Техніка і технологія промислового виробництва (конспект лекцій)

Техніка і технологія

промислового виробництва

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Промислове виробництво – основа

життєдіяльності людини

1.1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПРОМИСЛОВЕ ВИРОБНИЦТВО

Все, що оточує людину на землі – є нескінченний світ живої і неживої
природи. Природа творить свої конструкції мільйони років – гори, моря,
ріки, озера. Людині на створення нової конструкції відводиться декілька
місяців, іноді років (будинок, міст, автомобіль).

Для забезпечення нормальної життєдіяльності сучасній людині необхідні:
їжа, одяг і взуття, житло; знаряддя і засоби виробництва, транс-порт,
енергія, ліки і предмети санітарії, інформація, зброя.

Переважна більшість перелічених атрибутів у природі в готовому вигляді
не зустрічається, їх виробляє людина для свого споживання. Отже,
виробництво є основою життєдіяльності людини.

Будь-яка діяльність людини завжди носить творчий характер. Але так
сталося, що ми часто захоплюємось творчістю письменника, композитора,
художника і дуже рідко згадуємо творчу діяльність конструктора,
технолога, менеджера. А, між іншим, створення нової техніки, нових
технологій і організація виробництва – це захоплююча галузь людської
діяльності, багата на цікаві відкриття і велике духовне натхнення.

Протягом декількох тисячоліть свого існування людство накопичило великий
досвід виробництва. Розглянути і ретельно вивчити його – фізично
неможливо. Тому при вивчені курсу “Техніка і технологія промислового
виробництва” ми ставимо за мету познайомитись лише з основними галузями
промисловості, з технологічними процесами та обладнанням цих галузей.

Все виробництво можна поділити (умовно) на промислове і аграрне.
Організацією промислового виробництва займаються менеджери промислових
підприємств і організацій, аграрного – менеджери аграрного виробництва.

Усі промислові виробництва поділяються на галузі: гірничодобувну,
нафто-газодобувну, металургійну, хімічну, будівельну і машинобудівну,
лісову і деревопереробну, легку (текстильна, швейна, взутева) та
харчову.

Галузь промисловості – це сукупність промислових і виробничих об’єднань
(підприємств), науково-дослідних, проектно-конструкторських організацій,
які виготовляють продукцію споріднену за сировиною та призначенням,
використовуючи при цьому схожі технологічні процеси і спеціально
підготовлені кадри працівників.

Галузі промисловості України об’єднані в промислові комплекси.
Найважливішими з них є такі:

– паливно-енергетичний комплекс, до якого належить вугільна
промис-ловість (Донецьк, Львівсько-Волинський район), нафтова і газова
промис-ловості (Прикарпаття, Чернігівська обл.), електроенергетика
(гідроелек-тростанції, теплові і атомні електростанції);

– гірничо-металургійний комплекс, до якого входять чорна металургія
(Донбас, Кривбас, Приазов’я) і кольорова металургія (алюміній –
Запоріжжя, мідь – Волинь, Донецька обл., ртуть – Донецька обл.);

– машинобудування – величезний комплекс з дуже складною струк-турою:
важке машинобудування, електротехнічне, транспортне,
сільсько-господарське машинобудування, верстато- і приладобудування. На
Україні немає жодної області, де не були б розташовані підприємства
машинобудування. значна частина цих підприємств до недавнього часу була
мілітаризованою. Більшість мілітаризованих підприємств машинобудування
зараз напівпрацюють. І це є одним з основних факторів економічної кризи
в Україні і соціальної напруженості у суспільстві.

Кожна галузь промисловості має свій кінцевий продукт. Для
гірничодобувної галузі кінцевим продуктом є руда, вугілля. Для
металургійної галузі – сталь, чавун, сплави. Для машинобудування –
машини, верстати, апарати, прилади, пристосування та запасні частини до
них.

1.2 ПОНЯТТЯ ПРО ТЕХНОЛОГІЮ І ПРОЦЕСИ

Слова “техніка” і “технологія” мають грецьке походження (технос –
ремесло). Технологія – наука про ремесло, як різновид людської
діяльності.

Кожне промислове виробництво застосовує свої технології. Від рівня
застосованої технології залежить конкурентоспроможність кінцевого
продукту, на ринку збуту. Тому провідне місце на світовому ринку
виборюють ті країни, які використовують новітню технологію. Новітні
технології створює наука. Тому від рівня науки і освіти країни в значній
мірі залежить добробут її громадян.

В основі будь-якого виробництва лежить виробничий процес.

Виробничий процес – це сукупність дій, за домогою яких видобувають
сировину, перероблюють її в матеріали, з яких виготовляють готові
вироби. Виробничий процес складається з багатьох технологічних і
допоміжних процесів.

Технологічний процес – це основна частина виробничого процесу, в якій
безпосередньо здійснюються зміна форми, розмірів або стану сировини
(матеріалу) і отримання кінцевого продукту виробництва конкретної
галузі.

Допоміжний процес включає збереження, контроль, транспортування
сировини, матеріалів та готової продукції, підготовку виробництва,
експлуатацію обладнання і будівель (приміщень, де відбуваються
технологічні процеси).

Кожний технологічний процес може бути розділений на більш дрібні
технологічні ланки (стадії або операції) і представлений у вигляді
технологічної схеми, що пояснює процес переробки сировини в готові
вироби, або кінцевий продукт.

У кожній галузі промисловості застосовують свої, характерні для цієї
галузі заходи, технологічні і виробничі процеси. Наприклад, в
металургії – цілий ряд технологічних процесів отримання різних
матеріалів: чавуну, сталі, прокату та ін.

Сукупність технологічних процесів, характерних для певної галузі
промисловості, називають системою технологій даної галузі.

Сучасне виробництво характеризується великим різноманіттям видів
використовуваної сировини і методів її переробки. Наприклад, тільки із
нафти та газу отримують продукцію більш ніж 20 тисяч найменувань. Це
різні сорти і марки рідинних та газоподібних палив, мастил, полімерів,
миючих засобів, фармацевтичних та гормональних препаратів тощо.

