Dezvoltarea inovatoare a metalurgiei. Probleme, inovații și noi tehnologii în metalurgia neferoasă rusă Noi metode și tehnologii în complexul metalurgic

Informații generale. Metale feroase și neferoase. Procese metalurgice de bază.

Metalurgie

Informații generale despre metale și aliaje

Metalele sunt substanțe cristaline ale căror proprietăți caracteristice sunt rezistență ridicată, ductilitate, conductivitate termică și electrică și un luciu special numit metalic. Proprietățile metalelor sunt determinate de prezența unui număr mare de electroni în mișcare în rețeaua lor cristalină. Metalele reprezintă aproximativ 75% din elementele tabelului periodic al lui D.I. Mendeleev.
De obicei, metalele sunt folosite nu sub formă pură, ci sub formă de aliaje.
Aliajele metalice sunt substanțe formate ca urmare a solidificării topiturii lichide formate din două sau mai multe componente. Componentele care formează un aliaj includ substanțe individuale din punct de vedere chimic sau compușii lor stabili. Aliajele metalice constau fie numai din metale (de exemplu, un aliaj de cupru și zinc - alamă), fie din metale cu un conținut mic de nemetale (aliaje de fier și carbon - fontă și oțel). Prin modificarea componentelor și a relațiilor dintre acestea se obțin aliaje cu o mare varietate de proprietăți fizice, mecanice sau chimice. După solidificare, în compoziția aliajului se pot forma soluții solide, compuși chimici sau amestecuri mecanice.
Soluțiile solide apar ca urmare a pătrunderii atomilor unui alt metal sau nemetal (component solubil) în rețeaua cristalină a metalului de bază (solvent). Pe baza tipului de aranjare a atomilor componentei solubile în rețeaua cristalină a solventului, se disting soluțiile solide substituționale și interstițiale.
O soluție solidă substituțională apare ca urmare a înlocuirii unei părți a atomilor din rețeaua cristalină a metalului de bază cu atomi ai componentului solubil. Exemple de soluții solide de substituție sunt aliajele de cupru cu nichel, fier cu nichel, crom, siliciu și mangan.

Într-o soluție solidă interstițială, atomii componentei dizolvate sunt localizați în spațiile libere dintre atomii metalului de bază. De obicei, o soluție solidă interstițială apare într-un sistem format dintr-un metal și un nemetal, de exemplu, într-un aliaj de fier și carbon. Când se formează soluții solide de metale, rezistența, duritatea și rezistența electrică cresc, dar ductilitatea scade în comparație cu metalul de bază. Soluțiile solide stau la baza aliajelor tehnice: oțeluri structurale, inoxidabile și rezistente la acizi, alame, bronzuri.
Compușii chimici se formează într-un raport cantitativ strict definit al componentelor. Compușii chimici includ, de exemplu, carbură de fier (cementită), care face parte din aliajele fier-carbon:
3Fe + C = Fe3C.
Cementitul se caracterizează prin rezistență și duritate ridicate, dar este foarte fragil. Compușii chimici ai metalului cu metal se numesc intermetalici. Aceasta include, de exemplu, compuși de aluminiu cu cupru CuAl2, magneziu cu zinc MgZn2 etc. Compușii intermetalici de cele mai multe ori nu respectă regula valenței normale. Prezența compușilor chimici întărește aliajele, dar în același timp le reduce ductilitatea.
Amestecuri mecanice apar ca urmare a acumularii de cristale de componente care precipită simultan din topitura lichidă pe măsură ce aceasta se răcește. În cristalele care alcătuiesc amestecul mecanic, se păstrează rețeaua cristalină a componentelor originale din aliaj. Astfel, fiecare dintre componente își păstrează proprietățile specifice. Amestecurile mecanice pot consta din componente pure, soluții solide sau compuși chimici.
Toate metalele și aliajele sunt împărțite în feroase și neferoase.

Metale feroase și neferoase

Fonta conține carbon de la 2 la 4,3%; în fontele speciale (feroaliaje) cantitatea de carbon poate ajunge la 5% sau mai mult.
Fonta brută este topită în furnalele din minereuri de fier. Minereurile de fier sunt un amestec natural de oxizi de fier și o componentă minerală numită gangă (silice, alumină). În procesul de topire a minereului, fierul este redus din oxizi, eliberat de impuritățile dăunătoare și separat de roca sterilă.
În funcție de compoziție și scop, fonta obținută din furnal se împarte în gri, albă și maleabilă.
Fonta cenușie sau de turnătorie este obținută ca urmare a răcirii lente a fontei lichide cu un conținut semnificativ de carbon și siliciu în minereu. Acest tip de fontă are de la 1,7 la 4,2% carbon și până la 4,25% siliciu. Fonta gri umple bine matrițele și este ușor de prelucrat cu unelte de tăiere. După ce fonta este topită într-un cuptor, este potrivită pentru turnare în forme pre-preparate.
În fonta cenușie, carbonul este în stare liberă sub formă de fulgi de grafit. Această structură din fontă îi conferă o culoare gri în punctele de fractură.
Albul, sau fonta brută, conține până la 4,5% carbon. În funcție de metoda de producție, în fontă se adaugă următorii aditivi; siliciu, mangan, fosfor, sulf. Acest tip de fontă se obține prin răcirea rapidă a fontei lichide. Carbonul se găsește în fonta albă în stare legată sub formă de cementită. În locurile de fractură, fonta este albă. Fonta albă este tare și fragilă; este folosit în principal ca materie primă pentru producția de oțel.
Fonta ductilă conține 2 până la 2,2% carbon. Este realizat din fontă albă. Piesele turnate se pun in cutii de otel cu nisip curat si se fierb in cuptoare, adica sunt supuse la incalzire prelungita si apoi se racesc lent.
Oțelul (GOST 5157-53) conține carbon până la 2%. Oțelul are proprietăți mecanice și proprietăți tehnologice ridicate.
Oțelul este produs din fontă în diferite moduri. Indiferent de metodă, esența procesului de fabricare a oțelului este oxidarea impurităților nedorite conținute în fontă și reducerea conținutului său de carbon, siliciu, mangan, fosfor și sulf.
Metoda convertor Bessemer de producere a oțelului din fontă se realizează într-un convertor.

În convertor, aerul atmosferic comprimat este suflat prin grosimea fontei la o presiune de până la 2,5 kgf/cm2, în urma căreia carbonul este ars și fonta este transformată în oțel. Căldura degajată în acest caz crește temperatura metalului la 1600 ° C. Recent, în multe instalații metalurgice, aerul îmbogățit cu oxigen sau oxigen pur este suflat prin fontă în convertoare. Acest lucru îmbunătățește calitatea oțelului produs.
Procesul cu vatră deschisă pentru producerea oțelului din fontă este următorul. Fonta solidă sau topită cu adaos de fier vechi1 sau minereu este topită pe vatra unui cuptor cu vatră deschisă. Temperatura necesară este creată din cauza arderii unui amestec încălzit de combustibil gazos și aer.
Scopul procesului cu vatră deschisă este de a îndepărta (arde) din metalul topit acele elemente care nu ar trebui să fie în oțelul finit și care pătrund în metalul topit din sarcină sau din mediul gazos, precum și de a reduce continutul acelor elemente la elementele standard cerute care sunt o componenta necesara a otelului.Daca este necesar, procesul se finalizeaza prin introducerea elementelor de aliere in otel.
Oțelul cu focar deschis este de o calitate mai bună decât oțelul convertor, dar metoda convertor este mai productivă.

Metoda de topire electrică pentru producerea oțelului este cea mai avansată în comparație cu metodele descrise mai sus. În ceea ce privește esența proceselor care au loc, metoda de topire electrică nu diferă de metoda cu focar deschis. Dar topirea electrică face posibilă obținerea de oțel de înaltă calitate și simplificarea procesului de topire. Utilizarea pe scară largă a acestei metode este încă limitată de costul ridicat al energiei electrice.
După compoziția chimică, oțelurile sunt împărțite în carbon și aliaj; ambele tipuri de oțel sunt utilizate în construcții. Oțelurile carbon includ: oțel pentru construcția de mașini (structurale) cu un conținut de mangan de până la 1,1% cu un conținut de carbon de până la 0,75%, oțel de scule cu un conținut redus de mangan (până la 0,4%) cu un conținut de carbon de peste 0,6% . Oțelurile aliate sunt slab aliate cu un conținut de elemente de aliere de cel mult 2,5%, aliaje medii cu un conținut total de elemente de aliare de la 2,5 până la 5,5%, înalt aliate cu un conținut total de elemente de aliare de peste 5,5%.
În funcție de destinație, oțelul are patru clase: construcție - utilizat sub formă de produse laminate fără tratament termic pentru structurile de poduri, clădiri, mașini etc.; inginerie mecanică - folosită pentru fabricarea pieselor de mașini; instrumental - pentru fabricarea diverselor unelte de tăiat metal și alte unelte; scop special - inoxidabil, rezistent la acizi, rezistent la căldură, rezistent la calcar etc.

Metalele feroase includ fierul și aliajele pe bază de acesta - oțel și fontă. Metalele feroase reprezintă aproximativ 95% din produsele metalice din lume. Pentru a conferi proprietăți specifice metalelor feroase, în compoziția acestora se introduc aditivi de îmbunătățire sau de aliere (nichel, crom, cupru etc.). Metalele feroase, în funcție de conținutul de carbon, sunt împărțite în oțel și fontă.

Oțelul este un aliaj fier-carbon maleabil cu un conținut de carbon de până la 2%. Este unul dintre principalele materiale de construcție structurale. Oțelul este folosit pentru a face structuri de clădiri, conducte și fitinguri din beton armat.
Conform metodei de producție, palanele sunt împărțite în oțeluri cu vatră deschisă, convertoare și electrice. După compoziția chimică, în funcție de elementele chimice incluse în aliaj, oțelurile sunt clasificate ca carbon și aliate.
Oțelul carbon, împreună cu fier și carbon, conține până la 1% mangan, până la 0,4% siliciu, precum și impurități de sulf și fosfor. Dacă cantitatea de impurități nu depășește o limită superioară specificată, acestea se numesc normale.
Fonta este un aliaj fier-carbon cu un conținut de carbon de 2...4,3%. De asemenea, conține mangan, sulf și siliciu fosfor. Cea mai mare parte a fontei este utilizată pentru producția de oțel. În plus, este folosit ca material structural independent.În funcție de forma de legare a carbonului, se disting fonta albă și cenușie.
Fonta albă conține carbon în stare legată chimic sub formă de carbură de fier Fe3C.
În fonta cenușie, carbonul este în stare liberă sub formă de grafit.

Metalurgia feroasă

Sectorul industriei grele, care include un complex de subsectoare interdependente: producția metalurgică în sine (furnal, fabricarea oțelului, laminare), producția de țevi și feronerie, minerit, valorificare și aglomerare de materii prime minereu, producția de cocs, producția de feroaliaje și refractare. , extracția materiilor prime nemetalice pentru metalurgia feroasă și prelucrarea secundară a materialelor feroase. Cele mai importante tipuri de produse din metalurgie feroasă: oțel laminat la cald și la rece, țevi de oțel și produse metalice.
Metalurgia feroasă stă la baza dezvoltării majorității sectoarelor economiei naționale. În ciuda creșterii rapide a produselor din industria chimică, metalurgia neferoasă și industria materialelor de construcții, metalele feroase rămân principalul material structural în inginerie mecanică și construcții. Astfel, ponderea metalelor feroase în volumul total al materialelor structurale consumate de principalele ramuri ale ingineriei mecanice ale URSS a depășit 96% în 1976. Industria consumă aproximativ 20% din combustibilul și resursele energetice ale țării.
De mii de ani, dezvoltarea societății umane a fost indisolubil legată de utilizarea fierului ca material principal pentru fabricarea uneltelor. V.I.Lenin a numit fierul unul dintre fundamentele civilizației, unul dintre principalele produse ale industriei moderne.

Producția de fier în Rusia este cunoscută din cele mai vechi timpuri. Minereurile de fier au fost mai întâi topite în cuptoare pentru brânză, apoi (din aproximativ secolul al IX-lea) în cuptoare speciale supraterane suflate cu burduf manual. Producția în fabrică de fontă și fier a început în 1632–37, când prima fabrică cu un furnal care topea până la 120 de kilograme de fontă pe zi a fost construită lângă Tula. În 1700, au fost topite aproximativ 150 de mii de kilograme de fontă. A crescut în primul sfert al secolului al XVIII-lea. topirea sa a crescut de 5 ori, Rusia a ocupat primul loc în lume în producția de metale feroase și până la începutul secolului al XIX-lea. l-a ţinut. Cu toate acestea, în anii următori, rata de creștere a fierului și oțelului a scăzut, iar până în 1913 țara ocupa doar locul 5 în lume, iar ponderea sa în producția mondială de fier și oțel era de 5,3%.

Tehnologia industrială de producție a oțelului

Fierul este unul dintre cele mai comune elemente din natură. Scoarța terestră conține aproximativ 5%. Cu toate acestea, nu se găsește în forma sa pură, deoarece se combină ușor cu oxigenul pentru a forma oxizi. Cele mai cunoscute minereuri de fier din care se obține fierul sunt magnetita FeeCU (conținând peste 70% fier), hematitul Fe3C>3 (30-50%), limonitul FeO(OH) etc. Alături de fierul pur, minereul conține carbon , alte metale, precum și impurități nocive - sulf, fosfor, azot etc.
Produsul primar obținut din minereu este fonta (un aliaj de fier și carbon). Fonta este produsă în furnalele prin topirea minereului de fier la T=1600°C cu adaos de cocs și calcar; În procesul de ardere a cocsului, fierul este redus, în timp ce, în același timp, calcarul este destinat să separe mai ușor impuritățile nemetalice împreună cu zgura. Fonta topită, ca componentă mai grea, este colectată în partea inferioară a cuptorului și apoi eliberată în forme speciale. Fonta cenușie rezultată cu o structură cu granulație grosieră cu un conținut de carbon de 4% este folosită pentru turnare, fonta albă cu o structură cu granulație fină este folosită pentru producția de oțel.
Oțelul este un aliaj de fier și carbon, procentul căruia, datorită prelucrărilor speciale (alierii), se reduce la o cantitate care nu depășește 1,2%. În metalurgia modernă, sunt utilizate trei metode pentru a produce oțel din fontă: Vatră deschisă, Bessemer și Thomas. Principalele materii prime pentru producerea oțelului sunt fonta albă, fier vechi și deșeuri (deșeuri de oțel), precum și aditivi sub formă de siliciu, mangan, crom, nichel, cupru etc. pentru obținerea calităților de oțel cu proprietăți prestabilite.
Cea mai obișnuită metodă de producere a oțelurilor pentru construcții este vetra deschisă.

Această metodă constă în faptul că fonta topită, plasată într-un cuptor special căptușit cu materiale refractare, este alimentată cu un curent continuu de aer cu gaz fierbinte menținând t = 2000 ° C. Sub influența acestei temperaturi, carbonul din masa topită este ars în 4-12 ore (în funcție de calitatea necesară a oțelului), procentul căruia este strict controlat.

Metoda de transformare a oxigenului de producere a oțelului, care a devenit recent din ce în ce mai răspândită în practica mondială, constă în suflarea unui amestec fierbinte de aer și oxigen sub presiune prin fontă topită. Ca urmare, carbonul și impuritățile dăunătoare ard în fonta topită. În funcție de compoziția căptușelii refractare interioare a convertorului, metoda se numește Bessemer (căptușeală acidă) sau Thomas (căptușeală de bază). Metoda Thomas de topire a oțelului nu garantează calitățile cerute, prin urmare acest oțel nu este utilizat pentru construcția de structuri în țară.
Oțelurile multialiate de cea mai înaltă calitate sunt produse în cuptoare electrice speciale. Temperatura maximă de aproximativ 2200 °C este atinsă folosind un arc electric care are loc între doi electrozi de carbon. Avantajul acestei metode este că elementele dăunătoare din aer și gaz nu ajung la metalul topit, așa cum este cazul în primele două metode. Oțelul obținut prin orice metodă este turnat în matrițe speciale și trimis sub această formă pentru prelucrare ulterioară pentru a produce produse laminate, turnate și alte produse.

Metale neferoase. Metalele neferoase (neferoase) includ toate metalele, cu excepția fierului. Cel mai adesea, metalele și aliajele pe bază de aluminiu, cupru, zinc și titan sunt folosite în construcții.
Metalele sunt foarte tehnologice: în primul rând, produsele din ele pot fi produse prin diferite metode industriale (laminare, tragere, ștanțare etc.), în al doilea rând, produsele și structurile metalice sunt ușor conectate între ele folosind șuruburi, nituri și sudură.
Cu toate acestea, din punctul de vedere al constructorului, metalele au și dezavantaje. Conductivitatea termică ridicată a metalelor necesită izolarea termică a structurilor metalice ale clădirilor. Deși metalele sunt neinflamabile, structurile metalice ale clădirilor trebuie să fie special protejate de foc. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când sunt încălzite, rezistența metalelor scade brusc, iar structurile metalice își pierd stabilitatea și se deformează. Coroziunea metalelor provoacă pagube mari economiei naționale. Și, în sfârșit, metalele sunt utilizate pe scară largă în alte industrii, așa că utilizarea lor în construcții trebuie să fie justificată din punct de vedere economic.

Metalurgie (din grecescul "metallon" - "mina", "metal" și "ergon" - "muncă") - în sensul original, restrâns, al "arta de a topi metale din minereuri". În sensul său modern, este un domeniu al științei și tehnologiei și o ramură a industriei care acoperă toate procesele de producere a metalelor și aliajelor și care le conferă anumite forme și proprietăți.

Din punct de vedere istoric, metalurgia a fost împărțită în neferoase și feroase. Metalurgia feroasă include aliaje pe bază de fier - fontă, oțel, feroaliaje (metale feroase reprezintă aproximativ 95% din toate produsele metalice produse în lume). Metalurgia neferoasă include producția majorității celorlalte metale. În plus, procesele metalurgice sunt folosite și pentru a produce nemetale și semiconductori (siliciu, germaniu, seleniu, teluriu etc.). În general, metalurgia modernă acoperă procesele de producere a aproape tuturor elementelor tabelului periodic, cu excepția halogenilor și gazelor.
Știința metalelor, metalurgia, se dezvoltă rapid, ale cărei baze au fost puse de oamenii de știință ruși P. P. Anosov și D. K. Chernov. Oamenii de știință din metale înțeleg structura metalelor, găsesc modalități de a le îmbunătăți proprietățile, creează noi aliaje care permit designerilor să dezvolte mașini fundamental noi - în special ușoare, deosebit de puternice etc.

Baza industriei siderurgice moderne este formată din fabrici, fiecare având dimensiunea unui oraș mic în ceea ce privește teritoriul și numărul de angajați. Metalul trece printr-o cale complexă aici. În primul rând, minereul este îmbogățit la uzinele de minerit și procesare (GOK), apoi la uzinele de metalurgie feroasă este prăjit, transformându-l în aglomerat sau peleți. Fonta brută este topită din ele în furnalele înalte. Fonta merge apoi la atelierul de oțel, unde este topită în oțel în cuptoare cu vatră deschisă, convertoare de oxigen sau cuptoare electrice (vezi Electrometalurgie). Lingourile de oțel sunt transportate la magazinele de laminare, unde sunt folosite la fabricarea produselor metalice: șine, grinzi, table, țevi, sârmă (vezi Laminare, laminor). Între ateliere există șine de-a lungul cărora circulă trenuri care livrează minereu și fier lichid, lingouri de oțel și produse finite laminate.
Aceeași cale, și în unele cazuri chiar mai complexă, este urmată de metale la fabricile de metalurgie neferoasă. Procesul tehnologic de producere a unor metale neferoase include zeci de operațiuni.
Ce ne rezervă viitorul metalurgiei? Va trebui omenirea să construiască în mod constant fabrici gigantice pentru a-și satisface nevoile de metal? La urma urmei, nu trebuie să uităm că metalurgia se ocupă în principal de foc: pentru a topi minereu sau oțel, acestea trebuie încălzite la o temperatură ridicată. Și pirometalurgia (acesta este numele ramului metalurgiei care folosește încălzirea metalului: din cuvântul grecesc „rud” - „foc”) arde oxigenul în aer, poluează atmosfera cu deșeuri de combustie și risipește multă apă dulce. pe unitățile de răcire. Pe scurt, dăunează naturii. Prin urmare, oamenii de știință au dezvoltat noi modalități de a dezvolta metalurgia. Aceasta este, în primul rând, reducerea directă a fierului din minereu, ocolind procesul de furnal. Instalațiile de reducere directă, care sunt complet automatizate și etanșate, vor topi minereu în lingouri de metal sau pulbere pură de fier. Și apoi lingourile sau pulberea, ambalate în containere, vor fi livrate la fabricile de mașini, unde vor fi folosite pentru realizarea produselor fie prin metoda convențională, fie prin metalurgia pulberilor. Aceste fabrici nu trebuie să fie la fel de mari ca cele existente. Dimpotrivă, vor fi mici și, așa cum sugerează oamenii de știință, uneori mobili, adică mobili. Acestea vor fi transportate cu șlepuri sau cu elicopterul către mici zăcăminte de minereu, a căror dezvoltare este considerată în prezent nerentabilă. Minicentralele, complet automatizate, vor face ca dezvoltarea acestor zăcăminte să fie fezabilă din punct de vedere economic.
Electrometalurgia se dezvoltă rapid, iar electricitatea este din ce în ce mai utilizată în toate etapele ulterioare ale prelucrării metalelor. Următoarea linie este crearea unei producții metalurgice complet automatizate, controlate de un computer - ateliere metalurgice automate.

Coroziunea metalelor

Procesele de distrugere a materialelor cauzate de acțiunea diferitelor substanțe chimice asupra acestora se numesc coroziune. Substanțele chimice care distrug materialele de construcție sunt numite agresive. Un mediu agresiv poate fi aerul atmosferic, apa, diverse soluții de substanțe chimice și gaze.
Coroziunea atmosferică are loc în condiții atmosferice normale prin interacțiunea oxigenului aerului, umidității și metalului. Produsele cu o suprafață mare, cum ar fi acoperișuri, ferme metalice, căpriori și poduri, sunt supuse acestei coroziuni.
Diverse structuri situate în apă sunt supuse coroziunii subacvatice, iar procesul este îmbunătățit de prezența chiar și a unei cantități mici de acizi sau săruri în apă.
Coroziunea solului apare atunci când solul interacționează cu metalul conductelor de apă și canalizare. Coroziunea crește odată cu prezența sărurilor în apa din sol și cu fluctuațiile nivelului apelor subterane.
În funcție de natura mediului agresiv, coroziunea metalelor poate apărea chimic și electrochimic.
Procesul de coroziune chimică are loc atunci când metalele sunt expuse la gaze uscate la temperaturi ridicate sau neelectroliți lichizi (lichide care nu conduc curentul electric). Coroziunea chimică include și distrugerea metalului de către oxigen în aerul uscat și alte gaze (dioxid de carbon, dioxid de sulf).
Procesul de coroziune electrochimică este cauzat de acțiunea electroliților asupra metalului - lichide care transportă curent electric. În coroziunea electrochimică, distrugerea metalului este asociată cu apariția și curgerea curentului electric dintr-o zonă a metalului în alta. Când soluțiile de acizi și alcalii acționează asupra unui metal, metalul își renunță ionii la electrolit și el însuși este distrus treptat. Procesul de coroziune electrochimică poate apărea și atunci când două metale diferite intră în contact. De exemplu, când fierul intră în contact cu cromul, acesta va fi distrus, iar fierul cu cuprul va distruge fierul.

În unele cazuri, procesul de coroziune este cauzat de curenții vagabonzi care se răspândesc în pământ de pe șinele căilor ferate electrificate și care trec prin grosimea pământului, precum și prin diferite dispozitive metalice așezate în pământ (cabluri electrice, conducte de apă). Curenții vagabonzi care ajung la conductele metalice și la alte dispozitive subterane situate în solul umed și sărat creează condiții pentru electroliză. Ionii (particulele de metal încărcate electric) trec în soluția de sol (electrolitul); Ca urmare a pierderii particulelor de metal elementare, pe cablurile subterane, pe conductele de apă și canalizare apar gropi de coroziune.
Procesul de coroziune poate fi local, când distrugerea metalului are loc în unele zone, uniform, când metalul este distrus în mod egal pe întreaga suprafață, și intergranular, când distrugerea are loc de-a lungul limitelor de granule ale metalului. O suprafață metalică curată, neprotejată este în majoritatea cazurilor supusă diferitelor tipuri de procese de coroziune. Filmul de oxid format pe suprafața unor metale poate opri dezvoltarea procesului de coroziune. Astfel de filme de protecție apar pe suprafața de cupru, bronz și aluminiu. Oțelul aparține metalelor care rezistă slab procesului de coroziune; distrugerea suprafeței produselor din oțel cauzată de procesul de coroziune se răspândește rapid în straturile interioare ale metalului,
Pierderile din procesele de coroziune cauzează pagube materiale mari economiei naționale. Acest fenomen poate fi combatet prin diferite mijloace.
Acolo unde este posibil, metalele sunt înlocuite cu alte materiale care sunt mai puțin susceptibile la coroziune. Dacă structurile metalice nu pot fi înlocuite, acestea sunt acoperite cu lacuri și emailuri. Pelicula rezultată protejează metalul de acțiunea mediului extern. Pentru a proteja împotriva coroziunii, structurile metalice sunt vopsite, galvanizate, placate cu cositor și cromate. În plus, pentru fabricarea structurilor se folosesc metalele cele mai rezistente la acest mediu agresiv. De exemplu, otelurile slab aliate sunt folosite in conditii de umiditate scazuta si expunere la alcali, otelurile inalt aliate sunt folosite in conditii de umiditate ridicata si gaze foarte agresive.Alierea cu nichel creste dramatic rezistenta otelului impotriva coroziunii atmosferice si subacvatice.
Structurile de construcții metalice sunt protejate de procesele de coroziune prin pulverizarea cu flacără a polimerilor plastici sub formă de pulbere pe suprafața lor, inclusiv polietilenă, polipropilenă, nailon, precum și compoziții speciale din aceste materiale cu sau fără adaos de materiale de umplutură și coloranți pulberi.

Metalurgia de astăzi, ca acum 30 de ani, este împărțită condiționat în funcție de scopul său în două grupe: prima lucrează pentru producția de masă, a doua este metalurgia specială. În consecință, materialele sunt împărțite în cele pentru care nu există cerințe speciale, cu excepția prețului. Și cele pentru care caracteristicile speciale sunt foarte importante. Una dintre sarcinile principale ale materialelor speciale este să nu fie structurală în sensul tradițional, deoarece capacitatea lor portantă nu este foarte importantă, ci să fie o parte sau o bază pentru un produs resursă.

Caracteristicile funcționale ale materialelor din oțel se bazează în mare parte pe acoperirile care le sunt aplicate. Ele conferă noi proprietăți materialelor - rezistență la căldură și calități tribologice.

O altă caracteristică importantă a metalurgiei moderne este că trebuie să servească drept bază pentru reciclare, adică trebuie luat în considerare întregul ciclu de viață al materialelor. Astăzi, ca materii prime sunt folosite baze de minereu mai complexe și mai scumpe decât înainte. Prin urmare, este necesar să se implice în prelucrare și alte surse de resurse care au fost recuperate din materii prime netradiționale, în primul rând secundare. În același timp, cerințele de calitate pentru materialele obținute din materiale reciclate rămân foarte ridicate.

Una dintre principalele tendințe în metalurgia modernă este lupta pentru „puritatea” materialului - îndepărtarea contaminanților grosier și a impurităților dăunătoare și eliminarea apariției fisurilor în timpul funcționării. Introdus la sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, termenul „oțel curat” a dispărut pentru o vreme, dar acum reapare. Dar dacă mai devreme am vorbit despre dimensiuni de incluziune de 20-40 de microni, acum nu este mai mult de 2-3 microni și, de cele mai multe ori, un nivel zero de contaminare. Drept urmare, chiar și aliajele tradiționale devin noi în ceea ce privește proprietățile lor de performanță.

Materialul metalic modern clasic are două caracteristici principale. În primul rând, este un material structural care este previzibil atât în ​​proprietățile sale, cât și în costul său, care poate fi controlat. Considerațiile economice, desigur, indică faptul că metalul nu își pierde poziția.

În ultimii ani, tehnologia de prelucrare a metalelor a suferit două revoluții subtile. Una dintre ele s-a bazat pe apariția mașinilor cu cinci axe și a sculelor din carbură pe bază de carbură de tungsten. Al doilea este asociat cu apariția așa-numitelor tehnologii aditive, bazate pe principii complet noi pentru metalurgie. Mașinile cu cinci axe au devenit obișnuite astăzi. Dar tehnologiile aditive se vor manifesta în următorii trei până la cinci ani.

Și acest lucru schimbă semnificativ metalurgia tradițională. Ne putem imagina că multe produse de înaltă calitate și materiale de înaltă calitate își pot schimba forma de existență - vor fi produse în principal sub formă de pulbere. Și piesele vor fi făcute din ele folosind o metodă practic directă. Confirmarea gravității unor astfel de tendințe este informația publicată în urmă cu câteva zile că General Electric urmează să investească 1,4 miliarde de dolari în fuziunea unor renumite companii specializate în imprimare 3D: suedeză Arcam AB și germană SLM Solutions Group AG. Scopul declarat al asociației este de a începe producția de produse pentru industria motoarelor și a energiei bazate pe tehnologii 3D. Nu există nicio îndoială că acest lucru va zgudui foarte mult piața și va da un impuls suplimentar dezvoltării acestor tehnologii.

Oamenii de știință dezvoltă materiale care pot funcționa la temperaturi extreme

Când vorbim despre materiale noi, nu putem să nu menționăm polimeri. Fibra de carbon este cunoscută de mult timp: caroseria aeronavei Boeing 787 este realizată în întregime din acest material. În astfel de produse în care sunt necesare atât proprietăți mecanice bune, cât și ușurință, desigur, astfel de materiale vor înlocui metalele, mai ales dacă sunt utilizate în condiții extreme. Dar acum întrepătrunderea metalului și polimerului în materialele structurale este atât de puternică încât este deja greu de spus ce este cu adevărat: din punct de vedere al grosimii este un polimer, din punct de vedere al proprietăților este un polimer pe metal.

Astăzi industria operează în mai multe direcții. Prima este dezvoltarea materialelor care pot funcționa la temperaturi extreme. În al doilea rând, se desfășoară lucrări importante pentru a prelungi durata de viață a materialelor care pot fi garantate să dureze 100 de ani. Acest lucru este relevant, de exemplu, pentru energia nucleară. De asemenea, multe companii și echipe de cercetare dezvoltă materiale biocompatibile și în special compozite, deoarece deja am învățat să combinăm metalele cu nemetale și să obținem noi materiale durabile. Ele sunt solicitate de medicina modernă pentru producerea de dispozitive implantabile, protetice etc.

Apropo

A fost creat un material care nu este inferior ca rezistență metalului și, în același timp, este de 100 de ori mai ușor decât polistirenul expandat. Materialul, cunoscut sub numele de „microgrid”, a fost dezvoltat de oamenii de știință de la HRL Laboratories (SUA), care este deținut de Boeing și General Motors. Este 99,9% aer și este organizat într-o rețea de tuburi goale mici. Grosimea pereților lor este de numai 100 de nanometri - de 1000 de ori mai subțire decât un păr uman. Videoclipul demonstrat de dezvoltatori arată că un fragment din microlatice se află pe o păpădie pubescentă, fără a o zdrobi.

Microlaticele a fost realizată din binecunoscutul metal nichel-fosfor, dar cu o arhitectură neobișnuită și folosind un proces de fabricație inovator bazat pe principiul imprimării 3D. Această tehnologie are perspective mari în producția de avioane, nave spațiale și alte domenii de producție care necesită materiale ultra-ușoare, dar foarte durabile. Proprietățile microlaticei se bazează pe aceleași principii care au făcut posibilă crearea Turnului Eiffel - o structură de 324 de metri înălțime, dar incredibil de ușoară. Și Eiffel și inginerii săi, după cum știți, au aplicat cunoștințele despre modul în care sunt structurate oasele umane în capodopera lor. Tehnologia modernă a făcut posibilă transferul acelorași principii la o scară foarte mică.

În ciuda crizei recente, industria metalurgică își păstrează potențialul investițional datorită investițiilor mari anterioare de capital privat în dezvoltarea industriei și sprijinului guvernamental activ. În mai 2014, Ministerul Industriei și Comerțului a aprobat „Strategia de dezvoltare a metalurgiei feroase și neferoase în Rusia pentru 2014-2020 și pentru viitor până în 2030”, care prevede dezvoltarea industriei la un nou nivel. nivel calitativ. În aprilie 2015, au fost convenite planuri de acțiune pentru substituirea importurilor în industria metalurgiei feroase și neferoase, adaptate la situația economică actuală. În același timp, proiectele inovatoare și modernizarea întreprinderilor sunt în plină desfășurare în industria metalurgică.

Metalurgia este unul dintre sectoarele de bază ale economiei mondiale, se investesc o cantitate imensă de resurse și investiții în ea, un număr mare de oameni sunt implicați în ea, multe alte domenii de afaceri depind de produsele sale și tocmai această industrie care influențează dezvoltarea tehnologiei în economia unei anumite țări.
Ponderea produselor metalurgice în PIB-ul Rusiei este de aproximativ 5%, în industrie - mai mult de 17%. În plus, metalurgia este o industrie orientată spre export; ea reprezintă aproximativ 14% din volumul total de export al țării.

Sprijin de stat și investiții private

Prin urmare, creșterea competitivității produselor din industria metalurgică și extinderea ofertei de astfel de produse devin sarcini strategice la nivel federal. Astfel, în septembrie 2015, șeful guvernului rus, Dmitri Medvedev, a declarat: „Astăzi, industria metalurgică în ansamblu funcționează bine, în ciuda situației economice dificile. Desigur, vă vom sprijini (metalurgiști – nota editorului) în toate modurile posibile.” El a mai menționat că poziția industriei este mai mult sau mai puțin decentă, ceea ce se datorează condițiilor de piață, facilităților modernizate și slăbirii monedei interne, ceea ce face posibilă creșterea exporturilor. Numai în prima jumătate a acestui an, potrivit experților, profitul metalurgiștilor a ajuns la 600 de miliarde de ruble. Este ușor de calculat că întreprinderile metalurgice sunt contribuabili mari și importanți, formând partea leului din veniturile bugetare.

Dezvoltarea industriei metalurgice și inovarea în industrie are loc nu numai cu sprijinul guvernului, ci și cu participarea investițiilor private. În același timp, conform ultimelor știri din industrie, astăzi activitatea de investiții în industrie este la un nivel destul de ridicat. Giganții de combustibil și energie implementează proiecte de infrastructură la scară largă care necesită capacități metalurgice și produse tehnologic avansate, companiile de inginerie își creează propriile ateliere de metalurgie a pulberilor, iar întreprinderile regionale construiesc fabrici moderne de metalurgie secundară.
Țevi inovatoare

Companiile metalurgice rusești introduc în mod activ tehnologii, dezvoltări inovatoare, construiesc ateliere moderne, folosesc echipamente noi și așa mai departe.

Astfel, doar in ultimul an, ChelPipe a prezentat in repetate randuri produse modificate care indeplinesc cele mai inalte standarde de calitate la evenimente de specialitate. De exemplu, țevi destinate construcției de puțuri și transportului de petrol și gaz pe raft, în special țevi de carcasă și țevi cu racorduri filetate de clasă premium, țevi de conducte de petrol și gaze cu fiabilitate în funcționare sporită care conțin componente corozive, țevi rezistente la coroziune pt. medii cu un conținut ridicat de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon, carcasă rezistentă la frig și țevi pentru funcționare la temperaturi de până la -60 ° C și multe altele. Acestea sunt conducte cu rezistență crescută la coroziune care pot fi folosite chiar și în condițiile climatice dificile ale Arcticii. De exemplu, sunt utilizate pentru producerea de gaze și petrol în puțuri cu factori de complicare, precum presiunea mare a gazului, puțuri cu secțiuni înclinate, orizontale și altele care nu permit utilizarea racordurilor filetate standard.

În general, țevile cu fiabilitate sporită și rezistență la uzură nu au fost practic produse în Rusia înainte, ci au fost doar importate. Astăzi, ca parte a concentrării țării asupra înlocuirii importurilor, metalurgiștii au stăpânit și creează cu succes țevi fiabile, care sunt deja solicitate nu numai de către cele mai mari companii de combustibil și energie, ci și de către întreprinderile străine. Astfel, în august 2015, Pervouralsk New Pipe Plant a îndeplinit prima comandă de client pentru furnizarea de țevi de precizie tratate termic către Germania. Acest tip de produs este destinat industriei auto.

Capacități modernizate

În ultimii ani, întreprinderile metalurgice rusești și-au modernizat și actualizat șantierele de lucru. Și acest lucru permite nu numai producerea de produse tehnologice, ci și influențează semnificativ situația din regiunile și orașele în care își desfășoară activitatea aceste companii. Ei creează locuri de muncă, plătesc taxe, investesc în viața socială a regiunilor: sponsorizează evenimente, susțin instituțiile de învățământ și chiar își creează propriile programe de formare etc.

În 2010, a fost lansat un nou atelier modern ChTPZ pentru producția de țevi de diametru mare „Vysota 239”. A investit aproximativ 900 de milioane de dolari și astăzi are peste 1.000 de angajați și produce produse de înaltă calitate - țevi cu acoperiri externe și interne care pot fi folosite în condiții climatice dure (de exemplu, în Siberia de Est, unde explorarea și dezvoltarea crește petrolul). și zăcăminte de gaze), cu activitate seismică crescută și la instalarea conductelor de-a lungul fundului mării. În același an, ChTPZ a lansat un nou complex modern de topire a cuptorului electric, Iron Ozone 32, la noua fabrică de țevi Pervouralsk. S-au investit 570 de milioane de dolari în el. Este capabil să furnizeze 75% din volumele de țagle necesare grupului ChelPipe pentru producția de țevi fără sudură; capacitatea sa este de 950.000 de tone pe an.

În 2015, a fost lansat un alt proiect inovator - uzina Eterno, care este o lucrare comună a ChTPZ și Rusnano. Eterno este o întreprindere care va produce piese de conectare a conductelor folosind materiale nanostructurate. Produsele fabricii includ piese de conductă ștanțate-sudate (SHSDT), în primul rând coturi pentru rotirea unei conducte în direcția dorită și teuri pentru construirea de ramuri, precum și piese pentru etanșarea unei conducte și tranziția de la un diametru de conductă la altul.
Pe lângă personalul înalt calificat, a cărui pregătire este efectuată chiar de ChTPZ, fabrica are avantaje tehnologice unice care fac posibilă asigurarea unor standarde de calitate de clasă mondială la costuri competitive și timpi de livrare minimi. Capacitatea Eterno este de 10.000 de tone de piese de conducte ștanțate și sudate pe an. Potrivit experților, calitatea produselor plantei sugerează că acestea vor fi, de asemenea, solicitate nu numai pe piața rusă, ci și în alte țări.
Problema de mediu

O altă tendință tehnologică în industria metalurgică este preocuparea pentru respectarea mediului înconjurător a produselor fabricate. Până de curând, se accepta în general să se considere metalurgia, în special industria feroasă, ca o industrie învechită. Dar astăzi, ca și în multe alte industrii, respectarea mediului și eficiența energetică devin de mare importanță în industria metalurgică. Și rezolvarea acestor probleme este, de asemenea, imposibilă fără dezvoltarea de noi tehnologii și introducerea de echipamente moderne. Se dezvoltă programe și proiecte țintite, se inventează noi tipuri de aliaje cu caracteristici ecologice. Se construiesc fabrici unde volumul emisiilor poluante în atmosferă este redus la minimum. Și, din nou, acest lucru se întâmplă atât cu subvenții guvernamentale, cât și independent de către corporațiile metalurgice.
Tendințele în industria metalurgică se deplasează către industriile conexe: inginerie mecanică, construcție de mașini-unelte etc. La rândul lor, acestea încep și să se modernizeze, să stăpânească evoluțiile tehnologice, echipamente noi - nu numai străine, ci și produse în Rusia și care îndeplinesc standardele mondiale. .

Procesul Consteel este o soluție inovatoare în fabricarea oțelului electric care permite economii semnificative de energie și crește eficiența și respectarea mediului în producția de oțel în cuptoare electrice.

Orez. 47. Schema de montaj Consteel: 1 – încărcarea fier vechi; 2 – transportor; 3 – încălzirea încărcăturii cu arzătoare; 4 – îndepărtarea gazelor reziduale într-o unitate de epurare a gazelor; 5 – încălzirea încărcăturii cu gazele de eșapament; 6 – cuptor electric; 7 – lance pentru purjarea baii cu oxigen si carbon

O caracteristică specială a acestei tehnologii este alimentarea continuă cu fier vechi prin intermediul unui transportor către cuptorul electric (Fig. 47). Astfel, procesul de topire devine practic continuu. Acest lucru asigură o oglindă plată constantă a metalului deasupra căreia ard electrozii, iar topirea deșeului de metal care intră are loc într-o baie de metal lichid, ceea ce duce la o stabilitate crescută a procesului. Capacitatea unor astfel de cuptoare variază de la 40 la 320 de tone. Aspectul instalației este prezentat în Fig. 48.

În conformitate cu tehnologia, încărcarea, folosind o macara electromagnetică, este furnizată de la mașini la un transportor de încărcare încălzit de gazele de evacuare a cuptorului, care o transportă la EAF. Există o opțiune de tehnologie cu arzătoare suplimentare instalate deasupra transportorului. Avantajul procesului este că nu este nevoie de aglomerarea fierului vechi; pot fi folosite chiar și așchii.

Sarcina încălzită este încărcată în EAF, unde este topită într-o baie de metal lichid. Gazele cuptorului care părăsesc EAF încălzesc încărcătura care se deplasează de-a lungul transportorului și sunt apoi trimise la o stație de curățare a gazelor.

Spre deosebire de încărcare, oțelul este evacuat periodic din cuptor, iar un dispozitiv bazat pe senzori în infraroșu este utilizat pentru a detecta automat zgura în timpul descărcării.

Cuptorul poate fi umplut și cu fontă lichidă, care este alimentată continuu în spațiul de lucru al cuptorului printr-un jgheab special căptușit.

Avantajele tehnologiei Consteel:

• reducerea consumului de energie electrică cu 80...120 kWh/t și electrozi prin creșterea stabilității procesului și încălzirea încărcăturii;
• creșterea productivității cuptorului datorită continuității procesului;
• condiţii mai bune pentru formarea zgurii şi o atmosferă mai favorabilă în cuptor.
• creșterea durabilității căptușelii cuptorului;
• reducerea cu peste 40% a costurilor pentru logistică, personal și procesarea deșeurilor de producție.
• conținut redus de FeO în zgură, conținut redus de azot, fosfor și hidrogen în oțel;
• reducerea nivelului de zgomot și creșterea respectării mediului în producție.

Cuptoare cu carcasă dublă

Cuptoarele cu vas dublu se caracterizează în primul rând printr-o productivitate crescută. Un astfel de cuptor este format din două băi (cazuri) și un sistem de alimentare cu unul (cuptor de curent continuu) sau trei (cuptor de curent alternativ), care sunt comutați de la o baie la alta. Dispunerea echipamentului unui cuptor de curent continuu cu vas dublu este prezentată în Fig. 49, iar aspectul din Fig. 50.

În timp ce metalul este topit într-un corp folosind electrozi, încărcătura este încălzită în alt corp de gazele de eșapament de la primul corp sau de la arzătoarele cu gaz. Totodată, timpul de topire este redus cu 40%, iar prin încălzirea încărcăturii se realizează o reducere a consumului de energie cu 40...60 kWh/t. Există cuptoare în care electrozii sunt instalați pe două băi, dar în acest caz se pierde efectul economic de reducere a costurilor de capital pentru construcția unității.

O altă opțiune pentru implementarea cuptoarelor cu carcasă dublă este unitatea CONARC (CONvertor + cuptor electric ARC). Această unitate are și două corpuri de cuptor, dar pe lângă un set de electrozi, are și o lance pentru furnizarea de oxigen (ca într-un convertor). Aspectul unității este prezentat în Fig. 51. Avantajul acestei unități este capacitatea de a topi oțel din fier lichid și fier vechi (sau DRI) în aproape orice proporție.

Procesul de topire a oțelului este împărțit în două etape (Fig. 52). În primul rând, fonta este turnată într-o carcasă, se instalează o tuyeră în cuptor și începe purjarea cu oxigen. În această etapă, metalul este decarburat.

Pentru a evita supraîncălzirea băii din cauza oxidării carbonului, siliciului, manganului și fosforului care apare în timpul purjării, în cuptor se adaugă lichide de răcire sub formă de fier vechi sau DRI. După ce purjarea este finalizată, lancea de oxigen este mutată în a doua carcasă (sau mutată în lateral), iar electrozii sunt instalați pe prima carcasă. În această etapă, cantitatea rămasă de sarcină solidă este adăugată în cuptor și topirea acestuia începe cu ajutorul electrozilor.

După atingerea temperaturii necesare, metalul este eliberat în oală. Procesul trece apoi din nou. Astfel, oțelul este topit simultan în două corpuri de cuptor, iar electrozii și tuiera sunt rearanjați pe acestea alternativ, ceea ce asigură o productivitate ridicată a unității, care este cu 30% mai mare decât cea a două unități separate de aceeași capacitate). Timpul de topire variază de la 40 la 60 de minute.

Un principiu similar este utilizat în unitatea de proces Arcon, dezvoltată de Concast Standard AG. Diferența este că unitatea este alimentată de curent continuu, iar corpul unității corespunde de fapt corpului convertorului. Deoarece se folosește curent continuu, unitatea nu are trei, ci doi electrozi - unul superior din grafit și unul inferior cu plăci de cupru (vezi Fig. 49).

Unitatea Arcon are o capacitate de 1,6 milioane tone/an. Fonta lichidă (40%), fonta granulată (5%) și HBI (55%) sunt utilizate ca încărcătură metalică. Masa topiturii produse este de 170 de tone. Ciclul de funcționare al fiecărui corp de unitate este de 92 de minute.

În general, combinația dintre un convertor și un cuptor cu arc într-o singură unitate oferă următoarele avantaje în comparație cu un cuptor cu arc convențional:

• selecție largă de încărcături metalice;
• performanta ridicata;
• consum redus de energie ca urmare a utilizării energiei chimice din oxidarea impurităților de încărcare metalică;
• reducerea puterii electrice necesare;
• reducerea consumului specific de electrozi;
• impact mai mic asupra rețelelor de alimentare cu curent, capacitatea de a lucra cu rețele electrice de putere redusă;
• reducerea costurilor pentru echipamentele electrice.

Cuptoare electrice cu arbore

O caracteristică de proiectare a unui cuptor electric cu arbore este prezența unui arbore în care fierul vechi este încălzit înainte de a-l încărca în cuptor. Un astfel de arbore este instalat deasupra acoperișului unui cuptor cu arc convențional. Pot fi una sau două mine. Temperatura la care fierul vechi poate fi încălzit este de 800 °C. Economiile de energie datorate unei astfel de preîncălziri a fierului vechi este de 70...100 kWh/t. Până la 60% din fier vechi este încărcat prin arbore; restul (de exemplu, fier vechi de dimensiuni mari) este încărcat în baia cuptorului; pentru aceasta, arborele este mutat în lateral. Ciclul de topire este de 35...50 de minute de la robinet la robinet. Pe lângă economiile de energie, asigură și o reducere a consumului de electrozi cu 30% și o creștere a productivității cu 40%.

Acest proces a apărut relativ recent (la sfârșitul anilor 80 ai secolului XX), așa că căutarea modelelor optime pentru un astfel de cuptor continuă. Să ne uităm la cele mai moderne două opțiuni.

SIMETAL EAF Quantum este cea mai modernă soluție de design pentru un cuptor de încălzire pentru fier vechi. În prezent, la uzina companiei mexicane de oțel Talleres y Aceros S.A. este instalat un singur cuptor. de C.V. (Tiasa).

Masa topiturii la ieșire este de 100 de tone, dar masa mlaștinii (metal și zgură rămase după eliberarea anterioară) este de 70 de tone. Diagrama cuptorului este prezentată în Fig. 53.

Fierul vechi este încărcat într-o găleată cu macaraua și reîncărcat într-un lift, care se ridică în vârful puțului și, după deschiderea trapei, este turnat în interior, unde este încălzit. Acest cuptor folosește un nou design de arbore, cu degete răcite cu apă care țin fier vechi (Fig. 54).

După încălzire, degetele sunt despărțite și fier vechi este turnat în baia cuptorului. În total, în timpul ciclului de topire, care durează 33 de minute, sunt furnizate trei porții de fier vechi. Timpul de încălzire pentru fiecare porție este de 9 minute. Metalul este eliberat printr-un canal sub forma unui sifon (Fig. 55), care permite înclinarea cuptorului cu doar 4° și tăierea completă a zgurii.

O altă soluție inovatoare care combină avantajele cuptoarelor cu arbore și cuptoarelor cu încărcare continuă este sistemul EPC (Environmental Preheating and Continuous Charging), care a fost dezvoltat de CVS MAKINA și KR Tec GmbH (Turcia).

O diagramă a cuptorului cu instalație EPC este prezentată în Fig. 56.

Sistemul EPC funcționează după cum urmează (Fig. 57). Folosind un coș de încărcare, încărcătura este încărcată în camera de încărcare a sistemului EPC prin capacul deschis (Fig. 57, a).

În această poziție, peretele frontal al camerei de încărcare închide arborele (camera de preîncălzire) în care prima porțiune a încărcăturii este deja încălzită. În timpul încărcării încărcăturii în camera de încărcare, procesul de topire în PAL și procesul de preîncălzire a încărcăturii nu se opresc.

După încărcarea încărcăturii din coș în camera de încărcare, se închide capacul și, folosind cilindri hidraulici, camera de încărcare este plasată deasupra arborelui, în care se toarnă încărcătura pentru a o preîncălzi (Fig. 57, b).

După încălzirea încărcăturii, folosind un împingător, o parte din aceasta este turnată în spațiul cuptorului (Figura 57, c), apoi este încărcată o nouă porțiune de fier vechi (Figura 57, d).

Timpul de topire într-un cuptor echipat cu un sistem EPC este de 36 de minute, masa de topire per orificiu este de 100 de tone, temperatura de încălzire a încărcăturii este de 800 °C.

Avantajele sistemului EPC:

• economisirea energiei până la 100 kWh/t;
• creșterea productivității cu 20%;
• umplere independentă de resturi;
• emisii minime de praf;
• rambursare rapidă (aproximativ 12 luni).

Criza globală a avut un impact negativ asupra economiei ruse, dar industria metalurgică și-a păstrat capacitățile datorită contribuțiilor monetare mari anterioare. Metalurgia este ramura principală a industriei de stat, un fel de fundație pentru dezvoltarea economiei în ansamblu.

Ponderea metalurgiei în exporturile totale ale țării este de 14%. Peste 40% din oțelul produs în Federația Rusă este exportat. Producția metalurgiștilor în PIB este de 5%, în întreg complexul industrial - 17%. Industria metalurgică aduce o contribuție semnificativă la economia țării și umple bugetul. Din cauza situației economice nefavorabile, a fost adoptat și un plan de înlocuire a produselor de import cu cele autohtone. Creșterea competitivității industriei este inclusă în planurile strategice la nivel de stat. Întreprinderile din industrie se modernizează și aplică.

