету минерала. Слово «железо» происходит от санскритского «джальжа», что означало «металл». По другим источникам древние славяне назвали его, имея в виду свойства и назначение, “железо” от “лезо” (лезвие). Латинское название Ferrum, очевидно, произошло от греко-латинского «твердый» или «крепкий».

---

Железо (Fe-феррум), химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Цвет серебристо-серый. Имеет четыре модификации: -Fe существует до 769^oC (кристаллическая решетка объемноцентрированная), обладает магнитным свойством; -Fe существует при температуре 769-910 ^oC, но утрачивает магнитные свойства; -Fe существует при температуре между 910 ^oC и 1400 ^oC (гранецентрированная кристаллическая решетка); -Fe существует при температуре выше 1400 ^oC (кристаллическая решетка объемноцентрированная, но с большими, чем у -Fe размерами элементарных кристаллов).

Плотность чистого железа 7,874 г/см³, температура плавления 1539 ^oC, температура кипения 3200 ^oC, твердость по Бринеллю 350- 450 МПа. В природе существуют четыре стабильных изотопа с массовыми числами 54, 56, 57, 58. Искусственные радиоактивные изотопы 55Fe (Т1/2 2,6 года) и 59Fe (Т1/2 45,6 суток) – индикаторы при исследовании химико-технологических и биологических процессов.

1.1 Железо в земной коре

Железо очень распространенный металл в природе. Содержание его в шестнадцатикилометровой толщине земной коры (средний радиус земли 6371,032 км) составляет 4,65 % по массе (2-е место среди металлов после алюминия и четвертое среди элементов после кислорода, кремния и алюминия). В следующем слое, лежащем ниже земной коры, железа находится втрое больше (13,5 %), а центр земного шара, по предположению геофизиков (впервые эту гипотезу высказал французский геолог Дербе в 1866 г.), состоит из железа (90,7 %) с примесью похожих на него металлов – никеля и кобальта (8,5 %). В среднем же земной шар состоит на 34,63 % из железа.

В земной коре железо находится в связанном виде. Самородное железо встречается редко. Оно упоминается в «Словаре коммерческом» В.Левшина (1789 г.): «Так называется железо, совсем приготовленное природою в недрах земли … Сенегала». Сравнительно крупное скопление самородного железа было найдено у берегов Гренландии в 1870 г. В 1905 г. геолог А.А.Иностранцев обнаружил в районе острова Русского на Дальнем Востоке небольшие пластообразные скопления самородного чугуна, находящиеся на глубине 30-40 м под скальными породами морского берега. В извлеченных образцах металла содержалось около 3,2 % углерода, 1,55 % кремния и 0,66 % марганца.

1.2 Железо в морях и океанах

---

Много железа растворено в морской воде – 510-6 %. Если извлечь все железо, растворенное в морской воде, то его придется по 35 т на каждого жителя планеты. За все же существование человечества произведено примерно по 6 т на каждого ныне живущего человека.

1.3 Железо в живой природе

В живой природе железо тоже распространено широко. В организме взрослого человека содержится 4-6 г железа (это открытие сделал француз Мери в ХІХ в.). Три четверти его входит в состав гемоглобина крови, чем обусловливается ее красный цвет, и одна четверть распространена по всему организму человека. Основная роль железа в живом организме заключается в осуществлении переноса кислорода из воздуха в организм путем дыхания, состоящего в захватывании гемоглобином крови кислорода в легких и переносе его в ткани. Организм человека ежесуточно требует около 1,2 мг железа, из которых усваивается не более одной десятой от принятого с пищей. Железом богаты многие пищевые продукты: фасоль (12,4 мг на 100 г продукта); говяжья печень (9,8 мг); гречневая крупа (8,0 мг); шпинат (3,0 мг); яйцо (2,7 мг); черный хлеб (2,8 мг); яблоки (2,2 мг); молоко (0,1 мг). Необходимо отметить, что из мясной пищи усваивается около 20 % железа, а из овощей  6 %.

Железо обнаружено в крови почти всех животных. В состав крови некоторых червей входит двухвалентное железо вместо трехвалентного, как в крови других животных и человека. Кровь, содержащая двухвалентное железо, зеленого цвета.

1.4 Железо в космосе

Исходя из различной плотности планет, предполагают, что более близкие к солнцу планеты состоят из более плотного вещества. Вероятное содержание железа на Луне около 10 %, Марсе – около 26 %, Земле и Венере – около 30 % и на Меркурии – около 57 %. Это в какой-то мере подтверждается химическим составом метеоритов, падающих на землю. Полагают, что в сутки на Землю падает 5-6 тонн метеоритов и от 300 до 20000 тонн космической пыли (масса Земли около 6 секстиллионов тонн – 5,97610²¹ т). Все метеориты подразделяются на три основных класса: железные, железокаменные и каменные. В среднем из 16 упавших метеоритов один железный. Железные метеориты состоят в основном из 91 % железа, до 8,5 % никеля и других элементов. Метеориты двух других классов содержат от 1 до 50 % железа. Возраст метеоритов примерно соответствует возрасту Земли – около 4,5 миллиардов лет. Наиболее крупные метеориты найдены в Красноярске (1772 г. петербургский акад. Паллас 1,745 т), на Баффиновой земле в Канаде (1818 г. экспедиция Росса), в Аргентине (вес около 15 т), в Мексике и др.

