Металлургия определение: Металлургия
alexxlab | 29.09.1978 | 0 | Разное
Металлургия
Слово «металлургия» свои истоки берет из древнегреческого языка, там «μεταλλουργέω» означает в буквальном смысле «добывать руду» или «обрабатывать металлы». Это некая область науки и техники, которая описывает процессы получения металла из руд или различных материалов. Кроме этого, в процессе обработки изменяется химический состав веществ их структура и свойства. Сегодня этими словами называют отрасль промышленности, но раньше это было искусство по извлечению металла из руды.Современное понятие металлургии обширное, к ней можно отнести:
• производство металлов на основе сырья (руды) и других материалов;
• производство сплавов;
• горячая и холодная обработка металлов;
• сварка;
• область науки, которая занимается изучением физических и химических свойств металлов и сплавов;
• производство оборудования и машин для металлургической промышленности.
Коксохимическая промышленность и производство огнеупоров являются отраслями металлургии.
Виды металлургии
Изначально металлургия, по сырьевому признаку, делится на: черную и цветную. К первому виду относят железо и его сплавы, сюда входит: добыча черной руды, обогащение, производство и прокат ферросплавов, стали и чугуна.
Ко второму виду относят, соответственно, цветные металлы: их добычу, обогащение руд, производство металлов и сплавов. Цветные металлы бывают тяжелые (Cu, Zn, Pb, Ni, Sn) и легкие (Al, Ti, Mg).
Кроме сырьевого признака, металлургию можно разделить по технологическому процессу:
1. Пирометаллургия – это такие процессы как обжиг или плавка, которые протекают при высоких температурах. К подвиду подобной металлургии относят плазменную.
2. Гидрометаллургия – абсолютно противоположный процесс, при котором из руд извлекают металл с помощью воды или химических реактивов на ее основе, такой процесс называется «выщелачивание».
Научный прогресс не стоит на месте, в мировой практике в металлургии применяют даже микроорганизмы, биотехнологии. К таким процессам можно отнести: биовыщелачивание, биоокисление и другие. На сегодня таким способом извлекают некоторые цветные металлы (Cu, Au, Zn, Ni, U). Однако, наиболее важным применением биотехнологий является процесс очищения сточных вод на производстве.
Производство металлов и их потребление
Области применения
Немногие ценные металлы содержатся в земной коре в достаточном количестве. Например: Al – 8,9 %, Fe – 4,65 %, Mg – 2,1 %, Ti – 0,63 %. Можно заметить, что чем благороднее металл, тем его меньше содержится в природе.
Потребность и производство металлов с каждым годом растет. Если рассматривать период 20-ти прошедших лет, можно заметить, что потребление (около 0,8 млрд. тонн) и металлофонд (восемь млрд. тон) увеличились.
Конструкции из металла стали наиболее популярными, сферы потребления расширились потому, что данный материал обладает хорошими свойствами, а производство экономически выгодно. 72 – 74 % ВНП многих государств составляет производство, основанное на применение черных и цветных металлов.
750 млн. тонн из 800 млн. тонн, что соответствует 90 % ежегодного потребления металлов, приходится на сталь. Значительно меньше потребляется алюминия – 3 %, меди – 1,5 %, цинка- около 5,5 тонн, свинца – около 4,5 тонн.
США, Китай, Россия, Великобритания, Германия, Украина, Франция, Италия производят и потребляют львиную долю всех металлов.
Различные металлы обладают индивидуальным набором физических свойств, характерных только им. Благодаря таким свойствам, как твердость, плотность, электропроводность, температура плавления, внешний вид и другие, область их применения достаточно широка.
• Высокой твердостью и прочностью обладает железо, в строительной сфере это незаменимые и ценные показатели.
• Из алюминия легко сковать нужную вещь, он отлично проводит тепло и при низкой температуре сохраняет высокую прочность. Поэтому его широко применяют для производства посуды, фольги, даже в самолетостроении.
• Такой дорогой материал, как золото и серебро обладает хорошей тягучестью, вязкостью и инертностью, что помимо ювелирного дела, позволяет применять его при изготовлении неокисляемых электрических соединений.
Применение сплавов
Металлы редко применяют в чистом виде, чаще всего используют сплавы, которые обладают лучшими показателями и характерными свойствами. В производстве популярными являются следующие сплавы: хромовые, алюминиевые, железные, медные, магниевые, никелевые, титановые, цинковые. Если необходимо использовать дешевый материал, с высоким показателем прочности, то применяют углеродистую сталь.
Нержавеющая сталь или оцинковка оказывают сопротивление коррозионному процессу. Если необходим прочный и легкий материал, тогда используют сплавы алюминия и магния.
Сплав из двух металлов: меди и никеля применяют в средах агрессивных к коррозии, для производства ненамагничиваемых изделий. Существуют и так называемые «суперсплавы», изготавливаются на основе никеля. Их особенность – устойчивость к высокой температуре, поэтому они нашли применение в турбонагревателях, теплообменниках и так далее.
Исторические факты
Человечество стало добывать металлы еще в далеком прошлом, об этом свидетельствуют археологические находки и исследования. Медь начали плавить еще в VII—VI тысячелетием до н. э., доказательства этому факту были обнаружены в ходе исследований Малой Азии в 1950-1960 гг. В Сербии были обнаружены следы первой металлургии. Там был найдено множество предметов, одним из которых является топор из меди, дотирующийся 5500 лет до н. э.. Подобные находки были найдены и в Болгарии, Португалии (в Палмеле), Испании, Великобритании (в Стоунхендджи). Находки очень древние и точный возраст предметов не получается определить.
Кроме меди, древние люди применяли: серебреные изделия, оловянные и метеоритное железо. Это позволило развивать металлообработку, особенно наши предки ценили метеорное изделие. Они создавали прочные кинжалы с 3 тысячелетия до н. э. В честь появившегося применения бронзы, был назван целый век – Бронзовый. Это произошло после того как человек стал добывать медь и олово и попробовал сплавить их. Соединение им понравилось и бронзу в 3300 годы до н.э. стали применять повсеместно.
Изготавливалась бронза не сложно, из олова и меди, в результате получался древнейший сплав – оловянная бронза. Из нее делали различные предметы быта и оружия труда.
Чуть позже в это соединение стали добавлять и другие металлы: алюминий, бериллий, кремний, никель. Бронзу изготавливали и без олова, а из меди и цинка, получалась латунь. Сперва из сплавов делали только орудия труда и не значительного оружия. Затем из бронзы стали делать колокола, пушки и прочее. Современная бронза состоит из сплава 5-12% алюминия и железа, марганца, никеля. Сегодня ее называют алюминиевой.
Научившись использовать медь, человечество перешло к изучению железа. О существовании трех веков развития человечества (каменный, бронзовый и железный) упомянуто в общих чертах в античном мире (Тит Лукреций Кар). В середине XIX века датский археолог К. Томсеном ввел в науку понятие «железный век».
Вслед за медью человек стал использовать железо.
Начало железного века положено в в 1200 году до н. э. Считается что сложная технология извлечения железа из руды, а далее выплавка придумана хеттами. Этот факт доказывает найденное упоминание о металле «упавшем с неба» в хеттских текстах XIX века до н. э. Поэтому их считают основателями сложной технологии. Они хранили этот секретный процесс, так как это позволяла держать могущества филистимлян.
Железная колонна в Дели (Кутубская колонна)
История считает, что первое железо было метеоритное, этот факт основан на названии железа, в переводе с древнего языка египтян и греков, дословно «небесное тело», «звезда». «Небесной медью» было названо железо «шумерами. Добывать железо мог не каждый, те, кто это умел и занимался – были на особом месте почета и уважения. Секрет добычи и переработки хранился в строжайшем секрете, некоторые боялись их. На древних фресках их изображали колдунами и магами.
В Европу железный век пришел в X—V веков до н. э., и называется он Гальштатская культура. Название было выбрано не случайно, в Австралии в городишке Гальштат были найдены предметы утвари из железа. Чуть позже в V—II веков до н. э. протекал «Второй железный век» или Латенская культура. Название по местечку в Швейцарии, там было найдено большое количество предметов из железа. Этот период истории тесно связан с кельтами. Они считались мастерами по изготовлению любого железных орудий. ВV веке до н. э. кельты начали переселяться, так применение железа распространилось на территории Западной Европы. Культы называли железо «изарнон», немецы «айзен», а англичане «айрон»..
До Закавказья железо добралось в конце II тысячелетия до н. э.. А в Северном Причерноморье – в VII—I веках до н. э.. здесь проживали скифы, они сформировали развитую культуру получения и применения железа в России и Украине.
Первые монеты, хранившиеся в царских сокровищницах, были изготовлены из железа. Оно было очень дорогим и ценилось. Затем перешли на производство орудий труда и оружия. В «Илиаде» Гомера впервые упоминается об этом. Там сказано, что Ахилл победителей дискобола награждал победителей железным диском. В конструкции храма Артемиды было уже использовано железо. Греки скрепляли мраморные колонные барабаны мраморных колонн. Соединение было при помощи железных штырей, длина которых составляла 130 мм, ширина – 90 мм, а толщина- 15 мм.
Когда в Европу пришли народы с Востока, то металлургия получила новый толчок в развитии. Существует предание, что в Алтайских горах залежи богатых руд, это все богатство монголов и туркменов. Они боготворили ремесленников, работающих с железом. Кочевники из Средней Азии были воинственными, их доспехи и оружие изготавливались из железа. Этот исторический факт свидетельствует об их знаниях в области металлургии.
Знаменитая Кутубская колонна, расположена в Дели является подтверждением факта развития металлургии в древней Индии. Высота 7,5 м, диаметр – 40 см, колонна стоит ровно в вертикальном положении, масса составляет 6 тонн. На колонне имеется надпись, что она изготовлена в 380—330 годах до н. э.. Исследователи древних памятников провели ряд анализов, и был установлен факт: колонна сооружена из отдельных криц, а на кузнечном горне их уже сварили в целое изделие. До сих пор на колонне нет не единого следа ржавчины. Кроме этого памятника истории, о знаниях в области металлургии свидетельствует и оружие, найденное в захоронениях. Его изготовили еще в середине первого тысячелетия до н. э..
Все эти факты истории свидетельствуют о знаниях в области черной металлургии еще в древности, ее развитии. Следы применения железа присутствуют практически в каждой культуре и цивилизации древнего мира. Это и: Империи Востока (Северного и Ближнего), древнего Египта и Турции (в древности Анатолия), Карфаген, Европы, Китая, Индии, Японии и другие древние королевства, средневековые государства. Стоит отметить, что изобретателем различных методов обработки, технологии и оборудование по изготовлению железа были разработаны в древнем Китае, и оттуда ремесленники Европы осваивали такое мастерство как металлургия. К оборудованию и технологиям древней металлургии и разработкам китайцев относят: доменные печи, плавление чугуна, получение стали,гидромолоты и прочее. Однако современные раскопки доказывают, римляне оказались первыми в металлургии и их оборудование и технологии были более продуманными и продвинутыми. Особое мастерство они достигли при добычи руд и ковки.
Добывающая металлургия
Основная суть в добывающей металлургии – это извлечение чистого металла из руд, путем переплавке добытого сырья. Для этого применяют физические, химические или электролитические способы, тогда оксид или сульфат металла превращается в ценный металл, отделившись от руды. Масштабы производства и добычи руды колоссальные. Только в бывшем СССР ежегодно извлекали из земных недр более 1 млрд. тонн руды, это данные за 1980-1990 гг. Сегодня эта цифра значительно выше.
Металлургия включает в себя основные компоненты, с которыми работают металлурги: сырье, концентрат, отходы. К концентрату относят оксид или сульфат, ценный для металла. Руду добывают, а затем измельчают до малейших частиц. Это необходимо, чтобы отделить каждую частицу, так как часть их – это ценный концентрат, или отход.
Есть и другой способ получения ценного металла, если есть условия для проведения выщелачивания. Согласно данному способу, технология следующая: минерал растворяют, в результате получают раствор, обогащенный им.
Чаще всего в руде содержится сразу несколько металлов, тогда производство протекает несколькими этапами. В этом случае, отходы отделенные от руды будут сырьем для другого процесса производства.
Чёрная металлургия
Оксид Fe3O4, Fe2O3, гидроксида Fe2O3*H2O, карбонатов FeCO3 и так далее – в таком виде железо находится в руде. Для того, чтобы получить железо или сплав на его основе, существует производственный процесс, включающий несколько стадий производства (в том числе производство стали и чугуна).
Доменное производство чугуна
Этапы производства:
1. Сплав, содержащий железо высвобождают из руды в специальных доменных печах. Температура при этом процессе более 1000 градусов Цельсия, в это же время происходит выплавка чугуна. От хода процесса зависят и свойства будущего чугуна, и соответственно его вид: передельный чугун и литейный.
2. Из первого в дальнейшем производят выплавку стали, а из второго уже изготавливают отливки. Все эти процессы контролируются доменной печью и могут выставляться при ее настройке.
Производство стали
Как было отмечено ранее, сталь производят из передельного чугуна. Соединив железо с углеродом и легирующим элементом, получают сталь. По своим свойствам, чугун менее прочный сплав, сталь чаще всего применяют в строительных конструкциях, при производстве деталей в машиностроении. Чтобы выплавить сталь, необходима сталеплавильная печь, в ней металл в жидком виде.
Получить сталь можно несколькими способами. Для применения того или иного метода, требуется специальное оборудование: для кислородно-конверторного способа – конвертеры, мартеновского – мартеновские печи, электроплавильного – индукционные печи, дуговые. Это наиболее распространенные методы производства стали.
Кислородно-конвертерный процесс
Данный способ придумал в 1856-1860 гг. англичанин Г. Бессемер. Это был первый способ массового получения стали в жидком состоянии, в результате бессемеровского процесса.
Для этого способа требуется конвертер с кислой футеровкой.
С.Томас в 1878 году разработал процесс схожий со способом Бессемера, однако он применил основную футеровку. В честь основателя способ назван томасовский процесс.
Конвертерный процесс заключается на основе воздушного дутья, в конвертер, так называемый плавильный агрегат, заливают чугун. Его продувают снизу, и кислород окисляет чугунные примеси, превращая их в сталь. В результате томасовского процесса, в основном шлаке удаляют фосфор и серу. Процесс окисления кислородом, нагревает сталь, в результате выделения тепла. Сталь достигает 1600 градусов Цельсия.
Мартеновский процесс
В пламенной отражающей печи находятся регенераторы, они предварительно подогревают воздух или газ. Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду данной печи. Данный способ разрабатывался многими ученными, загвоздка заключалась в том, что температуры факела была недостаточной. В то время в качестве топлива использовали генераторный газ. Реомюр еще 1722 году упоминал об этой недоработке, он, как и все, искал способ получения жидкой стали. Благодаря предложению братьев Сименсов в 1856 году, Пьер Мартен смог довести данный процесс до конца. Суть идеи братьев заключалась в том, что они предложили использовать тепло отходящих газов, установив в печь генераторы. Газы обеспечивали подогрев воздушных потоков до необходимой температуры плавления. С 8 апреля 1864 года П. Мартен на заводе во Франции внедрил данную печь в производство, получив первую плавку. Эту дату можно считать началом мартеновского процесса.
В печь помещают шихту, которая состоит из металлического лома, чугуна и других компонентов. Тепло, выделяющееся при сжигании топлива, плавит шихту. Далее, добавляют специальные добавки, в результате чего получают металл, необходимого состава и при требуемой температуре. Из печи готовый металл попадает в ковшом, откуда его и разливают. Мартеновскую сталь широко применяют, она обладает хорошими качествами и низкой себестоимостью. На данный способ получения стали, с начала XX века, приходится 50 % от всего производства стали в мире.
В России основателем применения мартеновской печи считают Ивано-Сергеевский железоделательный завод. С.И. Мальцева в 1866-1867 гг. внедрил данную технологию, завод расположен в Калужской губернии. В 1870 г. металлурги Сормовского завода А. А. Износков и Н. Н. Кузнецов увеличили объем печи, она стала вмещать до 2,5 тонн. Это было толчком к дальнейшему развитию металлургии в России, на основе данной печи, русские металлурги, стали изготавливать аналоги и на других заводах.
Мартеновские печи и процесс в целом сыграли большую роль в развитии российской металлургии, в том числе в годы ВОВ. Впервые в мире, советские металлурги в годы войны, на Магнитогорском комбинате и Кузнецовском, удвоили садку стали. Сделав сталь высококачественной для производства брони, подшипников и прочего, на основе мартеновских печей, без особой переналадки. На сегодня большее развитие получили конвертерные и электросталеплавильные способы производства стали, мартеновские печи уходят в прошлое.
По своей сути мартеновские печи универсальны, они позволяют плавить чугун или скрап. При этом содержание и состав сырья не имеет значение, а получать сталь, хорошего качества и необходимого состава. Исключение лишь высоколегированная сталь и сплавы, их можно получить только в электропечах. Необходимый состав металлической шихты находится в прямой зависимости от составляющих компонентов чугуна и скрапа, от соотношения требуемого чугуна к стали, а это зависит от целого ряда условий.
Электросталеплавильное производство
Дуговая сталеплавильная печь
На сегодня для выплавки стали массового производства используют дуговую сталеплавильную электропечь. Работает она за счет переменного тока, в последнее время развитие получили печи индукционные, дуговые, питающиеся постоянным током. Однако их доля, в общем производстве незначительна.
Сталь электропечного сортамента выплавляют в дуговой электропечи переменного тока. Ее преимуществом является возможность выплавки высококачественной легированной и высоколегированной стали. В последние десятилетие это наиболее популярный способ получения подобной стали. В конвертерах и мартеновских печах выплавить легированную сталь затруднительно или невозможно вообще. Это возможно в силу того, что в дуговой печи, есть возможность быстрого нагрева металла, затем можно добавлять легирующие добавки в большом количестве, в это время в печи поддерживается восстановительная атмосфера и безокислительные шлаки. Это и позволяет медленное плавление вводимых элементов. Дополнительным преимуществом, можно считать, то что металл раскисляется более полно, в результате металл содержит меньше оксидных неметаллических добавок. Сталь содержит серы в меньшем количестве, чем при получении ее обычным способом. Электрические дуговые печи позволяют контролировать и изменять температуру металла равномерно, задавая точный температурный режим.
