Из чего получают черные металлы

Обновлено: 18.05.2024

В настоящее время основным является двухстадийная схема производства стали — выплавка чугуна в доменной печи и передел его в сталь.

Продукцией черной металлургии являются чугуны (передельный и литейный), ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния и других элементов), и стальные слитки для производства сортового проката и поковок крупных деталей машин.

Производство цветных металлов отличается большим разнообразием технологических процессов выплавки и определяется особенностями состава их руд.

Продукцией цветной металлургии являются как чистые металлы, так и их сплавы, а также слитки для производства сортового проката.

Материалы для производства металлов

Для производства металлов используют руды, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.,

1. Рудой называют горные породы, содержащие металлы в количест- вах, обеспечивающих экономную их переработку. Так, например, желез- ные руды содержат 30—60 % металла. Содержание цветных металлов в рудах в лучшем случае составляет 2—5 %, а многих — доли процента (молибдена, например, до 0,02 %).

Руда состоит из минералов, содержащих металл в виде оксидов, сульфидов, карбонатов и пустой породы (в основном кремнезема 8Ю2, глинозема А1208), в составе которой находятся также примеси серы, фосфора, мышьяка и др.

2. Флюсом называют материалы, образующие при плавке шлак — лег- коплавкое соединение с пустой породой руды, золой топлива и другими неметаллическими включениями. Обычно шлак обладает меньшей плот- ностью, чем выплавляемый металл, поэтому он располагается над ним и может быть слит в процессе плавки.

При выплавке черных и некоторых цветных металлов в качестве флюсов используют кварцевый песок, состоящий в основном из 5Ю2, известняк СаС03, и другие соединения кальция или магния.

3. Топливом в металлургических процессах служит кокс, природный, доменный или коксовый газ, мазут.

Кокс получают путем сухой перегонки коксующихся каменных углей без доступа воздуха при температуре 1000—1100 °С. При такой обработке из угля извлекаются и ценные побочные продукты: бензол, фенолы, а также улавливается коксовый газ.

Природный газ состоит в основном из метана СН4.

Доменный газ является — побочным продуктом при выплавке чугуна в доменной печи, содержит значительное количество горючих составляющих (до 32 % СО, до 4 % Н2).

Мазут — тяжелый остаток перегонки нефти, содержит до 88 % С, 10—12 % Н$ и небольшое количество кислорода и серы.

4. Огнеупорные материалы применяют для внутренней облицовки (футеровки) плавильных печей и другого оборудования, находящегося йод действием высоких температур и расплавленных металлов и шлаков.

По химическому составу огнеупорные материалы подразделяют на кислые, основные и нейтральные.

Способы получения металлов из руд

Для получения металлов применяют следующие основные способы.

1. Пирометаллургический — один из самых древних способов получения металлов, основанный на том, что необходимое для осуществления процесса выплавки металла тепло обеспечивается сжиганием топлива. Этот способ является пока основным для получения железа и его сплавов, меди и других металлов.

2. Электрометаллургический способ получения металлов осуществляется в дуговых, индукционных и других электрических печах или электролизом из расплавов и водных растворов химических соединений (например, получение алюминия из глинозема А1208).

3. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании металлов из руд различными растворителями и в последующем выделении их из раствора. Выщелачивание может осуществляться как на поверхности земли, так и под землей с помощью системы скважин. Этот способ широко применяется для получения, например, меди, а в последнее время — урана и некоторых других металлов.

4. Химико-металлургический способ объединяет химические и пиро-металлургические процессы, например титан получают путем восстановления тетрахлорида Т1С14 магнием и последующей плавкой в электродуговых печах.

Наряду с рассмотренными в последнее время для получения деталей и металлов весьма широкое применение получает способ порошковой металлургии.

. Материалы, применяемые для производства чугуна

Чугун выплавляют из железных руд пирометаллургический способом в доменных печах, используя для этого твердое топливо — кокс и флюсы.

1. Железные руды содержат железо в виде оксидов, гидратов оксидов, карбонатов. Пустой породой в железных рудах обычно является кварцит или песчаник, глинистые вещества.

