Важность металлургии. Организация производства на предприятии отрасли металлургии Нерациональной организации производства в металлургической промышленности

ВВЕДЕНИЕ

Металлургическое предприятие как производственная система включает средства труда как кооперацию (систему) машин, рабочую силу как кооперацию рабочих или систему совместного труда, экономику как систему экономических отношений внутри и вне предприятия и систему управления.

Весь процесс в целом как система сложной кооперации людей и применяемых ими машин, производственных подразделений является предметом теории организации производства.

Под организацией производства следует понимать систему научно обоснованных мер, направленных на создание наиболее рациональной структуры предприятия и его подразделений, на целесообразное сочетание и соединение во времени и пространстве трудовых и технологических процессов, а также средств производства с целью эффективного выполнения плановых заданий и достижения наилучших конечных результатов. Таким образом, в пределах предприятия организуется единый производственный процесс, представляющий собой систему взаимосвязанных, целенаправленных технологических и трудовых процессов.

ГЛАВА 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ОРГАНИЗАЦИЯ

1.1 Сущность, особенности и классификация производственных процессов

Основой деятельности предприятия любой промышленной отрасли является производственный процесс. В самом общем виде слово «процесс» выражает развитие, ход развития, динамику, изменения. В этом свете процесс (процесс производства) представляется цепью последовательных изменений положения или состояния какого-либо предмета, явления, в которых систематически проявляются определенные объективные закономерности. Следовательно, в любом производстве выразителем процесса является та или иная целенаправленно движущаяся, т.е. функционирующая система, а сам процесс представляет последовательную смену состояний системы в координатах времени и пространства.

Под функционирующими системами в производстве следует понимать комплексы производственного оборудования, сырья, материалов, энергоносителей, транспортных средств, а также людей, непосредственно участвующих в системе в качестве исполнителей или управляющих ею по заранее разработанным ими программам.

Систематическое и целенаправленное изменение количественных и качественных характеристик указанных комплексов под воздействием труда людей и используемых ими сил для получения заданных программой продуктов и представляет производственный процесс. Таким образом, производственный процесс на промышленном предприятии можно охарактеризовать как органически и системно увязанную совокупность трудовых, естественных и автоматических процессов, направленных на превращение исходных материалов в готовую продукцию.

Естественные процессы в данном случае понимаются как процессы, протекающие под воздействием сил природы без непосредственного участия в них человека. В черной металлургии к естественным процессам относятся различные физико-химические и физико-механические процессы – расплавление, кристаллизация, окисление, восстановление, нагрев, остывание, спекание, автоматизированные процессы деформации металла и др. Определяющими в производственном процессе являются трудовые процессы.

Исходя из приведенной характеристики и определения понятия производственного процесса, следует вывод о том, что именно производственный процесс является непосредственным и главным объектом организации и управления на промышленном предприятии.

Организация производственного процесса предусматривает наиболее рациональное сочетание во времени и пространстве труда человека с вещественными элементами производства. Конечной целью организации производственного процесса является обеспечение неуклонного роста объема производства, всемерное снижение затрат всех видов, достижение высокого качества продукции.

Современная отечественная черная металлургия являет­ся высокоразвитой в техническом отношении комплексной промышленной отраслью. На основе специализации, комбинирования и кооперирования ряда производств других отраслей промышленности она включает в себя разнообразные, но органически связанные технологиче­ским, энергетическим, организационным и экономичес­ким единством предприятия начиная от рудников и карь­еров по добыче рудных и нерудных сырья и материалов и кончая цехами и заводами по производству кокса, раз­личных химических продуктов, готового проката, мети­зов промышленного назначения и товаров народного потребления. В таком комплексе главная роль принад­лежит ведущему производству - производству чугуна, ста­ли, проката. Все остальные цехи и предприятия отрасли призваны материально обеспечить бесперебойный ход основного производства либо перерабатывать его отходы и побочные продукты.

Металлургическое производство и технологические процессы имеют ряд своих специфических особенностей, существенно отличающих их от других промышленных производств и накладывающих соответствующий отпеча­ток на требования к формам и методам организации производства.

К числу важнейших отраслевых особенностей совре­менного металлургического производства относят комплексность и структурную сложность совре­менных металлургических предприятий; высокую степень концентрации производства; масштабность и массовость производства; многостадийность технологии и высокую материалоемкость; энерготехнологическую связь основ­ных переделов.

Указанные особенности металлургического производ­ства носят главным образом отраслевой характер или характеризуют предприятие в целом как систему. Учет этих особенностей важен. Но еще более необходимым является рассмотрение специфических черт конкретных металлургических производственных процессов внутри предприятия на различных переделах с целью определе­ния в дальнейшем их структуры, организационных форм, методов их исследования и организации.

Рассмотренные особенности металлургических про­изводственных процессов свидетельствуют о том, что они носят гетерогенный, т. е. неоднородный характер и от­личаются в связи с этим большим разнообразием, слож­ностью и комплексностью. С целью систематического изучения, анализа, нормирования и совершенствования организации производственных процессов необходима их классификация. Производственные процессы на ме­таллургических предприятиях как системы в зависимос­ти от цели их исследования можно классифицировать в различных аспектах с различных позиций.

По отношению к выпуску готовой основной (конеч­ной) продукции и технологической значимости производ­ственные процессы подразделяются на основные, вспо­могательные, подсобные и побочные.

Основные - это процессы качественного, т. е. физи­ко-химического или физико-механического изменения предмета труда, направленные на получение полуфабри­катов и готовой конечной продукции (чугуна, стали, про­
ката, труб, метизов).

Вспомогательные - процессы, имеющие своим назна­чении обслуживание и обеспечение бесперебойного про­текания основных процессов (материально-техническое обеспечение, ремонты, транспорт).

Подсобные процессы направлены на добычу и подго­товку исходного сырья и материалов, производство тех­нологического топлива (агломерата, кокса, огнеупоров).

Побочные - это процессы изготовления различных видов продукции из отходов основного производства (кирпича, шлакобетона, цемента, изделий народного по­требления из металлообрези в прокатном производстве и др.).

В зависимости от способов воздействия на предметы труда, уровня технической оснащенности процесса и сте­пени участия в нем рабочего производственные процессы подразделяются на ручные, машинно-ручные, машинные, аппаратурные.

Ручные процессы осуществляются рабочим без помо­щи механизмов с применением простых инструментов и приспособлений (молоток, напильник, зубило, тиски и др.), направлены главным образом на перемещение пред­мета труда или изменение его формы.

Машинно- ручные процессы выполняются машинами или механизмами при непосредственном участии в них рабочих. В таких процессах одновременно или со сдви­гом во времени используются энергия машины и усилия рабочего. Примерами таких процессов могут служить прокатка на не полностью механизированных станах, обработка деталей на станках при ручной подаче, уста­новке заготовки и съеме готового изделия. Машинные процессы направлены как на изменение качества, так и главным образом на изменение формы предмета труда; выполняются с помощью специализиро­ванных машин, полностью механизированных или авто­матизированных. Роль рабочего в таких процессах за­ключается в осуществлении функций контроля и управ­ления.

Аппаратурные - химические и физико-химические про­цессы, направленные на изменение качественных при­знаков и свойств предмета труда и протекающие в спе­циальных агрегатах (доменных, мартеновских и элек­тросталеплавильных печах, конвертерах), оснащенных специальными механизмами и средствами управляющей автоматики. В аппаратурных процессах в функции ра­бочих входят контроль и управление работой агрегатов.

С позиций непрерывного совершенствования органи­зации производства рассмотренная классификация игра­ет существенную роль при проектировании технических мероприятий по механизации и автоматизации производ­ственных процессов, планировании подготовки квалифи­цированных рабочих кадров, при аттестации рабочих мест и разработке- планов НОТ, внедрении прогрессив­ных систем оплаты труда.

По характеру движения предмета труда во времени процессы делятся на непрерывные, полунепрерывные, прерывные (дискретные).

Непрерывные - это процессы, в которых на протя­жении установленного периода времени (час, смена, сут­ки, год и более) происходит непрерывное превращение исходных материалов или полуфабрикатов в готовую про­дукцию. Примерами непрерывных процессов являются процессы, протекающие внутри доменных печей, на ста­нах бесконечной прокатки, а также внутрицикловые про­цессы на МНЛЗ, непрерывных прокатных станах, стале­плавильных агрегатах. При прочих равных условиях наиболее производительными являются непрерывные про­цессы, так как здесь практически все рабочее время за­трачивается на изготовление продукции. Поэтому техно­логическая непрерывность процесса вызывает необходи­мость создания стабильных условий работы агрегата, а также обеспечения организационной непрерывности и поточности процесса.

Полунепрерывные - это процессы, в которых циклы операций по характеру технологии обработки предметов труда отделены друг от друга, а по принципу действия агрегата могут осуществляться непрерывно. Примерами агрегатов, в которых могут осуществляться полунепре­рывные процессы, служат конвертеры, мартеновские и электрические ночи.

