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 кам’яного 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 в’язкістю) 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 м’яке 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. в’язкістю, 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 кам’яновугільного 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); пов’язана 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. пов’язаний 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 об’ємом до 5 тис. м3, кисневими конверторами, рудотерміч. і сталеплавил. електропечами великої одинич. потужності. За обсягами металург. виробництва Україна є однією з провід. країн світу.
Рекомендована література
- Ростовцев С. Т. Теория металлургических процессов. Москва, 1944;
- Основы металлургии. Москва, 1961–73. Т. 1–6;
- R. F. Tylecote. A History of Metallurgy. London, 1976;
- 1992;
- 2002;
- 2011;
- Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. Общая металлургия. Москва, 1979;
- 2005;
- Развитие металлургии в Украинской ССР. К., 1980;
- Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Металлургия чугуна. К., 1988;
- Гасик М. И., Лякишев Н. П. Теория и технология електрометаллургии ферросплавов. Москва, 1999;
- Мовчан В. П., Бережний М. М. Основи металургії. Дн., 2001;
- Чернега Д. Ф., Богушевський В. С., Готвянський Ю. Я. та ін. Основи металургійного виробництва металів і сплавів. К., 2006;
- Колобов Г. А., Грищенко С. Г., Пожуев В. И. Цветная металлургия. З., 2010.
Завантажити статтю