---

1.5 Краткая история возникновения и развития черной металлургии

Впервые железо земного происхождения в форме комков было обнаружено на Ближнем Востоке (Чегер-Бозер, Ирак). Оно датируется трехтысячным годом до н.э. К наиболее древним железным поделкам относятся два предмета, найденные при раскопках в Египте, относящиеся к 2900-2600 гг. до н.э. В древней Индии в 415 году была воздвигнута железная колонна (99,72 % железа) весом в 6,5 т, высотой 7,3 м и средним диаметром 0,355 м. В Югославии (с.Звечки) обнаружили железные шпоры, возраст которых составил 2200 лет, принадлежавшие воину кельтского племени.

По мнению археологов, металлургия возникла самостоятельно в ряде мест земного шара. Так, в странах Малой Азии, Индии и Южной Европы металлургия железа получила распространение около трех тысяч лет назад. У племен Северной Европы и в странах Дальнего Востока переход к железному веку начался лет на 500 позже. В Закавказье и Средней Азии изготовлением и обработкой этого металла овладевали в начале первого тысячелетии до н.э. На несколько сот лет позже освоили добычу железа уральские племена.

На Днепре, близ Никополя, археологи открыли поселения металлургов и кузнецов скифских племен (Каменское городище).

Железная руда добывалась или путем прямого сбора на поверхности земли, или в неглубоких ямах в виде поверхностной руды. Поверхностная добыча была у нас в Кривом Роге (на Украине), вероятно относящаяся к скифскому времени (VII в. до н.э. – ІІІ в. н.э.).

Едва ли не главной рудой, применявшейся в Европе в это время, была болотная руда ввиду ее большей доступности. Кустарная выработка железа из руды сыродутным способом была распространена в течение всего средневековья в Европе.

Термин «сыродутный» получил свое название после изобретения дутья в плавильные печи. Сыродутный процесс был первым и до XIII в. н.э. единственным способом, при помощи которого люди получали железо и сталь для своих нужд.

Вначале сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и каналов. Они имели вид трубы, заполненной древесным углем и железной рудой и носили название «горны», что означало сооружение у горы. Железная руда восстанавливалась и получалась мягкая крица – тестообразное пористое железо с включением шлака.

Стремление избавиться от капризов погоды привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне. Появились печи нового типа – волчьи ямы, которые выкапывались в земле, и домницы,

---

которые возвышались над землей, сделанные из камней и глины. Само слово «домница» происходит от старославянского слова «дмение», что означает «дутье». По английски доменная печь называется, как и по русски дутьевой – blast furnace (бласт фенис). А в немецком и французском эти печи получили название высоких – Hochofen haut (хохофен) по немецки и haut fourneau (о фурно) по французски.

Увеличение размеров печей, а также применение достаточно мощных воздуходувных средств привело к улучшению условий восстановления железа и увеличению температуры в горне, что в свою очередь увеличило содержание углерода в готовом продукте и снизило температуру его плавления. Поэтому в домнице наряду с крицей начали получать и некоторое количество жидкого чугуна (2-4 %), вытекавшего из печи вместе со шлаком. Чугун не куется, и это позволяло считать его нежелательным продуктом, который загружали повторно в печь вместе с железной рудой. Поэтому и произошло название чугуна у англичан «pig iron» (пиг айрон – свинское железо), у немцев аналогичный термин «Schweineisen” (швайнайзен) а у славян от слова “чушка” – поросенок, морда свиньи. Потом металлурги сообразили, что жидкий чугун можно заливать в формы и получать из него различные изделия.

Надо отметить, что жидкое углеродистое железо выплавляли задолго до появления доменного производства. Так еще Аристотель (384-332 г до н.э.) писал о жидком железе. В Китае такое железо выплавлялось уже в IV в. до н.э. и даже раньше. Известно много китайских чугунных предметов, относящихся к периоду от 200 г. до н.э. до 200 г. н.э.

Расширение производства железа заставило человечество постепенно перейти от сыродутного горна к домнице и к доменной печи. В сыродутном горне получали крицу, домнице крицу и чугун, а в доменной печи только чугун.

Появление доменных печей в Европе относится к XIII-XIV в.в. когда продуктом плавки сделался исключительно чугун. К этому времени были изобретены эффективные способы передела чугуна в сталь и процесс получения стали из руды стал двухступенчатым, где чугун был промежуточным продуктом передела.

Считают, что доменное производство впервые появилось в Голландии и в соседних с нею областях Бельгии, Северной Германии и Франции, потом в Англии (производство чугуна в Англии в 1500 году достигло около 12 тыс. тонн). В XVII в. на первое место по производству чугуна вышла Швеция, благодаря богатству железными рудами и лесами. В России первый металлургический завод с доменными печами был построен в 1637 г. возле города Тулы выходцем из Голландии Виниусом.

---