Из чего делают металл

Обновлено: 08.01.2025

Самые ранние типы форм изготавливались из формовочной смеси или «глины». Исторически металлургические центры возникали вблизи мест, где песок уже был готов для литья, например, рядом со всемирно известным Каслинским металлургическим заводом. Смесь делится на затвердевший песок и наполненный песок.

Применение

Применение чистого железа довольно ограничено. Он используется в производстве сердечников электромагнитов, в качестве катализатора химических процессов и для некоторых других целей. Однако черные сплавы, железо и сталь, являются основой современной технологии. Многие соединения железа также широко используются. Например, сульфат железа (III) используется для очистки воды, а оксид железа и цианид — в качестве красителей, например, в производстве красителей.

Железо и его сплавы, важнейшие строительные материалы в механическом и промышленном производстве. Почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности изготавливаются из железоуглеродистых сплавов. Автомобили, грузовики, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки в основном изготавливаются из стали. Масштабы производства стали являются одной из основных характеристик общего технического и экономического уровня развития страны. Сталь составляет около 95% всей металлопродукции.

Железо может быть включено в сплавы на основе других металлов, например, никелевые сплавы. Магнитный оксид железа является важным материалом для производства устройств долговременной компьютерной памяти, таких как жесткие диски и дискеты. Железо также является компонентом большинства магнитных сплавов.

Железо широко используется в виде соли. Ferrous III chloride (хлорид железа) используется для вычерчивания печатных плат в радиолюбительских приложениях. Сульфат железа (железный купорос) и медный купорос смешиваются для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо используется в качестве анода в железо-никелевых и железо-воздушных батареях.

Сталь и чугун предлагают уникальное сочетание прочности, долговечности и доступности. Поэтому они не взаимозаменяемы с другими строительными материалами. Металлопрокат играет важную роль в строительстве, наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металл можно формировать в любые формы, от простейшего прута до сложнейшего кованого железа. Все варианты используются в строительной отрасли.

Помимо того, что сталь сама по себе долговечна, в этом секторе активно используется еще одна ее особенность, особенно после специальной обработки. Дело в том, что профилированные металлические изделия не отстают по прочности от цельных деталей того же размера и формы. Это значительно снижает прочность строительного материала, что в свою очередь снижает затраты и уменьшает вес. Это сочетание очень важно в строительстве.

Металлопрокат можно разделить на три основные группы

Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны:
- арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
- трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
- балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.
- Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.
Листы с покрытием чаще всего используются в конструкциях — например, оцинкованные или с защитным полимерным слоем. Этот вариант гораздо более долговечен, так как не подвержен коррозии.

Из-за высокой стоимости сплавов нержавеющие стали редко используются для изготовления листового металла.

Отделочные работы

В их основе часто лежат металлические изделия, такие как трубы, профили и листы.

Рутений. Внешне очень похож на платину, но более хрупок и тверд. В строительстве они используются в платиновых сплавах.

Презентация по окружающему миру «Из чего делают металлы»

Предложите, из каких металлов сделаны древние изделия

Притчи Верное слово сделает железо Богатый человек может сделать горы, трудолюбие разорвет железный канат Человек сильнее железа, тверже камня, мягче розы

Железная руда Железная руда обычно имеет коричневый или красноватый цвет. Он тяжелый и очень твердый. Наиболее важным свойством руды является ее пластичность. Железная руда добывается в шахтах или карьерах.

В угольном пласте вырыт глубокий и большой колодец. Это шахтный ствол. Из шахтного ствола вырывается шахта в виде коридора — горки. Водопропускные трубы и вал поддерживаются специальными опорами. В шахтах есть электрическое освещение, в шахтах обеспечен приток свежего воздуха. Всю тяжелую работу выполняют машины: они забивают куски угля, укладывают их на ленту, а затем на специальные тележки. Машинами управляют шахтеры-люди.

Из чего и как получают металлы руды черных металлов: красная железная руда: красный железняк бурый железняк магнитный железняк руды цветных металлов: медь пирит свинец цинк субоксид алюминия руды драгоценных металлов: серебро золото платина

красный железняк Стальной серый с красноватым оттенком Покрыт блестящей красноватой коркой Твердый Тяжелый Плотный Твердый Черный: темно-красный след

Коричневый железный темно-коричневый блестящий, тусклый Непрозрачный Твердый твердый Прозрачный: коричневый или желтый след

Магнитный железняк Темно-коричневый Самая твердая из всех железных руд Плотный Обладает свойством магнита Металлический блеск След: черный

Вопрос о принадлежности стали к черным или цветным металлам следует рассматривать на основе классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена во многих ГОСТах.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургической промышленности различают черные и цветные металлы. К черным металлам относятся железо, марганец, хром и их сплавы. К ним относятся все стали, чугуны и ферросплавы. На долю черных металлов приходится более 90% мирового потребления металлических сплавов. Сталь используется для изготовления кузовов и деталей автомобилей, от мотороллеров до супертанкеров, строительных конструкций, бытовой техники, станков и другого промышленного оборудования.

Чугун — отличный металл для отливки крупных, прочных и долговечных конструкций, не подверженных нагрузкам на изгиб или кручение.