При всій складності та специфічності методів переробки у конкретному
промисловому виробництві іноді застосовують технологічні операції, які є
характерними для інших галузей. До таких відносяться: подрібнення,
сортування, нагрівання, охолодження, випарювання, кристалізація,
сушіння, механічна обробка, зварювання та ін. Такі операції стали
типовими для багатьох промислових виробництв. Наприклад, формування
хімічних волокон, гуми, макаронних виробів, ковбаси, пластмасових
прутків. Усі ці процеси належать до різних галузей, але мають спільну
рису – всі вони пов’язані з єдиним способом формоутворення виробу, а
саме: продавлювання через отвір сировини або матеріалу.

Сукупність однотипних технологічних процесів, застосовуваних у різних
галузях, називають міжгалузевою системою технологій. Наприклад:
зварювання, паяння, обробка тиском, складання. Все це типові міжгалузеві
процеси.

Мета даного курсу – вивчення перш за все типових міжгалузевих процесів а
також ознайомлення з основними специфічними процесами, притаманними
основним галузям промислового виробництва.

1.3 ОСНАЩЕННЯ ПРОМИСЛОВОГО ВИРОБНИЦТВА

Сучасне виробництво неможливе без застосування техніки. До техніки
належать усі засоби виробництва: агрегати, машини, апарати, верстати,
прилади, оснащення.

Всі ці засоби часто називають обладнанням. Кожна галузь виробництва має
своє обладнання.

Обладнання класифікується за різними ознаками:

– за належністю до тієї чи іншої галузі розрізняють обладнання:
гірниче, металургійне, хімічне, будівельне, машинобудівне,
деревообробне, харчове та ін.;

– за ступенем універсальності: універсальне (для різних видів робіт),
спеціальне (для одного, конкретного виду робіт), спеціалізоване
(універ-сальне, але пристосоване для конкретного виду робіт);

– за ступенем рухомості: абсолютно стаціонарне (доменна піч), умовно
стаціонарне ( верстат), рухоме (автомобіль);

– за ступенем унікальності: масове (автомобіль), серійне ( верстат),
одиничне (телескоп, доменна піч);

– за ступенем автоматизації: механічне з ручним приводом (дриль ручна),
механічне з автоматичним приводом (електродриль, універсальний верстат),
напівавтоматичне (верстат – напівавтомат), автоматичне (верстат –
автомат);

– за видом привода: з ручним приводом, з електроприводом, з
пневмоприводом, гідроприводом;

– за габаритними розмірами: мініобладнання (настільне), нормальних
розмірів, великогабаритне;

– за призначенням: технологічне (верстат, прес), допоміжне (вентиля-тор,
кондиціонер).

1.4 СТРУКТУРА ПРОМИСЛОВОСТІ ЧЕРНІГІВСЬКОЇ ОБЛАСТІ

В Чернігівській області розвинені майже всі галузі народного
господарства. Питома вага різних галузей така:

Харчова
– 39,0 %

Машинобудування та металообробка – 14,1 %

Легка – 13,0 %

Паливна – 10,4 %

Лісова, деревинна та целюлозопаперова – 5,2 %

Електроенергетика – 4,8 %

Хімічна та нафтохімічна – 3,7 %

Промисловість будматеріалів – 1,4 %

Чорна металургія – 0,9 %

Разом
– 100 %

Унікальними підприємствами Чернігівщини є:

– ЧеЗаРа – приладобудівний завод, який випускає прилади для космічної
техніки, техніку зв‘язку та ін.;

– Чернігівський інструментальний завод – випускає 39% твердо сплав-ного
інструмента України;

– Прилуцький завод “Будмаш”- єдине в Україні підприємство по випуску
цементовозів;

– Ладанський завод “Пожмашина”- єдине в Україні підприємство по випуску
пожежних машин;

– Ніжинський “Сільмаш”- єдине в Україні підприємство по випуску
устаткування для утримання курей;

– Макошинський завод “Сільмаш”- єдине в Україні підприємство по випуску
просіювачів насіння.

Велику питому вагу в Україні мають також такі підприємства, як
“Хімволокно”, фабрика первинної обробки вовни, завод автозапчастин,
завод ”Октябрьский молот”, камвольно-суконний комбінат, Корюківська
фабрика технічних паперів, Ніжинський лакофарбовий завод, торфобрикетні
заводи, крохмальні заводи, льонопереробні заводи, підприємства по
переробці нафти, м‘яса і молока.

Контрольні запитання до модуля 1

1 Чому в основі діяльності людини лежить творчість?

2 Що вивчає курс “Техніка і технологія промислового виробництва “?

3 Навіщо менеджеру знання техніки і технології?

4 Що необхідно для забезпечення нормальної життєдіяльності людини?

5 Розкажіть про галузеву класифікацію виробництва?

6 Чим відрізняється галузь від комплексу?

8 Що називають галузевим кінцевим продуктом?

9 Дайте визначення виробничому, технологічному і допоміжному процесам.

10 Що називають системою технологій галузі і міжгалузевою системою
технологій?

11 Що називають типовими операціями? Наведіть приклади.

12 Значення обладнання для сучасного виробництва.

13 За якими ознаками класифікують обладнання?

14 Дайте характеристику промисловості Чернігівської області.

Теми рефератів

1 Промислове виробництво – основа життєдіяльності людини.

2 Галузева будова економіки України.

3 Виробничі, технологічні та допоміжні процеси в промисловості (з
прикладами по галузях).

4 Оснащення промислового виробництва та його класифікація.

5 Загальна характеристика галузей промисловості Чернігівської області.

Література

1 Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и
материаловедение. – М.: – 1990.

2 Людина – техніка – природа /за ред. І.К.Корєнькова. –М.: – 1988.

3 Основы технологии важнейших отраслей промышленности: учебник /Под.ред.
Сидорова. – М.: – 1971.

