ВВЕДЕНИЕ

Металлургическое предприятие как производственная система включает средства труда как кооперацию (систему) машин, рабочую силу как кооперацию рабочих или систему совместного труда, экономику как систему экономических отношений внутри и вне предприятия и систему управления.

Весь процесс в целом как система сложной кооперации людей и применяемых ими машин, производственных подразделений является предметом теории организации производства.

Под организацией производства следует понимать систему научно обоснованных мер, направленных на создание наиболее рациональной структуры предприятия и его подразделений, на целесообразное сочетание и соединение во времени и пространстве трудовых и технологических процессов, а также средств производства с целью эффективного выполнения плановых заданий и достижения наилучших конечных результатов. Таким образом, в пределах предприятия организуется единый производственный процесс, представляющий собой систему взаимосвязанных, целенаправленных технологических и трудовых процессов.

ГЛАВА 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ОРГАНИЗАЦИЯ

1.1 Сущность, особенности и классификация производственных процессов

Основой деятельности предприятия любой промышленной отрасли является производственный процесс. В самом общем виде слово «процесс» выражает развитие, ход развития, динамику, изменения. В этом свете процесс (процесс производства) представляется цепью последовательных изменений положения или состояния какого-либо предмета, явления, в которых систематически проявляются определенные объективные закономерности. Следовательно, в любом производстве выразителем процесса является та или иная целенаправленно движущаяся, т.е. функционирующая система, а сам процесс представляет последовательную смену состояний системы в координатах времени и пространства.

Под функционирующими системами в производстве следует понимать комплексы производственного оборудования, сырья, материалов, энергоносителей, транспортных средств, а также людей, непосредственно участвующих в системе в качестве исполнителей или управляющих ею по заранее разработанным ими программам.

Систематическое и целенаправленное изменение количественных и качественных характеристик указанных комплексов под воздействием труда людей и используемых ими сил для получения заданных программой продуктов и представляет производственный процесс. Таким образом, производственный процесс на промышленном предприятии можно охарактеризовать как органически и системно увязанную совокупность трудовых, естественных и автоматических процессов, направленных на превращение исходных материалов в готовую продукцию.

Естественные процессы в данном случае понимаются как процессы, протекающие под воздействием сил природы без непосредственного участия в них человека. В черной металлургии к естественным процессам относятся различные физико-химические и физико-механические процессы – расплавление, кристаллизация, окисление, восстановление, нагрев, остывание, спекание, автоматизированные процессы деформации металла и др. Определяющими в производственном процессе являются трудовые процессы.

Исходя из приведенной характеристики и определения понятия производственного процесса, следует вывод о том, что именно производственный процесс является непосредственным и главным объектом организации и управления на промышленном предприятии.

Организация производственного процесса предусматривает наиболее рациональное сочетание во времени и пространстве труда человека с вещественными элементами производства. Конечной целью организации производственного процесса является обеспечение неуклонного роста объема производства, всемерное снижение затрат всех видов, достижение высокого качества продукции.

Современная отечественная черная металлургия являет­ся высокоразвитой в техническом отношении комплексной промышленной отраслью. На основе специализации, комбинирования и кооперирования ряда производств других отраслей промышленности она включает в себя разнообразные, но органически связанные технологиче­ским, энергетическим, организационным и экономичес­ким единством предприятия начиная от рудников и карь­еров по добыче рудных и нерудных сырья и материалов и кончая цехами и заводами по производству кокса, раз­личных химических продуктов, готового проката, мети­зов промышленного назначения и товаров народного потребления. В таком комплексе главная роль принад­лежит ведущему производству - производству чугуна, ста­ли, проката. Все остальные цехи и предприятия отрасли призваны материально обеспечить бесперебойный ход основного производства либо перерабатывать его отходы и побочные продукты.

Металлургическое производство и технологические процессы имеют ряд своих специфических особенностей, существенно отличающих их от других промышленных производств и накладывающих соответствующий отпеча­ток на требования к формам и методам организации производства.

К числу важнейших отраслевых особенностей совре­менного металлургического производства относят комплексность и структурную сложность совре­менных металлургических предприятий; высокую степень концентрации производства; масштабность и массовость производства; многостадийность технологии и высокую материалоемкость; энерготехнологическую связь основ­ных переделов.

Указанные особенности металлургического производ­ства носят главным образом отраслевой характер или характеризуют предприятие в целом как систему. Учет этих особенностей важен. Но еще более необходимым является рассмотрение специфических черт конкретных металлургических производственных процессов внутри предприятия на различных переделах с целью определе­ния в дальнейшем их структуры, организационных форм, методов их исследования и организации.

Рассмотренные особенности металлургических про­изводственных процессов свидетельствуют о том, что они носят гетерогенный, т. е. неоднородный характер и от­личаются в связи с этим большим разнообразием, слож­ностью и комплексностью. С целью систематического изучения, анализа, нормирования и совершенствования организации производственных процессов необходима их классификация. Производственные процессы на ме­таллургических предприятиях как системы в зависимос­ти от цели их исследования можно классифицировать в различных аспектах с различных позиций.

По отношению к выпуску готовой основной (конеч­ной) продукции и технологической значимости производ­ственные процессы подразделяются на основные, вспо­могательные, подсобные и побочные.

Основные - это процессы качественного, т. е. физи­ко-химического или физико-механического изменения предмета труда, направленные на получение полуфабри­катов и готовой конечной продукции (чугуна, стали, про­
ката, труб, метизов).

Вспомогательные - процессы, имеющие своим назна­чении обслуживание и обеспечение бесперебойного про­текания основных процессов (материально-техническое обеспечение, ремонты, транспорт).

Подсобные процессы направлены на добычу и подго­товку исходного сырья и материалов, производство тех­нологического топлива (агломерата, кокса, огнеупоров).

Побочные - это процессы изготовления различных видов продукции из отходов основного производства (кирпича, шлакобетона, цемента, изделий народного по­требления из металлообрези в прокатном производстве и др.).

В зависимости от способов воздействия на предметы труда, уровня технической оснащенности процесса и сте­пени участия в нем рабочего производственные процессы подразделяются на ручные, машинно-ручные, машинные, аппаратурные.

Ручные процессы осуществляются рабочим без помо­щи механизмов с применением простых инструментов и приспособлений (молоток, напильник, зубило, тиски и др.), направлены главным образом на перемещение пред­мета труда или изменение его формы.

Машинно- ручные процессы выполняются машинами или механизмами при непосредственном участии в них рабочих. В таких процессах одновременно или со сдви­гом во времени используются энергия машины и усилия рабочего. Примерами таких процессов могут служить прокатка на не полностью механизированных станах, обработка деталей на станках при ручной подаче, уста­новке заготовки и съеме готового изделия. Машинные процессы направлены как на изменение качества, так и главным образом на изменение формы предмета труда; выполняются с помощью специализиро­ванных машин, полностью механизированных или авто­матизированных. Роль рабочего в таких процессах за­ключается в осуществлении функций контроля и управ­ления.

Аппаратурные - химические и физико-химические про­цессы, направленные на изменение качественных при­знаков и свойств предмета труда и протекающие в спе­циальных агрегатах (доменных, мартеновских и элек­тросталеплавильных печах, конвертерах), оснащенных специальными механизмами и средствами управляющей автоматики. В аппаратурных процессах в функции ра­бочих входят контроль и управление работой агрегатов.

С позиций непрерывного совершенствования органи­зации производства рассмотренная классификация игра­ет существенную роль при проектировании технических мероприятий по механизации и автоматизации производ­ственных процессов, планировании подготовки квалифи­цированных рабочих кадров, при аттестации рабочих мест и разработке- планов НОТ, внедрении прогрессив­ных систем оплаты труда.

По характеру движения предмета труда во времени процессы делятся на непрерывные, полунепрерывные, прерывные (дискретные).

Непрерывные - это процессы, в которых на протя­жении установленного периода времени (час, смена, сут­ки, год и более) происходит непрерывное превращение исходных материалов или полуфабрикатов в готовую про­дукцию. Примерами непрерывных процессов являются процессы, протекающие внутри доменных печей, на ста­нах бесконечной прокатки, а также внутрицикловые про­цессы на МНЛЗ, непрерывных прокатных станах, стале­плавильных агрегатах. При прочих равных условиях наиболее производительными являются непрерывные про­цессы, так как здесь практически все рабочее время за­трачивается на изготовление продукции. Поэтому техно­логическая непрерывность процесса вызывает необходи­мость создания стабильных условий работы агрегата, а также обеспечения организационной непрерывности и поточности процесса.

Полунепрерывные - это процессы, в которых циклы операций по характеру технологии обработки предметов труда отделены друг от друга, а по принципу действия агрегата могут осуществляться непрерывно. Примерами агрегатов, в которых могут осуществляться полунепре­рывные процессы, служат конвертеры, мартеновские и электрические ночи.

Прерывные (дискретные) или периодические процес­сы отличаются тем, что в них циклы операций по харак­теру технологии обработки предметов труда разделены межцикловыми интервалами и действие агрегата (маши­ны) также протекает периодически с соответствующими интервалами.

По характеру протекания во времени производствен­ные процессы, а также части их подразделяют на цик­лические и нециклические.

Циклическими называются процессы, систематически повторяющиеся при получении каждой единицы продук­ции. Циклические процессы направлены непосредствен­но на обработку предмета труда или осуществление тех функций, которые способствуют выполнению основной задачи данного цеха или агрегата.

Нециклическими являются процессы, возникающие во времени периодически или эпизодически. Такие про­цессы обычно связаны с обслуживанием агрегатов и ра­бочих мест. Примером их могут служить перевалка вал­ков, ремонт оборудования, заправка инструмента и т. п.

