МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНСТИТУТ СЕРВИСА  И ЭКОНОМИКИ 
 
 
 
 
 

Реферат 

По  дисциплине: «Региональная экономика субъектов Российской Федерации»

На  тему: «Черная металлургия  и производство стали» 
 
 
 
 

Выполнила: студентка 2 курса

Группы 0604 1.у

                                                               Заочного отделения 

факультета  «Финансы и кредит» 

                Шаронова Д.А

     Преподаватель: 

      Крюкова О.А 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010 г. 
 

Содержание 
 

1.История черной  металлургии

2.Технология  производства черных металлов  и стали

   2.1 Производства  чугуна

   2.2 Производство стали

3.Географическая  привязка

4.Проблемы отрасли  черной металлургии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

История черной металлургии 

    Человек научился получать железо с незапамятных времен. Применение метеоритного железа – первый шаг по пути отказа от бронзы. С этого начался переход от бронзового века к железному. Археологические раскопки древних поселений в центральной части России, на Урале, Украине, в Белоруссии, Закавказье и в ряде других районов показывают, что люди уже 2,5 – 3 тысячелетия тому назад умели получать железо из руд и изготовлять из него оружие, орудия труда и предметы домашнего обихода.

    Позже чугун стали нагревать в горне вместе с куском железной руды, что позволило превратить этот хрупкий чугун в ковкий металл – в сталь, вполне пригодную для изготовления нужных человеку предметов быта, орудий охоты, войны. Костровая металлургия сменилась горновой.

    Появление в середине XIV в. доменных печей открыло возможности для значительного увеличения выпуска металла. Демидовская металлургия знала кричное железо, домницы, а потом домны, литейный чугун, прокатное производство. В конце XVIII в. англичане вырвались вперед: появилась тигельная плавка стали. Новая технология предусматривала ведение процесса под силикатным шлаком, т.е. под битым бутылочным стеклом.

    Нужно было найти замену древесному углю: развитие металлургии привело в  свое время к тому, что в Англии и Ирландии леса были практически уничтожены. Еще во времена Кромвеля там предпринимались попытки выплавлять доменный чугун сперва на каменном угле, которым богата Англия, а потом и на каменноугольном коксе. В конечном счете, двести лет тому назад была создана, как мы говорим теперь, коксовая доменная металлургия. Появление доменной печи и бессемеровского конвертера, которым ознаменовалась новая эра в черной металлургии, одновременно означало и конец тысячелетней эпохи “чистой” стали и начало нового периода – “грязной” стали.

    Легирование железа открыло новую эру в металлургии, а значит, и в сфере потребления ее продукции

    В XVI – XVII вв. в России создаются первые железоделательные заводы. Они строятся вблизи старинных русских городов  – Тулы, Каширы, Серпухова, в Новгородском крае и других районах страны..

    Выплавка  чугуна в России в промышленном масштабе была начата в 1637 г. на построенном голландцем Андреем Виниусом железоделательном  предприятии на берегу реки Тулица  (в районе г. Тулы), вблизи Дедиловского месторождения бурых железняков. Предприятие состояло из четырех заводов, названных Городищенскими.

    Ввод  в эксплуатацию Городищенских заводов  послужил началом строительства  ряда других металлургических предприятий  в России. В течение XVII в. были построены две плавильни («домны») на Олонецких заводах и по одной плавильне на Портовском, Угодском (Калужский уезд), Вепрейском (Алексинский уезд) и Павловском (Подмосковье, вблизи г. Можайска) заводах.

    По  данным немецкого металлурга Германа, общая производительность железоделательных  заводов России в 1674 г. достигала 150 тыс. пудов.¹

    В XVIII в., после преобразований Петра I, Россия вышла на первое место в мире по выплавке чугуна, давая свыше трети мирового его производства. Значительную часть чугуна и железа (30-80%) Россия вывозила за границу, главным образом в Англию, где недостаток древесины резко ограничивал выплавку чугуна. Неисчерпаемые запасы древесного топлива и дешевый, в значительной части крепостной, труд составляли в то время преимущества России в производстве черных металлов. Главным металлургическим районом был Урал.