Прерывные (дискретные) или периодические процес­сы отличаются тем, что в них циклы операций по харак­теру технологии обработки предметов труда разделены межцикловыми интервалами и действие агрегата (маши­ны) также протекает периодически с соответствующими интервалами.

По характеру протекания во времени производствен­ные процессы, а также части их подразделяют на цик­лические и нециклические.

Циклическими называются процессы, систематически повторяющиеся при получении каждой единицы продук­ции. Циклические процессы направлены непосредствен­но на обработку предмета труда или осуществление тех функций, которые способствуют выполнению основной задачи данного цеха или агрегата.

Нециклическими являются процессы, возникающие во времени периодически или эпизодически. Такие про­цессы обычно связаны с обслуживанием агрегатов и ра­бочих мест. Примером их могут служить перевалка вал­ков, ремонт оборудования, заправка инструмента и т. п.

В связи с тем что основная продукция производится в ходе циклических процессов, общая организационная задача при исследовании и проектировании производст­венных процессов заключается в максимальном сокра­щении нециклических процессов (без ущерба их каче­ству) и в увеличении в результате этого доли цикличе­ских.

Связь между производительностью агрегата (участ­ка) и затратами времени на циклические и нецикличес­кие процессы может быть представлена следующей фор­мулой:

где Р - производительность агрегата (участка), т;

Т -заданное календарное рабочее время, сут, смена, ч, мин, с;

Суммарное время нециклических процес­сов в течение заданного календарного рабочего времени, ч (мин, с);

Суммарное время перерывов в течение календарного рабочего времени, ч (мин, с);

t ц - дли­тельность цикла обработки единицы продукции, ч (мин,с).

При делении процессов на циклические и нецикли­ческие особое внимание уделяют затратам времени на перерывы и нециклические операции для принятия тех­нических и организационных мер по их всемерному со­кращению.

По степени возможности непосредственного наблю­дения за ходом производственных процессов с целью их изучения и регулирования они дифференцируются на процессы закрытые, открытые и полузакрытые. Рассмат­риваемый классификационный признак важен для вы­бора методов исследования при проектировании и ана­лизе организации производственных процессов.

Закрытыми являются физико-химические процессы, происходящие в закрытых агрегатах, изменение предме­тов труда в которых не поддается непосредственному (ви­зуальному) наблюдению (процесс в доменных печах). Исследовать ход закрытых процессов можно по ряду косвенных признаков, фиксируемых контрольно-измери­тельными приборами, а также химанализом и температу­рой чугуна, химанализом шлака, его вязкостью, давле­нием, составом и температурой колошникового газа и др.

Открытыми являются процессы, не связанные с фи­зико-химическими превращениями, а изменения предме­тов труда при этом поддаются непосредственному наблю­дению. К ним относятся посадка заготовок в печь, уста­новка изложниц, отделочные работы в прокатных цехах, транспортировка и др. К числу открытых процессов мож­но отнести прокатку металла, хотя изменение внутренней структуры металла при его обжатии и вытяжке не под­дается непосредственному наблюдению.

Полузакрытыми являются процессы, в которых каче­ственное изменение предметов труда поддается лишь частичному наблюдению, например, плавка стали в мар­теновской печи.

По характеру производственных связей между агре­гатами и участками имеют место процессы связанные (многоступенчатые) и замкнутые (одноступенчатые).

К связанным относятся процессы, в которых резуль­тат труда одного производственного участка является не­посредственным исходным предметом труда другого уча­стка вследствие характера технологии и организации протекания процесса. В основном металлургическом про­изводстве все процессы связаны: доменные печи обеспе­чивают сталеплавильные агрегаты жидким чугуном, ста­леплавильные - горячими слитками прокатные цехи. Систематическое обеспечение указанных связей во вре­мени и объемах - залог ритмичной работы металлурги­ческих предприятии. Для этого при проектировании ор­ганизации связанных процессов необходимо строить графики протекания процесса не только по каждой от­дельной ступени, но и комплексные графики, предусмат­ривающие согласование и увязку работы всех взаимо­связанных звеньев внутри цеха и между цехами.

Замкнутые - это процессы, в которых результат тру­да на том или ином производственном участке является конечным и непосредственно не связан с последующими процессами. Примерами замкнутых процессов могут быть работа доменных печей и разливочных машин при отправке чушкового чугуна на склад, то же при отправке слитков из сталеплавильных цехов на склад слитков, финишная обработка детали на станке.

По виду движения предмета труда в процессе, т. е. по способу передачи его от одной операции к другой, раз­личают процессы с последовательным протеканием, па­раллельным и параллельно-последовательным. Рассмат­риваемый классификационный признак с точки зрения организации производства является весьма важным, так как в значительной мере определяет производительность производственного процесса.

Последовательный вид движения предмета труда ха­рактеризуется тем, что при изготовлении партий изделий (слитков, заготовок, готового проката) либо отдельных единиц (целой плавки в многоступенчатом технологиче­ском процессе) каждая последующая операция начина­ется только после выполнения предыдущей.

При параллельном виде движения каждая последую­щая операция или единица изделия может осуществлять­ся или обрабатываться до окончания предыдущей с большим или меньшим сдвигом во времени, например прокатка на многоклетьевых станах "линейного и после­довательного расположения.

При параллельно-последовательном способе сочетания движения (выполнения операций) передача предмета труда на последующую операцию производится частич­ными партиями до окончания обработки всей партии на предыдущей ступени. Примером этого вида процесса яв­ляется разливка плавки стали из двух ковшей в два полусостава с последующей передачей их в стрипперное отделение.

1.2 Структура производственных процессов и методы повышения их

производительности

Результаты производственной деятельности металлурги­ческих предприятий, направления и методы совершенствования технологии и организации производства непос­редственно связаны со структурой основных производ­ственных процессов.

Многообразные особенности металлургических про­цессов характеризуют их как сложные в структурном от­ношении процессы, состоящие из большого количества взаимосвязанных частичных процессов, протекающих пос­ледовательно и параллельно на ряде участков производ­ства. В технологическом и организационном отношениях производственный процесс на металлургическом пред­приятии имеет принципиально общую иерархическую структуру (рисунок 1), различными уровнями которой яв­ляются стадии процесса, ступени, операции. Последние в свою очередь имеют собственную «микроструктуру», включающую в себя различные переходы, приемы, дей­ствия, движения.

Производственный процесс

Стадии процесса


Ступени процесса


Операции процесса


Рисунок 1 - Схема структуры производственного процесса на металлургическом предприятии

Поскольку любой производственный процесс совершается в координатах пространства и времени, постоль­ку структура его наряду с технологией определяется так­же и факторами, связанными с размещением оборудова­ния, транспортными коммуникациями и временными характеристиками его протекания.

Таким образом, ступень представляет часть производ­ственного процесса, включающую в себя регламентиро­ванный комплекс технологически однородных производ­ственных операций. Комплексы операций осуществляются рабочими на отдельных агрегатах или специализиро­ванных участках цеха. Характер операций, их содержа­ние, последовательность и методы выполнения определя­ются конечным производственным заданием для каждого агрегата или участка цеха.

В доменных цехах участками (ступенями) процесса производства являются: рудный двор с бункерной эста­кадой, доменные печи, участок уборки продуктов плав­ки вместе с ковшевым хозяйством, грануляционный бас­сейн, шлаковый отвал, разливочные машины.

В мартеновских выделяют следующие участки: шихтовый двор, печной пролет, разливочный пролет, стрипперное отделение, отделения подготовки составов, склад холодных слитков.

В прокатных цехах участками являются: склад ме­талла, участок нагрева (колодцы, методические печи), прокатные станы, отделочные отделения (адъюстаж), склад готовой продукции.

Ступени производства неравнозначны при изучении их с различных позиций. Поэтому среди всех ступеней процесса с точки зрения организации производства выделяется основная ступень - ступень, на которой непосредственно осуществляется основной технологический процесс производства, т. е. процесс по качественному из­менению предмета труда и превращению его в готовую продукцию. В металлургическом производстве основны­ми его ступенями являются: доменные, мартеновские и электросталеплавильные печи, конвертеры, обжимные и чистовые прокатные станы.

Основные ступени в общей цепи производства опреде­ляют временные и объемные характеристики процесса на всех остальных его ступенях, а также в обслуживающих их цехах и хозяйствах.

С позиции последовательности размещения в общем процессе различают входную, промежуточную, выход­ную ступени. Такая позиция важна для определения ма­териальных и организационных связей по всем парамет­рам между выходными потоками предыдущей стадии или ступени и входными потребностями и возможностя­ми последующих.

