Сучасне металургійне виробництво та чинники його розміщення
- 12-01-2022, 19:15
- 629
9 Клас , Географія 9 клас Гілецький
§ 22. Сучасне металургійне виробництво та чинники його розміщення
СПРОБУЙТЕ ВІДПОВІСТИ
1. Які види промислового виробництва споживають найбільше вугілля?
2. Як класифікують рудні мінеральні ресурси?
3. Які метали належать до кольорових?
1. Значення металургійного виробництва в господарстві
Металургійне виробництво представлене двома складовими обробної промисловості — чорною і кольоровою металургією (мал. 1). Чорна металургія виплавляє чавун і сталь, виробляє прокат та феросплави. Чавун отримують після першого етапу виплавки залізної руди в доменних печах. Через високий вміст вуглецю (2—4,5 %) цей метал крихкий і розтріскується від удару. Після повторної переплавки чавуну в сталеплавильних цехах отримують різні сорти сталі та феросплавів (сплави заліза з іншими металами). Із вистигаючої сталі отримують заготовки певної форми, але найчастіше листи, дріт, труби. Ця кінцева продукція металургії називається прокатом (мал. 2).
Прокат чорних і кольорових металів є основним конструкційним матеріалом, на якому базується сучасне машинобудування. Особливо зростає в епоху НТР роль кольорових металів, які завдяки різноманітним властивостям (тепло- та електропровідності, стійкості) широко використовуються у приладобудуванні, виробництві радіоелектронної техніки, реактивних двигунів тощо.
Мал. 1. Структура металургійного виробництва.
Мал. 2. Різні види сталевого прокату.
ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...
Сталь було отримано з чавуну в II ст. до н. е. китайськими ремісниками. Спосіб дістав назву «сто очищувань» і полягав у багаторазовому інтенсивному обдуванні повітрям розплавленого чавуну під час його перемішування. Це призводило до зменшення частки вуглецю в металі й наближення його властивостей до сталі. У Європі такий спосіб було освоєно лише в другій половині XVIII ст.
2. Сучасні технології виробництва чавуну й сталі
Чавун є основним продуктом доменного виробництва. Доменні печі — це складні споруди з вогнетривкого матеріалу із зовнішньою сталевою обшивкою. Висота сучасних доменних печей сягає 30 м, а внутрішній діаметр — до 6 м. Добова продуктивність доменної печі, залежно від її корисного об’єму, може становити 2000—10000 т чавуну на добу.
Усі види чавуну, що виплавляються в доменних печах, за призначенням поділяються на передільний, ливарний і спеціальний. Майже 85 % усього чавуну, який зараз виплавляється, припадає на передільний (білий) чавун. Крім вуглецю, він містить незначну кількість кремнію, марганцю, фосфору, сірки. Використовується чавун передусім для виробництва сталі.
Сталь — це сплав заліза з вуглецем, у якому вміст вуглецю може становити від 0,01 до 2 %. Крім вуглецю, сплав містить марганець, кремній, сірку й фосфор у незначних кількостях. Унаслідок цього сталі мають високу механічну міцність, порівняно легко обробляються тиском, різанням, добре зварюються. Чавун і металобрухт є основною сировиною для виробництва сталі.
Сталь отримують у результаті окислювання й видалення більшої частини домішок із чавуну. Зараз використовують три основні способи переробки чавуну на сталь: конверторний, мартенівський та електротермічний.
Конверторний, а точніше, киснево-конверторний спосіб отримання сталі передбачає випалювання надлишку вуглецю та інших домішок шляхом продування крізь розплавлений чавун кисню з повітря. Це здійснюється під високим тиском у спеціальних печах — конверторах.
Мартенівський спосіб відрізняється від конверторного тим, що випалювання надлишку вуглецю в чавуні відбувається за рахунок не лише кисню повітря, а й кисню оксидів заліза, які додаються у вигляді залізної руди та іржавого залізного брухту. Процес переробки чавуну на сталь у мартенах відбувається відносно повільно протягом шести-семи годин. На відміну від конвертора, у мартенах можна легко регулювати хімічний склад сталі, додаючи до чавуну залізний брухт і руду в певній пропорції. Проте мартенівський спосіб виплавки сталі є досить енергозатратним та екологічно шкідливим, а тому від нього в більшості розвинених країн повністю відмовилися.
ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...
Ливарний (сірий) чавун характеризується підвищеним вмістом кремнію (до 4 %) і використовується для виготовлення різноманітних деталей. Спеціальні чавуни — це сплави з високим вмістом кремнію (13 %) — феросиліцій або марганцю (75 %) — феромарганець.
ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...
Чорна металургія — матеріаломістке виробництво. На виготовлення 1 т чавуну витрачається 1,2—1,5 т коксівного вугілля, не менше ніж 1,5 т залізної руди, 0,5 т флюсових вапняків, 30 м3 води. На 1 т сталі в цілому йде 7 т сировини й палива.
Електротермічний спосіб має перед мартенівським та особливо конверторним цілий ряд переваг. Цей спосіб дає змогу отримувати сталь дуже високої якості й точно регулювати її хімічний склад. Доступ повітря в електропіч незначний, тому утворюється значно менше оксиду заліза, який погіршує якість отриманої сталі. Оскільки в електропечах витрачається дуже багато електроенергії — до 800 кВт • год на 1 т сталі, то цей спосіб застосовують лише для отримання високоякісних спецсталей.
Усе більшого поширення набуває технологія прямого відновлення заліза з руди. Значна економія при цьому способі досягається за рахунок того, що тут відсутня стадія отримання чавуну. Цей спосіб найчастіше використовується для виробництва так званого губчатого заліза (пористої маси з великим вмістом заліза).
3. Комбінування в чорній металурги
Для чорної металургії характерне комбінування виробництва. Це пов’язано передусім із необхідністю підготувати сировину для кінцевого виробництва, паливо, інші матеріали, без яких не може обійтися металургія. Так, сировиною для чорної металургії є залізна й марганцева руди, хроміти, а також руди деяких кольорових металів (нікель, кобальт, вольфрам тощо), металобрухт. Основним видом палива є кокс, який отримують із коксівного вугілля, а також природний газ. Використовують у металургійному виробництві також флюсові вапняки й доломіти, вогнетривкі глини для печей, формувальні піски.
Тому крім основного виробництва до складу металургійного комбінату входять коксохімічний завод, агломераційна фабрика, електростанція, азотно-туковий завод, завод будівельних матеріалів тощо (мал. 3). При доменному виробництві агломерат (збагачена залізна руда) разом із коксом і флюсами (вапняками, які використовуються для видалення шкідливих сполук із розплавленого заліза) завантажується в доменні печі. Частина чавуну, яка переробляється на сталь, у рідкому стані надходить до сталеплавильних печей. Охолоджена сталь у вигляді зливків потрапляє до прокатного цеху, де з них виробляють прокат.
Мал. 3. Схема металургійного комбінату повного циклу з мартенівським способом виробництва сталі.
ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...
Особливим технологічним методом у металургії є порошкова металургія. Її суть полягає у виробництві певного металевого порошку, його формуванні, спіканні та виготовленні кінцевих металевих виробів. Така технологія дає змогу отримати високоточні, зносостійкі вироби, які неможливо виготовити яким-небудь іншим методом. Крім того, вона є майже безвідходною (втрати сировини становлять не більше 5 %) та високопродуктивною (спеціальні прес-автомати виробляють великі партії деталей за короткий час).
Із відходів основного виробництва виготовляють будівельні матеріали, азотні добрива тощо. Тобто на комбінаті повного циклу здійснюються всі стадії виробничого процесу — від видобутку руди до випуску кінцевої продукції.
У чорній металургії, крім комбінатів повного циклу (великої металургії), є ще заводи переробної металургії, що виробляють тільки сталь (із довізного чавуну й металобрухту), прокат або феросплави.
4. Сучасні чинники розміщення підприємств чорної металургії
Оскільки понад 75 % витрат при виробництві чавуну припадає на сировину і паливо (кокс — 50 %), то й основними чинниками розміщення підприємств є паливний та сировинний. Це ж стосується і комбінатів повного циклу. Сучасна переробна металургія орієнтується також на споживача (великі машинобудівні заводи), а виробництво сталі в електропечах — на електроенергію. При цьому якщо підприємства зорієнтовані на привізну сировину або експорт готової продукції, то їх розміщують у портових містах, щоб зменшити транспортні витрати.
Важливе значення для металургійних підприємств має наявність води. В останні роки у високорозвинених державах дуже вагомого значення при будівництві металургійних комбінатів набуває екологічний чинник. Виробництво розміщують так, щоб природа зазнавала щонайменших змін і втрат.
5. Кольорова металургія. Особливості технології виробництва та чинники розміщення підприємств із виплавки міді, алюмінію, титану
У кольоровій металургії за особливостями сировини та технології виробництва виділяють виробництва важких, легких та благородних і рідкісних металів. Для отримання кінцевої продукції в кольоровій металургії зазвичай необхідно виконати такі стадії виробництва: збагачення руд, виробництво чорнового металу, виплавка рафінованого (очищеного) металу або сплаву, виробництво прокату.
Сировина для металургії кольорових металів має дві важливі особливості, що зумовлюють її суттєві відмінності від чорної металургії як у технології виробництва, так і стосовно чинників розміщення.
Перша особливість сировини полягає в бідності руд на вміст корисного компонента. Так, типові руди, що використовуються для виробництва міді, свинцю, цинку, олова, містять лише кілька відсотків основного металу, а інколи менше ніж 1 %. Тому вони потребують збагачення.
ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...
Технологічна схема збагачення мідних руд включає три стадії дроблення в конусних дробарках до розміру частинок породи 20 мм. Подрібнена руда, яка має у складі сірку, надходить на флотацію (один із методів збагачення корисних копалин). Через свою здатність не змочуватися сірковмісні частинки мідної руди збираються на поверхні рідини. Інші осідають на дно разом із частинками породи, які не містять міді. Для виділення залишків міді осад обробляють хімічними сполуками.
Мал. 4. Прокат із рафінованої міді.
Збагачення — це виробничий процес, спрямований на підвищення концентрації корисного елемента в руді.
Збагачена руда плавиться в спеціальних печах і перетворюється на так званий чорновий метал, який потім піддається очищенню від шкідливих домішок {рафінуванню). Отриманий рафінований метал використовується далі у вигляді прокату різного профілю (мал. 4).
Другою особливістю руд кольорових металів є їх комплексність, тобто наявність у руді декількох металів. Число попутних складових у деяких рудах може становити більше десяти. Серед них найчастіше зустрічаються цинк, золото, срібло, нікель та інші метали, а також сірка. Відмінність технологічних процесів для отримання різних металів, необхідність використання попутних компонентів руди й виробничих відходів зумовлюють потребу комбінування виробництва в кольоровій металургії.
Для виплавки більшості важких металів (міді, цинку, свинцю) необхідна значна кількість палива (коксівного вугілля). Легкі метали (алюміній, титан, магній) потребують багато електроенергії на виробництво однієї тонни металу (алюмінію — 18 тис. кВт • год, титану — 30—60 тис. кВт • год). Такі виробництва називають енергомісткими.
Визначальними чинниками розміщення підприємств металургії важких металів є сировинний та паливно-енергетичний. Низький вміст металу в рудах, великі затрати на їх видобуток і збагачення, а також висока частка корисного компонента в рудному концентраті часто зумовлюють просторовий розрив між стадіями виробництва. Тобто видобуток і збагачення руд відбуваються в одному районі або державі, а виробництво з них рафінованого металу й сплавів — в інших. Гірничозбагачувальні комбінати тяжіють до родовищ руди (мал. 5), а також орієнтуються на водні ресурси (процес збагачення потребує багато води).
Металургійні заводи, що виплавляють рафіновані важкі кольорові метали, розміщують переважно в районах видобутку дешевого палива (наприклад у країнах Близькосхідного регіону), а підприємства з виплавки легких металів — поблизу джерел дешевої електроенергії (зазвичай біля ГЕС).
Мал. 5. Іршанський гірничозбагачувальний комбінат титанових руд у Житомирській області розміщений поблизу родовища, де їх видобувають.
ЗАКРІПЛЮЄМО ЗНАННЯ
1. Якою є структура металургійного виробництва? 2. Яке значення має металургія для економіки держав? 3. Яку продукцію виробляє чорна і кольорова металургія? 4. Які виробничі особливості властиві чорній металургії? 5. Які існують способи виплавки сталі? 6. Які підприємства входять до складу металургійного комбінату? 7. У чому полягає суть комбінування в чорній металургії? 8. Чим зумовлені суттєві відмінності кольорової металургії від чорної щодо технології виробництва та чинників його розміщення? 9. Назвіть чинники розміщення підприємств чорної та кольорової металургії.
ЗАСТОСОВУЄМО ЗНАННЯ, ПРАЦЮЄМО ТВОРЧО
1. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про те, як відбувається збагачення руд одного з кольорових металів. 2*. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про те, які руди чорних і різних кольорових металів вважають бідними, а які — багатими.
Коментарі (0)