      На Урале и в Сибири за столетие было построено заводов в два раза больше, чем в Европейской России. Если учесть заводы, значившиеся в числе действующих к концу XVIII в., то на Урале их было больше в три раза, чем в Европейской России.

    Огромные  домны уральских заводов обладали высокой производительностью, так  что они давали в 1800 г. 7071 тыс. пуд. чугуна (113,1 тыс. т. чугуна) против 1577 тыс. пуд. (25,2 тыс. т. чугуна), выплавлявшихся на заводах Европейской части России, т.е. в 4,5 раза больше.²

    Численность заводов на Урале продолжала увеличиваться, хотя далеко неравномерно, почти в  течение всего столетия. Иным представляется рост числа заводов в Подмосковном металлургическом районе. Увеличение числа заводов происходило здесь до середины столетия. Затем наступил некоторый спад, продолжавшийся два десятилетия (1761-1780 гг.), сменившийся новым подъемом в конце века.

    В XIX в. Россия отстала по выплавке чугуна сначала от Англии, а затем и от  Франции, Германии, Соединенных штатов Америки и даже от Бельгии. В 1885 г. удельный вес России в мировом производстве чугуна составлял только 2,7%. Импорт чугуна в Россию достигал 50% от внутреннего его производства. Но в конце XIX в., вместе с развитием капиталистических отношений в стране, развитие горной промышленности пошло в России быстрее, чем в Западной Европе, отчасти даже быстрее чем в Северной Америке.  За период 1885-1900 гг. выплавка чугуна в России (в границах того времени) увеличилась с 527 до 2934 тыс. т. в год, а удельный вес ее в мировой выплавке чугуна возрос до 7,2%, и она заняла четвертое место в мире. При этом Урал с его сильными пережитками крепостничества уступил место Югу, развивающемуся на капиталистических началах с значительным притоком иностранных капиталов.

    Рационализация  производства осуществлялась крайне медленными темпами и не могла преодолеть полностью технической отсталости уральской промышленности. Главной  преградой на этом пути была частная  собственность. Так, рудные богатства  горы Благодати до революции были поделены между несколькими владельцами. Каждый из них выбирал руду повыгоднее и подешевле, а менее качественные руды попадали в отвалы. Последние настолько разрослись, что не давали возможности вести добычу новых руд. Однако строительство обогатительной фабрики не сулило горнозаводчикам больших прибылей, да и сговориться они толком не могли. Только в 1916 г. были сделаны первые попытки в разрешении этого вопроса. 

    В течение первого десятилетия  XX в. рост черной металлургии России замедлился вследствие экономических кризисов, а отчасти в связи с образованием монополий в горно-заводской промышленности России, политика которых привела к разорению слабых предприятий, закрытию десятков заводов, к сокращению производственной мощности черной металлургии.

    По  производству черных металлов Россия занимала перед первой мировой войной пятое место в мире. Производство чугуна в России на душу населения  было меньше, чем в США в 11 раз, в Германии в 8 раз и в Англии в 6 раз. Уровень производства металла  не соответствовал размерам страны, количеству ее населения и богатейшим природным ресурсам

    Отставание  русской металлургии от развития металлургии в других странах  было вызвано наличием в России огромной резервной армии труда, безграничным предложением дешевой рабочей силы, вследствие чего капиталистам было невыгодно механизировать производственные процессы в черной металлургии.

    Низкий  уровень производства в черной металлургии  России особенно очевиден, если учесть, что к началу шестой пятилетки  среднегодовая выплавка чугуна на 1 доменную печь в СССР была в 13 раз, а выплавка стали на 1 мартеновскую печь – почти в 6 раз выше, чем в 1913 г. Низкая выплавка чугуна на 1 доменную печь в 1913 г. объясняется нет только малыми размерами, но и плохим их использованием (коэффициент использования полезного объема составлял в 1913 г. – 2,3, т.е. почти в 3 раза хуже, чем в 1955 г.). Примерно то же относится и к производству стали.

    Качественной  стали производилось всего несколько  десятков тысяч тонн (главным образом, углеродистой стали). Потребность в специальных сталях удовлетворялась почти целиком импортом. Выплавка стали в электрических печах только начиналась (1913 г. – 3,5 тыс. т.) Из ферросплавов выплавляли только доменные – ферромарганец, зеркальный чугун, низкопроцентный ферросилиций. Производство электроферросплавов в незначительных количествах началось на Урале лишь перед самой войной.

    Условия труда на заводах черной металлургии в дореволюционной России были крайне тяжелыми.

    Большой ущерб металлургии был нанесен  также мобилизацией в армию квалифицированных рабочих в первый год войны. Отрицательное влияние на металлургию оказала общая хозяйственная разруха в связи с затянувшейся войной, особенно разруха на железнодорожном транспорте, сокращение добычи топлива и продовольственный кризис. Вследствие этих причин выплавка чугуна после начала войны заметно снизилась, а в производстве стали и проката наблюдалось чередование небольших подъемов и глубоких спадов.

    Октябрьская революция открыла для России новые пути социального переустройства и экономического прогресса. Однако в первые годы Советской власти в связи с сопротивлением внешних и внутренних реакционных сил, гражданской войной, блокадой и интервенцией положение всей промышленности, и особенно черной металлургии было тяжелым, так как вооруженная борьба захватила основные металлургические районы страны – Юг и Урал. Вновь создаваемый аппарат не имел опыта в руководстве хозяйством, в стране наступил продовольственный кризис.

    Развитие  Урала после Октябрьской революции  имело свои особенности и трудности, обусловленные его исторической эволюцией.

    Наибольшее  падение производства было на Юге. Это  объясняется тем, что на Юге шахты  и рудники были затоплены, железнодорожный  транспорт парализован. Металлургия  Центра и Урала, работающая на древесном топливе, с примитивными способами добычи железной руды и при широком использовании гужевого транспорта в 20-е годы зависела главным образом от выделения для заводов продовольственных и фуражных ресурсов. Таким образом, после окончания гражданской войны  и интервенции приходилось начинать восстановление черной металлургии от неслыханно низкого уровня, значительно отстающего от уровня всей крупной промышленности, продукция которой в 1920 г.  составляла 13,8% от 1913 г.

    Низкий  уровень промышленности, особенно черной металлургии, являющейся основой промышленного развития, требовал принятия срочных и эффективных мер для восстановления всего разрушенного хозяйства страны.

    Реконструкция действующих заводов способствовала быстрому увеличению производства при минимальных капитальных затратах, а также снижению издержек производства и себестоимости металла на старых заводах.

    Основные  пути реконструкции южной металлургии  были определены в постановлении  ЦК ВКП(б) о «Югостали» (август 1929 г.); они сводились к следующему:

1. полное использование старого, пригодного для работы оборудования;
2. отбор лучших действующих заводов для ускорения их развития;
3. восстановление топливной и сырьевой базы, рациональная подготовка плавильных материалов.

    Это постановление охватывало все стороны плана развития металлургии на Юге страны – разработку проектов реконструкции заводов, обеспечение сырьем, организацию производства, снижение себестоимости продукции, жилищно-бытовые вопросы и вопросы охраны труда.

    Получение в годы первой пятилетки качественной стали в электрических печах было трудно осуществить в условиях острого дефицита электроэнергии, а освоение массового производства качественной стали в основных мартеновских печах требовало много времени, тогда как развивающиеся новые отрасли машиностроения, в частности автотракторная, авиационная и оборонная промышленность, требовали увеличения выпуска специальной стали.

    Запроектированные в 1927-1928 гг. заводы находились на уровне лучших заводов Западной Европы, но сильно отставали от последних достижений американской техники.

    Удельный  вес новых заводов в продукции  черной металлургии в 1932 г. Составил 23,4%. Строительство таких заводов, как «Азовсталь», Ново-Тульский и  Ново-Липецкий доменные заводы, трубопрокатный завод в Никополе было дополнительно включено в первый пятилетний план после его утверждения.

    Согласно  второму пятилетнему плану народного  хозяйства СССР на 1933-1937 гг. металлургия  должна была увеличить выплавку чугуна за пятилетие в 2,6 раза (16 млн. т.), стали  – в 2,9 раза (17 млн. т.) и производство проката – в 3 раза (13 млн. т.).

    Задания второго пятилетнего плана по производству стали и проката  были выполнены (по стали  - с превышением 4%). Выплавка чугуна была ниже на 1,5 млн. т, в связи с широким использованием металлического лома и установлением более целесообразных соотношений между производством стали и чугуна.

    По  техническому уровню черная металлургия  СССР вышла на передовые позиции  в мире, а по размерам производства чугуна, стали и проката она  заняла третье место (после США и Германии).

    За  три года третьей пятилетки выплавка чугуна и стали увеличилась только на 3%, тогда как за пять лет она  должна была возрасти на 52% по чугуну и  на 58% по стали.

    Следует так же отметить снижение качества работы заводов черной металлургии в 1938-1939 гг. вследствие ослабления технического руководства.

    Планом  четвертой пятилетки предусматривалось  дальнейшее развитие черной металлургии  на Урале, в Сибири и на Дальнем  Востоке, в том числе увеличение мощности Магнитогорского, Ново-Тагильского и Челябинского заводов, завершение строительства завода природнолегированного металла в Орске.

    Директивами XIX съезда партии было предусмотрено увеличение производства за пятое пятилетие: по чугуну – на 76%, по стали – на 62% и по прокату – на 64%. Планом было предусмотрено опережение прироста выплавки чугуна в связи с использованием ресурсов военного металлолома и создавшимися за предшествующий период чрезмерным разрывом между выплавкой чугуна и выплавкой стали.

    Такой путь увеличения мощности черной металлургии достигается с меньшими затратами и сроками строительства.

    План  пятого пятилетия был выполнен с  превышением по стали и прокату  при невыполнении при недовыполнении на 0,5 млн. т. по чугуну. Рост производства чугуна сдерживался значительным отставанием капитального строительства и некоторым ухудшением качества сырых материалов (по содержанию железа).

    В шестом пятилетии черной металлургии  СССР значительно увеличило производство металла и довело выплавку чугуна примерно до 53 млн. т., стали до 68, 3 млн. т. и проката до 52,7 млн. т. 
 
 

Технология  производства черных металлов и стали 

  Производства чугуна

    Чугун - сплав железа с углеродом(2-6)%, содержащий вредные примеси серы, фосфора, кремния.

    Различают чугуны белые (передельные) - сырье для  передела в сталь, серые (литейные) и специальные (ферромарганец - Mn - до 70%, ферросилициум - Sn - до 12%) - используются для раскисления стали. Чугун получают в результате доменного процесса. Исходным сырьем служат железная руда (магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк), кокс, флюсы. Подготовленные специальным образом к доменному процессу, эти компоненты называются шихтой. Подготовка сырья к доменному процессу обусловлена во многом экономической, а не технологической необходимостью.

    Мероприятия подготовки шихты.

    Железную  руду после добычи измельчают и подвергают обогащению, т.е. отделяют пустую породу от основной. Различают следующие способы обогащения:

    - магнитный, основанный на ферромагнитных  свойствах основной породы магнитного  железняка.

    - флотационный, основанный на различной смачиваемости основной и пустой породы водой, в которую добавлено поверхностно-активное вещество(например пенообразователи).

    - гравитационный, основанный на различной скорости осаждения основной породы и пустой в воде из-за различия в плотностях.

    После обогащения руду подвергают агломерации, т.е. обжигу в присутствии коксовой пыли (коксик). В ходе агломерации из руды удаляется большая часть вредных примесей (в виде газообразных и летучих оксидов) и частичное восстановление железа. Спекшийся агломерат дробят на куски около 60 - 80 мм в поперечнике. В случае проведения агломерации в присутствии флюсов получается офлюсованный агломерат. Технологически, для проведения доменного процесса удобен агломерат в виде окатышей.

    Кокс - продукт пиролиза (нагрев без доступа воздуха) коксующихся углей, в ходе которого из толщи угля удаляются органические и неорганические соединения, причем в угле образуются поры, что обеспечивает развитую поверхность, необходимую для интенсивного протекания доменного процесса. Образующиеся в ходе коксования коксовые газы являются смесью ценных химических соединений и в дальнейшем используются после разделения. Кокс для использования в доменном процессе дробят на куски 40 - 60 мм в поперечнике. Кокс необходим в доменном процессе как топливо, опосредованный  и непосредственный восстановитель, а также науглераживающий компонент.

    Флюсы необходимы для удаления вредных примесей. Последние, реагируя с флюсами в ходе доменного процесса, превращаются в нерастворимый в расплавленном чугуне шлак. Флюсы представляют собой минералы - известняк(CaCO3) и доломит(CaCO3*MgCO3) - которые после добычи дробятся на соответствующие куски.

    Доменный  процесс.

    Суть  доменного процесса заключается  в ступенчатом восстановлении железа из его оксидов (основа железной руды), удалении вредных примесей с помощью флюсов и насыщении железа углеродом. Доменный процесс проводят в доменной печи, относящейся к печам шахтного типа высотой до 30м и диаметром ~ 3м. Печь состоит из 5-ти частей, выложена изнутри огнеупорным кирпичем и обшита в нижней части стальным листом; имеется система водяного охлаждения. Каждая из частей печи, имеет свое специальное назначение и связана с  друг с другом. Технологическое назначение частей:

    1-колошник – служит для порционной загрузки шихты и очистки от пыли доменных газов.  

    2-шахта - в ней происходят основные процессы восстановления железа из его оксидов.

    3-распар – самая широкая часть печи, в которой самая высокая температура и происходят процессы окончательного восстановления железа и насыщения его углеродом.

        4 -заплечики – в них находятся расположенные по окружности фурмы, через которые вдуваются раскаленные воздух, природный газ и водяные пары.

    5-горн  - в нем скапливаются расплавленные чугун (внизу) и шлак (вверху), которые периодически выпускаются через летки (нижнюю и верхнюю).    

          Кокс в кислороде  воздуха сгорает с выделением большого количества тепла; образующийся углекислый газ (СО₂) реагирует при высоких температурах с коксом (С), давая угарный газ (СО). Последний является хорошим восстановителем и ступенчато превращает оксид железа (руду) в губчатое железо, которое, насыщаясь углеродом, плавится и стекает в горн в виде чугуна. В нижней части шахты и распаре температура настолько высокая, что происходит и прямое восстановление железа углеродом кокса. 

     С + О₂     СО₂ +   Q     СО₂ + С      СО

                      CO                    CO                CO                                                              

     Fe₂O₃                  Fe₃O₄                FeO                   Fe             

                    CO₂                   -CO₂            -CO₂                                                                               

                                                              +С, -СО                                      
 

    Кокс  является источником тепла, опосредованным восстановителем, непосредственным восстановителем  и науглераживающим компонентом. Так - как кокс является самой дорогой  частью шихты и затраты на него составляют ~ 50% затрат по сырью, то экономия его - основная часть технологических мероприятий, связанных с подготовкой шихты и проведением доменного процесса.

Производство  стали.

    Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д. Сталеплавильное производство - это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов.

    Производство  стали в конверторах.

    Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище,  которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатый воздух.

    Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха  необходимого для   переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

    Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при  котором отверстия фурм оказываются  выше уровня залитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна  выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

    При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в  горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

    Производство  стали в мартеновских печах.

    В мартеновских печах сжигают мазут  или предварительно подогретые газы с использованием горячего дутья.

    Печь  имеет рабочее (плавильное) пространство и две пары регенераторов(воздушный  и газовый) для подогрева воздуха  и газа. Большинство мартеновских печей отапливают смесью доменного, коксовального и генераторного газов. Также применяют и природный газ. Мартеновская печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только для нагрева воздуха.

      Шихтовые материалы (скрапы, чугун,  флюсы) загружают в печь наполненной  машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной. 

      Процесс плавки в мартеновских  печах может быть кислым или  основным. При кислом процессе  огнеупорная кладка печи выполнена   из динасов ого кирпича. Верхние  части подины наваривают кварцевым  песком и ремонтируют после  каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак  с большим содержанием кремнезема (42-58%).

    Производство  стали в электрических  печах.

    Для выплавки стали используют электрические  печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности.

    Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают  печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических  печах можно получать очень высокие  температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

    Нагревание  и расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремя  электрическими дугами. Электрические  дуги образуются в плавильном пространстве печи между вертикально подвешенными электродами и металлической  шихтой.