К основным железным рудам относятся:

магнитный железняк, содержит до 65 % железа в виде оксида Ре304. (Соколовское и Сарбайское месторождения, КМА — Курская магнитная аномалия и др.);

красный железняк, содержит до 60 % железа в виде оксида Ре203 (Криворожское и Атасуйское месторождения, КМА и др.);

бурый железняк, содержит до 55 % железа в виде гидратов оксидов пРе203 • тН20 (Керченское, Лисаковское, Аятское и др. месторождения);

шпатовый железняк, содержит до 40 % железа в виде углекислой соли РеС03 (Бакальское, Криворожское месторождения).

Более 48 % разведанных мировых запасов железных руд находятся в Советском Союзе.

в процессе выплавки чугуна выполняет роль не только горючего, но и восстановителя железа из руды. Этим требованиям удовлетворяет твердое топливо — кокс.

при выплавке чугуна в доменной печи служат известняк СаС03 или доломитизированный известняк, состоящий из СаСОэ иЭДцС03. Их назначение — перевод пустой породы (в основном ЗЮ2 и А1203) в шлак, а также связывание и удаление находящейся в топливе и руде серы.

Основы технологии черных металлов

Основной способ производства черных металлов — получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное получение стали из железных руд.

Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900 °С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаС03) необходим для перевода в расплавленное состояние пустой породы (состоящей в основном из Si02 и А1203), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь силикатов и алюминатов кальция, близкую по составу к портландцементу.

Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полезный объем печи — 2000…3000 м3, а суточная производительность — 5000…7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до С02. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун 9 стекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки 1 и 8 в ковш. На каждую тонну чугуна получается около 0,6 т огненно-жидкого шлака.

Доменный шлак — ценное сырье для получения строительных материалов: шлакопортландцемента, пористого заполнителя для бетонов — шлаковой пемзы, шлаковой ваты и др.

Чугун главным образом (около 80 ) идет для производства стали, остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий.

В зависимости от состава различают белый и серый чугуны. Белый чугун твердый и прочный, содержит большое количество цементита; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Производство стали. Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печах, конверторах или электрических печах.

Рис. 7.1. Схема доменной печи: 1 — летка для выпуска жидкого чугуна; 2 — расплавленный шлак; 3 — загрузочное устройство; 4 — газоотводная труба; 5 — капли расплавленного чугуна; 6 — капли шлакового расплава; 7 — фурма для подачи воздуха; 8 — летка для выпуска расплавленного шлака; 9 — жидкий чугун

Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 получаемой стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в основном в горячем состоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).

Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. ]J Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания — упрочненную холодносплющенную арматуру.

Читать далее: Цветные металлы и сплавы Коррозия металлов и способы защиты от нее Соединение стальных конструкций Стальная арматура Стальной прокат и стальные конструкции Термическая обработка стали Углеродистые и легированные стали Свойства сталей Строение и свойства железоуглеродистых сплавов Общие сведения о металлах и сплавах

Чёрные металлы – свойства и классификация чермета

Эти черные металлы стали неотъемлемым компонентом нашей цивилизации. Без стали и чугуна сложно представить и повседневную жизнь, и высокие технологии.

Что такое черные металлы

Под термином « черные металлы » понимаются железо и сплавы с ним как основным компонентом (стали, чугуны).

По некоторым классификациям к черным металлам относятся марганец, ванадий, хром. Это сырье при производстве чугунов и сталей.

Основные железистые сплавы – чугуны, стали, ферросплавы. Они составляют 90% объема продукции металлургических предприятий. Остальное добирают цветные металлы.

Почти все металлы (90+%), востребованные экономикой, относятся к «черному» сегменту.

Неофициальное наименование сегмента черных металлов – чермет.

Классификация

Главные продукты чермета – сталь и чугун. Это сплавы железа, углерода плюс легирующие присадки, улучшающие утилитарные характеристики продукта.

Сталь и чугун различает доля углерода в составе. У стали его менее 2,14%, у чугуна – больше, у некоторых марок до 5,9%.

Данные сплавы черных металлов также классифицируются на основе физических параметров и химического состава.

Чугуны

Главная разновидность чугуна – литейный. Другие виды:

антифрикционный;
передельный;
низко-, высоко-, просто легированный;
с графитом (шаровидным либо вермикулярным).