4 Сиротенко А.Й., Чернов Б.О. География. – К.: – 1994.

5 Соціально–економічна географія України: навчальний посібник /За ред.
проф. Шаблія О.І. – Львів: – 1994.

6 Технология важнейших отраслей промышленности /Под ред. Гринберга. –
М.: – 1985.

7 Щорічний статистичний збірник. Чернігівська область.

МАТЕРІАЛЬНІ І ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ ПРОМИСЛОВОСТІ

2.1 СИРОВИНА

2.1.1 Загальні відомості про сировину

Для отримання кінцевого продукту необхідні: сировина, енергія,
технологія виробництва, трудові ресурси.

Сировину і енергію людина бере від природи, технологію створює сама
завдяки науці і практиці. Отже сировина є основною складовою будь –
якого виробництва.

Сировиною називають речовину природного або синтетичного походження, яку
використовують при виробництві промислової продукції. Вихідним
матеріалом багатьох виробництв є сировина, яка раніше вже підлягала
промисловій переробці, наприклад, усі синтетичні матеріали. Таку
сировину часто називають напівпродуктом або напівфабрикатом.

За агрегатним станом сировина поділяється на тверду, рідинну і
газоподібну. Найбільш розповсюджена тверда сировина: вугілля, торф,
руди, сланці, деревина. Найбільш поширеними видами рідинної сировини є
вода, соляні розчини, нафта. Газоподібні – повітря, природні і
промислові гази.

За складом сировину поділяють на органічну і неорганічну.

За походженням сировина буває мінеральна, рослинна і тваринна.

Джерелами сировини є:

– повітряний простір – добування кисню, водню, азоту та ін.;

– земні надра – добування неорганічної (мінерали) та органічної (нафта,
газ) сировини;

– сільське господарство – добування рослинної і тваринної сировини.

Найбільше поширення набула сировина, яка зустрічається в земній корі. Це
пісок, глина, граніт, вапно, гіпс, а також вода, природні гази, нафта та
ін. Сировина завжди є складною речовиною. Вона складається з різних
хімічних елементів. Найбільш поширеними в земній корі елементами є :

Кисень – 49,13 %; Кальцій – 3,25 %;

Кремній – 26 %; Натрій – 2,4 %;

Алюміній – 7,45 %; Магній – 2,35 %;

Залізо – 4,2 %; Калій – 2,35 %.

Деякі елементи у земній корі дуже розпорошені, в той час як інші
сконцентровані у вигляді окремих скупчень. Масштаби промислового
використання багатьох елементів знаходяться у різкій невідповідності з
їх розповсюдженістю у земній корі. Наприклад, титану у земній корі
майже вдвічі більше, ніж вуглецю, а добувається його приблизно в 100 000
разів менше. Це зумовлено дуже складною технологією виготовлення титану.

2.1.2 Мінеральна сировина

Наука, що вивчає мінерали, називається мінералогією. Сучасна мінералогія
налічує відомості про 2500 мінералів, які зустрічаються у земній корі.
але далеко не всі мінерали використовуються у промисловості. Сировиною
називаються лише ті мінерали, які мають промислове значення.

Мінеральну сировину поділяють на рудну, нерудну і горючу.

Рудною мінеральною сировиною називають гірничі породи, що вміщують
метали, котрі можуть бути економічно вигідно вилучені у технічно чистому
стані. Руди, з яких у даний час економічно недоцільно вилучати метали не
є сировиною. Але у зв’язку зі зменшенням кількості запасів металів у
земних недрах, а також завдяки розвитку нових технологій, сировиною
стають навіть дуже збіднілі руди.

Якщо з руди вилучають тільки один метал, то її називають монометалічною
(хромові руди, залізні руди). Якщо економічно доцільно вилучати два
метали, то таку руду називають біметалічною (мідно-молібденові.

Якщо з руди вилучають більш ніж два метали, то таку руду називають
поліметалічною (алтайські колчеданові руди вміщують свинець, цинк, мідь,
срібло; саксонські руди вміщують кобальт, нікель, срібло, вісмут, уран.)

В рудах метали знаходяться у вигляді оксидів або сульфідів. Лише іноді
зустрічаються самородні руди, в яких метал знаходиться в чистому вигляді
(золото) або у вигляді сплаву з іншими металами, наприклад, золото,
мідь, платина.

Нерудною називають сировину, яку використовують для виробництва
хімічних, будівельних та інших неметалічних матеріалів (фосфорити,
апатити, граніти, алюмосилікати).

Нерудна сировина служить для отримання неметалів (сірка, фосфор), солей,
мінеральних добрив, будівельних матеріалів. До нерудної сировини
відносять також рідкісні мінерали промислового значення (алмаз, графіт).

В якості будівельних матеріалів використовують граніт, базальт, пемзу,
туф, вапняк (карбонат кальцію), гіпс (сульфід кальцію), доломіт
(карбонат магнію) та глини, яка є складною сумішшю тонкоподрібнених
порід оксидів алюмінію, перемішаних з кварцем, вапняком та мулом.

Названі види нерудної сировини можуть застосовуватись самостійно у
вигляді природних будівельних матеріалів (цементу, бетону, цегли,
фарфору, кераміки) та хімічних речовин.

2.1.3 Горюча сировина

До горючої сировини належать органічні копалини, які використовують як
паливо або як сировину для хімічної промисловості.

Паливом називають горючі органічні речовини, які є джерелом теплової
енергії.

Основний показник якості палива – питома теплота згорання (Дж/кг,
Дж/м3). Цей показник визначається складом палива.

До складу усіх видів палива входить горюча маса ( органічні речовини і
сірка) і негорюча маса (зола і волога). Негорюча маса – це баласт. Чим
менше у паливі негорючої маси, тим якіснішим вважається паливо.

Основними видами палива є: нафта, природний газ, антрацит, кам’яне
вугілля, торф, горючий сланець, дрова.

2.1.4 Рослинна і тваринна сировина

Рослинна сировина: деревина, льон, бавовна, соняшникове та конопляне
насіння, зерно, картопля, цукровий буряк та ін.

Тваринна сировина: молоко, вовна, шкіра, натуральний шовк та ін.

Рослинну і тваринну сировину переробляють у продукти харчування (харчова
сировина) і в продукти промислового призначення (технічна сировина).
Особливості рослинної і тваринної сировини – сезонність добування,
невелика тривалість зберігання і низький коефіцієнт використання.

Необхідно застосовувати ефективні комплексні методи переробки рослинної
та тваринної сировини. Наприклад, соняшник: насіння на масло, стебло –
на паливо з отриманням поташу, шолуха – на фурфурол, жмих – на корм
тваринам; молоко – на сир, масло, йогурти, сировотку та інші молочні
продукти.

2.1.5 Маршрути сировини по галузях

промисловості

Усі галузі виробництва пов’язані з переробкою промислової сировини в
матеріали або в готову продукцію, що потрапляє на ринок. Розглянемо один
з маршрутів сировини гірничо-добувної промисловості.

Гірничодобувна Металургійна Машинобудівна

промисловість промисловість промисловість

постачає: постачає:

Руду Чавун Машини та

концентрати сталь технологічне

агломерат феросплави оснащення

окатиші кольорові метали підприємств і

вугілля прокат та ін. організацій

вапняк та ін.

2.2 ВОДА, ПОВІТРЯ І ЕНЕРГІЯ В ПРОМИСЛОВОСТІ

2.2.1 Вода в промисловості

Вода в промисловості використовується як дуже важливий компонент і як
реагент у відповідних процесах.

Для промислових потреб використовують прісну воду. Запаси прісної води
на Земній кулі складають приблизно 3% від загальної кількості води.
Прісною вважається вода, яка вміщує в 1 л не більше 1г солей.

Жодне промислове виробництво не може існувати без води, а деякі
виробництва споживають воду в дуже великих кількостях. Наприклад, для
виробництва однієї тони сталі необхідно 600т води, однієї тони
синтетичних волокон – 5 тис.т води. Отже, поруч з виробництвом завжди
постає питання водопостачання і технічної переробки відпрацьованої води.

При водопостачанні до уваги завжди приймають якісні показники води, до
яких належать жорсткість, солемісткість, забрудненість газами і
механічними домішками, прозорість та реакція. Розглянемо ці показники.

Жорстокість води визначається наявністю в ній солей кальцію і магнію. За
цим показником природні води поділені на 5 класів: дуже м’які, м’які,
пом’якшені, жорсткі і дуже жорсткі. Різні виробництва потребують воду
тільки певного класу.

Солемісткість води визначається наявністю інших солей. Максимально
допустима концентрація розчинених у воді солей регламентується
стан-дартом залежно від виробництва, на якому ця вода споживається.

Якщо вода жорстка або забруднена домішками, то на внутрішніх поверхнях
труб і котлів осідає накип, який викликає зменшення теплопровідності і
передчасний вихід з ладу апаратури і навіть цілих систем.

Розчинені у воді гази (вуглекислий газ, кисень, сірчаний газ) визивають
корозію труб.

Реакція води (кислотність-лужність) визначається показником рН, який
також регламентується стандартом. Реакція природних вод близька до
нейтральної.

Прозорість води визначається товщиною шару води, через який можна
візуально або з допомогою фотоелемента розпізнати зображення хреста або
певного шрифту.

Якщо природна вода не відповідає вимогам виробництва, її попередньо
переробляють. Комплекс заходів і технологічних процесів отримання води
необхідної якості, називається промисловою водопідготовкою.

Розглянемо основні операції водопідготовки.

– відстоювання дозволяє видаляти з води домішки, які осідають на дно
бетонованих відстійних резервуарів. Ця операція часто виконується з
використанням спеціальних коагуляторів – речовин, що прискорюють процес
відстоювання;

– фільтрування – це процес очищення води від домішків з допомогою
піщаних фільтрів. Фільтрування відбувається швидше ніж відстоювання, але
коштує дорожче;

– знезараження – це хлорування газоподібним хлором, або хлорним вапном.
Процес може також виконуватись шляхом кип’ятіння, ультразвуковою або
ультрафіолетовою обробкою. Використовується в харчовій промисловості, а
також при водопідготовці питної води;

– пом’якшення і знесолення. Пом’якшення – це видалення солей кальцію і
магнію. Знесолення – видалення всіх солей. Ці процеси здійснюються з
допомогою хімічних реакцій (вапновий, содовий, фосфатний способи) або
фізичними способами (кип’ятіння, виморожування, дистиляція). Дистиляція
– це повне знесолення, яке застосовується рідко (в основ-ному в хімічних
лабораторіях);

– нейтралізація застосовується для оборотної води, якщо вона забруднена
кислотами або лугами. Частіш за все при цьому використовують хімічні
засоби.

Сучасні виробництва проектуються і будуються з замкненим циклом
водокористування. Тобто вода після її використання у технологічних
процесах проходить очищення, нейтралізацію та інші процеси з метою
досягнення вимог стандартів і потім знову використовується у
технологічному процесі. Все це відбувається безліч разів. Такі
підприємства вважаються екологічно чистими.

2.2.2 Повітря в промисловості

Повітря вміщує: азот – 78%, кисень – 21%, аргон – біля 1%, вуглекислий
газ – 0,03%, в незначній кількості водень, водяні пари, пил.

У промисловості повітря використовують у таких напрямках:

– як сировину для отримання кисню і азоту;

– в металургії – для підвищення ефективності процесів;

– в хімічній промисловості – у якості реагенту;

– в паливній промисловості – для здійснення процесу горіння;

– в теплотехніці і в машинобудуванні – у якості енергоносія.

Значним споживачем повітря є металургія. Тут воно використовується для
підвищення ефективності горіння твердого палива (для підвищення
температури і прискорення розплавлення руди). При цьому може
використовуватись як звичайне повітря (доменний процес), так і повітря,
збагачене на кисень (конверторний процес).

