4. Общие сведения о металлургии.

Металлургия (от греч. metallurgéo - добываю руду, обрабатываю металлы, от métallon - рудник, металл и érgon - работа), в первоначальном, узком значении - искусство извлечения металлов из руд; в современном значении - область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд или др. материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры, а следовательно, и свойств металлических сплавов. К Металлургии относятся: предварительная обработка добытых из недр земли руд, получение и рафинирование металлов и сплавов; придание им определённой формы и свойств.   В современной технике исторически сложилось разделение Металлургии на чёрную и цветную. Чёрная металлургия охватывает производство сплавов на основе железа: чугуна, стали, ферросплавов (на долю чёрных металлов приходится около 95% всей производимой в мире металлопродукции). Цветная металлургия включает производство большинства остальных металлов (см. Металлы в технике). В связи с использованием атомной энергии развивается производство радиоактивных металлов. Металлургические процессы применяются также для производства полупроводников и неметаллов (кремний, германий, селен, теллур, мышьяк, фосфор, сера и др.); некоторые из них получают попутно с извлечением металлов. В целом современная Металлургия охватывает процессы получения почти всех элементов периодической системы, за исключением галоидов и газов.   Возникновение Металлургии, как показывают археологические находки, относится к глубокой древности . Обнаруженные в 50-60-х гг. 20 в. в юго-западной части Малой Азии следы выплавки меди датируются 7-6-м тыс. до н. э. Примерно в это же время человек познакомился с самородными металлами: золотом, серебром, медью, а затем и с метеоритным железом. Сначала металлические изделия изготовляли путём обработки металлов в холодном состоянии. Медь и железо с трудом подвергались такой обработке и поэтому не могли найти широкого применения. После изобретения горячей кузнечной обработки (ковки) медные изделия получили более широкое распространение (эпоха энеолита). Овладение искусством выплавки меди из окисленных медных руд и придания ей нужной формы литьём (5-4 тыс. до н. э.) привело к быстрому росту производства меди и к значительному расширению её применения. Однако ограниченное количество месторождений окисленных медных руд обусловило необходимость освоения гораздо более сложного процесса переработки сульфидных руд с применением предварительного обжига руды и рафинирования меди путём повторного плавления. Возникновение этого процесса относится примерно к середине 2-го тыс. до н. э. (Ближний Восток, Центральная Европа).

Примерно в середине 2-го тыс. до н. э. человек начинает овладевать и искусством получения железа из руд. Сначала для этой цели использовали костры, а затем специальные плавильные ямы - сыродутные горны.

На протяжении почти 3 тысячелетий Металлургия железа не претерпела принципиальных изменений. Постепенно процесс совершенствовался.

Современная Металлургия как совокупность основных технологических операций производства металлов и сплавов включает в себя: 1) подготовку руд к извлечению металлов (в т. ч. обогащение); 2) процессы извлечения и рафинирования металлов: пирометаллургические, гидрометаллургические, электролитические; 3) процессы получения изделий из металлических порошков путём спекания; 4) кристаллофизические методы рафинирования металлов и сплавов; 5) процессы разливки металлов и сплавов (с получением слитков или отливок); 6) обработку металлов давлением; 7) термическую, термомеханическую, химико-термическую и др. виды обработки металлов для придания им соответствующих свойств; 8) процессы нанесения защитных покрытий. 5. Чёрная металлургия.

Чёрная металлургия - отрасль тяжёлой индустрии, включающая комплекс взаимосвязанных подотраслей: собственно металлургическое (доменное, сталеплавильное, прокатное), трубное и метизное производства, добычу, обогащение и окускование рудного сырья, коксохимическое производство, производство ферросплавов и огнеупоров, добычу нерудного сырья для Ч. м. и вторичную обработку чёрных металлов. Важнейшие виды продукции Ч. м.: горячекатаный и холоднокатаный прокат, стальные трубы и металлоизделия.

Современная Ч. м. имеет высокий технический потенциал. Значительный прогресс достигнут в технологии производства в отдельных подотраслях и переделах Ч. м. Так, добыча железной руды в основном ведётся прогрессивным открытым способом; в коксовом производстве внедрены бездымная загрузка шихты и сухое тушение кокса (см. Коксохимическая промышленность); в доменном производстве (См. Доменное производство) в печах с повышенным давлением газа под колошником выплавляется 97%, а с вдуванием природного газа — 84% всего чугуна (1976); в сталеплавильном производстве (См. Сталеплавильное производство) растет выплавка стали в кислородных конвертерах и электропечах, внедрены внепечная обработка стали под вакуумом, синтетическими шлаками, инертными газами, переплавные процессы (электрошлаковый, вакуумно-дуговой, вакуумно-индукционный, электроннолучевой, плазменный); увеличивается доля непрерывной разливки стали (См. Непрерывная разливка стали); в прокатном производстве (См. Прокатное производство) эффективно применяются термическая обработка металлопродукции, средства неразрушающего автоматического контроля; в трубном — совершенствуется технология производства сварных труб большого диаметра, бесшовных труб (см. Трубопрокатное производство, Трубная промышленность); в метизном производстве внедряются автоматизированное поточные линии. Осуществляется разработка промышленных способов прямого получения железа (См. Прямое получение железа). Ведутся работы по созданию автоматизированной системы управления Ч. м.

К чёрным металлам относят железо и его сплавы (сталь, чугун, ферросплавы). Наибольшее распространение в технике получили чёрные металлы. На их долю приходится свыше 90% производимой металлопродукции. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительно простой технологией выплавки чугунов и сталей, их высокой конструктивной прочностью (прежде всего сталей) и относительно небольшой стоимостью.

Сталь - железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится от 0,02 до 2,14%. Сплав с меньшей концентрацией углерода называется техническим железом.

Стали присущи свойства, делающие её незаменимым материалом в машиностроении. Сталь обладает высокой прочностью и твёрдостью, достаточной пластичностью и вязкостью, хорошей свариваемостью. Ее можно обрабатывать резанием и давлением, отливать. Путем легирования и специальной обработки (термической, химико-термической, термомеханической и др.) стали можно придать нужные свойства, удовлетворяющие самым разнообразным требованиям современной техники.

Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2,14%. В технике наибольшее применение получили чугуны, содержащие от 2,4 до 3,8% углерода.

Чугун дешевле стали, он более хрупок, хуже сваривается, но обладает лучшими литейными свойствами и лучшей обрабатываемостью резанием. Изделия из чугуна получают исключительно литьем. Однако прокатка чугуна также принципиально возможна. Большая часть чугуна идет на переплавку в сталь.