В связи с тем что основная продукция производится в ходе циклических процессов, общая организационная задача при исследовании и проектировании производст­венных процессов заключается в максимальном сокра­щении нециклических процессов (без ущерба их каче­ству) и в увеличении в результате этого доли цикличе­ских.

Связь между производительностью агрегата (участ­ка) и затратами времени на циклические и нецикличес­кие процессы может быть представлена следующей фор­мулой:

где Р - производительность агрегата (участка), т;

Т -заданное календарное рабочее время, сут, смена, ч, мин, с;

Суммарное время нециклических процес­сов в течение заданного календарного рабочего времени, ч (мин, с);

Суммарное время перерывов в течение календарного рабочего времени, ч (мин, с);

t ц - дли­тельность цикла обработки единицы продукции, ч (мин,с).

При делении процессов на циклические и нецикли­ческие особое внимание уделяют затратам времени на перерывы и нециклические операции для принятия тех­нических и организационных мер по их всемерному со­кращению.

По степени возможности непосредственного наблю­дения за ходом производственных процессов с целью их изучения и регулирования они дифференцируются на процессы закрытые, открытые и полузакрытые. Рассмат­риваемый классификационный признак важен для вы­бора методов исследования при проектировании и ана­лизе организации производственных процессов.

Закрытыми являются физико-химические процессы, происходящие в закрытых агрегатах, изменение предме­тов труда в которых не поддается непосредственному (ви­зуальному) наблюдению (процесс в доменных печах). Исследовать ход закрытых процессов можно по ряду косвенных признаков, фиксируемых контрольно-измери­тельными приборами, а также химанализом и температу­рой чугуна, химанализом шлака, его вязкостью, давле­нием, составом и температурой колошникового газа и др.

Открытыми являются процессы, не связанные с фи­зико-химическими превращениями, а изменения предме­тов труда при этом поддаются непосредственному наблю­дению. К ним относятся посадка заготовок в печь, уста­новка изложниц, отделочные работы в прокатных цехах, транспортировка и др. К числу открытых процессов мож­но отнести прокатку металла, хотя изменение внутренней структуры металла при его обжатии и вытяжке не под­дается непосредственному наблюдению.

Полузакрытыми являются процессы, в которых каче­ственное изменение предметов труда поддается лишь частичному наблюдению, например, плавка стали в мар­теновской печи.

По характеру производственных связей между агре­гатами и участками имеют место процессы связанные (многоступенчатые) и замкнутые (одноступенчатые).

К связанным относятся процессы, в которых резуль­тат труда одного производственного участка является не­посредственным исходным предметом труда другого уча­стка вследствие характера технологии и организации протекания процесса. В основном металлургическом про­изводстве все процессы связаны: доменные печи обеспе­чивают сталеплавильные агрегаты жидким чугуном, ста­леплавильные - горячими слитками прокатные цехи. Систематическое обеспечение указанных связей во вре­мени и объемах - залог ритмичной работы металлурги­ческих предприятии. Для этого при проектировании ор­ганизации связанных процессов необходимо строить графики протекания процесса не только по каждой от­дельной ступени, но и комплексные графики, предусмат­ривающие согласование и увязку работы всех взаимо­связанных звеньев внутри цеха и между цехами.

Замкнутые - это процессы, в которых результат тру­да на том или ином производственном участке является конечным и непосредственно не связан с последующими процессами. Примерами замкнутых процессов могут быть работа доменных печей и разливочных машин при отправке чушкового чугуна на склад, то же при отправке слитков из сталеплавильных цехов на склад слитков, финишная обработка детали на станке.

По виду движения предмета труда в процессе, т. е. по способу передачи его от одной операции к другой, раз­личают процессы с последовательным протеканием, па­раллельным и параллельно-последовательным. Рассмат­риваемый классификационный признак с точки зрения организации производства является весьма важным, так как в значительной мере определяет производительность производственного процесса.

Последовательный вид движения предмета труда ха­рактеризуется тем, что при изготовлении партий изделий (слитков, заготовок, готового проката) либо отдельных единиц (целой плавки в многоступенчатом технологиче­ском процессе) каждая последующая операция начина­ется только после выполнения предыдущей.

При параллельном виде движения каждая последую­щая операция или единица изделия может осуществлять­ся или обрабатываться до окончания предыдущей с большим или меньшим сдвигом во времени, например прокатка на многоклетьевых станах "линейного и после­довательного расположения.

При параллельно-последовательном способе сочетания движения (выполнения операций) передача предмета труда на последующую операцию производится частич­ными партиями до окончания обработки всей партии на предыдущей ступени. Примером этого вида процесса яв­ляется разливка плавки стали из двух ковшей в два полусостава с последующей передачей их в стрипперное отделение.

1.2 Структура производственных процессов и методы повышения их

производительности

Результаты производственной деятельности металлурги­ческих предприятий, направления и методы совершенствования технологии и организации производства непос­редственно связаны со структурой основных производ­ственных процессов.

Многообразные особенности металлургических про­цессов характеризуют их как сложные в структурном от­ношении процессы, состоящие из большого количества взаимосвязанных частичных процессов, протекающих пос­ледовательно и параллельно на ряде участков производ­ства. В технологическом и организационном отношениях производственный процесс на металлургическом пред­приятии имеет принципиально общую иерархическую структуру (рисунок 1), различными уровнями которой яв­ляются стадии процесса, ступени, операции. Последние в свою очередь имеют собственную «микроструктуру», включающую в себя различные переходы, приемы, дей­ствия, движения.

	Производственный процесс

Стадии процесса

Ступени процесса

Операции процесса

Рисунок 1 - Схема структуры производственного процесса на металлургическом предприятии

Поскольку любой производственный процесс совершается в координатах пространства и времени, постоль­ку структура его наряду с технологией определяется так­же и факторами, связанными с размещением оборудова­ния, транспортными коммуникациями и временными характеристиками его протекания.

Таким образом, ступень представляет часть производ­ственного процесса, включающую в себя регламентиро­ванный комплекс технологически однородных производ­ственных операций. Комплексы операций осуществляются рабочими на отдельных агрегатах или специализиро­ванных участках цеха. Характер операций, их содержа­ние, последовательность и методы выполнения определя­ются конечным производственным заданием для каждого агрегата или участка цеха.

В доменных цехах участками (ступенями) процесса производства являются: рудный двор с бункерной эста­кадой, доменные печи, участок уборки продуктов плав­ки вместе с ковшевым хозяйством, грануляционный бас­сейн, шлаковый отвал, разливочные машины.

В мартеновских выделяют следующие участки: шихтовый двор, печной пролет, разливочный пролет, стрипперное отделение, отделения подготовки составов, склад холодных слитков.

В прокатных цехах участками являются: склад ме­талла, участок нагрева (колодцы, методические печи), прокатные станы, отделочные отделения (адъюстаж), склад готовой продукции.

Ступени производства неравнозначны при изучении их с различных позиций. Поэтому среди всех ступеней процесса с точки зрения организации производства выделяется основная ступень - ступень, на которой непосредственно осуществляется основной технологический процесс производства, т. е. процесс по качественному из­менению предмета труда и превращению его в готовую продукцию. В металлургическом производстве основны­ми его ступенями являются: доменные, мартеновские и электросталеплавильные печи, конвертеры, обжимные и чистовые прокатные станы.

Основные ступени в общей цепи производства опреде­ляют временные и объемные характеристики процесса на всех остальных его ступенях, а также в обслуживающих их цехах и хозяйствах.

С позиции последовательности размещения в общем процессе различают входную, промежуточную, выход­ную ступени. Такая позиция важна для определения ма­териальных и организационных связей по всем парамет­рам между выходными потоками предыдущей стадии или ступени и входными потребностями и возможностя­ми последующих.

Очень важной с позиции скоростей протекания про­цесса и темпов изготовления готовой продукции являет­ся заключительная - выходная ступень. Не являясь ос­новной ступенью, она своими действиями корректирует во времени работу всех предыдущих, в том числе и ос­новных ступеней, уменьшая или увеличивая сдачу на последующую стадию произведенных полуфабрикатов или готовой продукции. В рассматриваемом аспекте вы­ходная ступень в производственном процессе цеха явля­ется весьма ответственной, задающей ритм его работы.

С позиций производственных возможностей «узкая» ступень - это такая ступень, которая по уровню интен­сивности своей работы не удовлетворяет требованиям ведущей основной ступени. Изучение производственного процесса на «узких» ступенях позволяет установить при­чины их низкой производительности и наметить меры по повышению их производственных возможностей.

Непосредственное осуществление производственного процесса на каждой его ступени достигается выполнени­ем соответствующих операций. Операция - это закон­ченная на данной ступени часть производственного про­цесса, характеризующаяся единством технологических признаков, выполняемая одним или несколькими рабо­чими на определенном рабочем месте специализирован­ными средствами труда.

При уже сложившемся пространственном размещении основного и вспомогательного стационарного обору­дования в том или ином цехе особый интерес с позиций наиболее эффективного его использования представляет построение производственного процесса во времени. Эф­фективность построения процесса во времени определяется его организационной структурой, зависящей от вида и степени сложности самого процесса и продолжитель­ности производственного цикла. В наиболее общем виде длительность производственного цикла представляет пе­риод времени между запуском исходных материалов или полуфабрикатов в производство и выпуском его в виде готового продукта, например период времени между за­дачей заготовки в рабочую клеть прокатного стана и вы­ходом из нее готового проката.

Следует различать продолжительность производст­венного цикла изготовления единичного изделия, напри­мер стального листа из сляба, подготовки одиночного поддона с изложницами на сталеразливочном составе и др., а также партии изделий (разливка плавки в излож­ницы, поплавочный нагрев слитков в колодцах и после­дующая прокатка их на обжимном стане, подготовка под плавку сталеразливочного состава, погрузка шихтового, мульдового состава и т. д.). Таким образом, производст­венный цикл представляет замкнутый комплекс опера­ций или работ, осуществляемых в определенной после­довательности во времени над каждой (многими) еди­ницей продукции.

Производственный цикл имеет место на всех уровнях, т. е. стадиях и ступенях производства, различаясь при этом содержанием работ и пространственно-времен­ной масштабностью. Так, на каком-либо рабочем месте, агрегате производственный цикл во времени совпадает или просто является рабочим циклом (плавка стали, про­ката каждого слитка или заготовки и т. д.). В масштабе цеха производственный цикл включает в себя комплекс частичных циклов всех ступеней производства. Если на какой-либо ступени процесса в течение каждого рабочего цикла обрабатывается единица продукции, то в цехе (стадии) в течение всего производственного цикла параллельно могут проходить обработку многие единицы или партии продукции (конвертерные и мартеновские плавки, нагрев слитков в колодцах и др.). В масштабе же предприятия производственный цикл охватывает все стадии и ступени производственного процесса изготовления каждой единицы и всех партий продукции от самой начальной производственной операции до последней.

Временная структура производственного цикла в общем случае включает в себя следующие компоненты (рисунок 2):

Технологический цикл, состоящий из времени выпол­нения основных технологических операций, работ, час­тичных процессов, систематически повторяющихся с каж­дой единицей или партией изделий;

Время вспомогательных операций и работ, циклически или не циклически возникающих с производством каждой единицы продукции, партии или в одном процессе (конвертерная или мартеновская плавка);

Время технологических отстоев, регламентированного прослеживания предмета труда (отстой стали в изложницах до полной ее кристаллизации, остывание проката на холодильниках и др.);

Время технически неизбежных межцикловых и внутрицикловых перерывов.

В рассматриваемом общем случае продолжительность производственного цикла не может соответствовать простой сумме его временных компонентов. Эго обусловлено тем, что абсолютная величина любого временного компонента зависит от организационной формы, процесса, характеризуемой определенным видом его протекания (последовательный, параллельный, параллель­но-последовательный) и характером сочетания операций внутри рабочего времени цикла, времени транспортировки и вспомогательных операций.

Рисунок 2 - Временная структура производственного цикла

При существующей (заданной) технологии процесса эффективность временной структуры производственного цикла, непосредственно связанная с его продолжитель­ностью, определяется рядом таких параметров, как абсо­лютная продолжительность каждого структурного ком­понента, число компонентов и элементов в них, удельные их соотношения и организационная форма процесса.

Эффективность структуры производственного цикла при равенстве прочих условий будет тем выше, чем меньше число компонентов, чем короче продолжительность каждого из них во времени, чем большая доля техноло­гического цикла, чем рациональнее сочетание компонентов и их элементов во времени, обеспечивающее максимально возможное параллельное протекание операций.

Главную роль в длительности производственного цикла играет технологический цикл, поскольку остальные компоненты в значительной мере перекрываются в ходе выполнения основных производственных операций процесса.

В соответствии с классификационными характеристиками производственные процессы на металлургическом предприятии подразделяются на процессы простые, протекающие без перекрытия циклов, и процессы сложные, протекающие с перекрытием циклов во времени. Важность рассмотрения этих видов производственных процессов обусловлена тем, что производительность их весьма различна и методы ее повышения имеют свои особенности.

В простых процессах имеет место последовательное во времени осуществление цикла, когда каждый последующий цикл начинается после окончания предыдущего. Особенностью таких процессов является то, что все операции цикла выполняются на одном и том же рабочем месте или агрегате, например на блюминге.

Простые процессы осуществляются в двух модификациях: с перерывами, когда последующий цикл начина­ется после окончания предыдущего не непосредственно, а через определенный промежуток времени (рисунок 3, а), и без перерывов, когда последующий цикл начинается сразу же после окончания предыдущего (рисунок 3,б). Из анализа данных рисунка 3 следует, что производительность процессов различна и во втором случае она выше, так как отсутствуют межцикловые перерывы.

Производительность процесса при данных организационно-технических условиях - это потенциальная возможность рабочего оборудования для производства в единицу времени определенного количества продукции. В черной металлургии выражением производительности различных основных процессов могут быть тонны чугуна, стали, проката. Единицами времени, к которым от­носится производительность, являются час, смена, сутки, месяц, год. Производительность процесса определяется по отношению к операциям, частичным процессам и производственному процессу в целом.

T ц а t ц б

Рисунок 3 - Графики простых прерывного (а) и непрерывного (б) процессов-(t 0 - продолжительность операции, t ц - продолжительность цикла)

Основными факторами, определяющими производительность процессов, являются:

Техническая характеристика агрегатов (полезный объем доменных печей, емкость сталеплавильных агре­гатов, число клетей, диаметр рабочих валков прокатных станов и др.);

Интенсивность основных процессов (скорости, давле­ния, температуры, интенсификаторы - кислород, природный газ);

Сортамент продукции и трудоемкость ее изготовления;

Исходные материалы и режимы их обработки;

Организационные факторы (методы увязки производ­ственных процессов на всех их ступенях, характер их сочетания и организационная структура процессов, орга­низация труда и др.).

На практике число факторов, влияющих на производительность процессов, значительно больше, но не все они учитываются в производстве, кроме того, их сущность и направленность отличаются разнообразием и степенью постоянства. Значительная часть из них носит не детерминированный, а вероятностный стохастический характер, что и определяет металлургические процессы в целом как процессы вероятностные. Для возможности четкой организации процессов, прогнозирования их хода и управления необходимы глубокие исследования, выявление на этой основе закономерностей протекания процессов и зависимостей результатов производства от количественных значений соответствующих факторов при различных их сочетаниях.

Для расчетов производительности процессов строятся экономико-математические модели, отражающие в функциональной или стохастической форме связи между результативными и факториальными признаками исследу­емых процессов.

Так, производительность процессов, протекающих с перерывами, можно определить из выражения:

Р = Tn/(t 0 + t n) = ТпП ц, (2)

где Р - производительность в единицу времени, т/ч (шт/ч);

Т - принятая единица времени, ч (смена, сут);

to - продолжительность операции, ч (мин);

t n - продолжительность перерыва (мин - внутри цикла);

t ц -продолжительность цикла, ч (мин);

п - число единиц продукции, изготовляемой за один цикл, шт., или объем продукции, т.

Для процессов, протекающих без перерывов между циклами, в которых продолжительность операции соответствует продолжительности цикла, производительность процесса определяется по формуле:

р = Tn/t 0 = Tn/t ц v (3)

Для рассмотренных видов процессов сменная их производительность с учетом различных внутрисменных перерывов рассчитывается по формуле:

(4)

где t в.п - внутрисменные перерывы (продолжительность подготовительно-заключительных работ, регламентированных перерывов по техническим причинам, на отдых).

В металлургическом производстве все основные ме­таллургические процессы осуществляются не на одной, а на многих ступенях, что характеризует их как процессы сложные. Многоступенчатость процессов и возможность осуществления их в различных организационных формах обусловливают и возможность параллельного во времени выполнения операций на отдельных ступенях, а следовательно, и одновременное с большим или меньшим сдвигом во времени перекрытие смежных производственных циклов.

Перекрытие представляет период одновременного протекания двух смежных циклов, т. е. период времени между началом последующего цикла и окончанием предыдущего. Выполнение операций смежных циклов на отдельных ступенях может осуществляться непрерывно без интервалов, если операции равны по своей продолжительности, либо с перерывами в случае, если продолжительность операций на различных ступенях процесса различна.

Производственные процессы с перекрытием циклов в зависимости от характера выполнения операций на отдельных ступенях могут иметь следующие организационные формы:

С последовательным протеканием операций на всех ступенях;

С опережением операций, протекающих на последующих ступенях, по отношению к аналогичным операциям на предыдущих ступенях;

с параллельным выполнением операций на отдельных ступенях.

Производительность процессов, протекающих с пере­крытием смежных циклов во времени независимо от их организационной формы, определяется продолжитель­ностью такта (ритма).

Часто на практике определение такта прокатки только расчетным путем вызывает затруднения, в связи с тем что длительность вспомогательных операций на разных станах может существенно различаться.

Упростить расчет помогает график Адамецкого и его виды. На нем по горизонтальной оси откладывается время в секундах, по вертикальной – номер клети стана. Продолжительность прокатки в рассматриваемом проходе на графике отмечается жирной горизонтальной линией на оси, соответствующей прокатной клети. Свободные участки между двумя линиями представляют паузы между соседними проходами. Передача полосы из одной клети в другую изображается наклонной линией, а ее проекция на горизонтальную ось соответствует паузам на передачу.

С помощью графика Адамецкого можно проследить за последовательностью выполнения технологического процесса и проследить элементы машинного времени прокатки. А значит, появляется возможность анализировать загруженность рабочих клетей, выявлять их пропускную способность и наметить возможное перераспределение обжатий прокатываемой полосы между клетями или изменение скоростных условий по клетям с целью более равномерной их загрузки в соответствии с требованиями максимальной производительности стана.

Продолжительность такта процесса представляет пе­риод времени от начала предыдущего цикла до начала последующего и определяется разностью между продол­жительностью цикла и величиной опережения (перекры­тия). На рисунке 4 показаны графики процессов с непре­рывным последовательным выполнением операций на двух и трех ступенях. Так как в этих процессах продол­жительность операций на всех ступенях одинакова, то и такт процесса будет равен продолжительности операций на любой из них:

, (5)

где R - такт (ритм) процесса, мин;

П - величина перекрытия, мин;

п - число ступеней процесса;

Как видно на рисунке 4, производительность процесса в обоих случаях одинакова в связи с равенством тактов процес­са и несмотря па различную продолжительность циклов.

