Сучасне формування сировинної бази для виробництва сталі, Розширена характеристика базових та додаткових сировинних компонентів для виробництва сталі - Визначення сталі

Розширена характеристика базових та додаткових сировинних компонентів для виробництва сталі

Сталь є основним конструкційним матеріалом для машинобудування, промислового будівництва, транспортних засобів. Швидкий розвиток промисловості і сільського господарства був би неможливий без задоволення потреб у сучасній машинній техніці і металевих виробах. Внаслідок своєї розповсюдженості в природі та відносно малої вартості способів отримання заліза і його сплавів вони займають головне місце в народному господарстві. Залізо в чистому вигляді в промисловості отримують і споживають у незначній кількості. Основну масу заліза отримують і споживають у вигляді сплавів сталі і чавуну, що називаються чорними металами.

Частка сталі в загальному споживанні чорних металів складає близько 90 %, тобто сталь є основним видом металу, що використовується для створення сучасної техніки. Це пояснюється тим, що, по-перше, сталь є чудовим конструкційним матеріалом (має високу міцність і стійкість до зносу, добре зберігає форму в різних виробах, відносно легко піддається обробці тиском, зварюванню і т. ін.); по-друге, основний компонент сталі - залізо є розповсюдженим елементом у земній корі (займає друге місце після алюмінію), знаходиться у вигляді великих шарів залізовмісних мінералів, що називаються рудами. Залізо може бути відносно легко отримано з руд, в яких воно звичайно знаходиться у вигляді оксидів.

Сталь - це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами з вмістом вуглецю до 2,14 %. У цьому сплаві залізо є основою (розчинником), а інші елементи - домішками, розчиненими в залізі. Домішки можуть впливати на властивості сталі як позитивно, так і негативно, тому їх поділяють на корисні і шкідливі. Корисні домішки в основному впливають на властивості кристалів (зерен), а шкідливі домішки погіршують міжкристалічні зв'язки. В сталях більшості марок корисною домішкою є вуглець. Такі сталі називають вуглецевими. Вміст вуглецю у вуглецевих сталях найчастіше становить 0,05-0,5 %, але іноді може досягати 1,2 % (теоретично до 2,14 %). У вуглецевих сталях корисними домішками можуть бути марганець (0,3-0,6 %) і кремній (0,15-0,3 %). Вміст шкідливих домішок, якими звичайно є сірка, фосфор, кисень і азот, обмежується сотими і тисячними долями відсотка. Змінюючи вміст вуглецю в залізовуглецевому сплаві і піддаючи його різ - ним видам термічної обробки, можна отримати сталі з різними механічними властивостями.

Найбільш високоміцною сталлю з дТ = 3,5-4 ГПа (дТ - тимчасова межа міцності) є високовуглецева (нелегована) сталь. Але вуглецеві сталі мають істотні недоліки: висока критична швидкість гартування (найменша швидкість охолодження, при якій утворюється мартенсит); погана прожарюваність (глибина проникнення гартування від охолоджуваної поверхні до центра); погана антикорозійна стійкість тощо.

Введення у сталь певної кількості елементів, названих легуючими, дозволяє позбавити вказаних недоліків вуглецевої сталі, покращити її механічні властивості, а також отримувати ті чи інші особливі фізико-хімічні властивості, яких вуглецева сталь не має. Таку сталь називають легованою. Вплив легуючих елементів на властивості сталі різноманітний, тому, додаючи їх у певній кількості і сполученнях, можна отримати сталі з різними властивостями.

Фізико-хімічні властивості сталі, що визначають її якість, тобто ступінь відповідності для використання за призначенням або здатність задовольняти потреби споживачів, можна розділити на дві групи. До першої групи належать властивості, що визначають технологічність сталі, тобто здатність сталі підлягати тій чи іншій обробці (тиском, хіміко-термічній ) при отриманні готових виробів. До другої групи належать властивості, що визначають здатність сталі забезпечувати надійну і довготривалу придатність у готових виробах. Поділ хімічних елементів, що є домішками в сталі, на корисні і шкідливі деякою мірою носить умовний характер. Так, у більшості марок сталі вуглець корисна домішка, а в електротехнічних, корозійностійких сталях шкідлива. Хром, нікель і деякі інші елементи покращують властивості багатьох легованих сталей, але для деяких сталей вони є шкідливими домішками. Сірка, фосфор і азот є для більшості сталей шкідливими домішками, а в деяких випадках їх використовують як легуючі елементи.

За призначенням можна виділити такі основні групи сталей: котельну, для залізничного транспорту (рейкову, сталь для бандажів залізничних коліс і т. ін.); конструкційну (для виготовлення різних металоконструкцій при спорудженні будівель, мостів, для виготовлення різних машин тощо); підшипникову (для підшипників, різних інструментів, різців, валиків прокатних верстатів, деталей штампувального обладнання і т. ін.); ресорно-пружинну, трансформаторну, збройну, трубну і т. д. За якістю сталі звичайно поділяють на такі групи: звичайна, якісна і високо якісна. Різниця між цими групами полягає в допустимих вмістах шкідливих домішок (у першу чергу сірки і фосфору), а також в особливих умовах за вмістом неметалевих домішок, газів і домішок кольорових металів. Академік М. Т. Гудцов запропонував класифікувати домішки, що містяться в сталі, на такі чотири групи:

    1. Постійні або звичайні домішки (Mn, Si, S, P), що містяться в тій чи іншій кількості в будь-яких сталях; вміст цих домішок регламентується стандартами. 2. Приховані домішки (O, H, N), що присутні в сталях у дуже малих кількостях; методи визначення їх вмісту складні, тому вміст цих елементів у звичайних технічних умовах не вказується. 3. Випадкові домішки, тобто домішки, що потрапили в сталь з шихтових матеріалів випадково. 4. Легуючі елементи, які спеціально вводять у сталь в певних кількостях для зміни її будови та властивостей. За складом розрізняють сталі: вуглецеві, хромові, хромонікелеві, марганцеві і т. ін. За характером застигання сталі у виливницях розрізняють сталі:

Спокійні,

Киплячі

Напівспокійні.

Поведінка металу при кристалізації у виливницях залежить від ступеня його розкисленості: чим повніше розкислена (розкислення - вилучення зі сталі кисню) сталь, тим спокійніше кристалізується зливок. За способом виробництва сталь класифікують:

    1. За типом агрегата:(конверторна, мартенівська, електросталь, сталь електрошлакового переплаву тощо). 2. За технологією (основна і кисла мартенівська, основна і кисла електросталь, оброблена вакуумом, синтетичними шлаками, продувкою інертними газами і т. ін.). 3. За станом: у твердому стані (губчасте залізо - продукт прямого відновлення), в елекролітичному (продукт електролізу залізовмісних матеріалів), у порошкоподібному (продукт процесів розпилення на маленькі краплини рідкої сталі), в тістоподібному (продукт сиродутного, кричного, пудлінгового заліза, продукт процесу Байєрс-Астон), у рідкому, литому (продукт конверторного, мартенівського та ін. процесів).

Чорна металургія серед інших галузей промисловості і народного господарства є одним з основних джерел викидів, що забруднюють довкілля. Зі збільшенням виплавки металу значно зростає викид газів та пилу, різних відходів виробництва, що забруднюють довкілля. Відомо, що на 1 млн. річного виробництва металургійного заводу середній валовий винос пилу складає 350 т на добу. При цьому одночасно виділяється до 200 т на добу сірчаного ангідриду і до 400 т на добу окису вуглецю. Чорна металургія належить до виробництва, яке при сучасній технології виготовлення металів сильно забруднює навколишнє середовище. Саме тому райони високої просторової концентрації галузі відносяться до екологічно небезпечних. Успішно розв'язати екологічну проблему в цих районах - важливе регіональне економічне і соціальне завдання.

У забезпеченні прискореного росту виробництва чорних металів надзвичайно важлива роль належить гірничорудним підприємствам країни. На території України добувається основна частина залізних і марганцевих руд, флюсів і вогнестійкої сировини. Завдяки наявності великих запасів усіх основних видів металургійної сировини і вигідному економіко-географічному положенню родовищ корисних копалин гірничорудна промисловість України є величезною сировинною базою чорної металургії.

Для потреб металургійної промисловості гірничорудні підприємства країни виробляють такі основні види сировини: залізну руду, концентрати та агломерати залізної руди, залізорудні окатиші, концентрати та агломерати марганцевої руди, флюсові вапняки і доломіти, вогнестійкі глини і т. ін. Україна відзначається дуже великими покладами якісної залізовмісної сировини. Це переважно метаморфічні руди докембрійської формації (гематито мартитові, магнетитові), а також осадочні (бурі залізняки). Перші належать до Українського кристалічного щита. Загальні запаси залізних руд України оцінюються в 27,4 млрд. т і складаються з багатих (1,9 млрд. т), а також бідніших залізистих кварцитів (24,1 млрд. т) та бурих залізняків (1,4 млрд. т). З урахованих 83-х родовищ 60 розташовано у Криворізькому басейні, запаси якого складають 18,7 млрд. т. Басейн тягнеться вузькою смугою з півночі на південь довжиною близько 100 км (шириною 2-7 км) уздовж річок Інгульця, Саксагані та Жовтої. Найбільше промислове значення мають багаті руди (використовуються без збагачення), магнетити та окислені залізисті кварцити. Багаті руди (вміст заліза 44-48 %) майже не мають шкідливих домішок, розробляються шахтним способом. З початку експлуатації басейну з його надр видобуто близько 6 млрд. т руди.

На початку 90-х років функціонувало 17 шахт, 5 надпотужних гірничо-збагачувальних комбінатів, які обслуговують 10 кар'єрів. Залізні руди виходять на поверхню та залягають до глибин понад 2,5 км. Високоякісні руди (з 50-60% вмістом заліза) видобуваються шахтним способом; проводиться також відкритий видобуток більш бідних руд (35-40 % заліза). Друге місце за запасами залізних руд в Україні посідає Кременчуцький басейн. В його межах знаходиться 5 окремих родовищ, площа яких становить 15-0 км2. У південній частині басейну руди видобувають кар'єрним способом, і після збагачення концентрат має вміст заліза близько 70 %.

Запаси руд оцінюються в 4,5 млрд. т. Значні поклади руд на більших глибинах залягають у північній частині басейну. Він простягається в меридіальному напрямку на 45 км. Великі поклади сировини для чорної металургії містяться в Білозерському залізорудному районі Запорізької області. Він розташований 20-кілометровою смугою і простягається з півночі на південь на 65 км. Загальні запаси оцінюються в 1,4-1,5 млрд. т, в тому числі промислові - в 0,7 млрд.

Залізні руди залягають у залізистих кварцитах і сланцях пластами потужні - стю 60-260 м. Вміст заліза становить у мартитових рудах 46-48 %, місцями до 60 %. Тут зосереджено значні запаси залізистих кварцитів із вмістом заліза 25- 40 %. Запаси оцінюють у 2,5 млрд. т. Високоякісні, так звані мартитові, руди тут містять до 70 % заліза. Промислове значення має Керченське родовище залізних руд, де на невеликих глибинах залягають руди з вмістом заліза 30-40 %; вони мають близько 1 % фосфору, що дещо знижує їх якість.

До складу керченських руд входять легуючі компоненти - ванадій та марганець, що підвищує їх якість. Осадові залізні руди типу керченських розміщені також на північному узбережжі Азовського моря, в Присивашші. Україна має практично необмежені можливості для експорту високоякісних залізних руд у зацікавлені країни світу.

Похожие статьи




Сучасне формування сировинної бази для виробництва сталі, Розширена характеристика базових та додаткових сировинних компонентів для виробництва сталі - Визначення сталі

Предыдущая | Следующая