По другой классификации чугуны подразделяют на белые, серые, ковкие.

Стали

Подразделяются на простые (нелегированные) и легированные:

Основной компонент нелегированных сталей – углерод, поэтому их называют также углеродистыми. В зависимости от количества углерода (%) различают низко- (менее 0,25), высоко- (0,6+), просто углеродистый (0,25-0,6) сплав.
Свойства легированных определяют добавки из других элементов. Их доли микроскопичны, но свойства (стойкость к коррозии, твердость, прочность) меняются существенно.

Традиционные добавки-лигатуры к чугуну, стали: вольфрам, кремний, марганец, медь, хром, никель.

При переработке руды избавляют от азота, кислорода, серы, фосфора, других вредных примесей.

Самые известные виды легированной стали – нержавеющая и оцинкованная.

Технология получения продукции

Продукцию получают на металлургических комбинатах из двух источников : руды (первичное производство) и металлического лома (метод вторичной переработки).

Первичное производство

Исходник для получения черных металлов – железная руда.

С месторождения ее отправляют на металлургические комбинаты, где подвергают многоступенчатой обработке:

Сырьем загружают доменную печь. Добавляют кокс, известняк.
Смесь переплавляют.
Железо поглощает углерод. Затвердев, становится очень твердым, но хрупким. Это чугун.
Часть чугуна отправляют на механическую обработку и изготовление изделий.
Основная масса направляется в сталеплавильную печь.
Здесь излишек углерода выжигается. Получается сталь.

Из расплава формируют чушки, прокат, болванки, другие виды заготовок для промышленности.

Чугун, отлитый в виде чушек

Второй способ – кислородно-конвертерный. Процесс проходит в конвертере – стальной печи, выложенной изнутри огнеупорным кирпичом. Здесь на избыточный углерод, другие примеси чугуна воздействуют кислородом. То есть продувают его сквозь массив чугунного расплава под давлением.

Процессы идут при температурах, исчисляемых тысячами градусов по Цельсию. Они плохо совместимы с экологией, поскольку загрязняют атмосферу, воду, почву.

Вторичная переработка

В широком понимании черный металлолом – это некондиционные, утратившие первоначальные свойства изделия из чугуна или стали.

изношенное промышленное оборудование;
металлические конструкции;
отходы производства (включая стружку);
бытовые приборы;
обезвреженные боеприпасы;
другие виды лома.

Лом черного металла – востребованное сырье. В пункты приема берут все – от стружки до крупных конструкций.

Учитывая массивность изделий (чугунные радиаторы отопления, ванны, ограды), заработать можно и на простом ломе. Заодно очистить пространство от хлама.

Вторичная переработка лома выгодна и производителям. Процесс впятеро дешевле получения продукта из руды. Кратно уменьшаются выбросы, а значит и штрафы за загрязнение окружающей среды.

Сферы использования

Сталь и чугун – традиционный материал промышленности.

Этому способствуют его прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям, долговечность, легкость обработки, ценовая доступность (по сравнению с цветметом). Такие кондиции присущи материалу независимо от способа получения – из руды или лома.

В промышленности это материал деталей механизмов, конструкций, инструментария:

Из чугуна получаются эстетичные ажурные решетки, ворота, другой декор для открытых пространств и интерьеров.

Чугунный забор

Сталь в строительстве – это прочные крыши, перекрытия, лестницы, шахты лифтов.

Еще одна сфера применения вторичных черных металлов – полезные вещи, сделанные своими руками либо в маленьких мастерских. Самые востребованные: летний душ, мангал, пресс, буржуйка, аксессуары для рыбалки, накопитель воды на дачном участке. Дизайнеры создают инсталляции, которые становятся музейными экспонатами либо пополняют частные коллекции.

Чугунная печь — буржуйка

Бизнес проектом может стать и пункт приема вторсырья, и создание артефактов из лома черных металлов.

ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ — душа и тело современной промышленности

Медицине известен печальный и трогательный факт. Студент-химик решил подарить любимой девушке кольцо. Не простое, а из железа собственной крови. Парень делал себе кровопускания, а из крови выделял железо. Только ему не удалось подарить уникальное кольцо — студент умер от малокровия, так и не набрав нужного количества черного металла.