У хімічній промисловості повітря використовують у якості реагенту в
багатьох реакціях. Для цього повітря попередньо очищують від пилу і
вологи, використовуючи промивні башти з різними поглинаючими, мокрими
або сухими електрофільтрами.

У паливній промисловості повітря використовують як окислювач для
підвищення теплотворної здібності палива.

Повітря використовують також як теплоносій (в металургії), а також у
багатьох інших галузях для нагрівання рідин, газів, сушіння сировини та
готових виробів.

У машинобудуванні стиснене повітря використовують у пневмоприводах
механізмів, які набувають руху під дією розширення (двері автобусів і
тролейбусів зачиняються з допомогою стисненого повітря).

Процеси газового зварювання та різання металів відбуваються за допомогою
кисню, здобутого з повітря.

2.2.3 Енергія в промисловості

Технологічні процеси в промисловості пов’язані з поглинанням або
виділенням енергії або перетворюють один вид енергії в іншій.

В технологічних процесах застосовують електричну, теплову, хімічну та
інші види енергії.

Електрична енергія використовується у промисловості для перетворення у
механічну при здійсненні механічних і фізичних процесів обробки
матеріалів: подрібнення, сортування, перемішування, сушіння, нагрівання,
проведення хімічних реакцій.

Найбільш поширеними джерелами електричної енергії є вода на
гідроелектростанціях; енергія, що виділяється при згоранні палива на
теплових електростанціях; енергія ядерних реакцій – на атомних
електро-станціях. Джерелами електричної енергії є також вітрова, сонячна
та інші види енергії.

Теплова енергія, яка отримується при згоранні палива, використовується
для отеплення, проведення численних технологічних процесів (плавлення,
сушіння, перегонка). Теплоносіями у цьому випадку є топочні гази, водяна
пара, вода.

Хімічна енергія, яка виділяється в процесі екзотермічних реакцій,
служить джерелом тепла для нагрівання реагентів, використовується в
гальванічних елементах та акумуляторах.

Менш поширене використання у промисловості знайшли геотермальна енергія,
енергія вітру, приливів, сонячна (світлова) енергія.

Геотермальна енергія – це запаси тепла, що накопичились у надрах Земної
кулі. Ця теплота вилучається на поверхню у вигляді гарячих джерел –
гейзерів. Геотермальна енергія (на Україні немає) використовується для
зігрівання приміщень, що потребують підвищеної температури.

Світлова енергія використовується при здійсненні фотохімічних процесів,
при виробництві фотоелементів, фотодатчиків.

Енергія Сонця використовується в основному в сонячних батареях на
космічних кораблях.

Найбільше поширення в промисловості набула електрична і теплова енергія.
Причому електрична енергія вважається самою економічною і екологічною.

2.2.4 Поняття про матеріальний і енергетичний баланси

Кожне виробництво є часткою штучно створеної природи. Тому всі процеси,
що відбуваються на виробництві, підкоряються тим же законам, які діють у
природі. Більш того – вони побудовані на фізичних і хімічних законах,
серед яких найважливіше місце посідають закони збереження матерії і
енергії.

На основі цих законів спеціалісти розробляють матеріальні і енергетичні
баланси, з допомогою яких виконується велика кількість розрахунків
потреби в сировині та енергії, розробляються найбільш сприятливі умови
для економічного протікання виробничих процесів. Більш детально з
матеріальними і енергетичними балансами можна познайомитись у курсі
“Хімічні і фізичні основи виробництва”.

Контрольні запитання до модуля 2

1 Що ви знаєте про сировину?

2 Як поділяють сировину за агрегатним станом та складом?

3 Що є джерелами сировини на земній кулі?

4 Які елементи найбільш поширені у земній корі?

5 Розкажіть загальні відомості про мінеральну сировину.

6 Що ви знаєте про рудну сировину?

7 Що ви знаєте про нерудну сировину?

8 Що ви знаєте про горючу сировину?

9 Що ви знаєте про рослинну сировину?

10 Що ви знаєте про тваринну сировину?

11 В які галузі народного господарства постачає сировину гірничо-добувна
промисловість?

12 Роль води у сучасному виробництві.

13 Яка вода вважається прісною?

14 Назвіть показники якості води.

15 Як поділяється вода за жорсткістю?

16 Як визначається прозорість води?

17 Назвіть основні операції водопідготовки.

18 Як відбувається відстоювання води?

19 Як відбувається фільтрування води?

20 Що таке знезаражування води і як воно здійснюється?

21 Як здійснюється пом’якшення і знесолювання води?

22 Що таке нейтралізація води?

23 Що таке замкнений цикл водокористування?

24 Наведіть хімічний склад повітря.

25 Назвіть галузі використання повітря.

26 Назвіть відомі вам види енергії.

27 Роль і шляхи використання енергії в промисловості.

28 Назвіть галузі застосування енергії.

Теми рефератів

1 Мінеральна сировина у промисловості.

2 Рослинна сировина в промисловості.

3 Тваринна сировина в промисловості.

4 Використання води в промисловості.

5 Використання повітря в промисловості.

6 Природні джерела енергії.

7 Використання різних видів енергії у промисловості.

Література до модуля 2

1 Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечые системы отопления и горячего
водоснабжения. –Ташкент: -1988.

2 Бакс Карл. Богатства земных недр. –М.: -1986.

3 Бурдаков В.П. Электроэнергия из космоса. –М.: -1991.

4 Використання природних ресурсів і охорона природи/ за ред. О.П. Мі
ланової. –М.: -1987.

5 Дверняков В.С., Сонце – жизнь, энергыя. –К.: -1986.

6 Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и
материаловедение. – М.: – 1990.

7 Карабин А.И. Сжатый воздух. –М.: -1979.

8 Колтун М.М. Солнце и человечество. –М.: -1981.

9 Коробко В.Г. Енергетика і паливні ресурси. –К.: -1974.

10 Левин В.И. Профессии сжатого воздуха и вакуума. –М.: -1989.

11 Людина – техніка – природа /за ред. І.К.Корєнькова. –М.: – 1988.

12 Основы технологии важнейших отраслей промышленности: учебник
/Под.ред. Сидорова. – М.: – 1971.

13 Сиротенко А.Й., Чернов Б.О. География. – К.: – 1994.

14 Соціально–економічна географія України: навчальний посібник /За ред.
проф. Шаблія О.І. – Львів: – 1994.

15 Технология важнейших отраслей промышленности /Под ред. Гринберга. –
М.: – 1985.

16 Марченко Н.В. Индувидуальные солнечные установки. –М.: -1991.

ВИРОБНИЧІ ПРОЦЕСИ У ГІРНИЧОДОБУВНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

3.1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З ГЕОЛОГІЇ І РОЗВІДКА КОРИСНИХ КОПАЛИН

3.1.1 Загальні відомості з геології

Зовнішня тверда частина земної кори називається літосферою. Вона
складається із корінних та наносних порід. Корінні породи залягають на
місці свого первісного утворення. Наносні породи створюються в
результаті руйнування корінних порід. Вони перенесені з місць свого
первісного утворення за допомогою води і повітря.

За ступенем використання породи поділяють на корисні копалини і пусті
породи. Пусті породи – це такі, що в даний час не використовуються.
Поділ порід на корисні копалини і пусті породи є умовним. 3 часом межа
між ними зміщується у бік пустих порід.

Природне скупчення корисної копалини, що має певний об’єм, називають
родовищем. Родовища бувають корінними і у виді розсипу. Розсипи
зустрічаються у вигляді пухких пісчано-глинистих сумішей. Розсипи
залягають пластами і, як правило, мають велику площу.

Корисні копалини у корінних родовищах можуть мати правильну і
неправильну форму залягання. Правильна форма – це пласт або жила.
Неправильна форма – це шток, гніздо або лінза. З промислової точки зору,
найбільшу зацікавленість викликають пласти.

Пласт – це залягання гірничих порід, яке обмежене двома площинами. Таку
форму завжди мають осадкові породи. Усі пласти в період свого утворення
мали горизонтальне положення.

Основні параметри пласта: кут падіння (, кут простягнення (, потужність
пласта m і глибина залягнення h (рис.1).

Висячий бік

h (

. .

m . .

Лежачий бік

Рисунок.1 – Параметри пласта

Розрізняють пласти за кутом падіння ( :

– горизонтальні……………..0 – 3(;

– пологі………………………….4-25(;

– похилі…………………………26-45(;

– круті……………………………46-90(.

Напрямок простягнення пласта відносно меридіана визначається кутом
простягнення (, який може коливатись від 0 до 90(.

За потужністю пласти поділяються на :

– надто тонкі m = до 0,6 м;

– тонкі m = 0,5 – 1,3 м;

– середньої потужності m = 1,3 – 3,5 м;

– потужні m більше ніж 3,5 м.

Потужність пласта, глибина його залягання і кут падіння зумовлюють
спосіб добування корисної копалини.

Декілька пластів, розташованих паралельно (один над одним), називають
свитою пластів.

3.1.2 Пошуки і розвідка родовищ корисних копалин

Роботи, пов’язані з пошуками родовищ корисних копалин, називають
пошуками. Роботи, пов’язані з дослідженням глибини залягання, розмірів
і складу корисної копалини, називають розвідкою або розвідуванням.

Геологічні роботи поділяють на чотири стадії:

– виявлення ознак корисної копалини;

– відшукування родовища;

– розвідка родовища;

– геологічне дослідження залежі.

В гористій місцевості рудні копалини залягають переважно жилами. В
горбистій – пластові залягання. Іноді корисні копалини виходять прямо на
поверхню землі, тоді пошук їх спрощується.

Якщо родовище залягає на значній глибині, для його дослідження бурять
розвідувальні свердловини, прокладають виробки. Таке розвідування
коштує дорого. Найчастіше у таких випадках застосовують геофізичні
способи розвідки.

3.1.3 Геофізичні способи пошуків родовищ

До геофізичних способів пошуків родовищ належать: електророзвідка,
магніторозвідка, гравітаційна розвідка, сейсморозвідка, радіорозвідка,
радіоактивна і ультразвукова розвідка.

Електророзвідка – по швидкості проходження електричного струму в верхніх
шарах земної кори роблять висновки про наявність корисної копалини.

Магніторозвідка – наявність корисної копалини виявляють по відхиленню
магнітної стрілки магнітометра (компасу) . Таку розвідку можна робити
навіть з літака.

Гравітаційна розвідка. У будь-якій точці земної поверхні діють сили
тяжіння. Нерівномірність сил тяжіння у різних точках зумовлена
нерівномірністю розподілу мас у земній корі. Стрілка гравітометру
зміщується у бік залягання, яке має щільність більшу, ніж навколишні
породи. Гравітаційна розвідка дозволяє встановити контури залягання
рудних родовищ.

Сейсморозвідка – основана на визначенні швидкості розповсюдження в
земній корі пружних хвиль, що виникають при вибуху. Для цього роблять
декілька свердловин. В одні закладають вибухівку, в інші – сейсмографи.
Потім роблять вибух і спостерігають за показаннями сейсмографів.

Радіорозвідка – основана на зміні швидкості радіохвиль при про-ходженні
через породи різної щільності. Локатор випромінює радіохвилі, а приймач
їх приймає.

Ультразвуковий метод – оснований на тому, що в надра землі посила-ється
сигнал в ультразвуковому діапазоні хвиль. Якщо він зустрічає щільні шари
корисної копалини, хвилі відбиваються від них, повертаються на поверхню
і реєструються спеціальними приладами.