Очень важной с позиции скоростей протекания про­цесса и темпов изготовления готовой продукции являет­ся заключительная - выходная ступень. Не являясь ос­новной ступенью, она своими действиями корректирует во времени работу всех предыдущих, в том числе и ос­новных ступеней, уменьшая или увеличивая сдачу на последующую стадию произведенных полуфабрикатов или готовой продукции. В рассматриваемом аспекте вы­ходная ступень в производственном процессе цеха явля­ется весьма ответственной, задающей ритм его работы.

С позиций производственных возможностей «узкая» ступень - это такая ступень, которая по уровню интен­сивности своей работы не удовлетворяет требованиям ведущей основной ступени. Изучение производственного процесса на «узких» ступенях позволяет установить при­чины их низкой производительности и наметить меры по повышению их производственных возможностей.

Непосредственное осуществление производственного процесса на каждой его ступени достигается выполнени­ем соответствующих операций. Операция - это закон­ченная на данной ступени часть производственного про­цесса, характеризующаяся единством технологических признаков, выполняемая одним или несколькими рабо­чими на определенном рабочем месте специализирован­ными средствами труда.

При уже сложившемся пространственном размещении основного и вспомогательного стационарного обору­дования в том или ином цехе особый интерес с позиций наиболее эффективного его использования представляет построение производственного процесса во времени. Эф­фективность построения процесса во времени определяется его организационной структурой, зависящей от вида и степени сложности самого процесса и продолжитель­ности производственного цикла. В наиболее общем виде длительность производственного цикла представляет пе­риод времени между запуском исходных материалов или полуфабрикатов в производство и выпуском его в виде готового продукта, например период времени между за­дачей заготовки в рабочую клеть прокатного стана и вы­ходом из нее готового проката.

Следует различать продолжительность производст­венного цикла изготовления единичного изделия, напри­мер стального листа из сляба, подготовки одиночного поддона с изложницами на сталеразливочном составе и др., а также партии изделий (разливка плавки в излож­ницы, поплавочный нагрев слитков в колодцах и после­дующая прокатка их на обжимном стане, подготовка под плавку сталеразливочного состава, погрузка шихтового, мульдового состава и т. д.). Таким образом, производст­венный цикл представляет замкнутый комплекс опера­ций или работ, осуществляемых в определенной после­довательности во времени над каждой (многими) еди­ницей продукции.

Производственный цикл имеет место на всех уровнях, т. е. стадиях и ступенях производства, различаясь при этом содержанием работ и пространственно-времен­ной масштабностью. Так, на каком-либо рабочем месте, агрегате производственный цикл во времени совпадает или просто является рабочим циклом (плавка стали, про­ката каждого слитка или заготовки и т. д.). В масштабе цеха производственный цикл включает в себя комплекс частичных циклов всех ступеней производства. Если на какой-либо ступени процесса в течение каждого рабочего цикла обрабатывается единица продукции, то в цехе (стадии) в течение всего производственного цикла параллельно могут проходить обработку многие единицы или партии продукции (конвертерные и мартеновские плавки, нагрев слитков в колодцах и др.). В масштабе же предприятия производственный цикл охватывает все стадии и ступени производственного процесса изготовления каждой единицы и всех партий продукции от самой начальной производственной операции до последней.

Временная структура производственного цикла в общем случае включает в себя следующие компоненты (рисунок 2):

Технологический цикл, состоящий из времени выпол­нения основных технологических операций, работ, час­тичных процессов, систематически повторяющихся с каж­дой единицей или партией изделий;

Время вспомогательных операций и работ, циклически или не циклически возникающих с производством каждой единицы продукции, партии или в одном процессе (конвертерная или мартеновская плавка);

Время технологических отстоев, регламентированного прослеживания предмета труда (отстой стали в изложницах до полной ее кристаллизации, остывание проката на холодильниках и др.);

Время технически неизбежных межцикловых и внутрицикловых перерывов.

В рассматриваемом общем случае продолжительность производственного цикла не может соответствовать простой сумме его временных компонентов. Эго обусловлено тем, что абсолютная величина любого временного компонента зависит от организационной формы, процесса, характеризуемой определенным видом его протекания (последовательный, параллельный, параллель­но-последовательный) и характером сочетания операций внутри рабочего времени цикла, времени транспортировки и вспомогательных операций.


Рисунок 2 - Временная структура производственного цикла

При существующей (заданной) технологии процесса эффективность временной структуры производственного цикла, непосредственно связанная с его продолжитель­ностью, определяется рядом таких параметров, как абсо­лютная продолжительность каждого структурного ком­понента, число компонентов и элементов в них, удельные их соотношения и организационная форма процесса.

Эффективность структуры производственного цикла при равенстве прочих условий будет тем выше, чем меньше число компонентов, чем короче продолжительность каждого из них во времени, чем большая доля техноло­гического цикла, чем рациональнее сочетание компонентов и их элементов во времени, обеспечивающее максимально возможное параллельное протекание операций.

Главную роль в длительности производственного цикла играет технологический цикл, поскольку остальные компоненты в значительной мере перекрываются в ходе выполнения основных производственных операций процесса.

В соответствии с классификационными характеристиками производственные процессы на металлургическом предприятии подразделяются на процессы простые, протекающие без перекрытия циклов, и процессы сложные, протекающие с перекрытием циклов во времени. Важность рассмотрения этих видов производственных процессов обусловлена тем, что производительность их весьма различна и методы ее повышения имеют свои особенности.

В простых процессах имеет место последовательное во времени осуществление цикла, когда каждый последующий цикл начинается после окончания предыдущего. Особенностью таких процессов является то, что все операции цикла выполняются на одном и том же рабочем месте или агрегате, например на блюминге.

Простые процессы осуществляются в двух модификациях: с перерывами, когда последующий цикл начина­ется после окончания предыдущего не непосредственно, а через определенный промежуток времени (рисунок 3, а), и без перерывов, когда последующий цикл начинается сразу же после окончания предыдущего (рисунок 3,б). Из анализа данных рисунка 3 следует, что производительность процессов различна и во втором случае она выше, так как отсутствуют межцикловые перерывы.

Производительность процесса при данных организационно-технических условиях - это потенциальная возможность рабочего оборудования для производства в единицу времени определенного количества продукции. В черной металлургии выражением производительности различных основных процессов могут быть тонны чугуна, стали, проката. Единицами времени, к которым от­носится производительность, являются час, смена, сутки, месяц, год. Производительность процесса определяется по отношению к операциям, частичным процессам и производственному процессу в целом.



T ц а t ц б

Рисунок 3 - Графики простых прерывного (а) и непрерывного (б) процессов-(t 0 - продолжительность операции, t ц - продолжительность цикла)

Основными факторами, определяющими производительность процессов, являются:

Техническая характеристика агрегатов (полезный объем доменных печей, емкость сталеплавильных агре­гатов, число клетей, диаметр рабочих валков прокатных станов и др.);

Интенсивность основных процессов (скорости, давле­ния, температуры, интенсификаторы - кислород, природный газ);

Сортамент продукции и трудоемкость ее изготовления;

Исходные материалы и режимы их обработки;

Организационные факторы (методы увязки производ­ственных процессов на всех их ступенях, характер их сочетания и организационная структура процессов, орга­низация труда и др.).

На практике число факторов, влияющих на производительность процессов, значительно больше, но не все они учитываются в производстве, кроме того, их сущность и направленность отличаются разнообразием и степенью постоянства. Значительная часть из них носит не детерминированный, а вероятностный стохастический характер, что и определяет металлургические процессы в целом как процессы вероятностные. Для возможности четкой организации процессов, прогнозирования их хода и управления необходимы глубокие исследования, выявление на этой основе закономерностей протекания процессов и зависимостей результатов производства от количественных значений соответствующих факторов при различных их сочетаниях.

Для расчетов производительности процессов строятся экономико-математические модели, отражающие в функциональной или стохастической форме связи между результативными и факториальными признаками исследу­емых процессов.

Так, производительность процессов, протекающих с перерывами, можно определить из выражения:

Р = Tn/(t 0 + t n) = ТпП ц, (2)

где Р - производительность в единицу времени, т/ч (шт/ч);

Т - принятая единица времени, ч (смена, сут);

to - продолжительность операции, ч (мин);

t n - продолжительность перерыва (мин - внутри цикла);

t ц -продолжительность цикла, ч (мин);

п - число единиц продукции, изготовляемой за один цикл, шт., или объем продукции, т.

Для процессов, протекающих без перерывов между циклами, в которых продолжительность операции соответствует продолжительности цикла, производительность процесса определяется по формуле:

р = Tn/t 0 = Tn/t ц v (3)

Для рассмотренных видов процессов сменная их производительность с учетом различных внутрисменных перерывов рассчитывается по формуле:

(4)

где t в.п - внутрисменные перерывы (продолжительность подготовительно-заключительных работ, регламентированных перерывов по техническим причинам, на отдых).

В металлургическом производстве все основные ме­таллургические процессы осуществляются не на одной, а на многих ступенях, что характеризует их как процессы сложные. Многоступенчатость процессов и возможность осуществления их в различных организационных формах обусловливают и возможность параллельного во времени выполнения операций на отдельных ступенях, а следовательно, и одновременное с большим или меньшим сдвигом во времени перекрытие смежных производственных циклов.

Перекрытие представляет период одновременного протекания двух смежных циклов, т. е. период времени между началом последующего цикла и окончанием предыдущего. Выполнение операций смежных циклов на отдельных ступенях может осуществляться непрерывно без интервалов, если операции равны по своей продолжительности, либо с перерывами в случае, если продолжительность операций на различных ступенях процесса различна.

Производственные процессы с перекрытием циклов в зависимости от характера выполнения операций на отдельных ступенях могут иметь следующие организационные формы:

С последовательным протеканием операций на всех ступенях;

С опережением операций, протекающих на последующих ступенях, по отношению к аналогичным операциям на предыдущих ступенях;

с параллельным выполнением операций на отдельных ступенях.

Производительность процессов, протекающих с пере­крытием смежных циклов во времени независимо от их организационной формы, определяется продолжитель­ностью такта (ритма).

Часто на практике определение такта прокатки только расчетным путем вызывает затруднения, в связи с тем что длительность вспомогательных операций на разных станах может существенно различаться.

Упростить расчет помогает график Адамецкого и его виды. На нем по горизонтальной оси откладывается время в секундах, по вертикальной – номер клети стана. Продолжительность прокатки в рассматриваемом проходе на графике отмечается жирной горизонтальной линией на оси, соответствующей прокатной клети. Свободные участки между двумя линиями представляют паузы между соседними проходами. Передача полосы из одной клети в другую изображается наклонной линией, а ее проекция на горизонтальную ось соответствует паузам на передачу.

С помощью графика Адамецкого можно проследить за последовательностью выполнения технологического процесса и проследить элементы машинного времени прокатки. А значит, появляется возможность анализировать загруженность рабочих клетей, выявлять их пропускную способность и наметить возможное перераспределение обжатий прокатываемой полосы между клетями или изменение скоростных условий по клетям с целью более равномерной их загрузки в соответствии с требованиями максимальной производительности стана.

Продолжительность такта процесса представляет пе­риод времени от начала предыдущего цикла до начала последующего и определяется разностью между продол­жительностью цикла и величиной опережения (перекры­тия). На рисунке 4 показаны графики процессов с непре­рывным последовательным выполнением операций на двух и трех ступенях. Так как в этих процессах продол­жительность операций на всех ступенях одинакова, то и такт процесса будет равен продолжительности операций на любой из них:

, (5)

где R - такт (ритм) процесса, мин;

П - величина перекрытия, мин;

п - число ступеней процесса;

Как видно на рисунке 4, производительность процесса в обоих случаях одинакова в связи с равенством тактов процес­са и несмотря па различную продолжительность циклов.




0 4 8 12 0 4 8 12 16

Время, мин

Рисунок 4. Графики процессов с непрерывным последовательным выполнением операций с равной продолжительностью циклов: а - две ступени производственного процесса; б - то же, три ступени

На рисунке 5 представлены графики с прерывным протеканием процессов при неравной продолжительности операций на отдельных ступенях и перерывов между ними.

В процессах, осуществляемых с опережением операций, обработка каж­дой единицы продукции на последующей ступени начинается до окончания операции обработки той же единицы продукции на предыдущей ступени, т. е. процесс протекает с опе­режением операций на ступенях.


Рисунок 5 – Графики процессов с прерывным протеканием операций на ступенях: а – две ступени производственного процесса; б – то же, четыре ступени

На рисунке 6 изображен процесс, протекающий непрерывно на всех ступенях. В этом случае длительность операций на различных ступенях одинакова. Для процесса с прерывным протеканием операций на ступенях длительность операций на ступенях различна. Поскольку в обоих случаях процесс протекает с перекрытием циклов, то производительность будет определяться только тактом процесса.

Рисунок 6 – График процессов, протекающих с опережением операций

В процессах, протекающих с опережением операций, продолжительность цикла не совпадает по величине с суммарной длительностью операций на всех ступенях. В таких процессах такт (ритм) определяют как разность между календарной продолжительностью цикла (время от начала цикла и до его окончания) и временем перекрытия: R = t ц – П.

При непрерывном протекании операций на ступенях такт равен продолжительности операций на любой ступени процесса. Если же операции на ступенях протекают с перерывами, то такт определяется как сумма продолжительности операций и интервала на любой ступени.

Во многих процессах продолжительность операций на отдельных ступенях может значительно различаться, в связи с чем в процессе образуются «узкие» места, увеличивается такт и снижается производительность. В таких процессах организуется параллельная во времени обработка двух и более единиц продукции на ступенях с наибольшей продолжительностью операций.

На рисунке 7 показан график процесса с параллельным выполнением операций при непрерывном их протекании. Непрерывность процесса достигается тогда, когда каждая единица продукции поступает на каждую ступень через одинаковый промежуток времени, равный такту процесса. В этом случае такт равен операционному времени на ступенях с последовательным протеканием операций. Такт для ступени с параллельным протеканием операций определяется по формуле:

R = t i / n пр,

где t i – продолжительность операций на данной ступени, ч (мин);

n пр – количество одновременно обрабатываемых единиц продукции, т (шт).

Важным условием достижения максимальных перекрытий является совершенствование структуры процесса путем обеспечения минимальной суммарной продолжительности опе­раций в каждом звене той или иной ступени. Реализация этого условия обеспечивает общее сокращение продолжи­тельности всего цикла и соответственно такта процесса. Последнее будет иметь место даже при неизменной продолжительности цикла, но при уве­личении в нем числа звеньев.

Рисунок 7 – График процесса с параллельным протеканием операций при непрерывном их протекании

На рисунке 8 в качестве примера представлены графики процесса с постоянной продолжительностью цикла и различными величинами перекрытий, определяемых числом звеньев в цикле.

В случае, изображенном на рисунке 8,а, цикл операций состоит из одного звена, перекрытие отсутствует, такт прокатки максимальный, равный длительности цикла. В случае, изображенном на рисунке 8, б, цикл разделен на два звена, в связи с чем продолжительность операций в каждом звене сократилась вдвое. На рисунке 8, в, цикл процесса осуществляется уже в четырех звеньях. Суммарная продолжительность операций внутри каждого звена в четыре раза меньше, чем в первом случае. Продолжая дробление до максимально возможного числа звеньев получим максимально возможную величину перекрытия.

Рисунок 8 – График изменения величины перекрытия при изменении длительности и числа звеньев в процессе

ГЛАВА 2. СЕТЕВОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

2.1 Системы планирования и управления

Создание сложных производственных систем, освоение новой техники и технологии, строительство и реконструкция предприятий требуют привлечения исполнителей, работающих в различных областях науки и сферы производства. В этих условиях все труднее становится координировать работу различных специалистов, увязывать сроки выполнения различных работ. Возрастающая сложность планирования, организации и управления различными производственными программами, такими как строительство предприятий, цехов, ремонты агрегатов, при использовании традиционных методов координации работ стала приводить к систематическим срывам сроков выполнения всего комплекса работ и превышениям заранее рассчитанных затрат на создание производственного комплекса.

Анализ фактического состояния показал, что причины таких срывов кроются в применяемых методах планирования комплекса работ и оперативного управления их ходом, которые не обеспечивают необходимой координации работ ни по времени, ни по ресурсам (затратам). В то же время считалось, что все дело в недостатках применяемой технологии и в личности руководителя. Один из обычных, традиционных методов планирования комплекса работ, применяемый в строительстве, предполагает представление плана работ в виде так называемого ленточного графика (графика Ганта). Любой график как элемент системы планирования и управления должен являться моделью комплекса, адекватной моделируемой системе. В этом отношении представление плана работ в виде ленточного графика имеет следующие существенные недостатки:

1. Отсутствие (невозможность представления) взаимосвязей между работами комплекса;

2. На ленточном графике не видны главные работы, т.е. те работы, которые определяют выполнение всего комплекса в заданный срок;

3. При планировании работ в виде ленточного графика ограничены возможности оптимизации плана как на стадии разработки плана, так и на стадии оперативного управления;

4. При использовании ленточного графика не рассматривается и не обеспечивается равномерная загрузка исполнителей на всех этапах выполнения плана.

Указанные выше недостатки полностью или в значительной степени исключаются при использовании для координации работ систем сетевого моделирования производственных процессов, известных под названием систем сетевого планирования и управления. Системы сетевого планирования и управления позволяют наиболее комплексно решать все поставленные организационные задачи, оценивать план с позиции конечного результата.

2.2 Оперативное управление комплексом работ с помощью сетевого графика

Моделью комплекса работ, которая адекватно отражает его содержание, является сеть. Под сетью понимается ориентированный граф, с помощью которого отображаются взаимные связи между работами комплекса. Граф представляет собой совокупность дуг и вершин. Каждой дуге соответствует вполне определенная пара вершин. Граф называется ориентированным, если для каждой дуги указано, какая из двух ее вершин является начальной, какая конечной.

Возможна и различная форма представления сетей – цифровая и графическая. Цифровое представление сети может быть в списочной и матричной форме. Графическое представление сети (рисунок 9) называется сетевым графиком. Оно является наиболее наглядным, удобным и нашло широкое применение. Однако это преимущество утрачивается для сетей с большим числом элементов (с числом работ более 300).

Рисунок 9 – Сетевой график

В сетевом графике дуги сети изображаются стрелками, а вершины - геометрическими фигурами (кружками). Сетевые графики могут быть двоякого типа:

1. сетевые графики, в которых работы изображаются стрелками, события – кружками, как показано на рисунке;

2. сетевые графики, в которых работы изображаются кружками (или другими фигурами), а в зависимости между работами – стрелками.

Изображающие работы стрелки являются безмасштабными. Направление и длина стрелок не отражают никаких характеристик работ. Важно только взаимное расположение стрелок (работ). Каждая стрелка соединяет два события. следовательно, для каждой работы имеются начальное и конечное события. Для начала каждой данной работы необходимо окончание всех непосредственно предшествующих работ, т.е. необходимо окончание работ, заканчивающихся начальным событием данной работы.

Каждому событию сетевого графика присваивается определенный номер и иногда всем или некоторым событиям дается определение (наименование). Номера начального и конечного событий работы образуют код (шифр) данной работы.

Важным понятием сетевого графика является понятие пути. Путь в сетевом графике – это такая последовательность работ, когда конечное событие каждой предыдущей работы совпадает с начальным событием следующей работы. Путь называется полным, если он представляет цепь взаимосвязанных работ от начального до конечного события сетевого графика. Неполный путь – это путь от начального до промежуточного, между двумя промежуточными или от промежуточного до конечного события сетевого графика.

Если по условиям производства все работы комплекса требуется выполнить в строго заданной последовательности, сетевой график такого комплекса представляет собой одну цепочку работ (имеется один полный путь). Применение сетевых систем для управления таким комплексом нецелесообразно. Таким образом, сетевой график должет иметь не менее двух полных путей. Полный путь, имеющий максимальную продолжительность, называется критическим. Понятие критического пути является центральным в системе сетевого планирования и управления. Критический путь сетевого графика определяет срок выполнения всего запланированного комплекса работ. Любая, даже самая незначительная задержка в выполнении работ критического пути обязательно приведет к срыву срока выполнения всего комплекса работ, тогда как задержки на работах некритических путей могут совсем не отразиться на выполнении всей программы.

Функционирование системы сетевого планирования и управления включает следующие стадии:

Разработку технического задания и проектирование системы сетевого планирования и управления;

Функционирование системы в режиме исходного планирования;

Функционирование системы в режиме оперативного управления.

Эффективность всей системы сетевого планирования в значительной мере определяется эффективностью ее функционирования на стадии оперативного управления. Процесс оперативного управления включает:

1. сбор оперативной информации о ходе работ;

2. обработку поступающей информации и обновлении на ее основе сетвой модели;

3. расчет параметров обновленного сетевого графика;

4. анализ сетевого графика и принятие на его основе решений по реализации плана;

5. разработку календарного плана работ и доведение конкретных сроков выполнения работ до исполнителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основой деятельности каждого предприятия является производственный процесс, конечная цель которого - выпуск продукции.

Производственный процесс - это процесс труда, имеющий определенное техническое и организационное содержание, направленный на создание конкретных материальных благ и характеризующийся постоянством главного предмета труда.

Для оценки значения отдельных производственных процессов и составляющих элементов в едином процессе производства продукции их группируют по следующим основным признакам:

1. роли процесса в выпуске готовой продукции,

2. степени оснащенности труда и роли человека,

3. характеру протекания процессов,

4. степени воздействия на предмет труда.

По роли процесса в выпуске готовой продукции на предприятии выделяются основные, вспомогательные и обслуживающие производства.

К основным относятся те процессы, которые непосредственно направлены на выпуск основной продукции или на выполнение производственных задач, являющихся целевыми для данного производства.

Обслуживающие процессы содействуют нормальному выполнению основных и вспомогательных процессов. Обычно на предприятии к обслуживающим производствам относят центральные ремонтные мастерские, транспортно-складские подразделения, культурно-бытовые учреждения.

В зависимости от степени оснащенности труда и роли человека выделяют немеханизированные, частично механизированные, машинные процессы.

Немеханизированными являются процессы, осуществляемые без применения каких либо видов энергии и механизмов. Они направлены на изменение положения предметов труда или их формы с помощью ручного инструмента. Во вспомогательных и обслуживающих производствах доля ручного труда все еще значительна.

К частично механизированным относятся процессы, выполняемые такой машиной или механизированным инструментом, управление которыми требует ручного труда человека.

При машинных процессах орудием труда является машина, действия которой только направляются человеком непосредственно на рабочем месте или дистанционно.

Для предприятий большое значение имеет комплексная механизация производственного процесса, при которой ручной или частично механизированный труд заменяется системой взаимно дополняющих друг друга машин, обеспечивающих высокую производительность труда и создающих условия для автоматизации производства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Организация и планирование предприятий черной металлургии: учебник/ под ред. А.Ф. Метс – М: Металлургия, 1986. – 560 с.

2. Ребрин Ю.И. Основы экономики и управления производством Ю.И. Ребрин – М.: Владос, 2002.- 329с.

3. Карастелева Е.М. Экономика, организация и планирование производства Е.М.Карастелова - М.: Экономика, 1986. – 343с.

Могущество и процветание государства зависит от эффективности экономики и военного потенциала. Развитие последних невозможно без развития металлургии, которая в свою очередь является основой машиностроения. Сегодня в центре внимания металлургический комплекс России и его значение для промышленно-хозяйственной сферы страны.

Общая характеристика металлургического комплекса

Что такое горно-металлургические комплексы? Это совокупность предприятий, которые занимаются добычей, обогащением, выплавкой металла, производством проката и переработкой вторичного сырья. Следующие отрасли входят в состав металлургического комплекса:

  • Чёрная металлургия , которая занимается выплавкой стали, чугуна и ферросплавов;
  • Цветная металлургия , которая занимается производством лёгких (титан, магний, алюминий) и тяжелых металлов (свинец, медь, олово, никель).

Рис. 1 Металлургический завод

Принципы размещения предприятий

Предприятия горно-металлургического комплекса не размещаются хаотично. Они зависят от следующих факторов размещения металлургии:

  • Сырьевой (физико-химические особенности руд);
  • Топливный (какой вид энергии необходимо использовать для получения металла);
  • Потребительский (география размещения сырья, основных источников энергии и наличие транспортных путей).

Рис. 2 Топливный фактор размещения металлургии

Основные металлургические базы

Все вышеперечисленные факторы привели к неравномерному размещению металлургических предприятий. На отдельных территориях сформировались целые металлургические базы. В России выделяют три:

  • Центральная база - это достаточно молодой центр, фундаментом которого служат железные руды района Курской магнитной аномалии, Кольского полуострова и Карелии. Главными центрами производства являются города Липецк, Старый Оскол и Череповец;
  • Уральская база - это один из самых крупных центров металлургии в России, основными центрами которого являются Магнитогорск, Новотроицк, Челябинск, Нижний Тагил и Красноуральск;
  • Сибирская база - это центр, который находится ещё в стадии развития. Основной источник - кузнецкий уголь и железная руда Приангарья и Горной Шории. Главный центр - город Новокузнецк.

Сравнительную характеристику и схему работы металлургических баз России можно представить в следующей таблице:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Центральная

Сибирская

Уральская

Железные руды

Курская магнитная аномалия,

Кольский полуостров,

Приангарье,

Горная Шория

Уральские горы

Коксующийся уголь

Привозной (Донецкий и Кузнецкий каменноугольный бассейн)

Местный (Кузнецкий каменноугольный бассейн)

Привозной (Казахстан)

Предприятия

Предприятия полного цикла и предельной металлургии (производят только сталь и прокат)

Предприятия полного цикла (производят чугун, сталь, прокат)

Цветная металлургия

Исходя из назначения и химических и физических особенностей и свойств цветные металлы делятся на:

  • Тяжелые (медь, свинец, олово, цинк, никель);
  • Лёгкие (алюминий, титан, магний);
  • Драгоценные (золото, серебро, платина);
  • Редкие (цирконий, индий, вольфрам, молибден и др.)

Цветная металлургия - это комплекс предприятий, которая занимается добычей, обогащением и металлургическим переделом руд цветных, благородных и редких металлов.