0 4 8 12 0 4 8 12 16

Время, мин

Рисунок 4. Графики процессов с непрерывным последовательным выполнением операций с равной продолжительностью циклов: а - две ступени производственного процесса; б - то же, три ступени

На рисунке 5 представлены графики с прерывным протеканием процессов при неравной продолжительности операций на отдельных ступенях и перерывов между ними.

В процессах, осуществляемых с опережением операций, обработка каж­дой единицы продукции на последующей ступени начинается до окончания операции обработки той же единицы продукции на предыдущей ступени, т. е. процесс протекает с опе­режением операций на ступенях.

Рисунок 5 – Графики процессов с прерывным протеканием операций на ступенях: а – две ступени производственного процесса; б – то же, четыре ступени

На рисунке 6 изображен процесс, протекающий непрерывно на всех ступенях. В этом случае длительность операций на различных ступенях одинакова. Для процесса с прерывным протеканием операций на ступенях длительность операций на ступенях различна. Поскольку в обоих случаях процесс протекает с перекрытием циклов, то производительность будет определяться только тактом процесса.

Рисунок 6 – График процессов, протекающих с опережением операций

В процессах, протекающих с опережением операций, продолжительность цикла не совпадает по величине с суммарной длительностью операций на всех ступенях. В таких процессах такт (ритм) определяют как разность между календарной продолжительностью цикла (время от начала цикла и до его окончания) и временем перекрытия: R = t ц – П.

При непрерывном протекании операций на ступенях такт равен продолжительности операций на любой ступени процесса. Если же операции на ступенях протекают с перерывами, то такт определяется как сумма продолжительности операций и интервала на любой ступени.

Во многих процессах продолжительность операций на отдельных ступенях может значительно различаться, в связи с чем в процессе образуются «узкие» места, увеличивается такт и снижается производительность. В таких процессах организуется параллельная во времени обработка двух и более единиц продукции на ступенях с наибольшей продолжительностью операций.

На рисунке 7 показан график процесса с параллельным выполнением операций при непрерывном их протекании. Непрерывность процесса достигается тогда, когда каждая единица продукции поступает на каждую ступень через одинаковый промежуток времени, равный такту процесса. В этом случае такт равен операционному времени на ступенях с последовательным протеканием операций. Такт для ступени с параллельным протеканием операций определяется по формуле:

R = t i / n пр,

где t i – продолжительность операций на данной ступени, ч (мин);

n пр – количество одновременно обрабатываемых единиц продукции, т (шт).

Важным условием достижения максимальных перекрытий является совершенствование структуры процесса путем обеспечения минимальной суммарной продолжительности опе­раций в каждом звене той или иной ступени. Реализация этого условия обеспечивает общее сокращение продолжи­тельности всего цикла и соответственно такта процесса. Последнее будет иметь место даже при неизменной продолжительности цикла, но при уве­личении в нем числа звеньев.

Рисунок 7 – График процесса с параллельным протеканием операций при непрерывном их протекании

На рисунке 8 в качестве примера представлены графики процесса с постоянной продолжительностью цикла и различными величинами перекрытий, определяемых числом звеньев в цикле.

В случае, изображенном на рисунке 8,а, цикл операций состоит из одного звена, перекрытие отсутствует, такт прокатки максимальный, равный длительности цикла. В случае, изображенном на рисунке 8, б, цикл разделен на два звена, в связи с чем продолжительность операций в каждом звене сократилась вдвое. На рисунке 8, в, цикл процесса осуществляется уже в четырех звеньях. Суммарная продолжительность операций внутри каждого звена в четыре раза меньше, чем в первом случае. Продолжая дробление до максимально возможного числа звеньев получим максимально возможную величину перекрытия.

Рисунок 8 – График изменения величины перекрытия при изменении длительности и числа звеньев в процессе

ГЛАВА 2. СЕТЕВОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

2.1 Системы планирования и управления

Создание сложных производственных систем, освоение новой техники и технологии, строительство и реконструкция предприятий требуют привлечения исполнителей, работающих в различных областях науки и сферы производства. В этих условиях все труднее становится координировать работу различных специалистов, увязывать сроки выполнения различных работ. Возрастающая сложность планирования, организации и управления различными производственными программами, такими как строительство предприятий, цехов, ремонты агрегатов, при использовании традиционных методов координации работ стала приводить к систематическим срывам сроков выполнения всего комплекса работ и превышениям заранее рассчитанных затрат на создание производственного комплекса.

Анализ фактического состояния показал, что причины таких срывов кроются в применяемых методах планирования комплекса работ и оперативного управления их ходом, которые не обеспечивают необходимой координации работ ни по времени, ни по ресурсам (затратам). В то же время считалось, что все дело в недостатках применяемой технологии и в личности руководителя. Один из обычных, традиционных методов планирования комплекса работ, применяемый в строительстве, предполагает представление плана работ в виде так называемого ленточного графика (графика Ганта). Любой график как элемент системы планирования и управления должен являться моделью комплекса, адекватной моделируемой системе. В этом отношении представление плана работ в виде ленточного графика имеет следующие существенные недостатки:

1. Отсутствие (невозможность представления) взаимосвязей между работами комплекса;

2. На ленточном графике не видны главные работы, т.е. те работы, которые определяют выполнение всего комплекса в заданный срок;

3. При планировании работ в виде ленточного графика ограничены возможности оптимизации плана как на стадии разработки плана, так и на стадии оперативного управления;

4. При использовании ленточного графика не рассматривается и не обеспечивается равномерная загрузка исполнителей на всех этапах выполнения плана.

Указанные выше недостатки полностью или в значительной степени исключаются при использовании для координации работ систем сетевого моделирования производственных процессов, известных под названием систем сетевого планирования и управления. Системы сетевого планирования и управления позволяют наиболее комплексно решать все поставленные организационные задачи, оценивать план с позиции конечного результата.

2.2 Оперативное управление комплексом работ с помощью сетевого графика

Моделью комплекса работ, которая адекватно отражает его содержание, является сеть. Под сетью понимается ориентированный граф, с помощью которого отображаются взаимные связи между работами комплекса. Граф представляет собой совокупность дуг и вершин. Каждой дуге соответствует вполне определенная пара вершин. Граф называется ориентированным, если для каждой дуги указано, какая из двух ее вершин является начальной, какая конечной.

Возможна и различная форма представления сетей – цифровая и графическая. Цифровое представление сети может быть в списочной и матричной форме. Графическое представление сети (рисунок 9) называется сетевым графиком. Оно является наиболее наглядным, удобным и нашло широкое применение. Однако это преимущество утрачивается для сетей с большим числом элементов (с числом работ более 300).

Рисунок 9 – Сетевой график

В сетевом графике дуги сети изображаются стрелками, а вершины - геометрическими фигурами (кружками). Сетевые графики могут быть двоякого типа:

1. сетевые графики, в которых работы изображаются стрелками, события – кружками, как показано на рисунке;

2. сетевые графики, в которых работы изображаются кружками (или другими фигурами), а в зависимости между работами – стрелками.

Изображающие работы стрелки являются безмасштабными. Направление и длина стрелок не отражают никаких характеристик работ. Важно только взаимное расположение стрелок (работ). Каждая стрелка соединяет два события. следовательно, для каждой работы имеются начальное и конечное события. Для начала каждой данной работы необходимо окончание всех непосредственно предшествующих работ, т.е. необходимо окончание работ, заканчивающихся начальным событием данной работы.

Каждому событию сетевого графика присваивается определенный номер и иногда всем или некоторым событиям дается определение (наименование). Номера начального и конечного событий работы образуют код (шифр) данной работы.

Важным понятием сетевого графика является понятие пути. Путь в сетевом графике – это такая последовательность работ, когда конечное событие каждой предыдущей работы совпадает с начальным событием следующей работы. Путь называется полным, если он представляет цепь взаимосвязанных работ от начального до конечного события сетевого графика. Неполный путь – это путь от начального до промежуточного, между двумя промежуточными или от промежуточного до конечного события сетевого графика.

Если по условиям производства все работы комплекса требуется выполнить в строго заданной последовательности, сетевой график такого комплекса представляет собой одну цепочку работ (имеется один полный путь). Применение сетевых систем для управления таким комплексом нецелесообразно. Таким образом, сетевой график должет иметь не менее двух полных путей. Полный путь, имеющий максимальную продолжительность, называется критическим. Понятие критического пути является центральным в системе сетевого планирования и управления. Критический путь сетевого графика определяет срок выполнения всего запланированного комплекса работ. Любая, даже самая незначительная задержка в выполнении работ критического пути обязательно приведет к срыву срока выполнения всего комплекса работ, тогда как задержки на работах некритических путей могут совсем не отразиться на выполнении всей программы.

Функционирование системы сетевого планирования и управления включает следующие стадии:

Разработку технического задания и проектирование системы сетевого планирования и управления;

Функционирование системы в режиме исходного планирования;

Функционирование системы в режиме оперативного управления.

Эффективность всей системы сетевого планирования в значительной мере определяется эффективностью ее функционирования на стадии оперативного управления. Процесс оперативного управления включает:

1. сбор оперативной информации о ходе работ;

2. обработку поступающей информации и обновлении на ее основе сетвой модели;

3. расчет параметров обновленного сетевого графика;

4. анализ сетевого графика и принятие на его основе решений по реализации плана;

5. разработку календарного плана работ и доведение конкретных сроков выполнения работ до исполнителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основой деятельности каждого предприятия является производственный процесс, конечная цель которого - выпуск продукции.

Производственный процесс - это процесс труда, имеющий определенное техническое и организационное содержание, направленный на создание конкретных материальных благ и характеризующийся постоянством главного предмета труда.

Для оценки значения отдельных производственных процессов и составляющих элементов в едином процессе производства продукции их группируют по следующим основным признакам:

1. роли процесса в выпуске готовой продукции,

2. степени оснащенности труда и роли человека,

3. характеру протекания процессов,

4. степени воздействия на предмет труда.

По роли процесса в выпуске готовой продукции на предприятии выделяются основные, вспомогательные и обслуживающие производства.

К основным относятся те процессы, которые непосредственно направлены на выпуск основной продукции или на выполнение производственных задач, являющихся целевыми для данного производства.

Обслуживающие процессы содействуют нормальному выполнению основных и вспомогательных процессов. Обычно на предприятии к обслуживающим производствам относят центральные ремонтные мастерские, транспортно-складские подразделения, культурно-бытовые учреждения.

В зависимости от степени оснащенности труда и роли человека выделяют немеханизированные, частично механизированные, машинные процессы.

Немеханизированными являются процессы, осуществляемые без применения каких либо видов энергии и механизмов. Они направлены на изменение положения предметов труда или их формы с помощью ручного инструмента. Во вспомогательных и обслуживающих производствах доля ручного труда все еще значительна.

К частично механизированным относятся процессы, выполняемые такой машиной или механизированным инструментом, управление которыми требует ручного труда человека.

При машинных процессах орудием труда является машина, действия которой только направляются человеком непосредственно на рабочем месте или дистанционно.

Для предприятий большое значение имеет комплексная механизация производственного процесса, при которой ручной или частично механизированный труд заменяется системой взаимно дополняющих друг друга машин, обеспечивающих высокую производительность труда и создающих условия для автоматизации производства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Организация и планирование предприятий черной металлургии: учебник/ под ред. А.Ф. Метс – М: Металлургия, 1986. – 560 с.

2. Ребрин Ю.И. Основы экономики и управления производством Ю.И. Ребрин – М.: Владос, 2002.- 329с.

3. Карастелева Е.М. Экономика, организация и планирование производства Е.М.Карастелова - М.: Экономика, 1986. – 343с.

Обобщённое название лиц, занятых в металлургии - металлург.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ География металлургического комплекса. Видеоурок по географии 9 класс

✪ Владимир Эрлих - Начало использования человеком железа и стали

✪ Химия 12. Химический элемент железо - Академия занимательных наук

✪ Химия ЕГЭ. Задание номер 26. Часть 1. Химическая лаборатория

✪ Химия 55. Свойства каменного угля. Водородное топливо - Академия занимательных наук

Субтитры

Разновидности металлургии

В мировой практике исторически сложилось деление металлов на чёрные (железо и сплавы на его основе) и все остальные - нечерные (англ. Non-ferrous metals ) или цветные металлы. Соответственно, металлургия часто подразделяется на чёрную и цветную.

• Пирометаллургия (от др.-греч. πῦρ - огонь) - металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг , плавка и т. п.). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия .
• Гидрометаллургия (от др.-греч. ὕδωρ - вода) - процесс извлечения металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и различных водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией , электролизом).

Во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов в металлургии, то есть применение биотехнологии (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь , золото , цинк , уран , никель из сульфидного сырья . Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств .

Производство и потребление металлов

Распространение и сферы применения

Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий (8,9 %), железо (4,65 %), магний (2,1 %), титан (0,63 %). Природные ресурсы некоторых весьма важных металлов измеряются сотыми и даже тысячными долями процента. Особенно бедна природа благородными и редкими металлами .

Производство и потребление металлов в мире постоянно растёт. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и составляют, соответственно, около 800 млн тонн и около 8 млрд тонн. Изготовленная с использованием черных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет 72-74 % валового национального продукта государств. Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами , так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения .

Из 800 млн т ежегодно потребляемых металлов более 90 % (750 млн т) приходится на сталь , около 3 % (20-22 млн т) на алюминий, 1,5 % (8-10 млн т) - медь, 5-6 млн т - цинк, 4-5 млн т - свинец (остальные - менее 1 млн т). Масштабы производства таких цветных металлов, как алюминий, медь, цинк, свинец, измеряются в млн т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам- в тыс. т, таких как селен, теллур, золото, платина - в тоннах, таких как иридий, осмий и т. п. - в килограммах .

В настоящее время основная масса металлов производится и потребляется в таких странах как США, Япония, Китай, Россия, Германия, Украина, Франция, Италия, Великобритания и другие.

В бронзовом веке (III-I тысячелетие до н. э.) применение получили изделия и орудия труда из сплавов меди с оловом (оловянная бронза). Этот сплав - древнейший сплав, выплавленный человеком. Считается, что первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем . Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др. бронзы, сплавы меди с цинком, называемые латунью, и др.). Бронзы применялись вначале для производства оружия и орудий труда, затем для отливки колоколов, пушек и т. д. В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы, содержащие 5-12 % алюминия с добавками железа, марганца и никеля.

Вслед за медью человек стал использовать железо.

Общее представление о трёх «веках»- каменном , бронзовом и железном - возникло ещё в античном мире (Тит Лукреций Кар). Термин «железный век» был введён в науку в середине XIX века датским археологом К. Томсеном .

Получение железа из руды и выплавка металла на основе железа было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века . В расшифрованных хеттских текстах XIX века до н. э. упоминается о железе как о металле, «упавшем с неба». Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян .

Принято считать, что человек впервые познакомился с метеоритным железом . Косвенным подтверждением этому является названия железа на языках древних народов: «небесное тело» (древнеегипетский, древнегреческий), «звезда» (древнегреческий). Шумеры называли железо «небесной медью». Возможно, поэтому всё, что было связано в древности с железом, было окружено ореолом таинственности. Люди, добывающие и перерабатывающие железо, были окружены почётом и уважением, к которым примешивалось и чувство страха (их часто изображали колдунами).

Ранний железный век Европы охватывает период X-V веков до н. э.. Этот период получил название гальштатская культура по названию города Гальштат в Австрии, возле которого были найдены железные предметы того времени. Поздний или «второй железный век» охватывает период V-II веков до н. э.- начало н. э. и получил название латенская культура - по одноимённому месту в Швейцарии , от которого осталось много железных предметов. Латенская культура связывается с кельтами , считавшимися мастерами изготовления различных орудий из железа. Большое переселение кельтов, начавшееся в V веке до н. э., способствовало распространению этого опыта на территории Западной Европы. От кельтского названия железа «изарнон» произошли немецкое «айзен» и английское «айрон».

В конце II тысячелетия до н. э. железо появилось в Закавказье . В степях Северного Причерноморья в VII-I веках до н. э. обитали племена скифов , создавших наиболее развитую культуру раннего железного века на территории России и Украины.

Вначале железо ценилось очень дорого, использовалось для изготовления монет, хранилось в царских сокровищницах. Затем оно стало всё активнее использоваться как орудие труда, и как оружие. Об использовании железа в качестве орудий труда упоминается в «Илиаде » Гомера. Там же упоминается о том, что Ахилл наградил победителя дискобола диском из железа. Греческие мастера уже в древние времена использовали железо. В построенном греками храме Артемиды барабаны мраморных колонн храма были скреплены мощными железными штырями длиной 130, шириной 90 и толщиной 15 мм .

Пришедшие в Европу народы с Востока внесли свой вклад в распространение металлургии. По преданию, колыбелью монголов и туркменов были богатые рудами Алтайские горы . Своими богами эти народы считали тех, кто ведал кузнечным ремеслом. Доспехи и оружие воинственных кочевников из Средней Азии было сделано из железа, что подтверждает их знакомство с металлургией.

Богатые традиции производства изделий из железа имеются в Китае . Здесь, возможно ранее, чем у других народов, научились получать жидкий чугун и делать из него отливки. До наших дней сохранились некоторые уникальные отливки из чугуна, изготовленные в первом тысячелетии н. э., например, колокол высотой 4 и диаметром З метра, массой 60 тонн.

Известны уникальные изделия металлургов древней Индии . Классическим примером является знаменитая вертикально стоящая Кутубская колонна в Дели массой 6 тонн, высотой 7,5 метров и диаметром 40 см. Надпись на колонне гласит, что она сооружена примерно в 380-330 годах до н. э. Анализ показывает, она сооружена из отдельных криц , сваренных в кузнечном горне. На колонне нет ржавчины . В захоронениях древней Индии найдено стальное оружие, изготовленное в середине первого тысячелетия до н. э.

Таким образом, следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока , древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген , греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия , Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи , чугун , сталь , гидромолоты и т. п.). Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

См. также : Горнозаводские округа (о российской металлургии XVIII - начала XIX вв.)

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.

Масштабы переработки руд в мире огромны. Только на территории СССР в конце 1980-х, начале 1990-х годов ежегодно добывалось и подвергалось обогащению более 1 млрд тонн руды.

Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.

Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание . Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.

Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.

Чёрная металлургия

Железо в природе находится в руде в виде оксидов Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , гидроксида Fe 2 O 3 хH 2 O, карбонатов FeCO 3 и других. Поэтому для восстановления железа и получения сплавов на его основе существует несколько стадий, включающих доменное производство и производство стали.

Доменное производство чугуна

На первой стадии получения железосодержащих сплавов происходит высвобождение железа из руды в доменной печи при температуре свыше 1000 градусов Цельсия и выплавка чугуна . Свойства получаемого чугуна зависят от хода процесса в доменной печи. Поэтому задавая процесс восстановления железа в доменной печи можно получить два вида чугуна: передельный чугун, который идёт в дальнейший передел для выплавки стали, и литейный чугун, из которого получают чугунные отливки.