Железо и вся таблица Менделеева

К черным металлам относятся железо и произведенные из него сплавы. По некоторым классификациям сюда же относят ванадий, хром, марганец. Вот вам весь список черных металлов. Удивительно, что среди употребления людьми огромного количества других металлов 90% составляют черные (правда, в основном в виде сплавов).

А вот историки этому не удивляются. Они знают, какими темпами развивалось человечество. Сравните сами.

Первая стадия — первобытно-общинный строй. Начался он примерно 200 000 лет назад (как минимум) и делится на 3 стадии:

Каменный век. Начался с возникновения человека разумного (то есть, когда люди догадались использовать камни и дубинки как орудия). Медленно, со скрипом продолжался до III тысячелетия до нашей эры.
Бронзовый век (длился до начала I тысячелетия до нашей эры). Люди начали использовать цветные металлы. Цивилизация уже не ползла, а рысцой продвигалась к следующему этапу.
Железный век. По разным классификациям он начался в начале I тысячелетия до нашей эры. В принципе, он продолжается и сейчас, хотя историки неофициально называют наше время ранний пластиковый век.

Сравните, как жил человек в каменном веке, и как живет сейчас. И весь взлет цивилизации — за счет металлов.

Познавательно: в эпоху поздней бронзы железные изделия были редкостью. Их стоимость в 35-40 раз превышала стоимость таких же серебряных изделий.

Где добывают руду черных металлов

К железным рудам относятся железняки — красный, магнитный, бурый. Это магнетит, гематит, лимонит. Бурые железняки привлекательны примесями ванадия, кобальта, марганца, никеля и других металлов.

Российские железорудные месторождения

Россия обладает крупнейшими железорудными запасами в мире, хотя содержание железа на тонну добытой руды наша страна уступает некоторым странам. Огромное и уникальное по содержанию железа (до 60%) месторождение гематита расположено в Курской области. Это знаменитая Курская магнитная аномалия.

Бесценная копилка минералов, Каменный Пояс, имеет магнетитовые месторождения (горы Магнитная, Благодать, Высокая). Есть магнетит на Кольском полуострове и в Сибири.

Крупнейшие залежи лимонита (бурого железняка):

Орско-Халиловское (Урал);
Керченское (Крым);
Байкальское.

Добывают руду открытым (в карьерах) или закрытым (в шахтах) способами.

Переработкой руды в железо занимаются на металлургических комбинатах.

Что производят из черных металлов

Само железо не пользуется спросом. Оно пластично, хорошо поддается ковке и прокатке, у него хорошие электро- и теплопроводность. Но все его привлекательные качества меркнут перед одним большим «но» — оно ржавеет.

В Дели (Индия) уже 1600 лет стоит железная колонна. И не ржавеет. Много версий выдвинули ученые по этому поводу, но до сих пор непонятно, отчего она не заржавела за полторы тысячи лет.

А вот сплавы черных металлов (чугун и сталь) необходимы экономике любой страны.

Основной помощник в превращении железа в сплавы — углерод.

Чугуны могут быть:

Сталь содержит гораздо меньше углерода:

низкоуглеродистая сталь (содержание С менее 0,25%);
углеродистая (в ней углерода от 0,25 до 0,6%);
высокоуглеродистая (тут содержание углерода от 0,6 до 2,15%).

Углерод не все, что нужно хорошей стали или качественному чугуну. Небольшие добавки марганца, меди, ванадия хрома и других металлов придают сплавам требуемые качества. Это могут быть термостойкость, устойчивость к коррозии (ржавчине), хорошая ковкость, упругость металла.

Морская вода — настоящая жидкая руда. В ней около 80 элементов таблицы Менделеева. Если извлечь из океанов все железо, то на долю каждого жителя Земли придется 35 тонн. За все время цивилизации произвели всего по 6 тонн на человека.

Делаем железо из руды, чугун из железа, сталь из чугуна

Этими сложными вещами занята черная металлургия.

Она (вернее люди, в ней работающие) добывает руду, обогащает ее, затем выплавляют в доменных печах. Получившийся в процессе плавки чугун в сталеплавильных печах превращают в стали.