В этой цепочке различают алюминиевую, медную, свинцово-цинковую, вольфрамо-молибденовую и титаново-магнивую промышленности. Кроме того, сюда же входят и предприятия по производству благородных и редких металлов.

Центры цветной металлургии в России

Центрами алюминиевой промышленности являются Братск, Красноярск, Саянск и Новокузнецк. Расположенные в этих городах крупные алюминиевые заводы развиваются на основе собственного сырья из Урала, Северо-Западного региона и Сибири, а так же привозного. Данное производство достаточно энергоемкое, поэтому предприятия размещены недалеко от ГЭС и ТЭС.

Главным центром медной промышленности нашей страны является Урал. Предприятия используют местное сырье из Гайского, Красноуральского, Ревдинского и Сибайского месторождений.

Свинцово-цинковая промышленность станы зависит от добычи полиметаллических руд, поэтому и расположена рядом с местами их добычи - Приморье, Северный Кавказ, Кузбасс и Забайкалье.

Рис. 3 Добыча золота на Чукотке

Проблемы и перспективы

Проблемы есть в любой отрасли. Металлургический комплекс не является исключением. Среди главных проблем чёрной и цветной металлургии можно выделить следующие:

  • высокая энергозатратность;
  • низкая ёмкость внутреннего рынка;
  • высокий уровень износа основных производственных фондов;
  • недостаток некоторых видов сырья;
  • разрушение процесса воспроизводства запасов сырья и руды;
  • технологическая отсталость и недостаточное внедрение новых технологий;
  • дефицит профессиональных кадров.

Но все эти вопросы можно решить. На глобальном рынке металлургической продукции Россия продолжает быть крупным игроком. На долю российской металлургии в мировом производстве приходится более 5% стали, 11% алюминия, 21% никеля, более 27 % титана. Главным показателем конкурентоспособности российской металлургии на внешнем рынке является то, что страна сохраняет и даже расширяет свои экспортные возможности.

Что мы узнали?

Сегодня мы узнали, что понимается под термином «металлургический комплекс». Данная отрасль делится на чёрную и цветную металлургии. Размещение предприятий по добыче, обогащению руды, выплавке металлов и производству проката имеет свои особенности и зависит от трёх факторов: сырьевого, топливного и потребительского. В Российской Федерации действуют и развиваются три металлургические базы: Центральная, Уральская и Сибирская.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 579.

История и понятие металлургии

Свойства металлов, добыча и применение металлов

Раздел 1. История металлургии.

Раздел 2. Добывающая металлургия.

Раздел 3. Свойства металлов.

Раздел 4. Применения металлов.

Раздел 5. Сплавы.

Металлургия – этообласть науки и техники, отрасль промышленности.

К металлургии относятся:

производство металлов из природного сырья и других металлсодержащих продуктов;

получение сплавов;

обработка металлов в горячем и холодном состоянии;

нанесение покрытий из металлов;

область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов.

К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.

Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов.

К чёрным металлам относят железо. Все остальные - цветные.

По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят:

тяжёлые металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель);

лёгкие (алюминий, титан, магний).

По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию (плавка) и гидрометаллургию (извлечение металлов в химических растворах). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.

Самыми распространенными металлами являются:

Алюминий

История металлургии

Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданеке, Плоднике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре винчу), Болгарии (5000 лет до н. э.), Португалия, Испании, Стоунхендже (Великобритания).

Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.

В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» - египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.



Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.

Следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях.

Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д.





Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидр молоты и т. п.).

Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

Металлургия в первоначальном значении - искусство извлечения металлов из руд. Возникла металлургия еще в глубокой древности. При раскопках были найдены следы выплавки меди, датированные еще 7-6-м тысячелетием до н.э. И примерно в то же время человеку стали известны такие самородные металлы, как серебро, золото, медь, железо с метеоритов.




Сначала железо и медь обрабатывали в холодном состоянии. Металл поддавался такой обработке. Более широкое распространение медные изделия получили с изобретением ковки - горячей кузнечной обработки.

Затем широко распространилась бронза (2-е тысячелетие до н.э.). Бронза - это сплав меди с оловом, по качеству она намного превосходила медь. Это и устойчивость против коррозии, и твёрдость, и острота лезвия, и лучшее заполнение литейных форм. Это был переход к бронзовому веку.

Следующим этапом человек научился получать из руд железо. Процесс его получения заключался в использовании сыродутных горнов и был малопроизводителен. Этот процесс стали улучшать - ввели обогащение железа углеродом и последующую его закалку. Так получилась сталь. И к 1-му тысячелетию до н.э. железо стало наиболее распространенным среди используемых человеком материалов (Европа, Азия).


Металлургия железа не менялась, наверное, порядка 3 тысячелетий. Но процесс постепенно улучшался, и к середине 14 века появились первые доменные печи. Увеличение высоты этих печей и, соответственно, более мощная подача дутья, привели к удобному получению чугуна. Появился так называемый кричный передел (передел чугуна в ковкое железо). Кричный процесс как способ получения стали был более выгоден и практически вытеснил прежние способы ее получения на основе сыродутного железа. Хотя из него и делалась та самая, знаменитая дамасская сталь.

В Англии в 1740 г. появилась тигельная плавка (уже известная на Востоке). А в последней четверти 18 века - пудлингование. Тигельная плавка - это был первый способ производства литой стали. Но эти процессы не могли конкурировать с развивающейся быстрыми темпами металлургией чугуна. Перелом произошел с изобретением трех новых процессов получения литой стали. В 1856 году - это бессемеровский процесс. В 1864 году - мартеновский, а в 1878 - томасовский процесс. К середине 20 века производство стали уже потеснило чугун в процентном отношении.




Дальше производство развивалось путем всё большего увеличения производительности агрегатов, различными улучшениями в технологии, широкой автоматизацией производственных процессов. В электропечах начала производиться высококачественная (легированная) сталь. Использовался переплав металла в дуговых вакуумных печах, в плазменных установках. Начали развиваться способы прямого получения железа, за которыми будущее.

А добывали золото, серебро, олово, свинец, медь, ртуть.

В доисторические времена золото получали из россыпей путем промывки. Оно выходило в виде песка и самородков. Затем начали применять рафинирование золота (удаление примесей, отделение серебра), во второй половине 2-го тысячелетия до н.э. В 13-14 веках научились применять азотную кислоту для разделения золота и серебра. А в 19 веке был развит процесс амальгамации (хоть он и был известен в древности, но нет доказательств, что его использовали для добычи золота из песков и руд).

Серебро добывали из галенита, вместе со свинцом. Затем, через столетия, их начали выплавлять совместно (примерно к 3-му тысячелетию до н.э. в Малой Азии), а широкое распространение это получило еще спустя 1500-2000 лет.

Медь начали массово производить, когда Семенников В.А. изобрел в 1866 году конвертирование штейна.

Олово когда-то давно выплавляли в простых шахтных печах, после чего делалась его очистка специальными окислительными процессами. Сейчас в металлургии олово получают путем переработки руд по сложным комплексным схемам.

Ну, а ртуть производили путем обжига руды в кучах, при котором она конденсировалась на холодных предметах. Затем уже появились керамические сосуды (реторты), на смену которым пришли железные. А с ростом спроса на ртуть ее стали получать в специальных печах.




Материальные ценности человека немыслимы без металлов, и значение металлургии в создании современной цивилизации очень велико. Металлы применяются в строительстве, военном деле, в транспорте и связи, в производстве средств и предметов потребления, в сельском хозяйстве. Современная металлургия позволяет получать почти все элементы периодической системы, кроме разве что галоидов и газов.

Для получения металлического листа из крицы, скажем, весом всего в 30-35 килограммов молотобоец должен был напряженно работать 12-15 часов. А попробуйте-ка столько времени помахать огромной кувалдой! С появлением же механического молота для выполнения подобной работы уже не требовалось таких усилий, да и занимала она всего4-6 часов, включая время на разогрев металла.

Развивая большую ударную силу, молоты позволяли получать металл гораздо большей прочности, чем в ручной кузнице. Хвостовой молот, применявшийся для отковки полосового металла на одном из шведских заводов, имел боек весом около 80 килограммов и делал 120 ударов в минуту. Разумеется, никакому молотобойцу подобное было не под силу.

Но скоро стало очевидным, что и хвостовой молот, не обеспечивает необходимой однородности механических свойств по всему объему некоторых изделий (например, поковок большой длины - полосового железа и т.п.). Ведь металлическую полосу под удар бойка рабочий подвигал вручную. Требовалось найти принципиально новый способ механической обработки металла, который давал бы абсолютно одинаковое давление по всей плоскости изделия.

Вам, несомненно, приходилось видеть, как хозяйки круглой скалкой раскатывают ком теста на столе. Постепенно тесто делается все тоньше и тоньше, зато занимает все большую площадь. Теперь представьте, что вместо теста вы имеете дело с раскаленным металлом, а вместо скалки и поверхности стола у вас два круглых вращающихся валка. Металл пропускают между валками один раз, другой, третий.

Все тоньше и тоньше становится металлическая полоса, все сильнее она вытягивается. И что самое главное, упрочняется равномерно по всей длине. Такой процесс обработки металла называется прокаткой. А два валика - это и есть прокатный стан.

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.




Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом, либо отходом.

Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание. Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.

Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.



Свойства металлов

Металлы в целом обладают следующими физическими свойствами:

Твердость.

Звукопроводность.

Высокая температура плавления.

Высокая температура кипения.

При комнатной температуре металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, единственного металла, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре).

Отполированная поверхность металла блестит.

Металлы - хорошие проводники тепла и электричества.

Обладают высокой плотностью.






Применения металлов

Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в электрических кабелях.

Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, поэтому используются в ювелирном деле. Золото также используется для изготовления неокисляемых электрических соединений.

Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.

Алюминий ковок и хорошо проводит тепло. Он используется для изготовления кастрюль и фольги. Благодаря своей низкой плотности - при изготовлении частей самолётов.

Человек начал использовать металл в жизнедеятельности еще с древнейших времен. Создание качественных сельскохозяйственных орудий и оружия для охоты и защиты своего племени было бы невозможно, если для этого не использовались различные виды металлов.




Человечество развивалось и, вместе с этим, совершенствовалось и производство. Конструкции и предметы быта, созданные сегодня, могут прослужить конечному потребителю свыше нескольких десятилетий, продолжая оставаться такими же качественными и надежными. Создание сплавов позволило вывести использование металлов на новый уровень, позволив изготовлять по-настоящему прочные изделия и комплектующие, которым нестрашны воздействия низких и высоких температур и кислот.

Строительство зданий различного назначения, автомобилестроение, машиностроение и многие другие виды тяжелой и легкой промышленности невозможны без использования металлов.

Основным достоинством, которое характеризует металл, является то, что он способен принимать любую форму под воздействием на него давящего инструмента.

Наиболее часто используемыми видами сплавов сегодня являются сталь и чугун. Кроме этого, весьма распространенными в промышленности являются материалы, основным элементом которых является медь или алюминий.

В настоящее время сталь находится на первом месте по объемам годового производства металлов и сплавов. Наиболее частый ее состав – это железо и углерод, количество которого составляет два процента. Также существуют малоуглеродистые и высокоуглеродистые виды стали и сплавы, в которых добавлен ванадий, никель или хром. Сталь широко используется не только в промышленности, но и для изготовления предметов, используемых в быту, - ножи, бритвы, ножницы, иглы и т.д.



На втором месте по годовому объему производства находится чугун. Также как и сталь, он представляет собой сплав железа и углерода, однако процент последнего в нем значительно больше, чем в стали. Также в чугун добавляется кремний, который делает сплав особенно прочным. Наибольшее применение чугун нашел в строительстве, где из него изготавливаются трубы, арматура, крышки люков и другие элементы, основным требование к которым является прочность.

Менее распространенными, по сравнению со сталью и чугуном, являются сплавы из алюминия, однако в некоторых сферах промышленности отказаться от их использования невозможно. Прежде всего, к ним относится машиностроение, пищевая промышленность, изготовление архитектурно-отделочных материалов.

Основным достоинством этого вида сплавов является то, что они легко поддаются обработке на металлорежущих станках, а также сварке и штампованию. Они эко логичны и совершенно безвредны, что позволяет использовать сплавы алюминия в пищевой промышленности и для перевозки и хранения продуктов. Также сплавы из алюминия стойки к коррозии и имеют высокую отражательную способность. Ограничением в их применении является то, что подобные сплавы утрачивают свои свойства при высоких температурах, тем не менее, это не мешает использовать их в ряде промышленных задач.

Сложно представить, какой бы была современная промышленность, если бы не существовал металл. Создание долговечных и надежных конструкций и предметов быта было бы невозможным, если б человечество не научилось использовать металлы и создавать их сплавы. Постоянное развитие металлургии делает металлы все более совершенными и качественными, поэтому изготовление продукции становится все более качественным и быстрым.


38. Алюминиевые сплавы

Медно-никелевые сплавы используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления не намагничиваемых изделий. Супер сплавы на основе никеля используются при высоких температурах (теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.

По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые - прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана.



В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным - состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным).

Твёрдый раствор является основой сплава (матричная фаза). Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава. В сплаве могут присутствовать: твердые растворы внедрения, твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды) и кристаллиты простых веществ.

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

Источники

Википедия – Свободная энциклопедия, WikiPedia

works.tarefer.ru – Рефераты

lomonosov-fund.ru – Знания Ломоносов

autowelding.ru – Металлообработка

oko-planet.su – Око планеты

nplit.ru – Библиотека исследователя

Слово «металлургия» свои истоки берет из древнегреческого языка, там «μεταλλουργέω» означает в буквальном смысле «добывать руду» или «обрабатывать металлы». Это некая область науки и техники, которая описывает процессы получения металла из руд или различных материалов. Кроме этого, в процессе обработки изменяется химический состав веществ их структура и свойства. Сегодня этими словами называют отрасль промышленности, но раньше это было искусство по извлечению металла из руды.

Современное понятие металлургии обширное, к ней можно отнести:

Производство металлов на основе (руды) и других материалов;
производство сплавов;
горячая и холодная обработка металлов;
сварка;
область науки, которая занимается изучением физических и химических свойств металлов и сплавов;
производство оборудования и машин для металлургической промышленности.

Коксохимическая промышленность и производство являются отраслями металлургии.

Виды металлургии

Изначально металлургия, по сырьевому признаку, делится на: черную и . К первому виду относят железо и его сплавы, сюда входит: добыча черной руды, обогащение, производство и прокат , и .
Ко второму виду относят, соответственно, цветные металлы: их добычу, обогащение руд, производство металлов и сплавов. Цветные металлы бывают тяжелые (Cu, Zn, Pb, Ni, Sn) и легкие (Al, Ti, Mg).

Кроме сырьевого признака, металлургию можно разделить по технологическому процессу:

1. Пирометаллургия - это такие процессы как обжиг или плавка, которые протекают при высоких температурах. К подвиду подобной металлургии относят плазменную.
2. Гидрометаллургия – абсолютно противоположный процесс, при котором из руд извлекают металл с помощью воды или химических реактивов на ее основе, такой процесс называется «выщелачивание».

Научный прогресс не стоит на месте, в мировой практике в металлургии применяют даже микроорганизмы, биотехнологии. К таким процессам можно отнести: биовыщелачивание, биоокисление и другие. На сегодня таким способом извлекают некоторые цветные металлы (Cu, Au, Zn, Ni, U). Однако, наиболее важным применением биотехнологий является процесс очищения сточных вод на производстве.

Производство металлов и их потребление

Области применения

Немногие ценные металлы содержатся в земной коре в достаточном количестве. Например: Al – 8,9 %, Fe – 4,65 %, Mg – 2,1 %, Ti – 0,63 %. Можно заметить, что чем благороднее металл, тем его меньше содержится в природе.
Потребность и производство металлов с каждым годом растет. Если рассматривать период 20-ти прошедших лет, можно заметить, что потребление (около 0,8 млрд. тонн) и металлофонд (восемь млрд. тон) увеличились.

Конструкции из металла стали наиболее популярными, сферы потребления расширились потому, что данный материал обладает хорошими свойствами, а производство экономически выгодно. 72 – 74 % ВНП многих государств составляет производство, основанное на применение черных и цветных металлов.

750 млн. тонн из 800 млн. тонн, что соответствует 90 % ежегодного потребления металлов, приходится на сталь. Значительно меньше потребляется – 3 %, – 1,5 %, - около 5,5 тонн, - около 4,5 тонн.
США, Великобритания, Франция, Италия производят и потребляют львиную долю всех металлов.

Различные металлы обладают индивидуальным набором физических свойств, характерных только им. Благодаря таким свойствам, как твердость, плотность, электропроводность, температура плавления, внешний вид и другие, область их применения достаточно широка.

Высокой твердостью и прочностью обладает железо, в строительной сфере это незаменимые и ценные показатели.
Из алюминия легко сковать нужную вещь, он отлично проводит тепло и при низкой температуре сохраняет высокую прочность. Поэтому его широко применяют для производства посуды, фольги, даже в самолетостроении.
Пластичная медь обладает хорошей электропроводностью, в связи с этим из нее изготавливают электрические кабеля и применяют в энергетическом машиностроении.
Такой дорогой материал, как золото и серебро обладает хорошей тягучестью, вязкостью и инертностью, что помимо ювелирного дела, позволяет применять его при изготовлении неокисляемых электрических соединений.