Цветные металлы в свою очередь делятся на две основные группы в соответствии с их физическими свойствами и, в частности, удельным весом

Легкие цветные металлы

К этой группе относятся алюминий, титан и магний. Эти металлы менее распространены, чем железо, и стоят дороже. Они используются в отраслях, где требуется меньший вес, таких как аэрокосмическая промышленность, высокотехнологичное оружие, IT и телекоммуникационное оборудование, смартфоны и мелкая бытовая техника.

Титан широко используется для суставного и зубного протезирования благодаря своему превосходному взаимодействию с тканями человека.

Тяжелые цветные металлы

К ним относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Они используются в химической, электротехнической, электронной и транспортной промышленности, где требуются очень прочные и стойкие к коррозии сплавы.

Никель-цинк-медь и их сплавы.

Благородные металлы

В эту группу входят золото, серебро, платина, редкий родий, родий, палладий, осмий и иридий.

Первые три известны человеку с доисторических времен. Они редки (по сравнению с медью и железом) и поэтому использовались в качестве материала для монет, драгоценных украшений и церемониальных предметов.

По мере развития культур золото и платина сохраняли свою роль как средство накопления богатства, но широко использовались в промышленности и медицине благодаря своим уникальным природным и химическим свойствам.

Методы литья металлов

Основные методы придания формы металлам следующие

Традиционный метод

Металл попадает в форму под действием силы тяжести. Используется песок и глина или металлическая матрица. Недостатками этого метода являются высокая интенсивность работы с формами и другими строительными заданиями, сложные условия труда и экологичность.

Литье под низким давлением

Форма с металлом и форма для литья находятся в герметичной камере. Металлический проводник, изготовленный из титанового сплава, опускается из формы в расплавленный металл. Теперь в камере создается избыточное давление воздуха или агрегатного газа. Металл поступает в матку под давлением, и скорость потока очень строго контролируется. Форма заполняется полностью и равномерно.

Метод позволяет получать высококачественные слепки, в том числе особенно красивые. Качество поверхности превосходит качество слепков, полученных традиционными методами. Литейные газы удаляются через трубопровод отходящих газов системы очистки и выбрасываются в атмосферу. Метод высоко автоматизирован, улучшает условия труда персонала и обладает высокой степенью экологичности. Кроме того, значительно снижается расход материалов и энергии.

Литье под высоким давлением

Она используется как в черной, так и в цветной металлургии и является самой дорогой и литейной. Металл подается в форму под высоким давлением со скоростью до 120 м/с и мгновенно заполняет форму.

Компоненты, полученные в результате этого процесса, практически не требуют окончательной обработки. Метод позволяет формовать изделия практически любой формы, с тонкими стенками и с предварительно проделанными отверстиями или предварительно вытянутыми компонентами.

Инжекционное литье

Метод инжекции — расширения отличается от обычного формования тем, что металл попадает в матку в виде пыли, смешанной со связующим материалом. Форма изготовлена из высокопрочной стали.

Благодаря высокой текучести смеси заполняются мельчайшие детали контуров формы, а также самые сложные формы, включая внутренние полости. Преимуществом этого метода является высокая поверхностная точность, что означает, что дополнительное лечение не требуется или сводится к минимуму. Еще одним преимуществом является высочайшая естественная и химическая однородность отливки.

Существуют и другие методы литья аксессуаров со специализированным применением.

Основные способы литья металлов

Литье в землю

Традиционный метод. Изготавливается простая или сложная модель из дерева или другого модельного материала, а затем на основе модели создается матрица из песка и глины. Более подробную информацию об этом методе см. в соответствующей статье.

Модель извлекается из формы, и ее части собираются для создания литниковой системы. Форма прокалывается тонкой острой иглой, чтобы обеспечить отток газа. Влейте его и подождите, пока он остынет.

Литье в формы

Разъемные формы, известные как штампы, изготавливаются из металлических деталей. Детали пресс-форм отливаются или, если требуется высокое качество поверхности и точность размеров, фрезеруются. Формы смазываются и заливаются неадгезивным веществом.

После охлаждения формы разбираются, извлекаются и очищаются. Формы выдерживают до 300 рабочих циклов.

Газифицируемая модельная отливка

Модели изготавливаются не из дерева или воска, а из легковоспламеняющегося газообразного вещества, в основном из полистирола. Модель остается в форме и испаряется при заливке металла.

Газифицируемая модельная отливка

Преимущества способа:
- модель не требуется извлекать из матрицы;
- можно изготовлять модели сколь угодно сложных отливок, не нужны сложные и составные формы;
- существенно снижена трудоемкость моделирования и формования.
Разливка моделей с газификацией становится все более популярной на современных сталелитейных заводах.

Из чего сделан металл. Из чего сделан металл

Олово часто можно резать ножницами или кусачками для создания открытых рисунков. Вырежьте дно жестяной коробки и с помощью ножа вырежьте узоры по бокам коробки, чтобы создать абажур. Его можно покрасить и установить.

Путь металла от руды до изделия

Большинство металлов являются химическими. Данная форма не является полноценным материалом для дальнейшего производства готовой продукции. Руды, добытые в шахтах, не подходят для этой цели. Чтобы получить металлы из сырья, сырье должно пройти определенные процедуры.

Существует в общей сложности две формы, из которых извлекаются металлы.
1. Самородная форма. Платина, ртуть, золото, медь, серебро и некоторые другие металлы в природе находятся уже в свободном состоянии. Они не требуют длительной обработки. Чтобы получить сырье для изготовления конечного изделия, такие металлы очищают от примесей механически либо с задействованием реагентов.
2. В виде руды. Представляют собой соединения, которое находится в горных породах/минералах. Извлечение металла производится исключительно промышленным способам. В руде обычно встречаются либо оксид, либо соли металлов. К последним относятся сульфиды и карбонаты. Одна руда может содержать несколько металлов, то есть являются полиметаллическими, к примеру, медно-цинковые, свинцово-серебряные и другие.
Вторая форма гораздо чаще встречается в природе. Единственным исключением являются драгоценные металлы, при добыче которых удаляются посторонние примеси.

Какие способы получения металла существуют?

Руды, содержащие различные соединения металлов, бывают разных форм. Точный состав руды влияет на технологию, используемую для получения материала.
- Восстановление из оксидов с задействованием углерода. Относится к основному способу получения многих металлов. Из оловянного камня выплавляют — олово, из железной руды получают чугун. Из других металлов выплавку проводят из оксидов.
- Обжиг в специальной промышленной печи. Данная технология применяется к сернистой руде. Этот способ предполагает то, что в результате обжига в специальной печи получают сернистое соединение.
Состав руды напрямую влияет на эту конкретную технологию обогащения руды.

Металлургическая промышленность

Металлургия — это промышленный сектор, который производит различные металлические металлы. Металлургией называют не только промышленное производство. Этот термин также применяется к науке, изучающей различные промышленные методы производства металлов. Металлургические процессы — это восстановление катионов металлов с помощью различных восстановительных сред. Металлы из руд получают с помощью специальных восстановительных средств. Последние выбираются с учетом активных компонентов металла, стоимости и соответствия экологическим нормам. При этом всегда учитывается практичность металлургического процесса. Существует три основных технологии получения металлов из различных руд.

Каждый метод обогащения руды имеет свои уникальные характеристики.

Классификация возможных типов кристаллических решеток была создана французским ученым О. Браве и поэтому называется «решетки Браве». Всего существует 14 различных типов кристаллических решеток, разделенных на четыре вида.

Из чего сделан металл

Химия — это царство чудес, в котором благосостояние человечества

Величайшее завоевание разума будет

происходят в этой области.

Таблица Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Важная металлохимическая активность (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей и кислот) приводит к тому, что земная кора встречается в основном в виде соединений: оксидов, серы, сульфида, хлорида, карбоната, карбоната, карбоната, карбоната и. Металлы, расположенные справа от водорода в последовательности давлений (Ag, Hg, Pt, AZ, Cu), встречаются в свободной форме, тогда как медь и ртуть встречаются в природе гораздо чаще в виде соединений.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, называются рудами, хотя технически и экономически чистые металлы могут быть извлечены.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука, и отрасль промышленности — промышленные методы получения металлов из руд.

Каждый металлургический процесс — это процесс, в котором используются различные восстановительные среды для уменьшения ионов металла. Это вещество можно выразить следующим образом.

Для осуществления этого процесса необходимо учитывать активность металла. Для изучения технической осуществимости, экономических и экологических факторов необходимо выбрать понижающие коэффициенты.

В соответствии с этим существуют следующие методы производства металла

Пирометаллургия

Питеметаллография — восстановление металлов из руд до высоких температур с использованием углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово извлекается с помощью казидерита Сно₂Медь извлекается с помощью кипрской Cu₂o

Углерод при прокаливании (Cola): o

Сно.₂+ 2c = sn + 2co↑; cu₂O + C = 2CU + CO↑

Серная руда сначала накаливается на воздухе, а затем полученный оксид становится углеродом.

2zns + 30₂ = 2zno + 2so₂ ↑; ZnO + C = Zn + CO↑Сфалит

Из карбонатных руд металл также экспортируется углеродными грозами, так как карбонаты при нагревании разлагаются и превращаются в оксиды, последние отбрасываются в углерод.

feсro3=féoo + co₂ ↑; fé пока +с= fet + co↑ железный камень (асторский и железный)

При восстановлении углеродом могут образовываться Fe, Cu, Zn, Cd, Ge, Sn, Pb и другие металлы, которые не образуют прочного углерода (углеродных соединений).

В качестве восстановительных факторов можно использовать водород или активные металлы.

К преимуществам этого метода относится очень чистый прием металла.

2) ТИО.₂+ 2mg = Ti + 2mgo (магний).

Наиболее часто используемым металлом для индукции является алюминий, образование оксида которого очень велико (2A1 + 2MGO).

Его очень высокая (2A1 + 1,5 o₂ = al₂o₃ + 1676 кдж/моль). Электрохимические линии напряжения металла не могут быть использованы для определения потенциала реакции восстановления металла оксидом. Вероятность этого процесса можно в основном определить, зная величину образования горячего оксида и рассчитав тепловой эффект реакции (q).

где q₁ — теплота горячего образования составляет q₂ — Это экзотермическая сила образования продукта.

Поэзия легких (производство железа): c + o₂ = co₂co.₂ +c↔2co3fe₂o₃ + co = 2 (Fe 2 Fe 3₂) o₄+ co₂(Fe 2 Fe 3 ) o + co = 2 (Fe 2 Fe 3 ) o + co 2₂) o₄+ co = 3feo + co₂feo + co = fe + co₂ (Чугун содержит до 6,67% углерода в виде гранул графита и цементита Fe)₃c);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) происходит в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрощелевых) с различными способами нагрева. Воздух, обогащенный кислородом, приводит к сгоранию серы, фосфора и кремния в виде оксидов. Оксиды объединяются в виде анекдотов (co₂поэтому₂), или легко переходит в отделенный шлак — шихта CA₃(PO₄)₂ и Casio₃ Для производства специальных сталей в печь вводят сплавы других металлов.

Гидрометаллургия

Гипермаляция — это восстановление металлов из соли в раствор.

Процедура проводится в два этапа: 1) природное соединение растворяется в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла- 2) из полученного раствора этот металл заменяется или восстанавливается более активным металлом или подвергается электролизу. Например, в случае получения руды Cuo, руда обрабатывается редкой серной кислотой.

Медь извлекается из солевого раствора электролизом или вытесняется в железо сульфатной кислотой.

Из него получают серебро, цинк, молибден, золото и уран.

Для строительства скамьи размером 2,3 x 0,6 x 0,45 м используются трубы квадратного сечения 0,03 x 0,03 м общей длиной 11 м. Также 2,3 м доски и 0,06 м шириной.

Химические свойства металлов

Металлы не могут присоединять электроны. Поэтому они являются восстановительными во всех химических реакциях, и соединения имеют только положительную степень окисления. Восстановительная активность различных металлов неодинакова. Слева направо, в главных подгруппах, восстановительная активность металлов уменьшается.

(a) С галогенами металлы образуют соли — например, галогениды.

(b) С кислородом металлы образуют оксиды.

С кислородом железо горит.

(c) С серой металл образует соли — например, сульфиды:.

(d) С водородом наиболее активные металлы образуют гидриды. Например

(e) С углеродом многие металлы образуют карбиды.

(a) Первые металлы в ряду напряжения (от Li до Na) вытесняют водород из воды и образуют щелочи при нормальных условиях.

(b) Первый металл в ряду напряжений перед водородом взаимодействует с разбавленной кислотой (HCl, H).₂Итак.₄ и т.д.), что приводит к образованию солей и выделению водорода.

(c) Металл взаимодействует с раствором солей менее активного металла, что приводит к образованию солей наиболее активного металла и высвобождению менее активного металла в свободной форме.

Общие способы получения металлов

Большинство металлов встречаются в природе в виде различных соединений (например, оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов и карбонатов). Только наименее активные металлы, такие как золото, серебро и платина, встречаются в природе в свободном виде (природные металлы).

Получение металлов из этих соединений является задачей металлургии.

Каждый металлургический процесс включает восстановление ионов металла с использованием различных восстановителей для получения свободной формы металла.

В зависимости от способа осуществления металлургического процесса различают пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

Термометаллургия — это получение металлов из их соединений при высоких температурах с использованием различных восстановителей, таких как углерод, монооксид углерода (II), водород и металлы (алюминий, магний).

Гидрометаллургия — это производство металлов, состоящее из двух процессов: 1) природное соединение металла (обычно оксид) растворяется в кислоте, образуя раствор соли металла; 2) металл, о котором идет речь в растворе, получается из более реакционноспособного металла; и 3) раствор производится из данного металла.

Электрометаллургия — это производство металлов путем электролиза растворов или плавления их соединений. Редуцирующим фактором в этом процессе является электроэнергия.

Сплавы

Чистые формы металлов используются реже, чем сплавы. Причина этого в том, что сплавы часто обладают лучшими техническими свойствами, чем чистые металлы. Сплавы основаны на свойстве металлов плавиться друг в друга в расплавленном состоянии и смешиваться друг с другом.

Сплавы имеют различные составы и структуры. Наиболее важными из них являются
1. Механическая смесь металлов. Охлажденный расплав представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов (например, Pb + Sb)
2. Твердые растворы. При охлаждении расплава образуются однородные кристаллы. В узлах их кристаллических решеток находятся атомы различных металлов (например, Cu + Ni).
3. Интерметаллические соединения. При взаимном растворении металлов их атомы реагируют между собой, образуя химические соединения. В таких соединениях металлы чаще всего не проявляют валентность, характерную для них в соединениях с неметаллами (например, Cu₃Zn, Zn.₃Mg, Ag.₂Zn.₅).
Сплавы могут также содержать неметаллы (например, углерод, бор).

Способность металлов в расплавленном состоянии смешиваться механически, а также образовывать друг с другом различные соединения (и неметаллические атомы) — физические свойства сплавов металлов, входящих в их состав. Сплавы вольфрама и монокарбоната кобальта по твердости сравнимы с алмазом. В настоящее время в этой технологии применяется большое количество различных сплавов с заданными свойствами. В их производстве используется более 40 химических элементов в различных комбинациях и количественных соотношениях.

Некоторые широко используемые сплавы

Сталь — это сплав железа и углерода со следующими добавками: Mn, Cr, Ni, Si, P и S.

Медь — сплав меди и олова, добавки: Zn, Pb, Al, Mn, P, Si.

Латунь — сплав меди и цинка, добавки: Sn, Mn, Al, Pb, Si.

Мельхиор — медный сплав, содержащий никель.

Дюралюминий — это алюминиевый сплав, содержащий медь (3-5%), марганец (1%) и магний (1%).

Электрометаллургия — это производство металлов путем электролиза растворов или плавления их соединений. Редуцирующим фактором в этом процессе является электроэнергия.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но существует так много ее разновидностей, что ее обычно выделяют в отдельную категорию. Эта сталь особенно важна благодаря своей коррозионной стойкости.

По сути, это просто сталь, содержащая значительное количество хрома. При коррозии хром создает очень тонкий слой, который замедляет образование ржавчины. Стирание этой плотины быстро приведет к образованию новой плотины.

Кухни полны изделий из нержавеющей стали — ножи, столы, посуда — все, что соприкасается с пищей.

К сожалению, то, что они изготовлены из нержавеющей стали, не означает, что они не ржавеют. Различные составы предотвращают различные степени ржавления. Нержавеющая сталь, используемая в морской воде, должна быть коррозионностойкой, чтобы предотвратить появление ржавчины. Однако все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.

Железо (кованое или литое)

Хотя это очень архаичный металл (особенно распространенный в железном веке), он все еще имеет множество современных применений.

Во-первых, это важный компонент стали. Но помимо этого, вот некоторые другие области применения и объяснения того, почему используется железо:.
- Посуда (например, сковороды) — пористая поверхность позволит кулинарным маслам пригореть и создать естественную антипригарную поверхность.
- Дровяные печи — чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры.
- Основания и рамы для тяжелой техники — этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость
Интересный факт: железо — шестой по распространенности элемент во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году и с тех пор послужил основой для нескольких важных разработок.

Например, благодаря своему замечательному соотношению веса и массы, именно этот металл в значительной степени отвечает за полеты человека и полеты на Луну. Он имеет хорошую форму (эластичный) и не ржавеет, что делает его идеальным для изготовления банок для безалкогольных напитков. И (возможно) самое главное, из него можно сделать очень тонкие листы, которые можно использовать для приготовления свежей рыбы до совершенства.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем других металлов, на самом деле это очень распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (без железа) на планете.

Он не ржавеет, но окисляется. На самом деле, железо по определению является единственным металлом, который «ржавеет». Алюминий более подвержен коррозии при контакте с солью. Однако он не подвергается коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий очень полезным для создания таких объектов, как пресноводные лодки.

Выплавка стали: технология, способы, сырье

Железную руду получают привычным способом: открытой или подземной добычей и последующей транспортировкой для первоначальной подготовки, где материал измельчается, промывается и перерабатывается.

Руду засыпают в доменную печь и подвергают струйной обработке горячим воздухом и теплом, который превращает ее в расплавленное железо. Далее оно извлекается из нижней части печи в формы, известные как свиньи, где происходит остывание для получения чугуна. Он превращается в кованое железо или перерабатывается в сталь несколькими способами.

Что такое сталь?

Вначале было железо. Оно является одним из наиболее распространенных металлов в земной коре. Его можно встретить почти везде, в сочетании со многими другими элементами, в виде руды. В Европе начало работы с железом датируется 1700 г. до н.э.

В 1786 году французские ученые Бертолле, Мондж и Вандермонде точно определили, что разница между железом, чугуном и сталью обусловлена различным содержанием углерода. Тем не менее сталь, изготовленная из железа, быстро стала самым важным металлом промышленной революции. В начале XX века мировое производство стали составило 28 миллионов тонн - это в шесть раз больше, чем в 1880 году. К началу Первой мировой войны ее производство составляло 85 миллионов тонн. В течение нескольких десятилетий она практически заменила железо.

Содержание углерода влияет на характеристики металла. Существует два основных вида стали: легированная и нелегированная. Сплав стали относится к химическим элементам, отличным от углерода, добавленного к железу. Таким образом, для создания нержавеющей стали используется сплав 17 % хрома и 8 % никеля.

В настоящее время существует более 3000 каталогизированных марок (химических составов), не считая тех, которые созданы для удовлетворения индивидуальных потребностей. Все они способствуют превращению стали в наиболее подходящий материал для решения задач будущего.

Сырье для выплавки стали: первичное и вторичное

Выплавка данного металла с использованием многих компонентов – самый распространенный способ добычи. Шихтовые материалы могут быть как первично используемые, так и вторично. Основной состав шихты, как правило, составляет 55 % чугуна и 45 % оставшегося металлолома. Ферросплавы, переделанный чугун и технически чистые металлы используются как основной элемент сплава, ко вторичным, как правило, относят все виды черного металла.

Железная руда является самым важным и основным сырьем в черной металлургии. Для производства тонны чугуна требуется около 1,5 тонны этого материала. Для производства одной тонны чугуна используется около 450 тонн кокса. Многие металлургические заводы применяют даже древесный уголь.

Вода - важное сырье для черной металлургии. Она в основном используется для закалки кокса, охлаждения доменных печей, производства пара в дверях угольной печи, работы гидравлического оборудования и удаления сточных вод. Для производства тонны стали требуется около 4 тонн воздуха. Флюс используется в доменной печи для извлечения загрязнений из плавильной руды. Известняк и доломит объединяются с экстрагированными примесями с образованием шлака.

Как дутьевые, так и стальные печи, облицованы огнеупорами. Они используются для облицовочных печей, предназначенных для плавки железной руды. Диоксид кремния или песок используется для формования. Для производства стали различных марок применяют цветные металлы: алюминий, хром, кобальт, медь, свинец, марганец, молибден, никель, олово, вольфрам, цинк, ванадий и др. Среди всех этих ферросплавов марганец широко используется в выплавке стали.

Железные отходы, полученные из демонтированных конструкций заводов, механизмов, старых транспортных средств и т. д., перерабатываются и широко используются в этой отрасли.

Чугун для стали

Выплавку стали с использованием чугуна производят гораздо чаще, чем с другими материалами. Чугун - это термин, который обычно относится к серому железу, однако он также идентифицирован с большой группой ферросплавов. Углерод составляет примерно от 2,1 до 4 мас.%, тогда как кремний составляет обычно от 1 до 3 мас.% в сплаве.

Выплавка чугуна и стали проходит при температуре плавления между 1150 и 1200 градусов, что примерно на 300 градусов ниже, чем температура плавления чистого железа. Чугун также демонстрирует хорошую текучесть, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформации, окислению и отливке.

Сталь также является сплавом железа с переменным содержанием углерода. Содержание углерода в стали составляет от 0,2 до 2,1 мас.%, И это наиболее экономичный легирующий материал для железа. Выплавка стали из чугуна полезна для различных инженерных и конструкционных целей.

Железная руда для стали

Процесс выплавки стали начинается с переработки железной руды. Породу, содержащую железную руду, измельчают. Руду добывают с использованием магнитных роликов. Мелкозернистая железная руда перерабатывается в крупнозернистые комки для использования в доменной печи. Уголь очищается от примесей в коксовой печи, что дает почти чистую форму углерода. Затем смесь железной руды и угля нагревают для получения расплавленного железа или чугуна, из которого производится сталь.

В основной кислородной печи расплавленная железная руда является основным сырьем и смешивается с различными количествами стального лома и сплавов для производства различных марок стали. В электродуговой печи переработанный стальной лом расплавляется непосредственно в новую сталь. Около 12% стали изготовлено из переработанного материала.

Технология выплавки

Плавление - процесс, посредством которого металл получают либо в виде элемента, либо как простое соединение из его руды путем нагревания выше температуры плавления обычно в присутствии окислителей, таких как воздух, или восстановителей, таких как кокс.

В технологии выплавки стали металл, который сочетается с кислородом, например оксидом железа, нагревается до высокой температуры, и оксид образуется в сочетании с углеродом в топливе, выходящим как монооксид углерода или диоксид углерода.
Другие примеси, все вместе называемые жилами, удаляются добавлением потока, с которым они объединяются, образуя шлак.

В современных плавках стали используется отражательная печь. Концентрированная руда и поток (обычно известняк) загружаются в верхнюю часть, а расплавленный штейн (соединение меди, железа, серы и шлака) вытягивается снизу. Вторая термообработка в конвертерной печи необходима для удаления железа из матовой поверхности.

Кислородно-конвекторный способ

Кислородно-конвертерный процесс является ведущим процессом сталеплавильного производства в мире. Мировое производство конвертерной стали в 2003 году составило 964,8 млн тонн или 63,3 % от общего производства. Производство конвертера является источником загрязнения окружающей природной среды. Основными проблемами этого являются снижение выбросов, сбросов и уменьшение отходов. Суть их заключается в использовании вторичных энергетических и материальных ресурсов.

Экзотермическое тепло генерируется реакциями окисления во время продувки.

Основной процесс выплавки стали с использованием собственных запасов:
- Расплавленный чугун (иногда называемый горячим металлом) из доменной печи выливается в большой огнеупорный футерованный контейнер, называемый ковшом.
- Металл в ковше направляется непосредственно для основного производства стали или стадии предварительной обработки.
- Высокочистый кислород под давлением 700-1000 килопаскалей вводится со сверхзвуковой скоростью на поверхность ванны железа через охлаждаемую водой фурму, которая подвешена в сосуде и удерживается в нескольких футах над ванной.
Решение о предварительной обработке зависит от качества горячего металла и требуемого конечного качества стали. Самые первые конвертеры со съемным дном, которые могут быть отсоединены и отремонтированы, все еще используются. Были изменены копья, используемые для дутья. Для предотвращения заклинивания фурмы во время продувки применялись щелевые манжеты с длинным сужающимся медным наконечником. Кончики наконечника после сгорания сжигают CO, образующийся при выдувании в CO₂, и обеспечивают дополнительное тепло. Для отвода шлака используются дротики, огнеупорные шарики и шлаковые детекторы.

Кислородно-конвекторный способ: достоинства и недостатки

Не требует затрат на оборудование по очищению от газа, так как пылеобразование, т. е. испарение железа, снижено в 3 раза. За счет снижения выхода железа наблюдается рост выхода жидкой стали в 1,5 - 2,5 %. Преимуществом стало и то, что интенсивность продувки в таком способе увеличивается, что дает возможность повысить производительности конвертера на 18 %. Качество стали выше, потому что температура в зоне продувки снижена, что приводит к уменьшению образования азота.

Недостатки данного способа выплавки стали привели к снижению спроса на потребление, так как повышается уровень потребления кислорода на 7 % из-за большого расхода на сжигание топлива. Наблюдается повышенное содержание водорода в переработанном металле, из-за чего приходится некоторое время после окончания процесса вести продувку при помощи кислорода. Среди всех способов кислородно-конвертерный обладает самым повышенным шлакообразованием, причиной является невозможность следить за процессом окисления внутри оборудования.

Мартеновский способ

Мартеновский способ на протяжении большей части 20-го века составлял основную часть обработки всей стали, изготовленной в мире. Уильям Сименс в 1860-х годах искал средства повышения температуры в металлургической печи, воскресив старое предложение об использовании отработанного тепла, выделяемого печью. Он нагревал кирпич до высокой температуры, затем использовал тот же путь для ввода воздуха в печь. Предварительно нагретый воздух значительно увеличивал температуру пламени.

Природный газ или распыленные тяжелые масла используются в качестве топлива; воздух и топливо нагреваются до сгорания. Печь загружается жидким доменным чугуном и стальным ломом вместе с железной рудой, известняком, доломитом и флюсами.

Сама печь изготовлена из высокоогнеупорных материалов, таких как магнезитовый кирпич для очагов. Вес мартеновских печей достигает 600 тонн, и их обычно устанавливают группами, так что массивное вспомогательное оборудование, необходимое для зарядки печей и обработки жидкой стали, может быть эффективно использовано.

Хотя мартеновский процесс практически полностью заменен в большинстве промышленно развитых стран основным кислородным процессом и электродуговой печью, им изготавливают около 1/6 всей стали, произведенной во всем мире.

Достоинства и недостатки данного способа

К преимуществам относят простоту использования и легкость в получении легированной стали с примесью различных добавок, которые придают материалу различные специализированные свойства. Необходимые добавки и сплавы добавляют непосредственно перед окончанием выплавки.

К недостаткам можно отнести сниженную экономичность, по сравнению с кислородно-конверторным способом. Также качество стали более низкое, по сравнению с остальными методами выплавки металла.

Электросталеплавильный способ

Современный способ выплавки стали с использованием собственных запасов представляет собой печь, которая нагревает заряженный материал с помощью электрической дуги. Промышленные дуговые печи имеют размеры от небольших единиц грузоподъемностью около одной тонны (используются в литейных цехах для производства чугунных изделий) до 400 тонн единиц, применяемых для вторичной металлургии.

Дуговые печи, используемые в исследовательских лабораториях, могут иметь емкость всего несколько десятков граммов. Промышленные температуры электрической дуговой печи могут составлять до 1800 °C (3,272 °F), в то время как лабораторные установки могут превышать 3000 °C (5432 °F).

Дуговые печи отличаются от индукционных тем, что зарядный материал непосредственно подвергается воздействию электрической дуги, а ток в выводах проходит через заряженный материал. Электрическая дуговая печь используется для производства стали, состоит из огнеупорной футеровки, обычно водоохлаждаемой, больших размеров, покрыта раздвижной крышей.

Печь в основном разделена на три секции:
- Оболочка, состоящая из боковых стенок и нижней стальной чаши.
- Очаг состоит из огнеупора, который вытягивает нижнюю чашу.
- Крыша с огнеупорной футеровкой или водяным охлаждением может быть выполнена в виде секции шара или в виде усеченного конуса (коническая секция).
Достоинства и недостатки способа

Данный способ занимает лидирующие позиции в области производства стали. Метод выплавки стали применяется для создания высококачественного металла, который либо совсем лишен, либо содержит незначительное количество нежелательных примесей, таких как сера, фосфор и кислород.

Главным плюсом метода является использование электроэнергии для нагревания, благодаря чему можно легко контролировать температуру плавления и достичь невероятной скорости нагревания металла. Автоматизированная работа станет приятным дополнением к прекрасной возможности качественной переработки различного металлического лома.

Что такое металл? Свойства и особенности металлов

Что такое металл? Природой этого вещества интересовались ещё в древности. Сейчас открыто около 96 видов металлов. Об их характеристиках и свойствах и поговорим в статье.

Что такое металл?

Наибольшее число элементов в таблице Менделеева относится к металлам. В настоящее время человеку известно только 96 их видов. Каждый из них обладает своими особенностями, многие из которых ещё не изучены.

Что такое металл? Это простое вещество, для которого характерны большие электро- и теплопроводность, положительный температурный коэффициент проводимости. Большинство металлов обладает высокой прочностью, пластичностью и поддаются ковке. Одной из отличительных особенностей является наличие металлического блеска.

Значение слова «металл» связано с греческим métallion, где оно означает «выкапывать из земли», а также «рудник, копи». В русскую терминологию оно пришло в период правления Петра I из немецкого языка (нем. Metall), в который слово перебралось с латинского.

Физические свойства

Элементы металлы обычно обладают хорошей пластичностью, исключение составляют олово, цинк, марганец. По плотности они разделяются на легкие (алюминий, литий) и тяжелые (осмий, вольфрам). Большинство имеет высокую температуру плавления, общий диапазон колеблется от – 39 у ртути до 3410 градусов по Цельсию у вольфрама.

В нормальных условиях все металлы, кроме ртути и франция, являются твердыми. Степень их твердости определяют в баллах по шкале Мосса, где максимумом считается 10 баллов. Так, самыми твердыми являются вольфрам и уран (6.0), наиболее мягким является цезий (0.2). Многие металлы обладают серебристым, голубоватым и серым оттенками, только некоторым свойственны желтый и красноватый цвета.

В их кристаллических решетках находятся подвижные электроны, благодаря чему они отлично проводят электрический ток и тепло. Лучше всего с этим справляется серебро и медь. Наименьшую теплопроводность имеет ртуть.

Химические свойства

По химическим свойствам металлы разделяются на множество групп. Среди них щелочные, щелочноземельные, легкие, актиний и актиноиды, лантан и лантаноиды, полуметаллы. Отдельно находятся магний и бериллий.

Как правило, металлы выступают в качестве восстановителей для неметаллов. Они обладают различной активностью, поэтому реакции на вещества неодинаковы. Наиболее активными являются щелочные металлы, они легко взаимодействуют с водородом, водой.

При определенных условиях почти всегда происходит взаимодействие металлов с кислородом. Реакция на него отсутствует только у золота и платины. Они также не реагируют на серу и хлор, в отличие от других металлов. Щелочная группа окисляется в обыкновенной среде, остальные при воздействии высоких температур.

Нахождение в природе

В природе металлы встречаются в основном в рудах или соединениях, например, оксидах, солях, карбонатах. Перед использованием они проходят длительные этапы очистки. Многие металлы сопровождают месторождения минералов. Так, кадмий входит в состав цинковых руд, скандий и тантал соседствуют с оловом.

Сразу в чистом виде встречаются только инертные, то есть неактивные металлы. Из-за слабой подверженности к окислениям и коррозиям они завоевали звание благородных. К ним относят золото, платину, серебро, рутений, осмий, палладий и т. д. Благородные металлы очень пластичны и обладают характерным ярким блеском в готовых изделиях.

Металлы окружают нас повсюду. В больших количествах они находятся в земной коре. Самыми распространенными являются алюминий, железо, натрий, магний, кальций, титан и калий. Они содержатся в морской воде (натрий, магний), являются частью живых организмов. В теле человека металлы присутствуют в костях (кальций), в крови (железо), нервной системе (магний), мышцах (магний) и других органах.

Изучение и использование

Что такое металл знали ещё древние цивилизации. Среди египетских археологических находок, датируемых 3-4 тысячелетиями до нашей эры, были найдены изделия из благородных металлов. Первыми человек открыл золото, медь, серебро, свинец, железо, олово, ртуть. Они служили для изготовления украшений, орудий труда, ритуальных предметов и оружия.

В эпоху Средневековья были обнаружены сурьма, мышьяк, висмут, цинк. Им нередко придавали магические свойства, связывали с космосом, движением планет. Алхимики проводили многочисленные опыты в надежде превратить ртуть в воду или золото. Постепенно число открытий возрастало, и к XXI веку были открыты все известные на сегодняшний день металлы.

Сейчас их применяют практически во всех сферах жизни. Металлы используют для изготовления украшений, техники, кораблей, автомобилей. Из них делают каркасы для строительства зданий, изготовляют мебель, различные мелкие детали.

Отличная электропроводность сделала металл незаменимым для изготовления проводов, именно благодаря ему, мы пользуемся электрическим током.

Как получают и из чего делают железо (сталь)?

Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.

Популярное заблуждение

Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.

Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.

Добыча

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Производство

Итак, теперь мы понимаем, из чего делают железо. Горная порода является сырьем для его добычи. Ее отвозят на перерабатывающее предприятие, загружают в доменную печь и нагревают до температуры 1400-1500 градусов. Эта температура должна держаться в течение определенного времени. Содержащееся в составе горной породы железо плавится и приобретает жидкую форму. Затем его остается разлить в специальные формы. Образовавшиеся шлаки при этом отделяют, а само железо получается чистым. Затем агломерат подают в бункерные чаши, где он продувается потоком воздуха и охлаждается водой.

Есть и другой способ получения железа: горную породу дробят и подают на специальный магнитный сепаратор. Так как железо имеет способность намагничиваться, то минералы остаются на сепараторе, а вся пустая порода вымывается. Конечно, чтобы железо превратить в металл и придать ему твердую форму, его необходимо легировать с помощью другого компонента – углерода. Его доля в составе очень мала, однако именно благодаря нему металл становится высокопрочным.

Стоит отметить, что в зависимости от объема добавляемого в состав углерода сталь может получаться разной. В частности, она может быть более или менее мягкой. Есть, например, специальная машиностроительная сталь, при изготовлении которой к железу добавляют всего 0,75 % углерода и марганец.

Теперь вы знаете, из чего делают железо и как его преобразовывают в сталь. Конечно, способы описаны весьма поверхностно, но суть они передают. Нужно запомнить, что из горной породы делают железо, из чего далее могут получать сталь.

Производители

На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.

Мы рассмотрели, из чего состоит сплав. Железо в его составе смешивается с углеродом, и подобная смесь является основной для изготовления большинства известных металлов.

Читайте также: