Что является сырьем для производства черных металлов


Сырье для производства черных металлов

Черные металлы имеют широкое применение в промышленности и обладают рядом специфических характеристик: темно-серый окрас, высокий показатель плотности, высокая температура плавления, твердость. Но, что является сырьем для производства черных металлов, знает далеко не каждый человек.

Черные металлы добывают из руды. Процесс происходит в специализированных печах с применением кокса и шлаков и именуется черной металлургией, относящейся к тяжелой промышленности.

Руда

Руда – одно из полезных ископаемых, добываемое из земных недр посредством шахт или карьеров. Шахтовая промышленность в современности встречается очень редко. По показателям статистиков 85% всех мировых месторождений руды разрабатываются карьерным способом. Исключение – хромовая руда, которую добывает только в шахтах.

Руда – основной материал в производстве металлов. Прочее сырье выступает в роли второстепенных материалов.

Условно, состав руды следует разделить на два компонента: металл и шлаки. При детальном рассмотрении, руда состоит из нескольких разновидностей металла и различных шлаковых соединений. Определение руды к конкретному типу металла зависит от того, какой именно доминирует над прочими – марганцевая, никелевая, урановая. Примеси представлены соединениями магния, кварцем или глиноземом.

В большинстве случаев, руда проходит стадию обогащения – механического избавления кусков породы от шлаков. После добычи руды из недр, она отправляется на специализированное производство, где и проходит несколько стадий очистки.

Количество кругов по очищению зависит от объема примесей в составе и того, какой именно металл необходимо изъять в результате. К примеру, куска урана размером со спичечный коробок будет достаточно для его эксплуатации в течение 50 лет на атомной станции.

Стадийность процесса

Сам процесс обогащения состоит из двух стадий.

Дробильня

Первоначальные крупные куски руды помещают в специализированное устройство, в котором они дробятся.

Молотковая дробилка

Шлак более хрупкий и с легкостью отделяется крупными кусками от породы.

Электромагнитные фильтры

На этой стадии, очищенную от крупных кусков шлаков породу помещают в огромный электромагнит. Частицы метала примагничиваются к стенкам. Те куски, в которых шлака больше чем металла, неспособны примагнититься. Таким образом, достигается более тщательная очистка, где отсеиваются нерациональные для дальнейшего производства кусочки металла.

Цикл повторяется до тех пор, пока мастера не получают желаемой степени чистоты металла. По ее достижении, руда отправляется на металлургическое производство. Там очищенная руда переплавляется, полностью очищаясь от шлаков, на выходе образуется чугун. В зависимости от состава, чугун бывает литейный и передельный.

Разновидности чугуна

Литейный чугун – конечная стадия. Из него выплавляют канализационные трубы, батареи и прочее. Передельный подлежит дальнейшей стадии обработки: его продувают кислородом, удаляя соединения углерода, а в результате образуется сталь.

Обогащению не подвергаются руды, доля металлов в которых составляет более 70%. Это экономически и практически нерационально. Такие чистые руды направляются на металлургическое производство сразу из карьера.

Сразу из карьера руды отправляют на производство

Не каждая руда подходит для переработки на металл. Если процентная составляющая металлов в руде слишком низкая, изъять их из породы не представляется возможным.

Экономически невыгодно перерабатывать руды, минимальные показатели которых нижеприведенных:

  • железо – 20–60%;
  • медь – 1–3%;
  • никель – 0,3–1%;
  • молибден – 0,005–0,02%.

С совершенствованием технологий, критерии изменяются, и появляется возможность перерабатывать руды с меньшим объемом металлов.

Месторождения руд разделяют на три категории:

  1. A. Размеры рудного тела полностью известны, благодаря частой сетке буровых скважин. Категория позволяет начать строительство металлургического завода на этом месторождении.
  2. B. Бурение совершалось по редкой сетке и форма рудного тела не до конца известна. Подобная категория позволяет составить проект строительства металлургического производства, но не дает права на его строительство.
  3. C. Бурение не проводилось, о форме рудного тела известно лишь благодаря геофизическим показателям и проявлениям породы на поверхности. Такое месторождение относится к перспективным и требует проверки в будущем.

Кокс

Кокс, как сырье, выполняет одновременно две функции: источник тепла и восстановитель руды. Этот факт обеспечивает ему почетное второе место в черной металлургии, по значимости. В результате промышленность по производству черных металлов ориентирует строительство заводов не только относительно месторождений соответствующих руд, но и относительно залежей угля.

Идеальной комбинацией считается «соседство» месторождений руды и угля, но встречается такое очень редко.

Металл из руды специалисты добывают посредством растапливания сырья и разделение примесей и чистого металла в печи. Следовательно, на первоначальном этапе кокс используют как топливо для плавки руды. В последующем химическом процессе в доменной печи, окись углерода помогает восстанавливать руду.

Физико-химические свойства кокса существенно влияют на процесс производства.

Физико-химические свойства кокса

В зависимости от показателей основных критериев, кокс разделяют на металлургический и литейный. По стандарту, металлургический кокс обладает следующими характеристиками:

  • влага – не более 4%;
  • зола – 8–12%;
  • сера – 0,9–2%;
  • остаток в барабане – 290–350 кг;
  • летучие вещества – не более 1,5%;
  • размер кусков – не менее 25 мм.

Влага, зола и сера – примеси, содержание которых обязано быть минимальным.

Особенности кокса

Размеры кусков кокса должны соответствовать габаритам кусков руды и быть равными между собой. Однородность гарантирует равномерное прохождение газов и шлаков сквозь пласты, а также равномерный нагрев смеси внутри доменной печи. Если образовавшийся шлак своевременно не проступит на поверхность и не закроет пленкой металл, он начнет окисляться и становится хрупким.

Пористость кокса влияет в первую очередь на его способность восстанавливать внутри печи углекислоту в окись углерода.

Прочность также считается одним из существенных критериев. Хрупкий кокс, который истирается в крошку, непригоден для доменной выплавки.

Крошка заполняет пустоты, через которые должны проходить газы и шлаки, не пропуская их, а также препятствует процессу продувания воздухом. Прочность определяется в процессе экспериментального испытания в специализированном барабане.

Флюсы и шлаки

Флюсы и шлаки в черной металлургии используют для разделения металла с пустой породой и образования на поверхности металла в печи защитной пленки. Пленка предотвращает взаимодействие металла с газовой средой внутри печи и не позволяет испаряться. Последний фактор играет немаловажную роль, когда теплопотеря, вследствие испарений, велика.

Под шлаком для металлургии подразумеваются различные сплавы оксидов. Сплавы различаются по составу в зависимости от того, какой металл является основой, а также вида примеси, входящей в состав руды.

Железная руда плавится совместно с тройной системой Si-CaO-FeO. Шлаки разделяют на 2 категории: кислые и основные. В составе кислых доминирует SiO2 (50–60%), основные содержат преимущественно CaO (35–50%). Температура плавления основных шлаков – 1,35–1,4 тыс. градуса Цельсия.

Никелевую руду плавят на базе Si-CaO-O (обычное стекло), так как технологический процесс требует появления защитной шлаковой пленки при более низкой температуре.

Никелевая руда

В этом составе SiO2 составляет 70—80%, а минимальная температура плавления равна 1,1–1,2 градуса Цельсия.

Особенности подобного состава

При переплавке медной руды, использование стекла в качестве шлака неприемлемо из-за тугоплавкости, что не позволяет выполнять основные защитные функции своевременно. Защитный покров должен образовываться при температуре 850–900 градуса Цельсия. Этим требованиям соответствует система Si-O (Si – 73%, O – 27%), переходящая в жидкое состояние при минимальной температуре 795 градусов Цельсия.

Магниевая руда и часть алюминиевых сплавов требует защитный покров уже при 500–600 градуса Цельсия. Оксиды такими свойствами не обладают, и им на замену приходят флюсы – сплавы солей. В большинстве случаев, в процессе принимают участие хлориды щелочных (щелочноземельных) металлов. Одно из важных свойств флюсов – непроницаемость перед кислородом.

Флюсы и шлаки, помимо защитных функций, приносят разрушение. Они влияют на огнеупорные покрытия внутри печи. Шлаки растворяют оксидные покрытия, а флюсы пропитывают их, тем самым снижая механическую прочность и увеличивая теплопроводность стен.

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы не принимают прямого участия в процессе переплавки руды, но являются важной частью процесса, выполняя защитные и вспомогательные функции.

Из них делают внутреннюю обивку печи, именуемую футеровкой.

Основные задачи огнеупоров:

  • устойчивость перед нагрузками при высоких температурах;
  • выдерживать резкие перепады температур;
  • иметь низкую теплопроводность и электропроводность;
  • быть устойчивыми перед химическим воздействием шлаков и печных газов.

Чем выше температура, при которой материал переходит в мягкое состояние, тем выше его показатель огнеупорности. Вывод – для различных руд, требуется различный материал для создания футеровки.

Средний температурный показатель огнеупорных материалов в металлургии составляет 1,7—2,1 тыс. Графит обладает гораздо более высоким показателем – 1,7–2,1 тыс. градуса Цельсия.

Но есть и существенный минус – редкие металлы вступают в химическую реакцию с углеродом и образуют карбид, что исключает возможность получения чистого металла.

Подбор материала

В зависимости от состава руды, подбирается соответствующий материал под футеровку.

Использование кислых шлаков требует футеровки, с высоким показателем SiO2. Применение основных шлаков, требует использование огнеупоров с основными свойствами:

  • магнезит;
  • доломит;
  • хромомагнезит.

Нейтральные шлаки применяются при переплавке алюминия и его сплавов и совместимы с нейтральными огнеупорами, такими как шамот и изделия с высоким показателем глинозема в составе.

Для получения чистого бериллия и урана, футеровку выполняют из окисей этих металлов. Для переплавки металлов с высокой температурой плавления, применяют футеровку из окислов алюминия, магния, бериллия, циркония, кальция, их температура плавления равна 2,05–3,3 тыс. градуса Цельсия.

Легкие и редкие металлы (алюминий, магний, кальций, литий, бериллий).

Получают в процессе электролиза фтористых солей, которые ведут себя агрессивно относительно большинства огнеупоров. В таких случаях применяют графит.

Лом в черной металлургии

Лом применяют с целью экономии, процесс переработки металлолома подразумевает исключение применения коксового угля при переплавке.

Лом плавится в шахтной печи, плавление происходит при помощи технологического газа, в результате чего происходит непрерывная разливка стали. Так как дорогостоящие первичные ресурсы (кокс и руда) заменяются на более дешевые, при производстве экономятся значительные ресурсы.

Видео по теме: Производство черных металлов

Что такое черные металлы? (с иллюстрациями)

Слово «железо» происходит от латинского слова «железо» ferrum . Следовательно, черные металлы - это те металлы, которые содержат железо. Черные металлы имеют тенденцию быть магнитными и могут быть чистым железом или любыми сплавами, содержащими железо. Все виды стали и чугуна считаются черными металлами; металл любой формы, не содержащий железа, может называться цветным.

Эйфелева башня сделана из кованого железа.

Практически все виды черных металлов находят широкое применение в производстве. В зависимости от состава они могут использоваться в различных продуктах, от стальных балок до деталей машин и посуды. Железо, которое определяет металл как черный, очень важно для производства металла, так как его свойства прочности, подверженности коррозии и твердости будут меняться в зависимости от других добавленных материалов.

Нержавеющая сталь - это тип черного металла, который часто используется в кухонных принадлежностях.

Чугун - это основная форма железной медали, которая получается из комбинации железной руды с топливом с высоким содержанием углерода, в результате чего получается хрупкий и не очень прочный продукт. Производство чугуна обычно является промежуточным этапом при производстве стали или кованого железа, так как исходный высокоуглеродистый продукт можно переплавить и довести до желаемых свойств путем сжигания углерода и добавления других металлов.Многие другие черные металлы сначала превращаются в железную руду, затем превращаются в чушковый чугун, а затем перерабатываются в другой тип готового металла.

Кованое железо используется в декоративных материалах, например, в металлических воротах с тонкой резьбой. Он имеет исключительно низкое содержание углерода и имеет то преимущество, что его легко формовать.Кованое железо использовалось для изготовления гвоздей, заклепок и труб, прежде чем его заменили более прочные и прочные стальные сплавы. Кованое железо является основным элементом Эйфелевой башни, самого высокого и самого узнаваемого здания в Париже.