А дальше сталь отправляют в прокат на прокатные станы. Они разные, и форм проката много. Из проката получают листы стали, швеллеры, рельсы, уголки.

Применение чермета

Черные металлы используют во многих отраслях промышленности. Причиной такой популярности являются их основные свойства — дешевизна, высокая прочность, универсальность качеств.

Ни одна промышленность не живет без черных металлов и их сплавов.

Производство стали в мире растет, и большую долю металла потребляют «азиатские тигры».

Металлолом чермета

Черный металлолом — это все металлическое, сделанное из железа и его производных. Все, что люди сделали, попользовались и выбросили за ненадобностью. От громадных списанных кораблей (жители портовых городов видели ржавые остовы бывших красавцев) до кусков ржавых труб — все это различные виды лома.

Современное развитие экономики диктует бережное отношение к материальным ресурсам. Поэтому вторичная переработка лома черных металлов, использование того, что раньше считалось мусором, выгодна для развития хозяйства страны. И экология при этом «говорит спасибо», ведь становится меньше свалок, сохраняются природные ресурсы. Они на нашем земном шарике хоть велики, но не безграничны.

Покупаем металлолом черных металлов

Лом нержавейки достаточно дорогой. В зависимости от содержания никеля стоит от 42 до 52 рублей за килограмм.

Лом черного металла гораздо дешевле, от 11 до 14 рублей за кг.

Строгие потребители металлолома

При приеме лома черных металлов его потребители-покупатели — металлурги — предъявляют к нему определенные требования.

Заготовка металлолома производится практически в каждом населенном пункте. И поверьте, туда до сих пор попадает лом еще советских времен.

Существует государственный стандарт на вторичные черные металлы.

Классификация металлолома

Чермет по ГОСТу делится на 2 группы по содержанию углерода. Это стальной лом и чугунный лом.

Наличие легирующих добавок делит металлолом на две категории — легированные и углеродистые. В свою очередь легированные по содержанию элементов имеют 67 групп.

Показатели качества лома также отслеживаются потребителем, и подразделяются на 28 видов.

Какая польза в сборе металлолома

Россия производит немного стали, зато металлолома потребляет от 20 до 30%.

Лом черного металла подразделяется на:

чугунный лом (отходы литья, стружка);
железный лом (изделия, окончившие срок службы; отходы литья, стружка);
нержавеющий лом (испорченные, непригодные изделия; отходы от металлообработки).

Сфера применения вторичных черных металлов широка. Основных причин тут две — это дешевле, чем плавить железо из руды и занимает меньше времени. К тому же люди, временно оставшиеся без работы, могут заработать на кусок хлеба сбором металлолома. Это их маленький бизнес.

В советские времена металлолом собирали пионеры. И хотя притащить заржавевший трактор им было не под силу, но приличную часть металла на утилизацию детишки отправляли. В этом можно найти скрытую пользу. Пока дотянешь кусок металла до места, сил на драки и разборки, которыми печально известны многие подростки, уже не оставалось. Вот и подумаешь, не возродить ли полезное начинание по сбору металлолома…

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Черные металлы — что к ним отностится, их свойства, особенности и что стоит знать

Приведённый выше перечень является исчерпывающим для магнитных химических элементов (чёрных металлов). Если составить объединённый список цветных и чёрных металлов, то в него войдут 78 химических элементов периодической таблицы. При этом три вида чёрных металлов, за исключением железа, по отдельным признакам одновременно относят и к цветным тоже. Их подразделяют на типы:

тяжёлые – медь, цинк, свинец, олово, сюда же включают и никель;
лёгкие – алюминий, титан, магний и другие (всего 12 элементов);
тугоплавкие– марганец, вольфрам, молибден, хром и другие (всего 8 элементов);
благородные и т. д. (всего 8 групп цветных металлов).

Перечислить всё, что относится к чёрным металлам с технической точки зрения, намного сложнее. Общее количество марок стали и чугуна включает несколько сотен наименований продукции. При этом часть из них не обладает магнитными свойствами, что позволяет по совокупности признаков относить такие сплавы одновременно к чёрным и цветным металлам.

Классификация черных металлов

В большинстве случаев, классификация черных металлов построена на основании разделения элементов по их химическому составу и свойствам. Содержание легирующих элементов определяет железо и его сплав. В свою очередь, определенное процентное содержание углерода в сплаве указывает что это — чугун или сталь. Так чугуны содержат более 1,7% углерода, а стали от 0,2 до 1,7% углерода. Классификация черных металлов подразумевает разделение на следующие классы:

железные металлы;
тугоплавкие;
урановые;
щелочноземельные;
редкоземельные.

Также классификация черных металлов подразумевает отделение сталей легированных и нелегированных, которые еще называют углеродистыми. К углеродистым сталям относятся стали, в которых углерод является основным компонентом, при этом примеси на свойства металла не оказывают особого значения. Легированные имеют в наличие один или несколько легируемых элементов, которые оказывают огромное влияние на свойства стали. /Легированные стали очень широко применяется для изготовления ответственных деталей, несущих большую нагрузку, испытывающих разный температурный режим, сильное фрикционное воздействие. Применение такой стали распространенно в машиностроении, тракторостроении, тяжелой промышленности и в других областях.

Черные металлы — какие к ним относятся?

В данный класс входят:

железо и все его сплавы;
марганец;
хром;
ванадий;
титан;
актиноиды и уран (торий, плутоний, нептуний и другие);
вольфрам;
щелочные металлы.

То есть из всего многообразия данных веществ на долю черных металлов приходится меньшая часть. Причем в основном не самые распространенные (за исключением железа) находятся в земной коре и недрах.

Но несмотря на то что черные металлы представлены таким немногочисленным количеством элементов, они очень распространены и объемны в производстве и переработке. Масса изделий, деталей, принадлежностей изготовлена именно из железа и его сплавов.

Металлургия черных металлов достаточно обширна и востребована во всем мире. Добыча и обработка железа — одна передовых технических и экономических задач многих стран мира, в том числе и России.

Основные виды сплавов

Разделение основывается на составе и допустимых целях применения. Помимо количества углерода, учитывается процент содержания других веществ. Сегодня черный металл представлен на рынке следующими видами:

Чугун. Бывает бытовым, хозяйственным и промышленным. Последний используется для производства прочных металлоконструкций, первые два для изготовления деталей и продукции с уникальными свойствами. Они разделяются на четыре типа:

белый (стандартный углеродистый);
серый чугун (с графитом глобулярной формы);
ковкий (мягкий и вязкий, предназначен для обжига);
высокопрочный (в составе используется графит сфероидальной формы).

Серый чугун пользуется спросом в промышленной сфере. Ковкий и высокопрочный являются вариациями серого чугуна.

Сталь. Наиболее распространенный металл, широко используемый в сфере строительства. Его применяют для изготовления металлоконструкций, деталей и бытовых изделий. Углеродистая легированная сталь обеспечивает высокую прочность и долговечность сооружений. Самыми популярными ее вариациями являются:

хромистая;
молибденовая;
вольфрамовая;
никелевая.

Также легированная сталь представлена медными, магнитными, цинковыми и прочими видами сплавов. Типы и соотношение веществ указывается в маркировке. Буквы говорят о типе вещества в составе, а цифры указывают процентное соотношение.

Наша производственная компания предлагает сдать чугун и сталь в любых вариациях. Скупка осуществляется неограниченными партиями в четырех районах Москвы, что обеспечивает удобство доставки. Вы также можете воспользоваться нашим транспортом для вывоза металлолома на выгодных условиях. При наличии оптового объема, вывоз осуществляется бесплатно.

Сталь – это чёрный или цветной металл?

Вопрос о принадлежности стали к чёрным или цветным металлам следует рассматривать исходя из классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена множеством ГОСТов.

Согласно разным нормативным документам, сталь подразделяется на следующие виды чёрных металлов:

низкоуглеродистые, углеродистые и высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,25; 0,25–0,6 и свыше 0,6 % соответственно;
низколегированные, среднелегированные и высоколегированные марки сплавов с контролируемым содержанием легирующих добавок до 2,5; от 2,5 до 10 и свыше 10 % соответственно;
конструкционную, инструментальную, быстрорежущую, коррозионно-стойкую, жаропрочную и другие виды стали для разных сфер применения.

Из всего обширного сортамента марок стали только семь наименований образуют группу немагнитных сплавов. Напоминаем, что отсутствие магнитных свойств является главным признаком цветных металлов. В то же время в состав немагнитных марок стали входит железо, что является одним из определяющих признаков чёрных металлов.

С учётом малочисленности группы немагнитных сталей их можно считать исключением из общего правила с не вполне определённым статусом. С обыденной точки зрения принято считать, что чёрные металлы – это такие сплавы, которые подвержены коррозии от атмосферных воздействий. Хотя ржаветь могут и высоколегированные сплавы.

Специальные сорта стали

Рассматривая, что такое металлолом, необходимо уделить внимание еще одной, обособленной категории стальных отходов. Это лом нержавейки и быстрорезов. Отходы нержавеющей стали принимаются исходя из содержания никеля в металле. Например, нержавейка с вхождениями Ni на уровне 8% оценивается в 42 000 рублей за тонну. Повышение концентрации до 18% увеличивает стоимость к величине 70 тысяч.

Наибольшей популярностью среди отходов инструментальной стали (быстрорезов), пользуются отечественные сорта Р6М5, Р18, а также импортная марка – HSS. По сути, это та же легированная сталь, где основными примесями выступают тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ванадий и рений.

Роль черной металлургии в промышленности

Как уже говорилось, продукция черной металлургии является основой для тяжелой промышленности.

Предприятия черной металлургии основную массу готовой продукции выпускают в виде литого и передельного чугуна, мартеновской и конвертерной стали, а также готового проката, стальных и чугунных труб.

Изготовление ферросплавов также входит в отрасль черной металлургии и важно для дальнейшего использования в составе легированных сталей.

Передельный чугун в дальнейшем подвергается плавке и обезуглероживанию для получения сталей с различным содержанием углерода.

Большая часть стали производится в виде слитков, которые, в дальнейшем, подвергают ковке и прокатке для получения профиля различного сечения:

заготовки;
листовой прокат;
сортовой прокат;
бесшовные трубы;
специальные виды.

Стальной профиль сортового проката используют непосредственно в конструкциях (мосты, перекрытия зданий, железнодорожные рельсы). Наиболее распространен сортовой прокат для непосредственного использования:

Все перечисленные наименования сортового проката выпускаются в широком диапазоне стандартизированных размеров.

Классические стальные трубы сварной конструкции получают из листового проката.

К специальным видам проката относят такие сложные элементы, как:

оси и колеса железнодорожной техники;
зубчатые колеса различного назначения.

Фасонное литье чугуна применяется для станин машин самого различного назначения (метало- и деревообрабатывающие станки).

Передельные предприятия занимаются переработкой передельного чугуна, металлического лома, отходов металлургического производства. В настоящее время более половины продукции металлургического процесса составляет передельный металл, полученный переплавкой и очисткой металлического лома.

Что делают из чёрного металла

Граница, разделяющая чёрные и цветные металлы, не всегда выглядит чёткой и однозначной. Поэтому на обыденном уровне к чёрным металлам относят углеродистые и низколегированные марки стали, а также нелегированный чугун. Мы можем назвать следующие примеры чёрных металлов, а точнее – продукции из них:

строительную арматуру всех классов;
листовой, сортовой и фасонный прокат из перечисленных марок стали, в том числе с оцинкованным покрытием;
трубы;
стальное и чугунное литьё общего назначения – например, корпуса трубопроводной арматуры.

Детализированный перечень продукции из чёрных металлов можно продолжать почти до бесконечности. Однако не забывайте: не всё, что ржавеет, является чёрным металлом.

Использование в машиностроении

Стальные и чугунные предметы, детали, различные приспособления находят самое широкое применение в машиностроении. Они востребованы не только на автомобильном, но и на химическом, авиационном производстве, а также в кораблестроении. Все это благодаря особой прочности данных материалов, их термостойкости и коррозионной устойчивости. Черные металлы становятся базовым материалом для выпуска многих типов изделий. Среди наиболее распространенных следующие:

боковые крышки редукторов;
подшипники;
клапаны;
фитинги;
втулки;
трубы;
цилиндры автомобилей и других транспортных средств;
зубчатые колеса;
звенья цепей на тракторах;
тормозные барабаны;
каретки;
кожухи и так далее.

Этот список можно продолжать бесконечно, потому что изделий из черных металлов и их сплавов действительно много.

Сырье, используемое в черной металлургии

Основным ресурсом, используемым для получения продукции, является железная руда. В России ее запасы довольно велики и практически полностью обеспечивают внутренние потребности. Отдельно следует выделить несколько районов добычи руды.

Так, разработка данного полезного ископаемого в промышленных масштабах началась на Урале. До сих пор здесь действуют крупные металлургические комбинаты, которые были созданы одними из первых в стране. Также большие запасы железных руд находятся в Сибири (речь идет о месторождениях Кузбасса).

В европейской части России находится так называемая Курская магнитная аномалия. По отдельным данным, это самое крупное месторождение железных руд на планете. Однако разработка началась только в 30-х годах прошлого века и прерывалась в связи с войной. Находится месторождение на территории Курской и Белгородской областей.

Кроме железной руды для металлургической отрасли необходим коксующийся уголь. Он используется как высококачественное топливо для выплавки чугуна и разрыхления железной руды.

Основные залежи коксующегося угля в России сосредоточены в Кузнецком и Печорском бассейнах.

Виды лома чермета по ГОСТ

Классификация происходит по таким критериям:

Содержание углерода.
Присутствие в составе легирующих элементов, улучшающих вид и свойства изделий. В свою очередь легированный лом делится на 67 групп.
Качество. В зависимости от качественных показателей отходов выделяется 28 групп.

Около 90% всех металлических изделий, производимых человеком, это железо и его сплавы. Содержание углерода в металле позволяет понять, что перед нами – сталь или чугун.

Каждый из этих сплавов имеет свои особенности и применяется для изготовления различных изделий. Остановимся на них подробнее.

Классы лома черного металла

С позиций упомянутого стандарта выделяют два класса черного лома. Основанием деления является доля содержания углерода в металле:

стальные лом и отходы (содержат менее 2,14% углерода, что справедливо по отношению к железоуглеродистым сплавам с низким процентом примесей);
чугунные отходы и лом (характеризуются высоким содержанием углерода в железе).

Иногда к этим классам добавляют и третий — нержавеющую сталь. Но ее позиция в классификации не может быть решена однозначно. С одной стороны, нержавейка – результат взаимодействия железа и углерода (чем является также конструкционная сталь и чугун), а с другой стороны, при ее производстве добавляют легирующие элементы – примеси (преимущественно цветных металлов), которые существенно изменяют свойства стали.

Помимо перечисленных классов выделяют вторичный чермет вне класса: доменный присад, окалину, сварочный шлак.

Сфера применения вторичных черных металлов

Благодаря современной технологии переработки из вторичного черного металла производят качественные изделия, которые ничем не уступают аналогам, изготовленным из руды.

Переплавленное сырье ничуть не хуже первичного (полученного из руды), поэтому используется переплавленный металл повсеместно.

Практически любые изделия можно изготовить из вторсырья, что очень выгодно для всей металлургической отрасли.

Народные умельцы часто применяют лом чермета для изготовления полезных в быту предметов. О том, как подарить вторую жизнь отходам металла в домашних условиях, читайте в нашей статье Что можно сделать из отходов черного металла — железа, стали, нержавейки, чугуна.

Месторождения в России

В России черные металлы содержатся практически во всех масштабных федеральных округах.

Центральный федеральный округ (Курская магнитная аномалия) — свыше 59%.
Уральский федеральный округ — 14%.
Сибирский округ — 13%.
Дальневосточный — 8%.
Северо-Западный федеральный округ — 4%.
Приволжский — 0,5%.

В каждом из перечисленных округов находится предприятие, на котором осуществляется металлургия черных металлов. Россия занимает явное лидирующее положение в мире по данному показателю, и, судя по запасам, так будет продолжаться еще очень продолжительное время.

Сырьевая база для производства черного металла

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 – 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.

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.

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%; – 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:

A. Размеры рудного тела полностью известны, благодаря частой сетке буровых скважин. Категория позволяет начать строительство металлургического завода на этом месторождении.
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.
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, 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.

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.

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

Читайте также: