Важнейшие направления научно-технического прогресса:

- широкое освоение прогрессивных технологий: мембранной, лазерной, плазменной, технологий с использованием сверхвысоких давлений и импульсных нагрузок и др.;

- автоматизация производства - быстрое развитие робототехники, роторных и роторно-конвейерных линий, гибких автоматизированных производств, что обеспечивает высокую производительность труда;

- создание и применение новых видов металлопродукции, пластических масс, композитов, металлических порошков, керамики и других прогрессивных конструкционных материалов [5].

Одним из важнейших факторов интенсификации и повышения эффективности производства является режим экономии. Ресурсосбережение должно превратиться в решающий источник удовлетворения растущих потребностей в топливе, энергии, сырье и материалах. В решении всех этих вопросов важная роль принадлежит промышленности. Предстоит создать и оснастить народное хозяйство машинами, оборудованием, обеспечивающим высокую эффективность использования конструкционных и других материалов, сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, создание и применение высокоэффективных малоотходных и безотходных технологических процессов.

Сегодня Россия в расчете на единицу национального дохода расходует топлива, электроэнергии, металла существенно больше, чем развитые страны. Это приводит к дефициту ресурсов при больших объемах производства, вынуждает выделять все новые средства для наращивания сырьевой и топливно-энергетической базы. Поэтому так необходима коренная модернизация отечественного машиностроения - решающее условие ускорения научно-технического прогресса, реконструкции всего народного хозяйства. При этом достижение долговременных стратегических целей должно сочетаться с максимальным удовлетворением насущных потребностей народа.

2. Основные направления НТП металлургической промышленности

Металлургический комплекс включает черную и цветную металлургию, то есть совокупность связанных между собой отраслей и стадий производственного процесса от добычи сырья до выпуска готовой продукции - чёрных и цветных металлов и их сплавов.

К черным металлам относят железо, марганец, хром. Все остальные - цветные.

Черная металлургия охватывает весь процесс от добычи и подготовки сырья, топлива, вспомогательных материалов до выпуска проката с изделиями дальнейшего передела.

Значение черной металлургии заключается в том, что она служит основой развития машиностроения (одна треть производимого металла идет  в машиностроение), строительство (1/4 металла идет в строительство). Кроме того продукция черной металлургии имеет экспортное значение.

В состав черной металлургии входят следующие основные подотрасли:

- добыча и обогащение рудного сырья для черной металлургии (железных, марганцевых и хромитовых руд);

- добыча и обогащение нерудного сырья для черной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т.п.);

- производство черных металлов (чугуна, стали, проката, доменных ферросплавов, металлических порошков черных металлов);

- производство стальных и чугунных труб;

- коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);

- вторичная обработка черных металлов (разделка лома и отходов черных металлов) [2].

Собственно металлургическим циклом является производство чугуна, стали и проката. Предприятия, выпускающие чугун, сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.

Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий черной металлургии являются комбинаты.

В размещении черной металлургии полного цикла большую роль играет сырье и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей. Особенностью размещения отраслей является их территориальное несовпадение, так как запасы железной руды сосредоточенны, в основном, в европейской части, а топлива - преимущественно в восточных районах России. Комбинаты создают у сырьевых (Урал) или топливных баз (Кузбасс), а иногда между ними (Череповец). При размещении учитывают также обеспечение водой, электроэнергией, природным газом.

На современном этапе выделяют следующие новые методы производства и обработки стали.

1. Электроннолучевая плавка металлов.

Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании кинетической энергии свободных электронов, получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения. На металл направляется поток электронов, в результате чего он нагревается и плавится.

Электроннолучевая плавка имеет ряд преимуществ: электронные лучи позволяют получить высокую плотность энергии нагрева, регулировать скорость плавки в больших пределах, исключить загрязнение расплава материалом тигля и применять шихту в любом виде. Перегрев расплавленного металла в сочетании с малыми скоростями плавки и глубоким вакуумом создают эффективные условия для очистки металла от различных примесей.

2. Электрошлаковый переплав.

Очень перспективным способом получения высококачественного металла является электрошлаковый переплав. Капли металла, образующиеся при переплаве заготовки, проходят через слой жидкого металла и рафинируются. При обработке металла шлаком и направленной кристаллизации слитка снизу вверх содержание серы в заготовке снижается на 30–50%, а содержание неметаллических включений – в два-три раза.

3. Вакуумирование стали.

Для получения высококачественной стали, широко применяется вакуумная плавка. В слитке содержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их можно значительно уменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке и разливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке в закрытой камере, из которой удаляют воздух и другие газы. Вакуумирование стали производится в ковше перед заливкой по изложницам. Лучшие результаты получаются тогда, когда сталь после вакуумирования в ковше разливают по изложницам так же  в вакууме. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционных печах.

4. Рафирование стали в ковше жидкими синтетическими шлаками.

Сущность этого метода состоит в том, что очистка стали от серы, кислорода и неметаллических включений производится при интенсивном перемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком, приготовленном в специальной шлакоплавильной печи. Сталь после обработки жидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами. За счет сокращения периода рафинирования в дуговых печах, производительность которых может быть увеличена на 10–15%. Мартеновская печь, обработанная синтетическими шлаками, по качеству близка к качеству стали, выплавляемой в электрических печах [3].            

3. Применение непрерывной разливки стали – важное направление НТП в металлургии

Идея непрерывного литья была выдвинута в середине XIX в.                                 Г. Бессемером, который предлагал разливать жидкую сталь между двумя водоохлаждаемыми валками. Однако не только при том уровне тех­ники, но и в настоящее время реализовать такую идею бесслитковой прокатки невозможно. В  943 г. С. Юнган разработал подвижный кристаллизатор для разливки заготовок. В Японии освоение МНЛЗ началось в  955 г. В настоящее время на многих металлургических заводах работают МНЛЗ трех типов: вертикального, вертикального с изгибом слитка, радиального [2].

В зависимости от размера слитка МНЛЗ делятся на слябовые, блюмовые и заготовочные. Естественно, что размеры промежуточных ковшей, кристаллизаторов, а также состав огнеупоров при этом разные. При непрерывном методе разливки жидкая сталь заливается в кристаллизатор, под влиянием водоохлаждаемых стенок которого начинается первичное охлаждение. Выходящая из кристаллизатора заготовка с жидкой сердцевиной интенсивно охлаждается (вторичное охлаждение). После затвердевания по всему сечению заготовка разре­зается на мерные длины. Таким образом, непрерывная разливка позволяет получать непосредственно из жидкой стали полупродукт, готовый для прокатки на чистовых станках.

По сравнению с прежним методом разливки стали в изложницы при непрерывной разливке можно сократить не только время за счет   исключения   некоторых   операций,   но   и   капиталовложения (например, на сооружение обжимных станов). Непрерывная разливка обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьше­ния обрези и энергии, которая тратилась на подогрев слитка в нагре­вательных колодцах. Исключение нагревательных колодцев позво­лило в значительной степени избавиться от загрязнения атмосферы. По ряду других показателей: качеству металлопродукции, возможности  механизации   и   автоматизации,   улучшению   условий  труда непрерывная разливка также эффективнее традиционных способов. Но непрерывная разливка имеет и Отрицательные стороны. Стали некоторых марок,  например кипящие,  нельзя разливать по этому методу, малые объемы разливки сталей различных марок повышают их себестоимость, неожиданные поломки оказывают большое влияние на снижение общей производительности.

4. Вопросы улучшения качества металлопродукции

Один из путей улучшения качества металлопродукции для нужд теплотехники - применение металлических и неметаллических защитных покрытий. Фосфатные пленки по сравнению с металлопокрытиями обладают высокими защитными свойствами (при невысокой стоимости их получения), что особенно важно для увеличения срока службы различных металлоконструкций, например, термосифонов, работающих в агрессивной среде перегретого пара.

Сущность процесса фосфатирования заключается в получении на поверхности металла защитных пленок из труднорастворимых вторичных и третичных фосфатов железа, марганца, цинка и некоторых других металлов. Основной вклад в развитие теории электрохимического и коррозионного поведения стали в фосфатных средах внесли исследования [1-3], учитывая, что на процесс фосфатирования влияют природа стали, состояние поверхности, рН раствора, температура, электромеханические воздействия, наличие активаторов, ускорителей.

Свойства фосфатных пленок зависят от состава фосфатирующего раствора. Так, для получения кристаллических пленок применяются растворы на основе первичных фосфатов марганца и цинка, аморфные пленки формируются из растворов фосфатов щелочных металлов и алюминия. Существенное влияние на свойства покрытий оказывает концентрация фосфатирующих реагентов. Например,  рекомендуется применять фосфатирующие растворы, суммарная концентрация которых по фосфатам железа и марганца составляет 100 и даже 200 г/л, при этом коррозионная стойкость покрытий повышается в 10 раз [1].

Следует отметить, что в зарубежной практике наметилась тенденция к снижению массы фосфатных пленок при одновременном значительном улучшении их защитных свойств за счет введения в фосфатирующие растворы ускоряющих, активизирующих и измельчающих зерно добавок (хлоридов, нитратов, полифосфатов, органических кислот). В зависимости от метода фосфатирования оптимальная концентрация полифосфатов колеблется от 100 мг/л при распылении до 1 г/л при нанесении пленки методом погружения [5]. Действие органических кислот (янтарной, лимонной, щавелевой, яблочной) связывают с их способностью образовывать комплексные соединения с катионами, что уплотняет пленки.

Технологическая схема фосфатирования включает в себя следующие операции: обезжиривание, активирование, стравливание окалины и снятие травильного шлака, фосфатирование и отделка фосфатной пленки для повышения ее защитных свойств. После каждой из этих операций выполняются водные, как правило, двойные промывки. Для обезжиривания применяются органические растворители, водные эмульсии и щелочи. Водные эмульсии очищают от жиров и масел, минеральных и других загрязнений, причем на поверхности стали появляется ингибирующая пленка, что приводит к образованию однородных мелкокристаллических фосфатных покрытий. В отечественной промышленности наибольшее распространение получило щелочное обезжиривание из растворов, включающих фосфаты, полифосфаты, карбонаты, силикаты, смачиватели, эмульгаторы.

Для улучшения защитных свойств покрытий осуществляется промывка в обессоленной или дистиллированной воде. Правильное проведение этой операции позволяет в 3 - 4 раза повысить их коррозионную стойкость. Другой способ повышения коррозионной стойкости фосфатных покрытий - пассивация в растворах хромовой кислоты или ее солей. Обработка металлических поверхностей фосфорной кислотой является одной из стадий всего процесса фосфатирования - стадией травления. Таким образом, все вышеизложенное свидетельствует о сложности подготовки поверхности деталей в процессе фосфатирования, поскольку создание качественных фосфатных пленок требует многостадийной обработки водными растворами щелочей, солей и кислот в необходимой последовательности и соблюдения технологических параметров операции.

Покрытие наилучшего качества получается при фосфатировании по схеме: обезжиривание, активирование, травление, фосфатирование и отделка фосфатной пленки. Повышение температуры раствора и температуры сушки покрытых образцов также улучшает качество пленки.

Учитывая известные высокие защитные свойства фосфатных покрытий, их термостойкость, стойкость к агрессивным средам и механическим воздействиям [3; 5], а также простоту и невысокую стоимость их получения, результаты данных исследований могут быть использованы для создания защитных покрытий теплообменных стальных поверхностей теплоэнергетического оборудования, которое работает при высоких температурах (100-500 °С) и в сильно запыленных агрессивных газовых средах различного состава.

Нанесение защитных фосфатных пленок включается в технологию изготовления следующего оборудования [2]:

- температурных деаэраторов и термосифонов с поверхностями, омываемыми водой, насыщенной кислородом, или пароводяной смесью при 120-300 °С;

- радиационных и конвективных поверхностей теплообмена с рабочей температурой 200-500°С со стороны сильно запыленных высокотемпературных агрессивных газов;

- внутренних и наружных ширмовых поверхностей воздухоподогревателей с рабочей температурой 300-400 °С, работающих в средах запыленных агрессивных газов.

Список литературы

1. Бабун Р.В. Развитие черной металлургии Сибири и Дальнего Востока. – Новосибирск, 1987.

2. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов. – М., 1985.

3. Основы металлургического производства (черная металлургия). – М.: Металлургия, 1988.

4. Склянкин Ю.В. Экономика безотходного производства. – К.: Техник, 1989.

5. Технология важнейших отраслей промышленности. Учеб. для экон. спец. вузов / Под ред. А.М. Гинберг и др. – М.: Высш. шк., 1985.