Inovațiile la cerere se referă la actualizarea tehnologiilor, reducerea intensității resurselor și îmbunătățirea componentei de mediu în metalurgie. Un accent deosebit este pus pe electrozi, carbon-grafit, carbură, semiconductoare și produse laminate. Pentru a evita declinul industriei metalurgice, este necesară intensificarea activităților de inovare. Instituțiile de cercetare oferă asistență semnificativă în modernizarea industriei.

10 inovații în metalurgie 2018

Inovații în metalurgie:

1. Cuptor rotativ. Folosit în metalurgia feroasă, reduce stresul în partea inferioară a cuptorului.
2. Cuptorul Vanyukov a fost proiectat și pus în funcțiune pentru prelucrarea zgurii și a deșeurilor în metalurgia neferoasă. Un analog al acestei inovații este cuptorul Romelt, utilizat în metalurgia feroasă. Avantajul său este capacitatea de a lucra cu cărbune de calitate scăzută și de deșeuri de zgură de proces. Deși eficiența unui astfel de cuptor este mai mică decât cea a unui furnal, acesta din urmă nu este capabil să prelucreze deșeurile și zgura. Acesta este un mare salt înainte, deoarece uzinele metalurgice sunt pline de deșeuri care nu au încotro. Costul proiectului este de aproximativ 250 de milioane de ruble, iar construcția în afara uzinei metalurgice va costa un miliard de ruble. Inovația a fost realizată prin investiții private.
3. Întreprinderea Uzinei de zinc din Chelyabinsk stăpânește tehnologia de flotație pentru producerea argintului din turte de producție de zinc. Tehnologia inovatoare produce până la 98 kg de argint din 100 de kilograme de concentrat de flotație cu sulfuri.
4. A fost creată o tehnologie cu membrană pentru purificarea soluțiilor complexe din metalurgie. Inovația face posibilă purificarea soluțiilor din sulfați de metale grele neferoase cu 99%. Inovația deschide posibilitatea creării unei bucle de circulație a apei la fabricile din industrie.
5. La topirea fontei și a oțelului, se folosește un flux sintetic cu punct de topire scăzut. Inovația ajută la creșterea capacității de rafinare a zgurii.
6. Nanotester dinamic. Cu ajutorul invenției se studiază parametrii fizici și mecanici ai materialelor de diferite origini, se determină coeficientul și modulul de frecare
   Tinere, nanoduritate etc.
7. Complex pentru cercetarea și diagnosticarea nanosubstanțelor în vrac (nanotuburi, pulberi pentru sinterizare și cataliză, medicamente). Inovația este concepută pentru a determina rapid proprietățile și caracteristicile unui material în diferite etape de producție.
8. Inovațiile se referă și la alimentarea cu apă a industriilor metalurgiei feroase. Pentru a calcula concentrațiile de sare în subsecțiuni, optimizați structura sistemelor de alimentare cu apă
   a fost elaborat un model tehnologic cu descrierea sa matematică.
9. Instalația de topire prin inducție Elsit HDTV vă permite să economisiți energie. Datorită puterii sale mari, cuptorul se încălzește instantaneu și vă permite să o faceți imediat
   topiți metalul.
10. Echipamentele de laminare plată pentru rularea încrucișată a pieselor de prelucrat sunt utilizate la fabricarea pieselor de înaltă precizie cu configurații complexe. Complexul automatizat vă permite să creșteți productivitatea de 2 ori, să reduceți consumul de metal laminat cu 30%, să creșteți precizia de fabricație și să reduceți intensitatea forței de muncă a operațiunilor ulterioare.

Dezvoltarea industriei metalurgice este inclusă în mod firesc în planificarea strategică la nivel federal. Utilizarea inovațiilor în metalurgie, introducerea tehnologiei moderne și modernizarea celor existente cresc rata de reînnoire a activelor fixe de producție la 5%. În viitor, până în 2020 industria metalurgică va ajunge la nivel mondial în ceea ce privește numărul de produse produse.

Metalurgia feroasă

Inovațiile în metalurgia feroasă sunt implicate în anumite domenii de producție:

1. Domeniu
   Este planificată construirea de instalații pentru injectarea prafului de cărbune, creșterea topirii fierului la 20% și reducerea consumului de gaze naturale.
2. Producția de oțel
   Refuzul utilizării cuptoarelor cu focar deschis pentru producția de oțel, reducând consumul de metal laminat la 1088 kg/t în 2020 de la actualul 1142
   kg/t. Utilizarea cuptoarelor de mare putere pentru economisirea energiei (350 kWh/t față de 500 kWh/t actual).
3. Închiriere.
   Creșterea producției de tablă în producția totală de metal la 65%, aducând-o la nivelul țărilor dezvoltate economic.
4. Metalurgia neferoasă
   Rata de creștere a industriei este determinată de necesitatea înlocuirii importurilor cu produse interne. Creșterea rapidă necesită o abordare inovatoare a tehnologiei, ingineriei și organizarea producției. Instabilitatea pieţei externe şi capacitatea insuficientă a pieţei interne impun dezvoltarea acesteia din urmă.

Principalele probleme în metalurgia neferoasă sunt: ​​creșterea ponderii producției de aluminiu în electrolizoare și creșterea capacității de producere a metalelor grele neferoase folosind tehnologia proceselor autogene. Înainte de termenul limită al „Strategiei de dezvoltare a metalurgiei feroase și neferoase în Rusia pentru 2014-2020”, partea lor ar trebui să se ridice la 97% din producția totală.

Uzina de Severonic

O întreprindere cu o istorie îndelungată, din 1998 uzina Severonickel face parte din JSC Kola Gas Condensate Field. Acum prelucrează mata și completează ciclul de producție.

Norilsk Nickel a investit peste 20 de miliarde de ruble în actualizarea producției de nichel a Kola MMC. Este planificată dezvoltarea unei noi tehnologii de electroextracție pentru rafinarea nichelului. Anozii de nichel nu se vor topi, deoarece materia primă este pulbere de nichel. Treptat, băile vechi de electroliză vor fi înlocuite cu altele noi. În total, este planificată înlocuirea treptată a 476 de băi în atelierul de electroliză.

Compania de minerit și metalurgic Kola își modernizează uzina de procesare. Îmbunătățirile se referă la sistemul de control al procesului. Complexul este înlocuit cu unul nou, deoarece producția de componente de schimb a încetat și sunt posibile situații de urgență. Echipamente noi sunt instalate în etape. Stația de pompare a nămolului a fost deja înlocuită, iar 3 secțiuni de flotație sunt în prezent în curs de modernizare. În 2018, întregul complex hardware al întreprinderii va fi înlocuit.

Compania intenționează să modernizeze întregul sistem de management până la începutul anului 2019 și să conecteze sistemele de control ale zonelor de producție individuale într-un singur sistem de control centralizat pentru uzina de procesare. Acest lucru ne va permite să îmbunătățim în continuare procesul tehnologic și să dăm dovadă de flexibilitate atunci când schimbăm ciclurile tehnologice.

Fabrica Severonickel dezvoltă o nouă metodă de procesare a catalizatorilor de platină-reniu, al cărei rezultat este concentratul de platină și perrenatul de amoniu.

O linie tehnologică pentru tratarea apelor uzate la un nivel acceptabil este în curs de dezvoltare pentru întreprindere.