Легирование стали
Когда требуется изменить или добавить свойств стали проводят процесс легирования. В ходе данного процесса, в состав сплава вводят определенные дополнительные элементы в требуемой концентрации, за счет этого изменяется состав стали и его свойства. На свойства стали в процессе легирования, могут повлиять следующие компоненты: хромовые (Cr), никелевые (Ni), марганцевые (Mn), кремниевые (Si), молибденовые (Mo), ванадиевые (V), боровые (B), вольфрамовые (W), титановые (Ti), алюминиевые (Al), медные (Cu), ниобий (Nb), кобальтовые (Co). Такое разнообразие дополнительных веществ и возможность влияния на свойства стали их концентрацией, позволяют производить сталь различных марок с определенным составом легирующих элементов.
Порошковая металлургия
Кардинально отличается от предшествующих выше способов производства – порошковая металлурги. Основная идея заключается в том, что металл используют в виде порошка, размер частиц 0,1 – 0,5 мкм. Частицы черных металлов спрессовывают между собой, и после этого спекают. Таким образом, образуется плотная однородная масса.
Цветная металлургия
Для цветной металлургии характерны разнообразные способы производства. Основных два:
1. Пирометаллургический, он более распространенный в получении многих металлов. Проводится он за счет плавки металлов, восстановительной или окислительной. В данном процессе источник тепла – сера, которая содержится в самой руде. Ее же используют и как химический реактив.
2. Гидрометаллургический, основан на процессе выщелачивания, путем перевода их в растворимые соединения.
Кроме этих двух видов, применяют электролитические процессы. За основу берут водные растворы или расплавленные среды.
Реже применяется металлотермический процесс. В ходе данного способа используют другие металлы, которые в большей степени схожи с кислородом, и на их основе восстанавливают необходимый металл. Существует и ряд других способов, но они не столь распространены: химико-термические, цианирование, хлорид-возгонка.
Как производят медь
Существует 2 способа получения меди, ее получают из руды и концентратов:
1. Гидрометаллургический, малораспространенный способ. В исключительных случаях его применяют, например, если требуется переработать окисленные или самородные руды. Недостатком этого метода является отсутствие возможности попутно извлекать драгоценные металлы.
2. Пирометаллургический, наоборот, делает эту операцию доступной, поэтому его применение более целесообразно. 85-90 % меди производят именно этим способом, получая медь из сульфидной руды. Это довольно сложный процесс, он включает в себя несколько стадий. Основными являются следующие: подготовительный этап, плавка или выплавка медного штейна, получение черной меди за счет конвертирования штейна, рафинирование, производство металла. в первоначальный подготовительный этап входит: обогащение и если требуется обжиг металла. Рафинирование проходит в 2 этапа, первый – огневой, второй – электролитический.
Электролизные ванны на норвежском алюминиевом заводе в городе Мушёэн компании Алкоа
Алюминиевая промышленность
Электролитическим способом получает алюминий, есть и другие способы, но на сегодня он является более современным.
Состоит из двух этапов:
1. Получают глинозем (Аl2O3), основным сырьем является руда,
2. Получают жидкий алюминий. Полученный на первом этапе глинозем путем электролиза выдает в результате – жидкий алюминий.
В мире глинозем на основании способа Байера, получают из бокситов. Байер – австрийский инженер, работал в России. Кроме этого способа, есть и другой способ – получение глинозема из бокситов и нефелинов, то есть способ спекания. Это щелочные методы, за счет которых выделяют глинозем. Дальше растворяют его в электролите и путем электролиза получают алюминий. Электролит состоит из нескольких компонентов, основной – криолит. В идеале Na3AlF6 (3NaF • AlF3) в соотношение с NaF: AlF3 равно 3:1. На электроэнергии можно сэкономить, так как для данного процесса достаточно соотношения 2,6-2,8:1. Для получения такой пропорции, к криолиту добавляется алюминий. Можно также понизить температуру плавления, достаточно в электролит добавлять в небольших количествах CaF2, MgF2 и NaCl. Для промышленного электролита основные компоненты должны быть следующими: Na3AlF6 – 75-90 %; AlF3 – 5-12 %; MgF2 – 2-5 %; CaF2 – 2-4 %; Al2O3 – 2-10 %. При несоблюдении данного соотношения меняются свойства электролита, например, Аl2О3 повысили на более 10 %, сразу же увеличится тугоплавкость. Если снизить содержание ниже 1,3 %, то автоматически режим электролиза нарушается.
Когда из электронной ванны извлекается алюминий, то его называют алюминием-сырцом. Такой элемент содержит в себе металлические и неметаллические примеси, газы. К последним относят: водород, азот, серный и прочие газы. Металлический состав алюминием-сырцом состоит из: Fe, Si, Cu, Zn и прочее. Глинозем, частички футеровок, электролиты, при увлечении их частиц механически, будут относиться к неметаллическим смесям. Могут подвергнуть алюминий и хлорированию, это необходимо для очистки. Очищать металл необходимо от газов Na, Ca, Mg, примесей.
После всех процедур алюминий заливается в электрические печи, которые так же выполняют функцию миксера. Возможно помещение в отражательные печи, алюминий отстаивается 30-45 минут. После данной процедуры, произойдет полная очистка металла от газовых, неметаллических составляющих. Разлитый в разные ванны алюминий соединяют. После этого его разольют на конвейер, получится чушка. На некоторых производствах стоят установки непрерывного литья, тогда алюминий сливают в слитки и получают прокатки. Чистота подобного алюминия выше 99,8 %.
Какими способами производят другие цветные металлы
К другим цветным металлам можно отнести: свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена. Для их производства используют некоторые вышеуказанные способы и методы производства. В целом суть процесса сохраняется, различны реагенты и агрегаты, существуют особенности производства.
Что такое металлургия, история, области, технологии, специальности
Металлургия — широкое понятие, относящееся к технике и науке. Это мощная промышленная отрасль, главная задача которой заключается в производстве и обработке металлов. Металлы выделяют из различных руд, после чего изучают их физикохимические свойства и производят современные высокотехнологичные сплавы.
В данном материалы мы рассмотрим основные области деятельности металлургии, ее особенности и технологии, а также пути овладения специальность. «Металлургия».
Области металлургии
В металлургии различают несколько областей:
- Чёрную. Она включает в себя производство таких металлов как чугун, сталь и железо. Это чёрные металлы, производство которых требует много материалов, в том числе и каменный уголь;
- Цветную. Это добыча разных руд и процесс их дальнейшего обогащения. Цветные металлы обрабатывают разными способами, получая из них новые сплавы;
- Плазменную. Из руд извлекают металлы, а затем подвергают их обработке. Для обработки применяют мощные плазменные реакторы и печи, а также технологию плазменного нагрева, чтобы придать процессу плавления максимальную интенсивность;
- Порошковую. Задача порошковой металлургии — получение из металлов разных порошков, которые применяют для изготовления изделий. Также в этой отрасли используют композитные технологии, соединяя металлы и неметаллы.
Технологии металлургии
В металлургии используют специальные технологии добычи металлов:
- пирометаллургию. Все процессы плавления, обжига и другие технологии протекают в условиях высоких температур;
- гидрометаллургию. Металлы извлекают из руды, а потом выделяют из них растворы, применяя электролиз;
- биотехнологии. Извлечь из руды металл можно, используя живые микроорганизмы для реакций биоокисления или биосорбции.
Ежегодно развитие экономики требует новых запасов металлов. Известно, что природные ресурсы не безграничны, поэтому одна из основных задач металлургов, кроме развития геологоразведочной отрасли — повторное применение того или иного металла.
Есть несколько металлов, которые уже давно нашли широкое применение в разных отраслях человеческой деятельности. Это сталь (её ежегодное потребление составляет больше 90%), свинец, а также медь и алюминий. Из редких металлов следует отметить добычу платины, теллура, осмия и золота.
Сферу строительства невозможно представить без использования железа и стали. Они обладают высокой износостойкостью и замену им найти практически невозможно. Что касается прочного алюминия, именно он, благодаря его низкой плотности, применяется при строительстве самолётов.
Одно из главных свойств меди — высокая степень теплопроводности, поэтому она широко применяется для изготовления электрических кабелей. Золото активно используют для производства ювелирных украшений. Также из него делают электрические соединения, не подверженные реакции окисления.
Раньше в металлургической промышленности использовали чистые металлы, но со временем высокотехнологичные сплавы уверенно вытеснили их из производственной сферы. Сплавы обладают особыми качествами, которых нет у чистых металлов. Наиболее популярными из них являются «нержавейка», углеродистая сталь, сплавы из никеля и меди.
История металлургии
Металлургия начала развиваться ещё в эпоху каменного века. Есть несколько исторических вех её развития. Согласно археологическим раскопкам, наши древние предки уже в 6 в. до н.э. активно использовали железо, попавшее на Землю в составе метеоритов. Люди постепенно осваивали обработку серебра и олова.
В эпоху бронзового века (5500 лет назад) люди научились получать из горных пород олово и медь, из которых у них случайно вышла бронза. Во времена железного века (1200 лет назад) из руды стали извлекать железо. Его главными добытчиками считают древних римлян, преуспевших в искусстве ковки, а четь изобретений технологий металлообработки и добычи принадлежит китайцам.
Независимо от того, в каком уголке земного шара развивалась металлургия, все люди пользовались классическим сыродутным методом, с помощью которого осуществлялась выплавка меди и свинца.
Далее последовала эпоха, называемая этапом цементации. Железо стали закаливать, оно превратилось в металл гораздо прочнее бронзы. Однако процесс освоения людьми этой технологии занял около тысячи лет.
В период Средневековья высота плавильных печей уже составляла три метра, а работали они с применением энергии, получаемой через воду. Эти печи назывались штукофенами и стали стимулом для того, чтобы чёрная металлургия вышла на очередной виток развития. В эпоху Возрождения появились новые виды печей, которые назвали блауофенами. После них появились доменные печи громадных размеров. Они работали 24 часа в сутки, выпуская до полутора тысяч тонн чугуна отменного качества.
В конце XIX, начале XX века появились новые технологии производства металлов. Речь идёт о бессемеровском, томасовском и, наконец, мартеновском способах. Они помогли людям в разы увеличить производственные объёмы с выпуском металлов от шести тонн в час. Спустя 50 лет появились безостановочная разливка стали и метод кислородного дутья. На современном этапе учёные активно развивают разные технологии обогащения руд и производства стали в электрических печах.
Газы в металлургии
Пирометаллургия — отрасль, подразумевающая постоянное газообразование. Газы должны регулярно удаляться из печей вместе с пылью. Они бывают технологическими и топливными.
Образование технологических газов происходит во время протекания сложных процессов. Они состоят из углекислоты, водных паров, оксида углерода и сернистого ангидрида. Также при некоторых процессах в металлургии наблюдается выделение газообразного хлора и других хлоридов. Когда топливо сгорает, происходит выделение углекислоты и водного пара. Температура газов, выделяющихся во время реакций, составляет от 800 до 1300С, но иногда она бывает и больше.
Сейчас на любом металлургическом производстве используются комплексные технологии переработки газов:
- с применением оксида серы;
- высокие температуры;
- процесс обезвоживания и т.д.
Специальность «Металлургия»
Профессия металлурга включает несколько специализаций. Есть рабочие-металлурги, а есть инженеры. Среди рабочих направлений выделяют:
- сталеваров. Они владеют всеми известными технологиями производства стали;
- плавильщики. Они занимаются плавлением металлов, знают, из чего они состоят и при каких температурах процесс плавления будет наиболее эффективным;
- специалисты доменных печей. Их задача — убирать из печей отходы производства, чтобы качество металлов всегда оставалось на должном уровне;
- разливщики. Они принимают жидкие металлы и разливают их в специальные формы;
- нагревальщики. Они не только нагревают доменные печи, но и готовят их к работе;
- машинисты кранов. Они перемещают с помощью металлургических кранов необходимые производственные элементы. Такой крановщик занимается организацией всего рабочего процесса в цехе.
Задача инженеров-металлургов — управление производственным процессом от и до. Они разрабатывают способы, применяемые при плавлении разных металлов и изготовлении разных изделий. Инженеры занимаются вопросами безопасности на производстве — с целью сохранения экологического фона. Также они контролируют качество производимой продукции и проводят ряд мероприятий в области маркетинга.
Таким образом, профессия металлурга объединяет несколько разных специальностей, а металлургия — это динамично развивающаяся сфера, без которой невозможно себе представить развитое и цивилизованное общество. И поскольку внутри отрасли есть большое число направлений, то каждый может выбрать наиболее интересную и подходящую ему профессию.
Стоит отметить, что выучиться на одно из направлений металлургической отрасли возможно не только в университетах и средних профессиональных образовательных учреждениях, но и в рамках дополнительного профессионального образования. Так, Современная научно-технологическая академия реализует курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации по профилю «Металлургия».
Курсы повышения квалификации «Металлургия» направлены на специалистов, которые уже работают в отрасли и хотят повысить уровень своих знаний и компетенций. А вот профессиональная переподготовка ориентирована на тех, кто ставит перед собой цель овладеть новой профессией. Обучение на базе СНТА позволяет овладеть актуальные навыками и компетенциями, которые станут отличным толчком для дальнейшего профессионального роста и развития специалиста.
Популярные статьи в категории:
Не нашли нужную информацию? Задайте вопрос менеджеруМеталлургия черная и цветная: отрасли, продукция, значение
Металл с давних времен стал незаменимым элементом в повседневной жизни человека. Благодаря ему у нас есть возможность использования электроэнергии, транспорта, гаджетов и других благ цивилизации. Именно поэтому металлургию можно считать ключевой отраслью промышленности каждого государства. Металлургия – это отрасль тяжелой промышленности, в которую вовлечены множество финансовых, материальных, энергетических и человеческих ресурсов.
МеталлургияСовременная металлургия достигла значительного развития. Благодаря достижениям науки, у нас есть возможность использовать не только металлы, данные нам природой, но и инновационные композитные материалы и сплавы. Они обладают улучшенными свойствами и характеристиками.
Классификация разновидностей металлургии
Выплавка металлов требует колоссального объема энергии и ресурсов, поэтому большинство горнодобывающих предприятий работают именно для обеспечения потребностей металлургии.
Для дальнейшего изучения особенностей этой отрасли следует выделить ее основные виды. На сегодняшний день выделяют две основные отрасли: черную и цветную металлургию.
Черная отвечает за производство сплавов на основе железа. В то же время к ней относят другие элементы, такие как хром и марганец. Все остальное производство изделий из других металлов называют цветным.
Технология производства имеет схожий цикл, независимо от типа сырья, и состоит из нескольких этапов, указанных ниже:
- Добыча сырья и ее переработка. Большинство металлов не содержится в природе в чистом виде, а входит в состав различных руд, переработка которых называется обогащением. В процессе обогащения руду дробят на мелкие составляющие, из которых в процессе сепарации отделяют элементы метала и пустую породу. Из выделенных элементов производят сплавы.
- Передел. Металлургическим пределом называют процесс изготовления полуфабрикатов, которые в свою очередь применяются для изготовления готовых продуктов. В процессе передела изменяется состав, структура и свойства сплавов, а также агрегатное состояние. К переделу можно отнести прокат и обжатие, трубное производство, плавку и разливку.
- Переработка отходов. Большинство отходов металлургического производства либо утилизируют, либо перерабатывают, получая другие полезные продукты. Некоторая часть пустой породы и шлаков складываются на территории больших хранилищ под открытым воздухом. Но на сегодняшний день производители стараются максимально эффективно перерабатывать побочную продукцию. Некоторые шлаки повторно обрабатывают, получая дополнительный продукт, некоторые используют для производства сельскохозяйственных удобрений, но большинство уходит на изготовление строительных материалов, которые широко используются в повседневной жизни.
Большая часть производимого металла проходит стадию проката, то есть изготовления полуфабрикатов для производства готовой продукции. Подобную операцию выполняют на специальном устройстве, которое представляет собой систему вращающихся валков. Между ними пропускают металл, который под высоким давлением меняет толщину, ширину и длину.
Выделяют холодный и горячий прокат, отличия которых заключаются в разной температуре обрабатываемого сырья. Холодный прокат применяется для сырья, имеющего высокий уровень пластичности, что позволяет сохранять структуру металла и не изменять его физические свойства.
Процесс проката не всегда является конечным этапом производства полуфабрикатов. Например, для изделий черной металлургии могут применяться такие методы обработки, как покрытие защитным слоем или закалка. Это позволяет улучшить устойчивость к коррозии, повысить прочность и снизить степень износа.
Следует отметить, что большую часть продукции, производимой металлургической отраслью, составляют стальные трубы. На втором месте расположился листовой и сортовой металл, применяющейся в машиностроении.
Среди главных потребителей продукции этой сферы стоит выделить строительную сферу, машиностроение и металлообработку.
При этом практически каждая сфера народного хозяйства не может обойтись от использования продукции металлургии, а также заготовок и полуфабрикатов из него.
Черная металлургия
Черная металлургия основывается на переработки железа, а именно руд, в которых оно содержится. Большинство железных руд являются природными оксидами. Именно поэтому первым этапом производства является выделение железа из оксида. Для этого используют большие доменные печи. Данный способ производства чугуна проводится при температуре свыше 1000 градусов.
Черная металлургия
При этом свойства полученного сырья напрямую зависят от температуры доменной печи и времени плавления. При дальнейшей обработке чугуна получают сталь или литейный чугун, с помощью которого выполняют отлив заготовок и изделий.
Для производства стали используют железо и углерод, добавление которого придает полученному сплаву желаемые свойства. Также могут применяться различные легирующие компоненты, необходимые для получений определенных особенностей стали.
Существует несколько способов производства стали, которые основываются на выплавке металла в жидком состоянии. Следует выделить следующие: мартеновский, кислородно-конверторный и электроплавильный.
Каждый вид стали называется маркой, которая указывает на ее состав и свойства. Для изменения свойств стали используют метод легирования, то есть добавления в сплав дополнительных компонентов. Наиболее часто для подобных целей используют такие элементы, как хром, марганец, бор, никель, вольфрам, титан кобальт, медь и алюминий. Обычно такие компоненты добавляют в расплавленную сталь.
Но существует иной способ, который заключается в прессовании мелкозернистого порошка компонентов с последующим запеканием при высоких температурах.
Цветная металлургия
Производство такой продукции мало чем отличается от технологий черной металлургии. Цикл цветной металлургии также состоит из обогащения руд, плавки металлов, переделки и проката. Но в некоторых случаях может применяться также рафинирование металлов, то есть очищение первичных продукта от примесей.
Цветная металлургия
Очищение руды цветных металлов более сложная задача, так как она содержит намного больше сторонних примесей, в том числе других полезных компонентов. Как и в черной металлургии, побочная продукция цветной широко применяется в перерабатывающей промышленности, особенно в химическом производстве.
Следует выделить две подотрасли: металлургию тяжелых и легких металлов. Принцип подобного деления основывается на различных свойствах обрабатываемых цветных металлов. При производстве тяжелых металлов требуется значительно меньше энергии.
Иногда выделяют третью группу, так называемых, редкоземельных металлов. Такое название связано с тем, что раньше такие элементы были малоизучены и редко находились в природных условиях. Хотя на самом деле их количество не уступает многим тяжелым или легким цветным металлам. Их используют обычно при производстве высокотехнологичных приборов.
Изделия этой отрасли широко применяются в машиностроении, космической сфере, химической промышленности и приборостроении.
Добывающая металлургия
Это сфера промышленности, отвечающая за извлечение ценных металлов из руд¸ переплавки полученного сырья и получения готового продукта. Отделение металла от пустой породы и других шлаков может производиться путем химического, электролитического или физического воздействия.
Главная задача этой отрасли металлургии – оптимизация процесса выделения чистого металла, качественное отделение полезных компонентов от пустой породы и минимизация потерь.
Металлы используются в различных целях, как для изготовления различных драгоценностей и бижутерии, так и в высокотехнологических сферах. Например, в строении высокоточных приборов, современных гаджетов, компьютеров и других электроприборов. А также в космической сфере, авиастроении, и других сферах, где требуются особые свойства, которые имеют только ценные металлы.
Следует отметить, что раньше металлургия ориентировалась строго на переработку добываемого сырья. Но в последнее время, в связи с тем, что металлы не восстанавливающийся ресурс, острой стала проблема переработки вторичного сырья.
Добыча руды
Повторной переработке подвержены цветные и черные металлы. Поэтому производители стараются максимально эффективно и в полной мере собирать и перерабатывать металлические изделия, вышедшие из эксплуатации. Рынок металлолома постоянно растет, в связи с чем растет количество больших и малых перерабатывающих предприятий. Их задача заключается в очищении металлов от сопутствующих материалов и последующей переплавки. Для сохранения качественной структуры и свойств, вторсырье плавят вместе со свежедобытым сырьем.
Дальнейшее развитие невозможно только с использованием природных ресурсов, количество которых постоянно уменьшается. Поэтому главной задачей на сегодняшний день можно считать переработку вторсырья и поиск аналогов, способны полноценно заменить металлы.
Развитие металлургии напрямую связано с интеллектуальным развитием человечества и его потребностей. Так как новые технологии требуют от уже существующих металлов улучшенных свойств и характеристик, а также создания инновационных сплавов, не имеющих аналогов ранее.
3117 Техники в добывающей промышленности и металлургии / КонсультантПлюс
Техники в добывающей промышленности и металлургии выполняют технические задачи при проведении исследований и экспериментов в области металлургии, совершенствовании методов добычи и извлечения полезных ископаемых, нефти и газа, а также в процессе проектирования, строительства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта рудников, шахт и шахтного оборудования, систем транспортировки и хранения нефти и природного газа, а также оборудования для извлечения металлов из руд.
В их обязанности входит:
– оказание технической помощи инженерам в процессе изучения и совершенствования процессов определения свойств металлов и новых сплавов;
– оказание технической помощи специалистам-профессионалам при проведении геологических и топографических съемок, проектировании и добыче нефти, природного газа и твердых полезных ископаемых, разработке и разметке транспортных систем, оборудования для извлечения и переработки полезных ископаемых и металлов;
– подготовка детальных оценок количества и стоимости материальных и трудовых затрат, необходимых для реализации проектов по поиску, добыче, переработке и транспортировке полезных ископаемых, нефти и природного газа;
– обеспечение технического контроля, контроля за нормативным обеспечением и техникой безопасности при строительстве, монтаже, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте оборудования и установок для добычи, транспортировки и хранения минеральных руд, нефти и природного газа;
– выполнение вспомогательных работ при планировании и проектировании рудников, шахт, тоннелей и подземных пунктов оказания первой помощи;
– сбор и подготовка горных пород, образцов минеральных и металлических руд, проведение лабораторных исследований для определения их свойств, анализа и представления результатов тестирования и обслуживания испытательного оборудования;
– умение пользоваться микроскопами, машинами электромагнитного излучения, спектрометрами, спектрографами, денситометрами и приборами определения напряжения;
– оказание технической помощи и поддержки исследователям при использовании электрических, ультразвуковых или радиационных средств измерений в лабораторных условиях и производственной деятельности для получения необходимых сведений, в том числе касающихся установления потенциальных источников добычи металлических руд, газа или нефти.
Техник по бурению
Техник по горному делу
Техник по добыче нефти и газа
Техник по монтажу и техническому обслуживанию прокатного оборудования
Техник по подготовке и транспортировке нефти и газа
Техник-металлург
Некоторые родственные занятия, отнесенные к другим начальным группам:
Техник-геолог – 3111Оператор установки по добыче руды – 8111 Открыть полный текст документа
ИНСТИТУТ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ -РАЗРАБОТЧИК И ИЗГОТОВИТЕЛЬ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ СЫРЬЯ И МАТЕРИАЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА | Степановских
1. Степановских В.В. К 80-летию российских стандартных образцов и 50-летию Института стандартных образцов // Стандартные образцы. 2012. № 4. С. 5-16.
2. Rasberry S. D. Standard Reference Materials – The First Century // NIST [сайт]. URL: http://www.nist. gov/srm/upload/SP260-150.pdf (дата обращения: 03. 06. 2015).
3. Certified Reference Materials. Catalogue 42 // BAM [сайт]. URL: http://www. mbh. rn/Catalogues%202011/BAM. pdf (дата обра щения: 03. 06. 2015).
4. О стандартных образцах по химическому анализу продукции предприятий металлургической промышленности: пост. Экономсовета при Совнаркоме СССР от 3 апреля 1939 г. № 290.
5. Акланд М.И., Поносов В.И. Стандартные образцы и их применение. Свердловск, М. : Металлургиздат, 1944. 34 с.
6. Плинер Ю.Л., Степин В.В., Устинова В.И. Стандартные образцы металлургических материалов. М. : Металлургия, 1976. 296 с.
7. Плинер Ю.Л., Свечникова Е.А., Огурцов В.М. Управление качеством химического анализа в металлургии. М. : Металлургия, 1979. 208 с.
8. ГОСТ Р 54569-2011 Чугун, сталь, ферросплавы, хром и марганец металлические. Нормы точности количественного хими ческого анализа. М. : Стандартинформ, 2012. 16 с.
9. ГОСТ ISO/IEC 17043-2013 Оценка соответствия. общие требования к проверке квалификации лабораторий. М. : Стандарт информ, 2014. 39 с.
10. ISO Guide 34:2009 General requirements for the competence of reference material producers // ISO [сайт]. URL: http://www. iso. org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_detail. htm?csnumber=50174 (дата обращения: 03. 06. 2015).
Институт экотехнологий и инжиниринга НИТУ «МИСиС»
Цифровизация — это не только коммуникации, онлайн-сервисы, умные дома и города. Современная цифровая экономика требует новых подходов к организации и управлению производственными процессами, их автоматизации и роботизации, разработки новых технологий, внедрения комплексов многомерного моделирования и интеллектуальных систем управления производством, создания новых материалов и т.д.
Институт ЭкоТех НИТУ «МИСиС» готовит специалистов, владеющих фундаментальными теоретическими знаниями, практическими навыками и компетенциями, востребованными на рынке труда в условиях глобальной цифровизации.
Направления подготовки по программам бакалавриата
15.03.02. Технологические машины и оборудование
Научно-технический прогресс невозможно представить без наших помощников — машин. Их совершенствование позволяет ускорить многие технологические процессы и, сделав доступными, повысить производительность труда. Студенты изучают производственные процессы, методы разработки и внедрения, нормы технологической и экологической безопасности, получая уникальный комплекс компетенций, востребованных на рынке труда в условиях цифровизации производства.
Подробнее
Профиль:
22.03.02. Металлургия
Современная металлургия — это наука о получении и совершенствовании металлов и сплавов различного назначения, находящаяся на стыке нескольких отраслей знаний. Понимание фундаментальной связи между составом и структурой материалов и их эксплуатационными характеристиками позволяет студенту сформировать статистическое, системное и риск-ориентированное мышление. Инженер-металлург — это ученый, который вносит большой вклад в инновационно-технологическое развитие промышленности и экономики.
Подробнее
Профиль:
Направления подготовки по программам магистратуры
15.04.02. Технологические машины и оборудование
Технологический прогресс основан на применении и повсеместном внедрении инновационного оборудования, что позволяет ускорить многие производственные процессы, включая наукоемкие, удешевить их и, сделав доступными, повысить производительность труда. Обучение основано на приобретении теоретических знаний и практических навыков в области повышения эффективности технологических процессов, разработки и внедрения новых технологий с учетом требований безопасности и заботы об окружающей среде. Выпускники обладают набором компетенций, востребованных на рынке труда в условиях экономики знаний и цифрового производства.
Подробнее
Профили:
20.04.01. Техносферная безопасность
Специалисты в области техносферной безопасности непосредственно влияют на процессы, связанные с воздействием промышленности на окружающую среду, что в условиях борьбы с изменениями климата делает их востребованными не только в России, но и в мире. Выпускники обладают компетенциями в области промышленной и экологической безопасности, владеют технологиями вторичной переработки и рационального природопользования, умеют анализировать и прогнозировать последствия внедрения технологий.
Подробнее
Профиль:
22.04.02. Металлургия
Современная металлургия — это наука о получении и совершенствовании металлов и сплавов различного назначения, находящаяся на стыке нескольких отраслей знаний. Понимание фундаментальной связи между составом и структурой материалов и их эксплуатационными характеристиками позволяет студенту сформировать статистическое, системное и риск-ориентированное мышление. Инженер-металлург — это ученый, который вносит большой вклад в инновационно-технологическое развитие промышленности и экономики.
Подробнее
Профили:
Аддитивные технологии для производственной отрасли iPhD
Современные аддитивные технологии широко применяются во многих отраслях промышленности: в космической индустрии, авиации, домостроении, приборостроении и в других областях, где есть потребность в изделиях сложной геометрии из существующих и новых материалов. Готовые функциональные изделия создаются путем послойного выращивания материала — например, наплавлением или напылением специального порошка, либо добавлением жидкого полимера. Самые известные аддитивные технологии — это 3D-печать, стереолитография, FDM—процесс (послойное наложение полимера), лазерное спекание металлических материалов, прямое лазерное выращивание металлических изделий, холодное газодинамическое напыление.
Подробнее
Программы магистратуры, реализуемые на английском языке
Направления подготовки по программам аспирантуры
04.06.01. Химические науки
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: новые вещества, химические процессы и общие закономерности их протекания, научные задачи междисциплинарного характера.
Подробнее
Профиль:
15.06.01. Машиностроение
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: проектируемые объекты новых или модернизируемых машиностроительных производств различного назначения, процессы, влияющие на техническое состояние объектов машиностроения, программное обеспечение и его аппаратная реализация для систем автоматизации и управления производственными процессами в машиностроении.
Подробнее
Профили:
18.06.01. Химическая технология
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: химические вещества и материалы, методы и приборы определения состав и свойств веществ и материалов, оборудование, технологические процессы и промышленные системы получения веществ, материалов, изделий, а также системы управления и регулирования, программные средства для моделирования химико-технологических процессов.
Подробнее
Профиль:
20.06.01. Техносферная безопасность
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: человек и опасности, связанные с его деятельностью, методы и средства оценки опасностей и рисков, методы и средства защиты человека и среды обитания от опасностей, методы, средства и силы спасения человека.
Подробнее
Профили:
22.06.01. Технологии материалов
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: синтез новых материалов, методы проектирования перспективных материалов с использованием многомасштабного математического моделирования и соответствующее программное обеспечение, проектирование и эксплуатация технологического оборудования для опытного и серийного производства материалов и изделий, объемной и поверхностной обработки материалов на основе различных физических принципов, разработка методов и средств контроля качества и технической диагностики, определение комплекса структурных и физических характеристик материалов, соответствующих целям их практического использования.
Подробнее
27.06.01. Управление в технических системах
Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших образовательную программу, являются: системы управления техническими объектами, включающие информационно-сенсорные, исполнительные и управляющие модули, их математическое и программное обеспечение, методы и средства их проектирования, проведение теоретических и экспериментальных исследований систем управления техническими объектами различного назначения.
Подробнее
Профиль:
Спектрометры для анализа металлов и сплавов
Черная металлургия
Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F
Черная металлургия включает производство чугуна (доменное производство) и, на его основе, производство простых, низко- и высоколегированных сталей и ферросплавов. В доменном производстве основными анализируемыми материалами являются железный концентрат, кокс и флюсы (входной контроль). Кроме Fe в концентрате, как и во флюсах, определяются Mg, Al, Si, Ca. В коксе наиболее важна вредная примесь – сера. Как правило, анализируются порошковые пробы. На выходе доменного процесса анализируется чугун на Mn, Cr, Ni, Ti, Si, S, P и углерод, который определяют методом сжигания. С целью контроля процесса выполняется также анализ шлаков на Mg, Al, Si, Ca, Fe.
Переработка концентратов марганцевых и хромовых руд производится на ферросплавы (ферромарганец и феррохром) используемые для легирования сталей., в которых контролируется содержание основных компонент и примесей Si, Ti и S. Другие химические элементы, используемые для легирования сталей, обычно также используются в виде соответствующих ферросплавов, состав которых строго контролируется для обеспечения состава шихты, соответствующей выплавляемой марке стали.
Поскольку при выплавке легированных сталей происходит выгорание отдельных элементов и переход их в шлак, с целью корректировки состава плавки составу требуемой марки необходимо выполнять анализ по ходу плавки. Единственным методом, обеспечивающим достаточную экспрессность и точность анализа сталей по ходу плавки, является РФА. В зависимости от выплавляемой марки, определяются легирующие добавки, к которым могут относиться Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Nb, Mo и W, вводимые обычно в виде ферросплавов или вторичного сырья. Содержания этих элементов для различных марок сталей может меняться от n×10-1 до 20 – 30%. Проба расплавленного металла отбирается в охлаждаемый водой медный кокиль, после застывания разрезается, шлифуется и по пневмопочте поступает в лабораторию. Весь процесс, включая анализ, занимает менее 10 минут. Если стандартные образцы (СО) всех выплавляемых марок на производстве имеются, для расчета концентраций возможно использование любой методики (при отсутствии нужных СО можно применить способы теоретических поправок или фундаментальных параметров). После выплавки для контроля качества готовой продукции выполняется маркировочный анализ, результаты которого вместе с готовым продуктом передаются потребителю. Методы РФА сталей изложены в различных нормативных документах. Часть из них приведена ниже:
- ГОСТ 28033-89. Сталь. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.
- ASTME1085-09. Стандартный метод анализа низколегированной стали с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
- ASTM E572. – 02a(2006)e2. Стандартный метод анализа нержавеющей и легированной стали с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии
- ISO 17054:2010. Рутинный метод анализа высоколегированной стали посредством рентгеновской флуоресцентной спектрометрии c использованием методики поправок.
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8
Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 успешно применяются для качественного и количественного анализа фазового состава цветных и черных металлов и сплавов, в том числе для определения остаточного аустенита в высокоуглеродистых сталях; для контроля отходов (шлаков) металлургического производства; для исследования текстур в металлопрокате и для анализа остаточных напряжений в металлоконструкциях.
Цветная металлургия
Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F
В цветной металлургии результатом металлургического процесса могут быть как чистые металлы, так и соответствующие ферросплавы или окислы и некоторые соединения металлов. Как правило, наиболее распространены сульфидные руды цветных металлов (Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Mo), и для выплавки металлов используются предварительно разделенные флотацией индивидуальные сульфидные концентраты. Первым этапом переработки сульфидных концентратов является окислительный обжиг с флюсами в отражательных печах, при этом сульфиды металлов переходят в соответствующие окислы. Результаты обжига контролируются анализом. Дальнейший восстановительный обжиг позволяет получить черновые металлы – Co, Ni, Cu, Zn, и Pb, которые очищаются электролизом. Этот метод позволяет отделить благородные металлы, часто присутствующие в заметных количествах в полиметаллических рудах.
Для металлов, используемых для легирования сталей, используется восстановительный обжиг с чугуном или железным концентратом и коксом, ведущий к образованию соответствующих ферросплавов.(Ni, Mo, W). Редкие металлы Mo и W перерабатываются на окислы MoO3 и WO3, используемые после очистки для получения затем чистых металлов или их соединений.
Как и при производстве черных металлов, при выплавке цветных металлов анализируются флюсы и шлаки, в которых, кроме выплавляемых металлов, дополнительно определяют Mg, Al, Si и Ca.
Сложные процессы производства цветных и редких металлов из концентратов полиметаллических руд связаны с многократными анализами начальных, промежуточных и конечных продуктов не только на основные металлы, но и на многочисленные примеси, охватывающими почти всю таблицу Менделеева, начина от Al, Si, S и P до платиновых металлов, Au и Bi.
На отдельных этапах производства легких металлов (Mg, Al, Ti), например, для контроля содержания основных компонент и примесей в рудах и концентратах этих металлов (карналлите, боксите и ильмените) так же возможно и целесообразно использование БРА-135.
Среди сплавов цветных металлов наибольшее применение имеют сплавы на основе меди (латуни и бронзы) и алюминиевые сплавы. В состав сплавов на основе меди могут входить, кроме меди, Zn, Ni, Fe, Mn, Sn, Pb, Bi, Si, P, Sb, Al, Be. Из всех этих металлов только Be.в бериллиевых бронзах не определяется методом РФА.
Методы РФА сплавов на основе меди (бронз и латуней) изложены в в различных нормативных документах. Часть из них приведена ниже:
- ГОСТ 30609-98 Латуни литейные. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.
- ГОСТ 20068.4-88. Бронзы безоловянные. Метод рентгеноспектрального флуоресцентного определения алюминия
- ГОСТ 30608-98. Бронзы оловянные. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.
В состав алюминиевых сплавов могут входить Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Zr, Sn, Pb.
Следует отметить, однако, что в сплавах цветных металлов, часто содержащих свинец, способ фундаментальных параметров может иметь существенные погрешности из-за микроабсорбционной неоднородности (свинец плохо растворим в меди и алюминии, образуя отдельные включения). В связи с размазыванием мягкого свинца по поверхности при подготовке проб сплавов цветных металлов используется не шлифовка, а токарная обработка.
РФА является также одним из основных методов анализа сплавов редких металлов, в состав которых могут входить Al, Ti, V, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Nb W, Re и ряд примесей. Методы РФА сплавов редких металлов изложены в нормативных документах:
- ГОСТ 28817-90. Сплавы твёрдые спеченные. Рентгенофлуоресцентный метод определения металлов.
- ГОСТ 25278.15-87. Сплавы и лигатуры редких металлов. Рентгенофлуоресцентный метод определения циркония, молибдена, вольфрама и тантала в сплавах на основе ниобия.
- ASTM B890 – 07(2012). Стандартный метод определения металлических компонентов сплавов вольфрама и твёрдых сплавов вольфрама с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
- ASTME539-07. Стандартный метод проведения рентгенофлуоресцентного анализа алюмованадиевых сплавов титана.
- ASTM E2465-06. Стандартный метод анализа сплавов на никелевой основе с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
Как и в случае сталей, для сплавов цветных металлов выполняется РФА по ходу плавки, маркировочный анализ готового продукта и входной контроль с использованием различных аналитических методик.
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7(М) и ДРОН-8
Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7М и ДРОН-8 успешно применяются для качественного и количественного анализа фазового состава цветных и черных металлов и сплавов, в том числе для определения остаточного аустенита в высокоуглеродистых сталях; для контроля отходов (шлаков) металлургического производства; для исследования текстур в металлопрокате и для анализа остаточных напряжений в металлоконструкциях.
Ювелирные сплавы.
Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F
Применение РФА для анализа ювелирных сплавов и изделия из них на энергодисперсионном рентгеновском спектрометре Shimadzu, аналогичном БРА-135, описано в Application Note сайта фирмы. Определялись Co, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au. Содержания благородных металлов в исследованных изделиях составляли от 7 до 85%. Измерения выполнялись с циркониевым фильтром при коллимации первичного излучения 1 мм. Погрешность анализа составляла от 0.7 до 0.25%. В работе А.В.Фесенко и Н.Г.Миловзорова [Рос. хим. ж., 2002, т. XLVI, №4, с.81-87.] сопоставлены возможности существующих методов анализа сплавов золота, включая РФА. Общие требования к анализу благородных металлов и их сплавов изложены в стандарте [ГОСТ Р 52599-2006. Драгоценные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа].
Машиностроение
Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F
Первым и одним из наиболее важных этапов применения РФА является входной контроль всех поступающих на машиностроительное предприятие металлов и сплавов. К сожалению, этим этапом часто пренебрегают, полагаясь на сопроводительную документацию предприятия-поставщика. При этом изредка встречающиеся ошибки выясняются только при отказах готовых изделий, что приводит к существенным убыткам. Типичным примером этого является поставка Ленинградскому механическому заводу в 1979 г. труб из углеродистой стали, без входного контроля использованных для изготовления роликов эскалаторов, вместо труб из хромистой стали. Ошибка выяснилась только тогда, когда были проанализированы несколько треснувших роликов.
Аналогичные случаи имели место даже в аэрокосмической промышленности США и СССР.
Входной контроль сплавов может быть выполнен с помощью РФА аналогично маркировочному анализу поставщика, или, поскольку образцы всех используемых на предприятии сплавов имеются, с помощью разработанной в НПП ”Буревестник” программы ИДЕНТИФИКАЦИЯ-W. Более сложен случай, когда деталь сомнительного состава уже включена в состав готового изделия.
Иногда для контроля состава такой детали можно использовать ручные портативные РФ спектрометры на основе ППД, однако более универсальным методом является обработка детали шлифовальной шкуркой. Следы сплава, оставшиеся на шкурке, можно сопоставить со шкуркой, которой обработан образец требуемой марки сплава с помощью спектрометра БРА-135 и программы ИДЕНТИФИКАЦИЯ-W.
Другой важной задачей, решаемой энергодисперсионными рентгеновскими спектрометрами в машиностроении, является контроль толщины и состава покрытий. Некоторые нормативные документы по этой тематике приведены ниже:
- ASTM B568-98(2009). Стандартный метод измерения толщины покрытия рентгеновской спектрометрией.
- ISO 3497:2000 Покрытия металлические. Измерение толщины покрытия. Спектрометрические рентгеновские методы.
- JIS H 8501-1999 Методы испытания толщины металлических покрытий.
В зависимости от состава покрытия и подложки, контроль толщины покрытий может быть выполнен в пределах от десятых и сотых долей микрона до десятков микрон. Экспериментальный образец рентгеновского энергодисперсионного толщиномера золотых покрытий был изготовлен в НПП еще 1974 г. и опробован на золотых покрытиях одного из часовых заводов. Выяснилось, что в ряде случаев толщина покрытий доходила до 4 мкм вместо 10 мкм по ТУ.
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8
При производстве турбинных лопаток для авиадвигателей во всем мире широкое применение получил метод направленной кристаллизации на затравках, позволяющий получать бездефектные монокристаллические лопатки из жаропрочных сплавов. Для анализа ориентации затравок и выращенных лопаток с успехом применяется рентгенодифракционный метод, реализуемый на дифрактометрах ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 при работе в режиме разбраковщика.
Этот же метод можно применять для контроля ориентации монокристаллических отливок в машиностроительном производстве.
Большое распространение в машиностроении также получил рентгенодифракционный метод анализа остаточных напряжений в различных деталях машин и механизмов.
металлургия | Определение и история
Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.
Ранняя разработка
Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь – нет, и важным шагом на пути к эпохе металлов было открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа – медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры. Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании.Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах, превышающих 700 ° C (1300 ° F), в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.
Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и выветрившимися продуктами таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасСодержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, практически не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова – другими словами, настоящая бронза – появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Ценность олова могла быть открыта благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.
Несмотря на то, что бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении минералов, содержащих мышьяк.
По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высокого металлургического мастерства, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.
Невозможно провести резкое разделение между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание монооксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до н. Э., Датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.
После того, как была установлена связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в виде флюса, естественно последовала работа печей для производства одного железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. В довольно широких масштабах превратилось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., Вместе с рядом железных предметов.
Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) в то время была недостижима, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных шариков металла, смешанных с полужидкий шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.
На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах – около 1200 ° C (2200 ° F) – при восстановлении древесным углем получалось почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение в оружии и инструментах, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи усовершенствованный с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это приводило к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затрудняло определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.
Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.То, что, кажется, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F) – температуре, которая достигается естественным путем при простом огне. Эта практика распространена в некоторых частях Африки даже сегодня.
К 1000 году до нашей эры железо стало известно в Центральной Европе. Его использование медленно распространилось на запад. Производство железа было довольно широко распространено в Великобритании во время римского вторжения в 55 г. до н. Э. В Азии железо было известно еще в древности, в Китае около 700 г. до н. Э.
металлургия | Определение и история
Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.
Ранняя разработка
Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь – нет, и важным шагом на пути к эпохе металлов было открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа – медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры. Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании.Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах, превышающих 700 ° C (1300 ° F), в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.
Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и выветрившимися продуктами таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасСодержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, практически не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова – другими словами, настоящая бронза – появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Ценность олова могла быть открыта благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.
Несмотря на то, что бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении минералов, содержащих мышьяк.
По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высокого металлургического мастерства, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.
Невозможно провести резкое разделение между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание монооксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до н. Э., Датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.
После того, как была установлена связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в виде флюса, естественно последовала работа печей для производства одного железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. В довольно широких масштабах превратилось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., Вместе с рядом железных предметов.
Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) в то время была недостижима, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных шариков металла, смешанных с полужидкий шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.
На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах – около 1200 ° C (2200 ° F) – при восстановлении древесным углем получалось почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение в оружии и инструментах, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи усовершенствованный с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это приводило к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затрудняло определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.
Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.То, что, кажется, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F) – температуре, которая достигается естественным путем при простом огне. Эта практика распространена в некоторых частях Африки даже сегодня.
К 1000 году до нашей эры железо стало известно в Центральной Европе. Его использование медленно распространилось на запад. Производство железа было довольно широко распространено в Великобритании во время римского вторжения в 55 г. до н. Э. В Азии железо было известно еще в древности, в Китае около 700 г. до н. Э.
металлургия | Определение и история
Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.
Ранняя разработка
Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь – нет, и важным шагом на пути к эпохе металлов было открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа – медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры. Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании.Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах, превышающих 700 ° C (1300 ° F), в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.
Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и выветрившимися продуктами таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасСодержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, практически не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова – другими словами, настоящая бронза – появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Ценность олова могла быть открыта благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.
Несмотря на то, что бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении минералов, содержащих мышьяк.
По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высокого металлургического мастерства, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.
Невозможно провести резкое разделение между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание монооксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до н. Э., Датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.
После того, как была установлена связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в виде флюса, естественно последовала работа печей для производства одного железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. В довольно широких масштабах превратилось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., Вместе с рядом железных предметов.
Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) в то время была недостижима, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных шариков металла, смешанных с полужидкий шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.
На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах – около 1200 ° C (2200 ° F) – при восстановлении древесным углем получалось почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение в оружии и инструментах, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи усовершенствованный с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это приводило к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затрудняло определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.
Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.То, что, кажется, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F) – температуре, которая достигается естественным путем при простом огне. Эта практика распространена в некоторых частях Африки даже сегодня.
К 1000 году до нашей эры железо стало известно в Центральной Европе. Его использование медленно распространилось на запад. Производство железа было довольно широко распространено в Великобритании во время римского вторжения в 55 г. до н. Э. В Азии железо было известно еще в древности, в Китае около 700 г. до н. Э.
определение в Кембриджском словаре английского языка
Мужчины-профессора прямо комментируют металлургия как «мужское поле» и пытаются публично унизить наших немногочисленных женщин-профессоров в классе. Конечно, есть женщины-мастерицы, которые любят работать с вещами и с удовольствием берут на себя такие профессии, как слесарь трубопроводов и металлургия .Я бы хотел увидеть обратное в том, как металлургия воспринимается в университетах. В других регионах мира исследователи добились больших успехов в решении вопросов, касающихся социального, экономического и политического контекста металлургии .Они могут быть не в состоянии идентифицировать экспертов как металлургов или охарактеризовать параметры металлургия как область исследования. Масштабы производства были относительно небольшими, учитывая узкоспециализированный характер металлургии .Например, деталь может быть изготовлена методом литья или методом порошковой металлургии , но не обоими способами (подробнее об этом позже). Хотя в частном секторе работало хороших специалистов по металлургии, специалистов, специалистов по металлургии и не были включены в 1955 году в университетские программы, за исключением некоторых спорадических курсов аспирантуры.Вполне вероятно, что такая же динамика относилась и к другим предметам роскоши, таким как тонкая гранильная обработка и металлургия . Предметы из медно-мышьяковистого сплава практически отсутствуют в репертуаре этих металлургических предприятий.Связь с химией, , металлургией, и машиностроением была обязательством для конденсированных сред с самого начала. Вместо того, чтобы сосредоточиться на создании лаборатории ядерной металлургии , он решил создать исследовательскую лабораторию металлургии, способную решать более общие задачи.Например, рассмотрим два производственных процесса: порошковая металлургия , и литье. В промышленном секторе правительство стремилось приватизировать свои активы в легкой промышленности, сохраняя при этом контроль над тяжелой промышленностью, такой как нефтехимия, , металлургия, и автомобилестроение.Представление является очень общим, так как цель состояла в том, чтобы создать представление для всех знаний об алюминиевых сплавах и металлургии , имеющих отношение к процессу проектирования.Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.
Определение металлургии
Металлургия – это наука и изучение металлов, особенно вовлечение сварки. Перед сваркой каждый должен знать основы металлургии. Когда сварка, вы можете изменить сталь, над которой вы работаете, что отрицательно повлияет на нее. А хороший пример – нержавеющая сталь, легированная хромом, чтобы сделать ее устойчивой к ржавчине, и никель, чтобы усложнить.Если при сварке выжечь хром из стали, тогда он заржавеет. Нержавеющая сталь также очень легко деформируется от тепла, если соблюдать меры предосторожности. не берутся.
Многие люди будут слишком много думать о совместном мышлении. чем больше, тем лучше. На самом деле больше может быть хуже из-за дополнительного тепла. Ты также тратят время и материалы, тратя зря деньги. Изучение металлургии позволит поможет узнать, какое количество наплавленного металла следует наплавить.
Сварка металлургия включает химические, механические и физические свойства металлов.
Химическая промышленность – Один из видов химической металлургии, о котором почти все слышали, – это ржавчина. Ржавчина окисление металла, или когда кислород проникает в металл и разъедает его. Там также коррозия, когда атмосфера уносит металл впустую. А в сварке мы связаны с восстановлением, то есть удалением кислорода из расплавленной лужи.
КИСЛОРОД ВЛИЯЕТ НА СВАРОЧНЫЙ БАССЕЙН НЕПРАВИЛЬНО! МЫ ХОЧЕМ БЕЗ КИСЛОРОДА ИЗ НАШЕЙ РАСПЛАВЛЕННЫЙ СВАРОЧНЫЙ БАССЕЙН!
Механика – Механическая металлургия включает в себя способ, которым металл действует под напряжениями и нагрузками.Сварочные стержни пронумерованы первым 2 или 3 числа, указывающие предел прочности стержня на квадратный дюйм наплавленного материала. металл. Прочность на разрыв – это способность сопротивляться растяжению. Есть множество различных нагрузок и напряжений, включая хрупкость, вязкость, пластичность, пластичность, пластичность, сдвиг и другие.
Physical – Физические свойства В металлургии металлы подвергаются воздействию тепла при сварке. Размер зерен влияет на прочность металлов, а размер зерна может повлиять на сварку.Хорошему сварщику необходимо знать теплопроводность, температуру плавления и зернистость. характеристики металла, на который они будут сваривать.
Один из первых То, что изучают в металлургии, – это атомная структура металлов. Эти структуры состоят из разных «пространственных решеток», которые образуют разные кристаллы. После того, как вы получите общее представление о различных структурах металлов, это поможет вам чтобы понять, какие изменения претерпевают металл и сталь при нагревании.
В процессе обучения металлургии мы обнаруживаем, что углерод играет большую роль в прочности стали, которую мы приварить. Сталь становится тверже за счет добавления большего количества углерода, но чем больше добавляется углерода также делает его менее пластичным, а значит, более хрупким. Бывают низкоуглеродистые, средние и высокоуглеродистые. стали, применяемые в промышленности. Чем больше углеродистой стали, тем труднее сваривать это будет.
Большинство любителей будут использовать низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода около 30%. в этом.
Существуют технические журналы, учебники и бесчисленное множество Интернет-ресурсов.
доступны сайты, помогающие с изучением металлургии.Чем больше вы узнаете о
чем сталь вы свариваете, тем лучше вы будете сварщиком!
определение в Кембриджском словаре английского языка
Спрос на металлургический уголь увеличился за счет роста производства стали в стране. Исследователи также считают, что этот подход более эффективен и точен, чем традиционные металлургические исследования , которые обеспечивают только приближения трехмерной кристаллической структуры.Это свидетельство, по его словам, было получено из металлургического анализа «башмака», нижней части руля, который был сильно отломан от руля. В законопроекте основное внимание уделяется использованию угля для производства электроэнергии; производство угля для металлургических целей освобождено от уплаты налога.Мировой эталон металлургического угля упал до самого низкого уровня за десятилетие, установившись в прошлом месяце на уровне 89 долларов за метрическую тонну. В то время как металлургический уголь прибавил более 80 процентов в этом году, есть ожидания, что рост может прекратиться.Они предоставляют весьма полезные данные, дополняющие посмертные металлургических наблюдений . Эти металлургические наблюдения могут быть коррелированы с историей напряжений в материале.В этой статье описывается представление декларативных металлургических знаний . В качестве альтернативы, они могут стоять сами по себе как образцы металлургических экспериментов , и, опять же, некоторые из них, вероятно, были предназначены для повторного изготовления.Он ушел в 1954 году, чтобы принять участие в создании одной из первых частных лабораторий, предназначенных для помощи металлургической и отечественной машиностроительной промышленности. Обычно этого нельзя достичь с помощью обычных металлургических методов , поскольку некоторые требования противоречат друг другу.В этой статье было описано представление металлургической базы знаний . Их присутствие предполагает, что продукты металлургических экспериментов циркулировали за пределами мест с явным свидетельством металлургической деятельности .Металлические артефакты были прочно связаны с идеологией элиты, но не все металлургических предприятий находились под прямым контролем элиты.Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.
Определение металлургии в истории искусств, всемирной истории.
Примеры металлургии по тематикам:
Металлургия
- Экстрактивная металлургия – это исследование процессов, используемых при разделении и обогащении сырья.
- Экстрактивная металлургия – это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных необработанных металлов в более чистую форму.
- Практика добычи полезных ископаемых Металлургия почти всегда включает вклад других научных областей, таких как аналитическая химия и минералогия.
- Иногда добыча металлургия производит готовый продукт, но чаще он производит форму, требующую дальнейшей физической обработки.
- Область экстрактивной металлургии охватывает множество специализированных дисциплин, каждая из которых связана с различными физическими и химическими процессами, которые являются этапами в общем процессе производства определенного материала.
Добывающая металлургия
- Добыча Металлургия относится к различным процессам, используемым для извлечения ценных металлов из добытых руд.
- Экстрактивная металлургия – это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных необработанных металлов в более чистую форму.
Достижения в металлургии бронзового века
- Важным событием эпохи бронзы было развитие металлургии , которое привело к открытию бронзы.
- Первое свидетельство этой добывающей металлургии датируется сербскими памятниками пятым и шестым тысячелетиями до нашей эры.
Введение в обеспечение
- Полет Райтов с двигателем зависел от наличия двигателей внутреннего сгорания, велосипедов, ткани, планеров, металлургии, и множества других вещей.
Микенская металлургия
- Перечислите предметы, найденные в микенских захоронениях, которые демонстрируют микенское мастерство в металлургии .
Насколько успешны эко-индустриальные парки?
- (Юрки, Хейно и Туомо, Коскенкари, «Промышленная экология в металлургии Промышленность: промышленная экосистема Харьявалты») Эко-индустриальные парки, похоже, обладают устойчивостью.
Археология
- Археология также проливает свет на многие технологические достижения человечества, такие как способность использовать огонь, развитие каменных инструментов, открытие металлургии, , зарождение религии и создание сельского хозяйства.
Керамика и бронза периода Яёй
- Методы металлургии , основанные на использовании бронзы и железа, также были внедрены в Японию в этот период.
Искусство бронзового века
- Этот период закончился дальнейшими достижениями в металлургии , такими как способность плавить железную руду.
- Бронзовый век в Ирландии начался примерно в 2000 году до нашей эры, когда медь была легирована оловом и использовалась в основном в области металлургии .
Цивилизация долины Инда
- Жители древней долины Инда разработали новые и известные методы в ремеслах, металлургии, , торговле и транспорте, системах измерения и городском планировании.