Металургія

МЕТАЛУ́РГІЯ (від грец. μεταλλουργεϊον — рудник, копальня) — наука про одержа­н­ня металів з руд або речовин, що їх містять, та на­да­н­ня металевим сплавам необхідних властивостей; сукупність технологічних процесів і галузей важкої промисловості. Комплекс технол. процесів, за допомогою яких і допоміж. матеріалів із кольор. металічних корисних копалин отримують кольорові метали — металургія кольорових металів; а із залізних руд виробляють залізо та заліза сплави — металургія чорних металів. Галузь промисловості, що охоплює видо­буток і збагаче­н­ня руд, виробництво та обробле­н­ня кольор. металів та їхніх сплавів — кольорова металургія; галузь промисловості, під­приємства якої виготовляють чавун, сталь, феро­сплави, прокат, сталеві та чавун­ні труби, метал. вироби пром. при­значе­н­ня — чорна ме­талургія. Не пізніше 9 тис. до н. е. люди по­зна­йомилися із властивостями металів, перш ніж на­вчилися добувати й плавити руду. Спочатку вони знаходили й обробляли самородки металів (золота, міді та ін.) й метеоритне залізо. Металеві вироби виготовляли, обробляючи метал у холод. стані за допомогою камʼяного молота кува­н­ням (мідь і залізо важко під­давалися такій обробці). Найширше із самород. металів використовували золото, яке було легше зна­йти через яскраве забарвле­н­ня й обробити (ковкість значно вища, ніж у ін. металів), але для виготовле­н­ня зброї та знарядь праці воно не під­ходило. Самородна мідь, що майже не містила домішок, від ударів під час обробле­н­ня ставала ще твердішою. Після вина­йде­н­ня гарячого ковал. обробле­н­ня процес виготовле­н­ня мідних виробів став досить роз­по­всюдженим (епоха енеоліту). Майже вся самородна мідь, за­звичай, є разом з окисненими мід­ними рудами, що також пере­­робляли. Оволоді­н­ня мистецтвом плавле­н­ня та отрима­н­ня необхід. форми ли­т­тям спонука­ло ріст виробництва міді й роз­ширен­ню її за­стосува­н­ня (див. Мідний вік). У 2 тис. до н. е. почали використовувати її сплав з оловом — бронзу. В епоху бронзи (див. Бронзовий вік) тер. сучас. Донбасу була сировин. базою майже для всієї Європи. Від серед. 2 тис. до н. е. набув пошире­н­ня сиродут. процес, за допомогою якого тривалий час отримували крицю (низьковуглец. залізо з не­знач. кількістю сірки, фосфору та кремнію, а також шлак. включе­н­нями в порах і пустотах) без­посередньо з руди способом її від­новле­н­ня. Його провадили у низьких горнах або малих шахт. печах при т-рі 1100–1350 °С. У 4 ст. до н. е. в Індії, Персії, Сирії впроваджено тигел. процес виробництва кольор. металів і сплавів, булату (сталь з високою твердістю, пружністю та вʼязкістю) та інструментальної сталі. В Європі тигел. виготовле­н­ня литої сталі пере­плавля­н­ням цементов. сталі чи крич. заліза освоєно у 1740-х рр. Тигел. процес полягає у плавлен­ні чистої метал. шихти (без сірки та фосфору) в закритих тиглях, кипін­ні та подальшому заспокоюван­ні металу. Під час тигел. плавле­н­ня роз­плавлений метал не контактує з пічними газами, що усуває можливість окисле­н­ня металу та насиче­н­ня його шкідливими газами. Нині цей процес за­стосовують лише в ливар. і ремонт. майстернях для отрима­н­ня кольор. металів і сплавів. В Україні невеликі плавил. печі — т. зв. домниці — з подачею повітр. дуття ручними міхами ві­домі з часів Київ. Русі. Від серед. 14 ст. веде свою історію домен­не виробництво, що забезпечує виплавле­н­ня у домен. печах чавуну. 1556 у Базелі ви­дано кн. «De re metallica libri XII» Г. Агріколи («О горном деле и метал­лургии в двенадцати книгах» / пер. с лат., Москва, 1986). У 2-й пол. 18 ст. роз­роблено пудлінгува­н­ня — процес пере­ділу чавуну (пере­мішува­н­ня з залізистими шлаками) в мʼяке маловуглец. залізо. Пізніше цей процес витіснено досконалішими способами пере­ділу чавуну в сталь — бесемерівським, мартенівським (див. Мартенівська піч і Мартенівське виробництво) і томасівським. Бесемерува­н­ня чавуну — процес виробництва сталі продува­н­ням крізь рідкий чавун стисненого атмо­сфер. або збагаченого киснем повітря. Чавун, що містить 0,6–1,5 % кремнію, 0,6–0,9 % марганцю та не більше як 0,07 % фосфору та 0,05 % сірки, заливають у бесемерів. (викладений усередині хімічно кислим матеріалом) конвертор, де він пере­творюється на сталь внаслідок окисле­н­ня домішок, що су­проводжується виділе­н­ням тепла та під­тримува­н­ням металу в рідкому стані. Томасува­н­ня чавуну — різновид. конвертер. виробництва; процес виготовле­н­ня томасів. сталі продува­н­ням крізь рідкий томасів. чавун (порівняно з бесемерів. і мартенів. чавунами містить менше кремнію та більше фосфору) повітря, збагаченого киснем, або атмо­сфер. повітря чи суміші кисню з вуглекислим газом або водяною парою. Пере­вага томасів. процесу перед бесемерівським — можливість пере­робляти чавун із вмістом фосфору до 2,2 %. Бесемерів. сталь твердіша за мартенівську сталь, в неї вища границя текучості, під­вищена стійкість проти спрацюва­н­ня, кращі антикороз. властивості, її легше зварювати під тиском, обробляти різа­н­ням у холод. стані, але вона від­значається під­вищеною крихкістю, ламкістю при дуже високій або зниженій т-рах. Томасів. сталь порівняно з мартенівською від­значається вищою міцністю, меншими пластичністю та удар. вʼязкістю, однак вона схильна до старі­н­ня та ламкості у холод. стані. Викори­ста­н­ня бесемерів. і томасів. процесів обмежуються через сучасні вимоги до сталі. У 1930-х рр. — 2-й пол. 20 ст. для одержа­н­ня криці використовували кричноруд. процес. Спочатку бідні важко­збагачувані чи комплексні залізні руди від­новлювали в оберт. трубчастих печах. Потім напів­продукт — шматки криці у шлаку — охолоджували водою та по­дрібнювали у кульових млинах, після чого в магніт. сепараторах з нього вилучали кричне залізо. Кричноруд. процес втратив пром. значе­н­ня через не­економічність і низьку якість продукції. Всі ці процеси були освоєні в Україні у металург. виробництві, що стрімко роз­вивалося від серед. 19 ст. на базі сировини Криворізького залізорудного басейну та Донець­кого камʼяновугільного басейну.