Применение сплавов

Металлы редко применяют в чистом виде, чаще всего используют сплавы, которые обладают лучшими показателями и характерными свойствами. В производстве популярными являются следующие сплавы: , алюминиевые, железные, медные, магниевые, цинковые. Если необходимо использовать дешевый материал, с высоким показателем прочности, то применяют углеродистую сталь.

Кардинально отличается от предшествующих выше способов производства – порошковая металлурги. Основная идея заключается в том, что металл используют в виде порошка, размер частиц 0,1 – 0,5 мкм. Частицы черных металлов спрессовывают между собой, и после этого спекают. Таким образом, образуется плотная однородная масса.

Цветная металлургия

Для цветной металлургии характерны разнообразные способы производства. Основных два:

1. Пирометаллургический, он более распространенный в получении многих металлов. Проводится он за счет плавки металлов, восстановительной или окислительной. В данном процессе источник тепла – сера, которая содержится в самой руде. Ее же используют и как химический реактив.
2. Гидрометаллургический, основан на процессе выщелачивания, путем перевода их в растворимые соединения.
Кроме этих двух видов, применяют электролитические процессы. За основу берут водные растворы или расплавленные среды.

Реже применяется металлотермический процесс. В ходе данного способа используют другие металлы, которые в большей степени схожи с кислородом, и на их основе восстанавливают необходимый металл. Существует и ряд других способов, но они не столь распространены: химико-термические, цианирование, хлорид-возгонка.

Как производят медь

Существует 2 способа получения меди, ее получают из руды и концентратов:

1. Гидрометаллургический, малораспространенный способ. В исключительных случаях его применяют, например, если требуется переработать окисленные или самородные руды. Недостатком этого метода является отсутствие возможности попутно извлекать драгоценные металлы.
2. Пирометаллургический, наоборот, делает эту операцию доступной, поэтому его применение более целесообразно. 85-90 % меди производят именно этим способом, получая медь из сульфидной руды. Это довольно сложный процесс, он включает в себя несколько стадий. Основными являются следующие: подготовительный этап, плавка или выплавка медного штейна, получение черной меди за счет конвертирования штейна, рафинирование, производство металла. в первоначальный подготовительный этап входит: обогащение и если требуется обжиг металла. Рафинирование проходит в 2 этапа, первый – огневой, второй – электролитический.

Электролизные ванны на норвежском алюминиевом заводе в городе Мушёэн компании Алкоа

Алюминиевая промышленность

Электролитическим способом получает алюминий, есть и другие способы, но на сегодня он является более современным.

Состоит из двух этапов:

1. Получают глинозем (Аl 2 O 3), основным сырьем является ,
2. Получают жидкий алюминий. Полученный на первом этапе глинозем путем электролиза выдает в результате – жидкий алюминий.

В мире глинозем на основании способа Байера, получают из бокситов. Байер – австрийский инженер, работал в России. Кроме этого способа, есть и другой способ – получение глинозема из бокситов и нефелинов, то есть способ спекания. Это щелочные методы, за счет которых выделяют . Дальше растворяют его в электролите и путем электролиза получают алюминий. Электролит состоит из нескольких компонентов, основной – криолит. В идеале Na 3 AlF 6 (3NaF AlF 3) в соотношение с NaF: AlF 3 равно 3:1. На электроэнергии можно сэкономить, так как для данного процесса достаточно соотношения 2,6-2,8:1. Для получения такой пропорции, к криолиту добавляется алюминий. Можно также понизить температуру плавления, достаточно в электролит добавлять в небольших количествах CaF 2 , MgF 2 и NaCl. Для промышленного электролита основные компоненты должны быть следующими: Na 3 AlF 6 - 75-90 %; AlF 3 - 5-12 %; MgF 2 - 2-5 %; CaF 2 - 2-4 %; Al 2 O 3 - 2-10 %. При несоблюдении данного соотношения меняются свойства электролита, например, Аl 2 О 3 повысили на более 10 %, сразу же увеличится тугоплавкость. Если снизить содержание ниже 1,3 %, то автоматически режим электролиза нарушается.

Когда из электронной ванны извлекается алюминий, то его называют алюминием-сырцом. Такой элемент содержит в себе металлические и неметаллические примеси, газы. К последним относят: водород, азот, серный и прочие газы. Металлический состав алюминием-сырцом состоит из: Fe, Si, Cu, Zn и прочее. Глинозем, частички футеровок, электролиты, при увлечении их частиц механически, будут относиться к неметаллическим смесям. Могут подвергнуть алюминий и хлорированию, это необходимо для очистки. Очищать металл необходимо от газов Na, Ca, Mg, примесей.

После всех процедур алюминий заливается в электрические печи, которые так же выполняют функцию миксера. Возможно помещение в , алюминий отстаивается 30-45 минут. После данной процедуры, произойдет полная очистка металла от газовых, неметаллических составляющих. Разлитый в разные ванны алюминий соединяют. После этого его разольют на конвейер, получится чушка. На некоторых производствах стоят установки непрерывного литья, тогда алюминий сливают в слитки и получают прокатки. Чистота подобного алюминия выше 99,8 %.

Какими способами производят другие цветные металлы

К другим цветным металлам можно отнести: свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена. Для их производства используют некоторые вышеуказанные способы и методы производства. В целом суть процесса сохраняется, различны реагенты и агрегаты, существуют особенности производства.

Металлургия - (от греч. metallurgeo-добываю руду, обрабатываю металлы) - область науки и техники, отрасль промышленности . К металлургии относятся:

Производство металлов из природного сырья и других металлсодержащих продуктов;

Получение сплавов;

Обработка металлов в горячем и холодном состоянии;

Нанесение покрытий из металлов;

Область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.

К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.

Разновидности металлургии

Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.

К чёрным металлам относят железо. Все остальные - цветные. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию (плавка) и гидрометаллургию (извлечение металлов в химических растворах). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.

Самыми распространенными металлами являются:

1) Алюминий

Чёрная металлургия

Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть производимого металла идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство).

Состав черной металлургии

В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:

Добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда)

Добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.);

Производство чёрных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков чёрных металлов);

Производство стальных и чугунных труб;

Коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);

Вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).

Металлургический цикл черной металлургии

Собственно металлургическим циклом является производство

1) чугунно-доменное производство,

2) стали (мартеновское, кислородноконвертерное и электросталеплавильное), (непрерывная разливка, МНЛЗ),

3) проката (прокатное производство).

Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.

Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты.

В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей.

Цветная металлургия

Цветная металлургия - отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию лёгких металлов и металлургию тяжёлых металлов.

Размещение предприятий отрасли

Размещение предприятий цветной металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль, помимо сырья, играет топливно-энергетический фактор.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Тяжёлые металлы

Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.

По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты.

Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерченское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).

Центром Никель-Кобальтовой промышленности являются города: Норильск (Восточная Сибирь), Никель и Мончегорск (Северный экономический район).

Лёгкие металлы

Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии - важнейший принцип их размещения.

Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах добычи выделяют окись алюминия - глинозём. Получение из него металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской и др.)

Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод). Заключительная стадия титано-магниевой металлургии - обработка металлов и их сплавов - чаще всего размещается в районах потребления готовой продукции.

История

Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре Винча), Болгарии (5000 лет до н. э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.

В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» - египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.

Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.

Следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т. п.).

Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.

Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.

Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание. Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.

Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.

Свойства металлов

Металлы в целом обладают следующими физическими свойствами:

Твердость.

Звукопроводность.

Высокая температура плавления.

Высокая температура кипения.

При комнатной температуре металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, единственного металла, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре).

Отполированная поверхность металла блестит.

Металлы - хорошие проводники тепла и электричества.

Обладают высокой плотностью.

Применения металлов

Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в электрических кабелях.

Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, поэтому используются в ювелирном деле (особенно золото, которое не окисляется). Золото также используется для изготовления неокисляемых электрических соединений.

Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.

Алюминий ковок и хорошо проводит тепло. Он используется для изготовления кастрюль и фольги. Благодаря своей низкой плотности - при изготовлении частей самолётов.

Сплавы

Сплав - макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Сплавы, используемые в промышленности различаются по своему предназначению.

Конструкционные сплавы:

Дюралюминий

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

Для заливки подшипников:

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

Манганин

Для изготовления режущих инструментов:

Победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Наиболее часто используются сплавы алюминия, хрома, меди, железа, магния, никеля, титана и цинка. Много усилий было уделено изучению сплавов железа и углерода. Обычная углеродистая сталь используется для создания дешёвых, высокопрочных изделий, когда вес и коррозия не критичны.

Нержавеющая или оцинкованная сталь используется, когда важно сопротивление коррозии. Алюминиевые и магниевые сплавы используются, когда требуются прочность и легкость.

Медно-никелевые сплавы (такие, как монель-металл) используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления ненамагничиваемых изделий. Суперсплавы на основе никеля (например, инконель) используются при высоких температурах (турбонагнетатели, теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.

Поделиться с друзьями:
Похожие публикации