Введение

Развитие современного общества немыслимо без использования в народном хозяйстве металлов и их сплавов. Их широко применяют в машиностроении, на железнодорожном транспорте, в гражданском и промышленном строительстве, электронной и ядерной промышленности, в области обороны и т. д.

Наука, цель которой является разработка теоретических основ организации и способов производства, а также некоторых видов обработки металлов и сплавов, называется металлургией.

Современные масштабы распространения металлургической науки так велики, а сама наука так сложна, что возникла необходимость в ее специализации.

В настоящее время существуют самостоятельные области металлургического производства: производство черных металлов и производство цветных и редких металлов. К черной металлургии традиционно относят производство чугуна и стали, а к цветной металлургии - производство меди, никеля, титана, олова, свинца, алюминия, золота и др.

Предприятие, на котором производят металлы (или их сплавы) с последующей металлургической обработкой (обработка давлением, термообработка), называется металлургическим заводом. Металлургические заводы, в состав которых входят рудники и обогатительные фабрики, называются металлургическими комбинатами.

Различают металлургические заводы с полным и неполным металлургическим циклом. В состав первых обязательно входят цехи, занятые производством металла из руд. Для примера рассмотрим состав завода черной металлургии (с полным металлургическим циклом).

В него входят следующие основные металлургические цехи: доменный, сталеплавильный (мартеновский, конвертерный, электросталеплавильный) и прокатный. На отечественных заводах предусматривают один доменный цех, в то время как количество сталеплавильных и прокатных цехов может быть различным. Все остальные цехи и подразделения относят к вспомогательным цехам, из которых в свою очередь главными являются железнодорожный, энергетические, ремонтно-механические и др.

Известно, что самородное железо в природе не встречается. Все черные металлы присутствуют в недрах земли в виде окислов, входящих в состав различных минералов.

Полезные ископаемые, которые содержат окислы металлов и из которых выгодно извлекать металл, называют рудой.

Различают железные, медные, марганцевые, титановые и другие руды (в зависимости от преобладающего содержания или значимости в руде окислов того или иного металла). Основным металлургическим сырьем для производства чугуна в соответствующих агрегатах (печах) является железная руда.

Советский Союз располагает огромными запасами железных руд. В настоящее время промышленные запасы руд составляют более 45 млрд. т. Для извлечения металлов из руд металлургическая промышленность потребляет огромное количество металлургического топлива (кокса), природного газа, кислорода, флюсов и других вспомогательных материалов, а также огнеупоров. Так, например, современная доменная печь полезным объемом 2000 м³ в среднем за сутки может потреблять железной руды и железорудного офлюсованного агломерата до 7000 т, природного газа до 600000 м³ и металлургического кокса до 2500 т.

Наряду с развитием металлургических производств должны развиваться (с некоторым опережением) горнорудная, огнеупорная, коксохимическая, энергетическая и газовая промышленность и т. д., что обеспечивает необходимую сырьевую, энергетическую и топливную базу металлургической промышленности.

В СССР разрабатывается около 80 месторождений железных и марганцевых руд, более 100 месторождений цветных металлов и более 50 месторождений коксующихся углей. Наша Родина располагает неисчерпаемыми запасами нефти и газа. Интересна история развития отечественной металлургической промышленности.

Первые известные попытки получения железа из руд были предприняты около 2000 лет до н. э. Примерно 1200 лет назад у южных славянских племен начало развиваться производство изделий из металла, главным образом оружия. В XI в. Тула стала центром выработки железа, а в 1556 г. Андрей Чохов отлил царь-пушку массой 2400 пудов (около 39 г.).

В 1632 г. начала работать первая русская доменная печь, построенная русским мастером Андреем Виннусом. Эта печь была самой большой в Европе; ее высота составляла 7,5 м. Первый доменный - Тульский (Городищенский) - завод был пущен в 1637 г.

К концу XVII в. в России насчитывалось уже 5 доменных печей. На Урале первые доменные заводы - Каменский и Невьянский - начали работать в 1701 г.

В начале XVIII в. количество доменных печей возросло до десяти. Общая продукция всех доменных заводов определялась в 154000 пудов чугуна и 5000 пудов ковкого железа. Кустарная промышленность в то время производила металла в три раза больше, чем заводы.

Уральские доменные печи, построенные русскими мастерами, работали гораздо лучше печей, построенных под руководством иноземцев. Производительность печей колебалась от 232 до 330 пудов в сутки. Количество доменных печей к 1750 г. увеличилось до 74.

В 1913 г. в России был достигнут наиболее высокий уровень выплавки чугуна, которого было произведено 4216 тыс. т. На долю Юга приходилось ²/₃ этого количества. Но с началом первой мировой войны производство чугуна начало снижаться и к 1917 г. уменьшилось на 30%.

Техника доменного производства в царской России была отсталой, а условия труда невероятно тяжелыми; преобладал ручной труд. Вследствие этого в черной металлургии было занято огромное количество рабочих.

После Великой Октябрьской социалистической революции, в период гражданской войны и интервенции, выплавка чугуна снизилась в 36 раз по сравнению с 1913 г.

Благодаря всенародному участию в восстановлении и строительстве тяжелой промышленности металлургическое производство достигло довоенного уровня уже к концу 1929 г.

В конце первой пятилетки вводятся в строй первые доменные печи Магнитогорского и Кузнецкого металлургических комбинатов. Началось строительство крупнейших металлургических заводов: "Запорожсталь", "Азовсталь", Ново-Тагильского. В 1938 г. введена в строй действующих самая мощная по тому времени в Европе доменная печь на заводе "Запорожсталь" (объемом 1300 м³).

Дальнейшему успешному развитию отечественной черной металлургии помешало вероломное нападение фашистской Германии на Советский Союз. В период второй мировой войны значительное количество металлургических заводов было разрушено и производство металла в стране уменьшилось. После победного окончания войны началось восстановление и дальнейшее развитие отечественной черной металлургии.

Уже в 1955 г. в СССР было выплавлено 33,3 млн. т чугуна, что превысило довоенный уровень производства чугуна почти в 9 раз. За последующие 10 лет производство чугуна почти удвоилось и в 1965 г. составило 66,2 млн. т. В канун 1965 г. была задута доменная печь полезным объемом 2300 м³. В 1967 г. на Криворожском металлургическом заводе построена самая большая в мире доменная печь полезным объемом 2700 м₃.

Одновременно с развитием отечественной металлургической промышленности совершенствовалась и наука металлургия, ее теоретические основы. Появилась целая плеяда выдающихся русских и советских инженеров-металлургов. Большой вклад в науку внесли советские ученые-металлурги, что позволило советским доменщикам добиться наилучших в мире показателей работы доменных печей.

Бессмертные труды Михаила Васильевича Ломоносова проложили широкую дорогу к поискам и использованию огромных богатств русской земли, развитию отечественной металлургии. М. В. Ломоносов открыл и точно изложил закон сохранения количества вещества, определил значение воздуха в процессе горения и окисления.

В XIX и XX вв. наука металлургия обогатилась очень ценными теоретическими выводами и трудами крупнейших русских ученых Д. И. Менделеева, Д. К. Чернова, А. А. Байкова, М. А. Павлова и др.

Многим обязаны металлурги великому русскому ученому Дмитрию Ивановичу Менделееву. Его труды и открытия позволили развить теорию металлургических процессов.

Богатый архив чертежей оставил металлург-самоучка Михаил Константинович Курако. В послереволюционные годы М. К. Курако доказал необходимость развития металлургического производства на базе углей Кузнецкого бассейна. Предложения М. К. Курако по улучшению конструкций металлургических печей сыграли большую роль при проектировании первых советских металлургических заводов.

Неоценимые заслуги в области металлургии принадлежат академику Михаилу Александровичу Павлову. С именем М. А. Павлова связан большой период развития русской металлургии. На основе личного опыта, исследований и теоретических расчетов М. А. Павлов сделал очень важные выводы о рациональном профиле доменных печей, экономии топлива при работе на горячем дутье и значении прямого восстановления окислов железа углеродом для экономии топлива. Его классическими трудами "Расчет доменных шихт" и "Металлургия чугуна" пользуются до настоящего времени.

Развитие теории доменного процесса за годы Советской власти находилось в непрерывной и тесной связи с развитием доменного производства. Важные исследования, проведенные на заводах, обобщены в теоретических трудах советских ученых.

Очень много внесли в развитие доменного производства ученые И. П. Бардин, И. А. Соколов, П. Г. Рубин, 3. И. Некрасов, А. Н. Рамм, А. Н. Похвиснев, А. Д. Готлиб, Н. И. Красавцев, Г. А. Воловик и др.

Современные доменные печи оборудованы совершенными механизмами и вспомогательными устройствами, обеспечивающими на основе прогрессивной технологии) высокую производительность труда. Однако резервы дальнейшего развития доменного производства далеко не исчерпаны. Главнейшими задачами доменщиков являются: улучшение качества шихтовых материалов (улучшение качества агломерата и кокса), повышение содержания железа в проплавляемых рудах, совершенствование технологии доменного производства, автоматизация производственных процессов.