В настоящее время большинство черных металлов, используемых в коммерческих целях, составляют различные марки стали.Сталь делится по типу в зависимости от количества углерода или других веществ, смешанных с железом. В зависимости от состава черные металлы, подпадающие под категорию стали, могут иметь различное применение. Например, нержавеющая сталь известна своей блестящей отделкой и высокой устойчивостью к коррозии и часто используется при изготовлении труб и кухонных ножей. Сталь с высоким пределом текучести смешана с никелем и хромом, и из нее удалена большая часть углерода, в результате чего остается чрезвычайно прочный сплав, который используется в тяжелых зубчатых передачах и конструкции двигателей.

.

Сырье

Разъяснение сырья

Сырье можно объяснить как вещество или материал, используемый в производстве или первичном производстве товаров. Как правило, сырье - это природные ресурсы, такие как нефть, дерево и железо. Сырье часто изменяют для использования в различных процессах перед тем, как использовать его в производственном процессе. Сырье также называют товарами, которые покупаются и продаются на товарных биржах по всему миру.

Как сообщает Investopedia, сырье продается на так называемом факторном рынке. Это связано с тем, что сырье является факторами производства в дополнение к труду и капиталу. Сырье играет важную роль в производственном процессе в значительной степени, поскольку успех экономики страны определяется количеством природных ресурсов, имеющихся в стране в ее границах. Страна, располагающая значительными запасами природных ресурсов, не требует импорта такого количества сырья.

Поиск и обработка сырья

После того, как сырье выбрано, становится важным выбрать правильную технологию его обработки. Кроме того, важно также определиться с источником сырья. Все эти требования могут быть выполнены либо за счет внутренних источников, либо также могут быть импортированы в соответствии с нормативными требованиями правительств.

Кроме того, также важно провести тщательный анализ затрат и выгод, прежде чем приступить к процессу размещения заказов, чтобы снизить производственные затраты, таким образом увеличивая маржу прибыли.

Однако есть определенные моменты, которые необходимо учитывать при выборе технологии обработки. К ним относятся:

  • Уровень сложных машин или квалифицированных рабочих, необходимых в процессе.
  • Требуемое количество электроэнергии или воды.
  • Проверьте, требуется ли патент на какой-либо процесс или продукт для использования выбранной технологии обработки.
  • Проверить, требуется ли соблюдать какие-либо особые нормы по охране окружающей среды или загрязнения.
  • Пригодность технологии к существующей среде и условиям.

В дополнение к этим соображениям также важно провести надлежащее планирование, поскольку отсутствие необходимого сырья может привести к остановке производства, простоям оборудования и рабочей силы. Кроме того, слишком большой заказ заранее может привести к блокировке оборотных средств.

.

Отрасли, связанные с сырьем

Задача Европейской комиссии - способствовать в контексте более широкой промышленной политики ЕС конкурентоспособности отраслей, связанных с сырьем. Эти отрасли представлены металлургической отраслью, производством неметаллических полезных ископаемых, горнодобывающей и неэнергетической добывающей отраслью, а также лесной отраслью.

Металлургическая промышленность

Металлургическая промышленность обрабатывает цветные металлы, такие как алюминий, медь и цинк; и черные металлы, такие как сталь.Оба сектора очень важны для экономики, конкурентоспособности и промышленного развития ЕС.

Подробнее о металлургической промышленности.

Производство неметаллических полезных ископаемых

Неметаллические минеральные продукты включают производство цемента, керамики, стекла и извести. Для этих производственных секторов характерно преобразование природных минералов, таких как известняк, кремнезем и глины, посредством энергоемкого процесса.

Подробнее о промышленности неметаллических полезных ископаемых.

Полезные ископаемые и неэнергетические добывающие отрасли

Полезные ископаемые - это сырье, необходимое для современного общества. Их используют для строительства дорог и домов, а также для производства автомобилей, компьютеров и бытовой техники. Горнодобывающая промышленность и горнодобывающая промышленность, занимающаяся добычей этих полезных ископаемых, очень важны для промышленного, социального и технологического прогресса в ЕС.

Подробнее о горнодобывающей промышленности.

Лесная промышленность

Лесная промышленность ЕС (F-BI) состоит из четырех основных секторов: деревообработка, мебель, производство и переработка целлюлозы и бумаги и полиграфия.Целью Европейской комиссии является содействие законодательной и политической структуре, в рамках которой действуют F-BI, для поддержания их конкурентоспособности. Подробнее на:

.

Понимание спроса и предложения: черные металлы

Черные металлы, металлы, содержащие железо, отличаются как от драгоценных, так и от цветных металлов. Они включают сырье, такое как железная руда и стальной лом, а также полуфабрикаты, такие как горячекатаный рулон.

Железная руда находится в земной коре и добывается в открытых карьерах. Китай является крупнейшим в мире производителем, потребителем и импортером железной руды, производя 1,3 миллиарда метрических тонн, что эквивалентно 44% мирового производства.Австралия является вторым по величине производителем железной руды и располагает крупнейшими в мире месторождениями. Китайские месторождения железной руды имеют более низкое содержание железа, чем те, которые обычно встречаются в Австралии и Бразилии.

Железная руда - ключевой ингредиент в процессе производства стали с использованием доменной печи. Первые доменные печи в Китае относятся к первому веку. В доменной печи, футерованной огнеупорным кирпичом, железная руда, кокс и известняк нагреваются для получения жидкого железа. После запуска доменная печь будет работать в течение многих лет с небольшими остановками для планового обслуживания.Температура в доменной печи может достигать 4200 ° F (2300 ° C).

Сталь

также производится в электродуговой печи (ДСП) с использованием стального лома. Около одной трети сырой стали в мире производится в ЭДП. В ДСП металлолом загружается с помощью графитовых электродов для нагрева металла. Температура достигает 6300ºF (3500ºC). В США сталь обычно производят в ЭДП, а не в доменных печах.

Производство стали с использованием ЭДП по сравнению с производством первичной стали с использованием доменной печи имеет некоторые преимущества, включая возможность использования 100% переработанного лома в качестве исходного сырья, что снижает энергоемкость производства, а также гибкость при запуске и остановке производства с учетом изменений спроса.

Предложение железной руды увеличивалось за последние 10 лет в ответ на индустриализацию Китая во время товарного суперцикла. Чтобы удовлетворить спрос Китая на железную руду, которая является ключевым ингредиентом в производстве стали, необходимой для строительства и бытовой техники, мировые поставки железной руды из шахт увеличились.

Это повлияло на способ оценки стоимости железной руды. В течение десятилетий между 1960-ми и тысячелетием цены на железную руду были стабильными при большом количестве предложения.Но спрос Китая на железную руду вызвал рост цен, и горнодобывающие и сталелитейные компании, которые традиционно согласовывали годовые цены после длительных переговоров, в 2010 году перешли на квартальные цены, а затем, в конечном итоге, на спотовые цены.

Железная руда перевозится морским транспортом на опрокидывающихся судах. Некоторые из этих очень крупных судов-перевозчиков руды имеют дедвейт 400 000 метрических тонн.

Стальной лом собирается из перерабатываемых материалов, оставшихся от производства и потребления продукции.Сбор и поставка лома реагируют на изменение цен.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Китай - крупнейшая в мире страна-производитель стали, на которую приходится более половины всей сырой стали. В 2015 году он произвел 50,3% от 1 599,5 миллионов метрических тонн в мире. Япония (105,15 миллиона метрических тонн), Индия (89,58 миллиона метрических тонн), США (78,92 миллиона метрических тонн) и Россия (71,11 миллиона метрических тонн) входят в пятерку ведущих стран-производителей стали.

СПРОС НА СТАЛЬ

Производятся разные виды стали в зависимости от свойств, требуемых для их применения, таких как плотность, прочность, теплопроводность и эластичность.Они широко подразделяются на углеродистые стали, легированные стали, нержавеющие стали и инструментальные стали. Сталь используется при строительстве мостов, автомобильных и железных дорог, а также зданий. Он также используется в секторе бытовой техники, который включает в себя крупные электрические товары, такие как холодильники и стиральные машины, названные так потому, что они обычно белого цвета.

.

Смотрите также