Тема 2. Металургійне виробництво

§ 33. Металургійне виробництво і його значення для розвитку господарства

1. Назвіть корисні копалини, які необхідні для розвитку металургійного виробництва.
2. Знайдіть на карті України та світу регіони найбільшого видобутку копалин, потрібних для функціонування металургійного виробництва.

1. ЗНАЧЕННЯ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА ДЛЯ РОЗВИТКУ ГОСПОДАРСТВА. Людство з давніх часів використовує конструкційні матеріали (камінь, бронзу, залізо, деревину, скло) — матеріали, із яких виготовляють деталі найрізноманітніших конструкцій від засобів праці до автомобілів та різноманітних споруд. Конструкційні матеріали класифікують за різними ознаками, головною із яких є природа матеріалів для їх виготовлення: металеві, неметалеві й композиційні (поєднують в собі позитивні якості металевих і неметалевих). На сьогодні найбільш поширені металеві конструкційні матеріали, проте постійно зростає роль неметалевих і особливо композиційних конструкційних матеріалів. До основних критеріїв оцінки якості конструкційних матеріалів належать параметри опору до зовнішніх навантажень: міцність, ударна в’язкість, витривалість, довговічність тощо.

Не зважаючи на зростання значення та використання матеріалів — замінників металів, говорити про втрату їх значення поки що зарано, адже в машинобудуванні метали залишаються основним конструкційним матеріалом. Без обладнання й устаткування, а значить і без металу, сьогодні не обходиться жодне виробництво.

У виробництві яких предметів, що вас оточують зараз, використано метали?

Окремі виробництва використовують особливо багато металів: військово-промисловий комплекс, важке машинобудування (обладнання для гірничодобувної промисловості), сільськогосподарське й транспортне машинобудування (суднобудування, авіабудування) тощо. Певною мірою метали потрібні всім сферам господарства — від виробництва меблів до зведення будівель, від виготовлення прикрас до створення смартфонів і комп’ютерів.

Сучасна металургія виробляє понад 150 різних металів і сплавів на їх основі, видів та марок простих і складних феросплавів, до складу яких у різному співвідношенні входять близько 25 елементів (металів — легкі: Al, Ва, В, Са, Mg, Sr, Ti; рідкісні і розсіяні: V, W, Се, Y, Mo, Nb, Та, Sc; важкі: Co, Mn, Ni, Cr та неметали: Si, Р, Se, N). Існування феросплавів створило можливість виробляти матеріали з покращеними та спеціальними властивостями — нержавіючих, корозійно- та жаростійких. Це безпосередньо впливає на розвиток усіх сфер економіки та великою мірою визначає економічний потенціал країни (мал. 1).

1) За допомогою періодичної системи хімічних елементів назвіть метали і неметали, які використовують для виготовлення феросплавів.
2) Пригадайте країни, які є лідерами за запасами і видобутком сировини для виготовлення металевих конструкційних матеріалів.

За допомогою мал. 1 поясніть ресурсну базу та структуру металургійного виробництва. Назвіть, для виготовлення якої продукції використовують наведені там конструкційні матеріали.

Розвиток людської цивілізації, починаючи із VI тис. до н. е., значною мірою спирався на відкриття металів та створення їхніх сплавів. І сьогодні розвинене металургійне виробництво країни потужно працює не тільки на внутрішній, а й на зовнішній ринок, зміцнюючи її позиції в світовій економіці.

Про історію розвитку металургійного виробництва шукайте на: makin-metals.com/ у розділі History of Metals Infographic (англійською мовою).

Мал. 1. Структура металургії.

2. КОМБІНУВАННЯ В ЧОРНІЙ МЕТАЛУРГІЇ. Комбінування як форма організації виробництва — це об’єднання технологічно пов’язаних між собою підприємств, продукція одного з яких є матеріалом або напівфабрикатом для іншого. На комбінатах в одному підприємстві поєднуються різні виробництва, які є послідовними стадіями обробки сировини, обслуговують один одного або разом використовують відходи виробництва. Металургійні комбінати є класичним прикладом комбінування, на яких послідовно з руди виплавляють чавун, сталь, різні сплави, а потім виготовляють прокат та вироби із нього (мал. 2).

Виділяють такі типи металургійних заводів: 1) інтегровані підприємства (комбінати) повного циклу великої потужності з виробництва чавуну, сталі, прокату (до 20 млн тонн на рік); 2) інтегровані підприємства (комбінати повного циклу середньої потужності з виробництва чавуну, сталі, прокату (до 3—5 млн тонн); 3) переробні підприємства з виробництва сталі, прокату, які працюють на металевому брухті (у т. ч. міні-заводи до 1 млн тонн); 4) переробні заводи з виробництва електросталі, прокату на металевому брухті; 5) прокатні й трубопрокатні заводи; 6) феросплавні й метизні підприємства четвертої переробки (обробка прокату), агломераційні і з виробництва окаток.

СЛОВНИК

Окатки (окатиші, у сталеливарній промисловості) — гранули кондиціонування залізної руди (збагачені, із вмістом до 67—72% заліза в руді), що випускаються у формі куль діаметром від 8 до 18 мм для безпосереднього використання, наприклад, у доменних печах.

Rolls (pellets, in the steel industry) are granules of conditioning of iron ore (enriched, containing up to 67—72% of iron in the ore), produced in the form of balls with a diameter of 8 to 18 mm for direct use, for example, in blast furnaces.

Мал. 2. Доменне виробництво.

Окрім того, із відходів доменного і сталеплавильного виробництва (шлаків) виготовляють будівельні матеріали — цемент, шлакоблок, шлакобетон, а з відходів коксування вугілля (на коксохімічних заводах) — коксового газу, виготовляють азотні мінеральні добрива. Утилізація шлакових відходів у чорній металургії на сьогодні досягла 80—93%, а в кольоровій — лише 15% через їх більш високу токсичність.

Основними перевагами комбінування є підвищення концентрації виробництва; скорочення транспортних, енергетичних, складських та управлінських витрат; підвищення екологічності виробництва завдяки використанню відходів основного і допоміжних виробництв тощо.

3. МЕТАЛУРГІЙНЕ ВИРОБНИЦТВО СВІТУ: ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ТА СУЧАСНІ ОСОБЛИВОСТІ. Увесь шлях розвитку людства пов’язаний з історією освоєння (обробки) металів, тому невипадково в археологічній періодизації виділяють мідну, бронзову та залізну добу адже спочатку люди навчилися виплавляти мідь, потім бронзу і нарешті — сталь. Це були справжні революції в житті тогочасних людей. Металургійне виробництво в примітивному для сучасного розуміння рівні виникло на нашій планеті тисячі років тому і давало людям знаряддя сільськогосподарського виробництва та зброю. Із часом потреба в цих виробах зростала, тому технології виплавки металів удосконалювалися. Археологи знаходять вироби металургії, яким понад 10 тис. років (мал. 3, а).

Сучасна металургія — це не тільки сфера економіки, що складається із десятків видів і способів виробництва металів та продукції на їх основі (мал. 3, б), а й наука про промислове отримання металів, основи якої було закладено німецьким ученим Георгіусом Агріколою на початку XVI ст.

Мал. 3. а) Зміни обсягів виробництва сталі з середини XX ст. (млн тонн) б) сортовий металопрокат.

Нині металургія світу є базою для розвитку машинобудування. Виробництво характеризується широким впровадженням новітніх технічних і технологічних досягнень, наприклад, автоматизації виробництва. Сучасні технології роблять металургійне виробництво дедалі більш екологічно чистим. Наприклад, киснево-конвертерний та електросталеплавильний процеси виплавки сталі. Традиційна, мартенівська плавка в доменній печі триває 9 годин із використанням природного газу, у результаті чого відбуваються значні викиди в атмосферу, оскільки сучасна доменна піч виплавляє 10—11 тис. тонн чавуну на добу. Конвертерна та електроплавка сталі відбувається протягом 50 хвилин і є значно «чистішою». Сьогодні близько 70% сталі виплавляється в конвертерах, 29% — в електричних і зовсім мало — у мартенівських печах.

Управління процесами в сучасній металургії передбачає повну автоматизацію і використання роботів у небезпечних робочих зонах, що значно підвищує безпеку на робочому місці. Процеси будуть оптимізовані за допомогою штучного інтелекту, що зменшить дефекти кінцевих продуктів.

Звичайно, що підвищення культури металургійного виробництва потребує висококваліфікованого персоналу. В Україні їх готують як вищі, так і середні спеціальні заклади освіти: Криворізький фаховий коледж Українського державного університету науки і технологій (м. Кривий Ріг), Криворізький національний університет, Інститут матеріалознавства та зварювання ім. Є. О. Патона (м. Київ), Національна металургійна академія України (м. Дніпро) та ін.

Перші свідчення про виплавляння металу в III—V тис. до н. е. було знайдено під час археологічних розкопок на території країн Європи (Іспанія, Італія, Велика Британія) та Близького Сходу. Давні народи спершу використовували метеоритне залізо або лише самородки металів: срібла, міді, олова, із яких виробляли знаряддя праці та зброю. Проте приблизно 2 тис. років до н. е. металургія розпочала епоху в історії людства, яка отримала назву Бронзова доба. У цей час, отримуючи з гірської породи мідь та олово і з’єднуючи ці два метали, винайшли сплав під назвою бронза. Значно пізніше почали видобувати залізо з руди. Особливо швидкого розвитку металургія набула з початком промислових революцій XVIII ст. Зросли обсяги виробництва металів, вдосконалювалися способи їхнього видобутку, підвищувалася якість.

Розвитку металургії Німеччини та Японії парадоксальним чином сприяла Друга світова війна. Старі заводи були зруйновані, і цим країнам довелося будувати нові підприємства вже на новітніх технічних і технологічних засадах.

ВИСНОВКИ

Матеріали, з яких виготовляють деталі найрізноманітніших конструкцій, називають конструкційними. Їх класифікують на металеві, неметалеві і композиційні. Міцність, ударна в’язкість, витривалість, довговічність — основні критерії оцінки якості конструкційних матеріалів.
Сучасна металургія виробляє понад 150 різних металів та сплавів на їхній основі, видів та марок простих і складних феросплавів.
Поєднуючи на одному підприємстві різні виробництва, чорні метали переважно виготовляють на комбінатах з повним циклом. Це класичний приклад комбінування, коли послідовно з руди виплавляють чавун, сталь, різні сплави, а потім виготовляють прокат.
Підприємства чорної металургії зазвичай тяжіють до районів видобутку сировини. Здешевлення її перевезень на великі відстані завдяки розвитку транспорту, сприяло створенню металургійних підприємств на узбережжях океанів. На розміщення чорної металургії впливає і наявність дешевої робочої сили.
Розвиток і технічне вдосконалення металургійного виробництва потребує висококваліфікованого персоналу.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Доведіть вплив сировинного, екологічного, паливного, енергетичного, транспортного та споживчого чинників на розміщення металургійних підприємств.
2. Оцініть наслідки впливу металургійного виробництва на довкілля.
3. Проаналізуйте основні переваги комбінування металургійного виробництва.
4. Поясніть, чому металеві конструкційні матеріали не втрачають свого значення.
5. Проаналізуйте райони поширення основних видів гірничої сировини, яка використовується для виробництва чорних металів за допомогою карти корисних копалин та геологічної будови світу.

Зміст