Производство стали

Передельный чугун служит для производства стали. Сталь - это сплав железа с углеродом и легирующими элементами. Она прочнее чугуна и более пригодна для строительных конструкций и производства деталей машин. Выплавка стали происходит в сталеплавильных печах, где металл находится в жидком состоянии.

Методов получения стали существует несколько. Основными методами получения стали являются: кислородно-конверторный, мартеновский, электроплавильный. Каждый метод использует различное оборудование - конвертеры , мартеновские печи , индукционные печи , дуговые печи .

Кислородно-конвертерный процесс

Первым способом массового производства жидкой стали был бессемеровский процесс . Этот способ производства стали в конвертере с кислой футеровкой был разработан англичанином Г. Бессемером в 1856-1860 гг. Несколько позже, в 1878 году, - С.Томасом был разработан схожий процесс в конвертере с основной футеровкой, получивший название томасовский процесс . Сущность конвертерных процессов (бессемеровского и томасовского) на воздушном дутье заключается в том, что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом. Кислород, содержащийся в воздухе, окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. При томасовском процессе, кроме того, в основной шлак удаляются фосфор и сера. При окислении выделяется тепло, которое обеспечивает нагрев стали до температуры около 1600 °С.

Мартеновский процесс

Сущность другого способа получения стали с помощью мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи , которая оборудована регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). Идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными (например, в 1722 г. Реомюром), однако осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива - генераторного газа - была недостаточной для получения жидкой стали. В 1856 году братья Сименс предложили использовать для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип регенерации тепла был использован Пьером Мартеном для плавки стали. Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864 года, когда П. Мартен на одном из заводов Франции выпустил первую плавку.

Для выплавки стали в мартеновскую печь загружают шихту , состоящую из чугуна, скрапа, металлического лома и других компонентов. Под действием тепла от факела сжигаемого топлива шихта постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для получения металла заданного состава и температуры. Готовый металл из печи выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале XX в. в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.

Первая мартеновская печь в России была построена в Калужской губернии на Ивано-Сергиевском железоделательном заводе С. И. Мальцевым в 1866-1867 гг. В 1870 г. первые плавки проведены в печи вместимостью 2,5 т, построенной известными металлургами А. А. Износковым и Н. Н. Кузнецовым на Сормовском заводе . По образцу этой печи позже на других русских заводах были построены аналогичные печи большей вместимости. Мартеновский процесс стал основным в отечественной металлургии. Огромную роль сыграли мартеновские печи в годы Великой Отечественной войны . Советским металлургам на Магнитогорском и Кузнецком металлургических комбинатах впервые в мировой практике удалось удвоить садку мартеновских печей без существенной их перестройки, организовав производство высококачественной стали (броневой, подшипниковой и т. п.) на действовавших в то время мартеновских печах. В настоящее время в связи с расширением конвертерного и электросталеплавильного производства стали масштабы производства мартеновской стали сокращаются.

В основной мартеновской печи можно переплавлять чугун и скрап любого состава и в любой пропорции и получать при этом качественную сталь любого состава (кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в электропечах). Состав применяемой металлической шихты зависит от состава чугуна и скрапа и от расхода чугуна и скрапа на 1 т стали. Соотношение между расходом чугуна и скрапа зависит от многих условий.

Электросталеплавильное производство

В настоящее время для массовой выплавки стали применяют дуговые сталеплавильные электропечи , питаемые переменным током, индукционные печи и получающие распространение в последние годы дуговые печи постоянного тока. Причём доля печей последних двух видов в общем объёме выплавки невелика.

В дуговых электропечах переменного тока выплавляют стали электропечного сортамента. Основными достоинствами дуговых электропечей является то, что в них в течение многих десятилетий выплавляют основную часть высококачественных легированных и высоколегированных сталей, которые затруднительно, либо невозможно выплавлять в конвертерах и мартеновских печах. Благодаря возможности быстро нагреть металл, можно вводить большие количества легирующих добавок и иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов. Кроме того, имеется возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений, а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с её хорошим удалением в безокислительный шлак. Также есть возможность плавно и точно регулировать температуру металла.

Легирование стали

Для придания стали разнообразных свойств используется процесс легирования стали. Легирование - это процесс изменения состава сплавов путём введения определенных концентраций дополнительных элементов. В зависимости от их состава и концентрации изменяется состав и свойства сплава. Основные легирующие элементы для стали являются: хром (Cr), никель(Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), ванадий (V), бор (B), вольфрам (W), титан (Ti), алюминий (Al), медь (Cu), ниобий (Nb), кобальт (Co). В настоящее время существует большое количество марок стали с различными легирующими элементами.

Порошковая металлургия

Принципиально иным способом производства сплавов на основе черных металлов является порошковая металлургия. Порошковая металлургия основана на применении порошков металлов с размерами частиц от 0,1 мкм до 0,5 мм, которые сначала спрессовывают, а затем спекаются.

Цветная металлургия

В цветной металлургии применяются очень разнообразные методы производства цветных металлов. Многие металлы получают пирометаллургическим способом с проведением избирательной восстановительной или окислительной плавки, где часто в качестве источника тепла и химического реагента используют серу , содержащуюся в рудах. Вместе с тем ряд металлов с успехом получают гидрометаллургическим способом с переводом их в растворимые соединения и последующим выщелачиванием.

Часто оказывается наиболее приемлемым электролитический процесс водных растворов или расплавленных сред.

Иногда применяют металлотермические процессы, используя в качестве восстановителей производимых металлов другие металлы с большим сродством к кислороду. Можно указать ещё на такие способы, как химико-термический, цианирование и хлорид-возгонка.

Производство меди

Известны два способа извлечения меди из руд и концентратов: гидрометаллургический и пирометаллургический.

Гидрометаллургический способ не нашёл широкого применения на практике. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позволяет извлекать попутно с медью драгоценные металлы .

Большую часть меди (85-90 %) производят пирометаллургическим способом из сульфидных руд. При этом параллельно решается задача извлечения из руд помимо меди других ценных сопутствующих металлов. Пирометаллургический способ производства меди предусматривает несколько стадий. Основные стадии этого производства включают:

• подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг);
• плавка на штейн (выплавка медного штейна),
• конвертирование штейна с получением черновой меди,
• рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем

История человечества насчитывает не одну тысячу лет. На протяжении всего периода существования нашей расы отмечается стабильный технический прогресс, немаловажную роль в котором сыграло умение человека обращаться с металлом, создавать и добывать его. Поэтому вполне логично, что металлургия - это то, без чего невозможно представить наш быт, нормальное выполнение рабочих обязанностей и многое другое.

Определение

Прежде всего стоит разобраться с тем, как по-научному, с технической точки зрения, называют современную сферу производства.

Итак, металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов.

Структура

На сегодняшний день металлургия - это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она - обширное понятие, которое включает в себя:

• Непосредственное производство металлов.
• Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде.
• Сварку.
• Нанесение различных металлических покрытий.
• Раздел науки - материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.

Разновидности

Во всем мире существует две основные отрасли металлургии - черная и цветная. Такая градация сложилась исторически.

Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд , сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов.

К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, условно делят на две большие группы:

Тяжелые (никель, олово, свинец, медь).

Легкие (титан, магний, алюминий).

Научные решения

Несомненно, что металлургия - это деятельность, требующая внедрения инновационных технологий. В связи с этим многие страны нашей планеты активно ведут исследовательские работы, целью которых является изучение и применение на практике самых разнообразных микроорганизмов, которые помогли бы решить, например, такой злободневный вопрос, как очистка сточных вод, являющихся обязательной составляющей металлургического производства. Помимо этого, уже стали реальностью такие процессы, как биологическое окисление, осаждение, сорбция и прочие.

Разделение по технологическому процессу

Заводы металлургии можно условно причислить к двум основным группам:

Пирометаллургии, где процессы протекают при очень высоких температурах (плавка, обжиг);

Гидрометаллургии, которая заключается в извлечении металлов из руд при помощи воды и прочих водных растворов с использованием химических реактивов.

Принцип выбора места постройки металлургического завода

Для того чтобы понять, на основе каких выводов принимается решение о возведении предприятия в том или ином месте, стоит рассмотреть основные факторы размещения металлургии.

В частности, если вопрос касается дислокации завода цветной металлургии, то здесь на первый план выходят такие критерии, как:

• Наличие энергоресурсов. Производство, связанное с обработкой легких цветных металлов, требует колоссального количества электрической энергии. Поэтому подобные предприятия возводят максимально близко к гидроэлектростанциям.
• Требуемое количество сырья. Разумеется, что чем ближе находятся залежи руды, тем, соответственно, лучше.
• Экологический фактор. К сожалению, страны постсоветского пространства не могут быть отнесены в категорию, где предприятия металлургии являются экологически безопасными.

Таким образом, размещение металлургии - сложнейший вопрос, решению которого следует уделять самое пристальное внимание с учетом всевозможных требований и нюансов.

Для формирования максимально подробной картины в описании обработки металлов важно указать на ключевые участки данного производства.

Предприятия черной металлургииимеют в своем составе несколько так называемых переделов. Среди них: аглодоменный, сталеплавильный, прокатный. Рассмотрим каждый из них детальнее.

Доменное производство

Именно на этом этапе осуществляют освобождение железа непосредственно из руды. Происходит это в доменной печи и при температуре свыше 1000 градусов Цельсия. Таким образом происходит выплавка чугуна. Свойства его будут напрямую зависеть от протекания процесса плавки. Регулируя плавление руды, можно в конечном счете получить один из двух передельный (используют в дальнейшем для производства стали) и литейный (из него отливают чугунные заготовки).

Производство стали

Соединяя железо с углеродом и, при необходимости, с различными легирующими элементами, в итоге получают сталь. Методов ее выплавки достаточно количество. Особо отметим кислородно-конверторный и электроплавильный, которые являются самыми современными и высокопродуктивными.

Конверторная плавка характеризуется своей скоротечностью и получением в итоге стали с требуемым химическим составом. Основу процесса составляет продувка кислородом через фурму, в результате чего чугун окисляется и трансформируется в сталь.

Электросталеплавильный способ - самый эффективный. Именно благодаря использованию дуговых печей можно выплавить самые качественные легированные марки стали. В подобных агрегатах нагрев загруженного в них металла происходит очень быстро, при этом есть возможность добавлять необходимое количество легирующих элементов. Кроме того, получаемая таким методом сталь имеет низкое содержание неметаллических включений, серы и фосфора.

Легирование

Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.

Прокат

Многие заводы металлургииимеют в своем составе прокатную группу цехов. В них производят как полуфабрикаты, так и уже полностью готовую продукцию. Сущность процесса заключается в пропуске металла в зазоре между вращающимися в противоположных направлениях стана. Причем ключевым моментом является то, что расстояние между валками должно быть меньше, чем толщина пропускаемой заготовки. За счет этого металл втягивается в просвет, перемещается и в итоге деформируется до заданных параметров.

После каждого пропуска зазор между валками делают меньше. Важный момент - зачастую металл недостаточно пластичен в холодном состоянии. И потому для обработки его заранее подогревают до требуемой температуры.

Потребление вторичного сырья

В современных условиях рынок потребления вторсырья как черных, так и цветных металлов неуклонно развивается. Во многом это обусловлено тем, что ресурсы руды, к огромному сожалению, не являются возобновляемыми. Каждый год их добычи существенно снижает запасы. Учитывая тот факт, что потребности в металлопродукции в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении и прочих отраслях народного хозяйства неуклонно растут, вполне разумным выглядит решение развивать переработку уже отработавших свой ресурс деталей и изделий.

Можно с уверенностью утверждать, что развитие металлургии в некоторой степени объясняется и позитивной динамикой сегмента отрасли - использованием вторичного сырья. При этом переработкой металлолома занимаются и крупные, и мелкие компании.

Мировые тенденции развития металлургии

В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства.

При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%).

Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.

Новые технологии в металлургии

Как и любая другая промышленность, металлургия просто немыслима без разработки и внедрения на практике инновационных разработок.

Так, сотрудники Нижегородского государственного университета разработали и начали внедрять в практику новые наноструктурированные износостойкие твердые сплавы, в основе которых лежит карбид вольфрама. Основное направление применения новшества - производство современного металлообрабатывающего инструмента.

Кроме того, в России был модернизирован колосниковый барабан со специальной шаровой насадкой с целью создания новой технологии переработки жидкого шлака. Это мероприятие было выполнено на основе государственного заказа Министерства образования и науки. Такой шаг полностью себя оправдал, поскольку его результаты в итоге превзошли все ожидания.

Крупнейшие предприятия металлургии в мире

• Arcelor Mittal - компания с главным офисом в Люксембурге. Ее доля составляет 10% всего мирового производства стали. В России компании принадлежат шахты Березовская, Первомайская, Анжерская, а также "Северсталь-групп".
• Hebei Iron & Steel - гигант из Китая. Он полностью принадлежит государству. Помимо производства, компания занимается добычей сырья, его транспортировкой и проведением научно-исследовательских работ. На заводах компании используются исключительно новые разработки, и самые современые технологические линии что позволило китайцам научиться производить ультратонкие стальные плиты и сверхтонкий холоднокатанный лист.
• Nippon Steel - представитель Японии. Менеджмент компании, которая начала свою работу еще в 1957 году, стремится к объединению с другим предприятием, именуемым Sumitomo Metal Industries. По мнению экспертов, такое слияние позволит достаточно быстро выйти японцам на первое место в мире, обогнав всех своих конкурентов.

Базовой отраслью промышленности РФ, которая определяет жизнеспособность экономики, является металлургическая промышленность . Кроме этого это одна из ключевых направлений развития экономики страны, так как ее доля в ВВП составляет 5%.

Определение 1

Металлургическая промышленность – это отрасль тяжелой промышленности, которая включает в себя процессы изготовления металлов из руд или других материалов, а также металлических сплавов.

В структуру металлургической промышленности входят следующие процессы: непосредственное производство металлов; горячая и холодная обработка металлических изделий; сварка; нанесение металлических покрытий.

Сама процедура изготовления металлических изделий состоит из трех этапов: добыча и подготовка руды; переплавка; использование и утилизация.

В процессе производства металлов используется различное сырье. В зависимости от того, какое именно сырье применяется, выделяют черную и цветную металлургическую промышленность. К первой категории относятся металлы, в состав которых входят железо, марганец и хром. К другой группе – все остальные металлы.

Определение 2

Под черной металлургической промышленностью понимается извлечение из недр земли и последующая обработка руд черных металлов, а также сталелитейное и чугунолитейное производства, прокат заготовок и изготовление сплавов из железа.

Продукция, которая производится на металлургических комбинатах является: основной (или конечным продуктом); побочной (или той, что появляется при изготовлении основных изделий); попутной (или той продукцией, которая остается после производства основной и побочной продукции и может применяться как вторичное сырье).

Основной продукцией черной металлургической промышленности считается металлопрокат, чугун, метизы и др.

Если сравнивать черную с цветной металлургией, то при производстве цветных металлических изделий затрачивается много энергии. Это объясняется низким содержанием полезных веществ в цветных металлах и большими объемами отходов, которые требуют определенных способов утилизации.

Основными видами цветных изделий являются сортовый и листовой прокат.

Факторы размещения черной и цветной металлургии

Если рассматривать общие факторы размещения отраслей металлургиечкой промышленности, то выделяют три типа металлургических баз в России:

• база, которая работает с собственной рудой и углем;
• база, которая использует или собственную, или привозную руду, или работает одновременно с двумя видами;
• база, которая функционирует рядом с угольными месторождениями или недалеко от потенциального и реального потребителя

Основными факторами, которые влияют на расположение металлургических центров, являются:

1. потребительский (близость крупных потребителей стали – машиностроительные комплексы);
2. экологический (устаревшие предприятия, которые применяют «грязный» способ изготовления изделий – доменный процесс);
3. транспортный (предприятия из-за отдаленности от топливных источников используют привозные руду и уголь)
4. сырьевой (предприятия, которые располагаются непосредственно рядом с местонахождением руды).

Базой для развития машиностроения и металлообработки является именно отрасль черной металлургии. Ее продукция используется практически во всех сферах экономики. Россия входит в пятерку мировых производителей черных металлов вместе с США, Японией, Китаем и Германией.

Производственную базу черной металлургии составляют предприятия полного цикла: чугун - сталь - прокат, а также комбинаты, которые выпускают чугун - сталь, сталь - прокат и отдельно чугун, сталь, прокат.

Факторы размещения предприятий черной металлургии довольно разнообразны. Особыми факторами выделяют в производстве электросталей и ферросплавов. Россия достаточно обеспечена сырьем для черной металлургии, но размещены железные руды и топливо на территории страны неравномерно.

Рисунок 1. Основные факторы размещения предприятий черной металлургии. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Цветная металлургия в России развивается на основе применения собственных больших месторождений разнообразных руд цветных, благородных и редких металлов, а также на добыче алмазов. РФ занимает второе место после США по выпуску продукции цветной металлургической промышленности. В структуре промышленности 47 горнодобывающих предприятий, из которых 22 – это алюминиевая промышленность. В России производится более 70 разнообразных цветных металлов.

В территориальной организации предприятий цветной металлургии ярко выражена сырьевая ориентация. Это связано с большим разнообразием добываемых сырья и материалов для производства цветных изделий.

Рисунок 2. Основные факторы размещения предприятий цветной металлургической промышленности. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

География металлургического комплекса

Мировая металлургическая промышленность представлена в 98 странах. Из этих пятьдесят государств занимаются добычей руды. Лидерами считаются Китай, Россия, Бразилия, Индия и Австралия. Эти страны экспортируют до 80% всего добываемого сырья.

В настоящее время ежегодно добывается более 1 млрд т железной руды. Основные месторождения распределены следующим образом:

1. зарубежная Азия - 310 млн. т;
2. Латинская Америка – 235 млн. т;
3. страны СНГ – 180 млн. т;
4. Австралия и Океания – 170 млн. т;
5. Северная Америка – 95 млн. т;
6. Африка – 50 млн. т;
7. зарубежная Европа -20 млн. т.

Замечание 1

Большая часть мировых запасов руд требует первичной обработки в процессе производства из-за среднего и низкого качество материала. Высокого качества руда практически отсутствует.

Огромные запасы руды находятся в Китае, а полезное железо добывается на территории РФ. Компаниями-лидерами, в чьих руках мировой процесс добычи и производства руды и материалов, являются: Arcelor Mittal; Hebei Iron & Steel; Nippon Steel.

Первая организация образовалась в результате слияния индийских и люксембургских компаний. В ее состав входят 60 предприятий, в том числе и российское «Северсталь-Ресурс» и украинское «Криворожсталь»

Hebei Iron & Steel Group – это государственное предприятие, зарегистрированное в Ките. Оно производи ультратонкий холоднокатанный лист и стальные плиты. Nippon Steel и Sumitomo Metal Industries - лидер по производству стали в Японии.

В России металлургическая промышленность находится на втором месте после нефтегазовой отрасли. На территории РФ размещены три базы черной металлургии, непосредственно вблизи источников руды и угля: на Урале, в Сибири и в центральной части страны.

Самым крупным и старым предприятием является Уральское, производящее половину всей продукции черной металлургии в России. Крупнейшие предприятия – Чусовский металлургический завод и Челябинский металлургический комбинат.

Самая молодое месторождение – Сибирская металлургическая база. Запасы сырья практически исчерпаны. Представлены два металлургических комбината – Западно-Сибирский и Кузнецкий.

Крупным металлургическим заводом Центральной базы считается Новолипецкий металлургический комбинат. На его долю и еще пяти крупных центров металлургии приходится 93% выпускаемой продукции. Это ПАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», «Евраз», ОАО «Мечел», ОАО «Металлоинвест».

К металлургии примыкает разработка, произ-во, эксплуатация машин, аппаратуры, агрегатов, используемых в метал-лургич. пром-сти.

Для изучения закономерностей процессов концентриро-вания, извлечения, получения, рафинирования и легирования металлов , а также процессов, связанных с изменением состава, структуры и св-в сплавов и материалов, полуфабрикатов и изделий из них в металлургии используют физ., хим., физ.-хим. и мат. методы исследования.

М еталлургия подразделяют на черную и цветную. Черная металлургия охватывает произ-во чугуна, стали и ферросплавов (см. Железа сплавы). С металлургией тесно связаны коксохимия , произ-во огнеупорных материалов . К черной металлургии относят также произ-во проката, стальных, чугунных и др. изделий (на долю черных металлов приходится ~ 95% всей производимой в мире металлопродукции). В 70-е гг. определилась тенденция замены черных металлов сплавами алюминия и титана , а также композиционными, полимерными, керамич. материалами, что вместе с высоким качеством выпускаемых металлов и низкой металлоемкостью продукции в промыш-ленно развитых капиталистич. странах привело к снижению объема произ-ва черных металлов в этих странах (табл. 1).

Табл.1.-ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ И ЧУГУНА В РЯДЕ СТРАН, МЛН.Т

* Данные за 1985. ** Данные за 1982.

Напр., в СССР в 1988 потребление стали и стеклопластиков составило соотв. 160 и 6 млн. т, в то время как в США-100 и 28 млн. т.

Цветная металлургия включает произ-во и обработку цветных и редких металлов и их сплавов . Попутно пром-сть цветной металлургии производит разл. хим. соед., материалы, минер. удобрения и др. Металлургии, процессы применяют также для произ-ва полупроводниковых материалов (Si, Ge, Se, Те, As, Р и др.), радиоактивных металлов . Современная металлургия охватывает процессы получения мн. элементов периодич. системы (кроме газообразных). Объемы произ-ва (1987) нек-рых цветных металлов (тыс. т): США-Аl 3200, Сu 1560, Zn 260, Pb 330 (металл в добытой руде); Япония-Аl 41, Сu 980, Zn 666, Pb 268; ФРГ-Аl 737,7, Сu 421,2 (1986), Zn 370,9 (1986), Pb 366,6 (1986).

Совр. металлургич. произ-во включает след. технол. операции: подготовку и обогащение руд ; гидрометаллургич. (см. Гидрометаллургия), пирометаллургич. (см. Пирометаллургия , Металлотермия), электротермич. и электролитич. процессы извлечения и рафинирования металлов ; получение изделий спеканием порошков (см. Порошковая металлургия , Спекание); хим. и физ. методы рафинирования металлов ; плавку и разливку металлов и сплавов ; обработку металлов давлением (прокат, штамповка и т.д.); термич., термомех., химико-термич. и др. виды обработки металлов для придания им требуемых св-в и др.; процессы нанесения защитных и упрочняющих покрытий (на металлы и металлов на изделия).

В обогатит. технологии наиб. распространение получили флотац., гравитац., магн. и электростатич. методы обогащения (см. Обогащение полезных ископаемых , Флотация). Флотац. процессы применяют для обогащения более чем 90% руд цветных и редких металлов . Полученные после обогащения концентраты подвергают сушке , усреднению состава, смешению и окускованию (агломерация, окатывание, брикетирование), для того чтобы повысить их реакц. способность и производительность их послед. передела.

В результате пирометаллургич. процессов (включают окисление , восстановление и др.) происходит концентриро-вание металла и удаление примесей в образующиеся фазы (парогазовая фаза, металлич. и шлаковые расплавы , штейн и твердые в-ва). После разделения фазы направляются на переработку для дальнейшего извлечения ценных составляющих. Для интенсификации металлургич. процессов (в конвертерах и автоклавах) вводят газообразные О 2 , Сl 2 и др. окислители . В качестве восстановителей применяют С, СО, Н 2 и активные металлы . Распространенные восстановит. процессы-доменная плавка, выплавка вторичной Сu, Sn и Pb в шахтных печах , произ-во ферросплавов и титанового шлака в рудовосстановит. электропечах, магнийтер-мич. восстановление TiCl 4 с получением металлич. Ti. Окислит. рафинирование получило развитие в мартеновском и конвертерном произ-вах стали, при получении анодной Сu и в технологии Pb. Для извлечения и рафинирования металлов нашли применение технол. процессы с использованием хлоридов , иодидов и карбонилов металлов , а также дистилляция , ректификация , вакуумная сепарация и сублимация и др. Получили развитие внепечные методы рафинирования стали, процессы в вакууме и среде Аr в технологии высокореакционноспособных металлов (Ti, Zr, Nb и др.).

Произ-во изделий с особыми св-вами и высоким качеством осуществляют методами порошковой металлургии , что позволяет достигать более высоких технико-экономич. показателей по сравнению с традиц. способами. Для получения высокочистых металлов и полупроводниковых материалов применяют зонную плавку , выращивание монокристаллов вытягиванием из расплавов и др. способы. Осн. направление техн. прогресса в области получения отливок из расплавл. металлов и сплавов-это переход к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещению процессов литья и обработки металлов давлением (бесслитковая прокатка Аl, Сu, Zn и др.).

Обработка металлов давлением , кузнечно-штамповочное произ-во и прессование - важнейшие технол. процессы на металлургич. и машиностроит. предприятиях. Прокатка-осн. способ обработки металлов и сплавов . Она осуществляется на прокатных станах - мощных высокоавтоматизир. агрегатах производительностью неск. млн. т проката в год. Прокаткой производят листовой и сортовой металл , биметаллы, трубы, гнутые и периодич. профили и др. виды изделий. Проволоку получают волочением.

Термич. обработка включает закалку, отжиг и отпуск металлов . Кроме обработки готовых деталей на машиностроит. предприятиях, термообработке подвергают мн. виды продукции на металлургич. заводах - стальные рельсы (объемная закалка или закалка головки), толстые листы и арматурные стали, тонкие листы из трансформаторной стали и др. Большое значение в металлургии имеют процессы химико-термической обработки и нанесение на металл разл. защитных покрытий, напр. оцинкование, лужение (см. Гальванотехника), нанесение пластмасс и др.

Современная металлургия характеризуется значит. выбросами в окружающую среду (табл. 2,3), в СССР-также незначит. применением непрерывной разливки стали, низким возвратом металлов на повторное использование, низким комплексным использованием сырья и абс. преобладанием в балансе металлов сталей (95%).

Табл. 2.-ВЫБРОСЫ (Т/СУТ НА 1 МЛН. ВЫПЛАВЛЯЕМОЙ СТАЛИ В ГОД) В АТМОСФЕРУ ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ В СССР

В СССР в 50-е гг. впервые в мире был разработан метод непрерывной разливки стали, резко снижающий потери металла в процессе произ-ва. В 1986 этим способом разливали в СССР 14% выплавляемой стали, в Японии-92,7, ФРГ-84,6, Юж. Корее-71,19, США-53,4%. Мн. страны, в т. ч. Япония, ФРГ и др., полностью отказались от экологически вредного мартеновского произ-ва стали; осн. методы получения стали в капиталистич. странах - кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. В СССР значит. кол-ва стали производят мартеновским способом.

В СССР в 1986 произведено 161 млн. т стали, из них получено готового проката 112 млн. т; т. обр., потери металла составляют 49 млн. т (30,4%). В США те же потери составляют 18,4%, ФРГ-9,4%, Юж. Корее-1%. Возврат (%) металлов на повторное использование (рециркуляция металлов) оценивается в среднем в мире: Аl 11,7, Сu 40,9, Аu 15,9, Fe 27,9, Pb 40, Hg 20,6, Ni 19,1, Ag 47,2, Sn 20,4, Zn 27.

Осн. пути развития и совершенствования металлургии-комплексное использование сырья, снижение расхода сырья, энергозатрат и металлоемкости на единицу металлопродукции, обеспечение прироста проката черных металлов без увеличения их произ-ва, создание экологически чистых технол. процессов.

Сведение кол-ва отходов к минимуму (безотходные производства)не м. б. осуществлено в пределах только металлургич. отраслей, а требует межотраслевой кооперации (замкнутое произ-во) и новой концепции организации произ-ва-"процессы к сырью" (т.е. в места богатые разд полезными ископаемыми и др. прир. ресурсами) в отличие от применяемой ныне в СССР практики - "сырье к процессам". Впервые экологии, концепция организации про-из-ва была высказана академиком А. Е. Ферсманом в 1932. Переход к такому произ-ву (процессы к сырью) позволит повысить комплексное использование сырья и отходов произ-ва (воспроизводство сырья), обеспечить рециркуляцию металлов , создавать металлич. материалы с учетом ресурсосбережения и распространенности металлов в природе, организовать замкнутые технол. (химико-металлур-гич.) комплексы в регионах с большой концентрацией месторождений различной технологической ориентации (напр., Кольский п-ов, Норильский регион). В пределах замкнутого производства м. б. решены задачи обеспечения производства сырьем, конструкционными материалами и обеспечена защита