Сучасна М. ґрунтується на досягне­н­нях фізичної хімії, фізики, металург. теплотехніки, електротехніки, електроніки, кібернетики, економіки, на теорії металург. процесів, автоматизації виробництва та керува­н­ня ним, на дослідж. у галузі освоє­н­ня космосу (див. Металургія космічна); повʼязана з гірничою промисловістю, коксохімічною промисловістю, вогнетривких матеріалів промисловістю, феро­сплавним виробництвом, машинобудува­н­ням. М. ви­вчає про­блеми під­готовки руд, що полягають у їхньому по­дрібнен­ні, роз­ділен­ні, збагачуван­ні (див. Корисних копалин збагачува­н­ня), випалюван­ні чи сушін­ні, обгрудкуван­ні, агломерації та брикетуван­ні; досліджує гід­ро­металург., пірометалург. (див. Пірометалургія та Металотермія) та електролітичні процеси одержа­н­ня металів (сплавів) з на­ступ. їхнім рафінува­н­ням; про­блеми виготовле­н­ня металевих порошків і виробів з них (див. Порошкова металургія), термічної обробки, обробки металів тиском, лиття, зварюва­н­ня, пая­н­ня, нанесе­н­ня покрит­тів на поверх­ню металів, вальцюва­н­ня. Важливою галуз­зю М. є метало­знавство. Роз­виток М. повʼязаний з без­посеред. одержа­н­ням заліза, киснево-конвертор. процесом, з за­стосува­н­ням без­перерв. лиття металів і сплавів, вакуум. обробле­н­ням металів і сплавів (див. Металургія вакуумна), з одержа­н­ням металів і сплавів в електр. печах, електрошлак., електрон­но­променевих і плазм. установках (див. Електрометалургія, Електрон­но­променева технологія, Плазмова металургія), з впровадже­н­ням дуплекс-процесу та триплекс-процесу. Важливі праці, що сприяли становлен­ню М. в Україні, належать укр. і рос. ученим-металургам П. Аносову, М. Арбузову, О. Байкову, І. Бардіну, О. Бєлову, А. Вино­градову, А. Вольському, М. Гасику, В. Грум-Гржимайлу, М. Доброхотову, В. Іжевському, М. Кар­наухову, М. Курако, М. Луговцову, Б. Медовару, З. Некрасову, М. Па­влову, Б. Патону, С. Хитрику, М. Чижевському, Ю. Шульте та ін. Нині про­блеми М. досліджують у Чорної металургії Ін­ституті НАНУ, Металургійній академії України Національній (обидві — Дні­про), Приазовському державному технічному університеті (м. Маріуполь Донец. обл.) та ін. установах. Сучасні металург. під­приємства України роз­виваються на влас. сировин., енергет. і наук. базах, оснащені потуж. домен. печами обʼємом до 5 тис. м³, кисневими конверторами, рудотерміч. і сталеплавил. електропечами великої одинич. потужності. За обсягами металург. виробництва Україна є однією з провід. країн світу.

Завантажити статтю