Радіоактивні методи – використовують властивості деяких елементів, які
самоповільно розпадаються, випромінюючи при цьому певні частки, що
фіксуються дозиметрами

При розвідці нафтових і газових родовищ використовують газову зйомку
місцевості. Приклад – газовий лічильник – реєструє навіть незначні
концентрації газу в повітрі.

3.1.4 Розвідка родовищ

Після виявлення родовища приступають до його розвідки. При розвідці
проводять такі дослідження:

– виявляють форму залягання корисної копалини і площу її
розпов-сюдження;

– виявляють глибину залягання, кут падіння і напрямок про стягнення;

– виявляють потужність залежи і змінення її по простяганню і падінню;

– досліджують мінералогічний і хімічний склад залежи та його
власти-вості;

– вивчають зміни якості корисної копалини по глибині, простягненню і
падінню.

При пластовому заляганні складається повний геологічний розріз
родовища.

Залежно від ступеня розвіданості родовища корисних копалин поділяють на
три групи: А, Б, С. Родовища групи А – це повністю розвідані, вивчені і
підготовлені до розробки. До групи Б належать відносно розвідані і
попередньо опробувані родовища. До групи С належать родовища,
встановлені геологічними дослідженнями при пошукових роботах, тобто
прогнозні родовища.

3.1.5 Фізико-механічні властивості гірничих порід

Способи добування корисних копалин і застосовувана техніка багато в чому
залежать від властивостей гірничих порід. Дослідження цих властивостей
(механічних і хімічних) є складовою частиною розвідки корисної копалини.

Гірничі породи складаються з окремих часток, які можуть бути
зцементованими або незцементованими (сипучими). Окрім того породи можуть
бути простими, тобто такими, що складаються з одного мінерального
компонента (піщаник, вугілля, вапняк) і складними (граніт, сланці).

В гірничих породах можуть бути капіляри, порожнини, наповнені водою,
газом, повітрям. Тому властивості породи в різних напрямках різні і по
одному зразку важко визначити властивості усього масиву.

Залежно від складу і властивостей породи поділяють на такі категорії:

– пухкі і сипучі (пісок, торф);

– м’які (глина);

– ламкі (сланець, вапняк, піщаник, вугілля);

– міцні (граніт, залізняк).

Для віднесення порід до тієї чи іншої категорії професором
Протодьяконовим запропонована класифікація, згідно з якою для кожної із
порід встановлено коефіцієнт міцності.

Міцність мінералу – це його здібність протистояти руйнуванню. Коефіцієнт
міцності за Протодьяконовим визначається за формулою:

f = (/100 , (1)

де ( – межа міцності породи при її роздавлюванні, кг/смІ.

Для випробування використовують зразки порід у вигляді кубика розмірами
100мм х 100мм х 100 мм.

Коефіцієнт міцності порід знаходиться в межах від 1 до 20. Найвища
міцність у граніта – 18-20 одиниць. Залізні руди Кривбасу мають міцність
від 8 до 16 одиниць.

Другою важливою характеристикою породи є її твердість. Твердість – це
опір гірничої породи проникненню в неї іншого більш твердішого тіла.

Твердість гірничих порід оцінюють за десятибальною шкалою Мооса методом
дряпання (за розмірами подряпини). Згідно з цією шкалою встановленні
такі одиниці твердості:

Тальк………………………….1; Польовий
шпат………………6;

Кам’яна сіль………………2;
Кварц………………………………7;

Вапновий шпак………….3;
Топаз………………………………8;

Плавиковий шпат………4; Корунд……………………………9;

Апатит……………………….5;
Алмаз…………………………….10.

3.1.6 Родовища корисних копалин Чернігівської області (за станом на
1998р.)

Корисна копалина Кількість розвіданих

родовищ Кількість родовищ, які експлуатуються

Нафта 20 17

Конденсат 9 5

Газ 9 5

Торф 199 89

Пісок будівельний 7 1

Крейда будівельна 6 1

Пісок скляний 2 1

Глина тугоплавка 3 1

Цегельна глина 95 58

3.2 ВИДОБУВАННЯ КОРИСНИХ КОПАЛИН

3.2.1 Гірничі роботи, гірничі виробки

При добуванні корисних копалин виконують роботи по відокремленню порід
віл масиву, відокремленню корисних копалин і пустих порід та доставці їх
до місця переробки. Ці роботи отримали назву гірничих робіт.

Роботи, пов’язанні з відокремленням корисної копалини, називають
очисними роботами.

Порожнини, що утворюються в земній корі в результаті гірничих робіт,
називають гірничими виробками.

За розташуванням у земній корі відносно земної поверхні гірничі виробки
поділяють на відкриті і підземні. До відкритих відносять канави, траншеї
і кар’єри. Усі вони умовно називаються кар’єрами.

Підземні гірничі виробки поділяють на вертикальні, горизонтальні і
похилі.

До вертикальних відносяться: стовбур, сліпий стовбур, гезенок, шурф,
колодязь.

Стовбур – вертикальна гірнича виробка, яка має безпосередній вихід на
денну поверхню і служить для видачі на поверхню корисної копалини,
спуску допоміжних матеріалів, спуску-підйому людей, подачі свіжого
повітря.

Сліпий стовбур – вертикальна гірнича виробка, яка не має
безпосеред-нього виходу на денну поверхню і служить для підйому корисної
копалини з нижчого горизонту на вищий.

Гезенок – це сліпий стовбур, який служить для спуску корисної
копа-лини з вищого горизонту на нижчий.

Колодязь і шурф – це вертикальні гірничі виробки, які мають вихід на
поверхню і призначенні для допоміжних робіт: розвідка пласта,
вентиляція.

До горизонтальних гірничих виробок відносяться: горизонт (не має
жод-ного виходу на поверхню, штольня – (має один вихід на денну
поверхню), тунель – (має два виходи), штрек – не має жодного
горизонтального ви-ходу.

Похилі гірничі виробки зустрічаються рідко, оскільки вони незручні в
експлуатації.

3.2.2 Економічне обґрунтування доцільності способу видобування корисної
копалини

Після розвідки родовища корисної копалини постає питання, яким способом
здійснювати його експлуатацію. Економічним критерієм доцільності
застосування відкритих робіт є вартість корисної копалини. Об’єм пустих
порід, який необхідно видалити при відкритій розробці тим більший, чим
глибше залягає корисна копалина. Знаючи повну вартість однієї тони
корисної копалини при підземному добуванні Сп,, вартість добування
корисної копалини при відкритому способі Со, вартість одного кубичного
метра покривлі Св, об’єм покривлі V у метрах кубічних, і промислові
запаси корисної копалини Q у тонах, можна встановити межу економічної
доцільності застосування відкритих і підземних робіт, яка відповідає
рівності вартостей однієї тони корисної копалини при тому чи іншому
способі.

Сп = Со + Св – V/Q , (2)

Відношення V/Q показує яку кількість пустої породи необхідно
перемістити для видобутку однієї тони корисної копалини. Це відношення
називають коефіцієнтом розкривних робіт, який дорівнює

К = (Сп – Со)/Св , (3)

Величини Сп, Со, Св, як при відкритому, так і при підземному способі
залежать від глибини виробки і застосовуваної техніки.

Якщо в рівнянні (2) виявиться більшою ліва частина, доцільно
викорис-товувати відкритий спосіб і навпаки.

3.2.3 Видобування корисних копалин відкритим способом

При відкритому способі видобування корисних копалин в кар’єрах весь
комплекс виробничих процесів можна розділити на такі основні етапи:

– підготовка земної поверхні (вирубання лісу, відвід води, осушення);

– розкривні роботи – видалення гірничих порід для забезпечення доступу
до залежі корисної копалини;

– добувні роботи – добування корисної копалини;

– транспортні роботи – відвантаження і транспортування копалини за
територію кар’єру.

Третій і четвертий етапи іноді поєднують в один (при добуванні сипучих
корисних копалин).

Розкривні і добувні роботи у вугільних кар’єрах включають виїмку,
навантаження, транспортування і розвантаження пустих порід і корисної
копалини (вугілля).

В залізорудних кар’єрах процесу виїмки руди передують буровибухові
роботи.

3.2.4 Різновиди кар’єрів

В гірничодобувній промисловості застосовуються два типи кар’єрів:

– тип І – з внутрішнім відвалом;

– тип ІІ – із зовнішнім відвалом.

– тип І застосовують переважно для невеликих кар’єрів при добуванні
вугілля і будівельних матеріалів (піску, глини, сланців). Перевалку
пустої породи тут здійснюють без транспортера з допомогою екскаватора,
який з одного боку зачерпує покривельну породу, а з другого боку висипає
її у відвал, що знаходиться у кар’єрі. Корисна копалина при цьому
вивозиться автомобільним транспортом. Цей тип кар’єра економічно більш
доцільний, але галузь його застосування обмежена. Для великих вугільних
і практично для всіх рудних кар’єрів застосовується тип ІІ, який
потребує транспортних засобів не тільки для корисної копалини а й для
пустої породи, що транспортується у відвал, розташований за межами
кар’єра і рудного поля.

Найбільші на Україні кар’єри знаходяться на Криворіжжі. Розміри
Північного гірничого кар’єра (на лінії горизонту землі): довжина 4 км,
ширина 700 м, глибина 450м. Якщо дивитись на дно кар’єра з оглядової
площадки, то екскаватори здаються схожими на дитячі іграшки, а люди
виглядають як мурахи. Це жахлива рана землі.

3.2.5 Техніка, що застосовується в кар’єрах

В кар’єрах типу І застосовують екскаватори, транспортери і автомобілі.

В кар’єрах типу ІІ застосовують бурові агрегати, екскаватори,
залізничний і автомобільний транспорт.

З поглибленням кар’єру процес вивезення корисної копалини ускладнюється,
оскільки на внутрішній периферії кар’єра необхідно споруджувати
серпантинову дорогу, яку при розширенні кар’єру необхідно періодично
реконструйовувати. Тому дуже бажано, щоб первісна виробка проектувалась
на край рудного поля, тобто, щоб кар’єр у подальшому розростався тільки
в одному напрямку. У цьому випадку зменшуються витрати на реконструкцію
серпантинової дороги.

Залізничний транспорт представляє собою електровоз з декількома
вагонетками (6 – 8 шт.). Автомобільний транспорт – це великогрузні
автомобілі вантажністю 100, 200 і навіть 400 т.

Основним механічним засобом для виконання робіт у кар’єрі є екскаватор.

Екскаватором називають самохідний землерийний снаряд, призначе-ний для
зачерпування гірничої маси із цілини або з попередньо розпуше-ного
масиву і переміщення її в ковші до відвалу або до місця завантаження
транспортного засобу.

Існує два типи екскаваторів: одноківшові (перервної дії) і багатоківшеві
(безперервної дії).

Одноківшові екскаватори поділяють на екскаватори пряма лопата (зачерпує
від себе) і зворотна лопата (зачерпує під себе).

Найбільш поширені одноківшові екскаватори. Місткість ковша – до 100м3.
Годинна продуктивність екскаватора Q год в метрах кубичних дорівнює

Q год = 60 ЄNKC , (4)

де Є – ємкість ковша, м3;

N – кількість зачерпувань за хвилину (за паспортом);

K – коефіцієнт заповнення ковша, k = 0,8-0,9;

C – коефіцієнт, що враховує неполадки в роботі, с = 0,8.

Окрім екскаваторів на відкритих розробках використовують також драглайни
– канатно-ковшові екскаватори. У драглайні ківш з’єднаний зі стрілою
гнучким зв’язком – тросом. Ківш драглайна на відміну від екскаватора
може працювати на глибині до 15м, від рівня підошви і на висоті до 20м,
що дуже зручно при розкривних роботах.

Багатоківшеві екскаватори поділяються на ланцюгові і роторні.

3.2.6 Буровибухові роботи

Для розпушення міцних гірничих порід в шахтах і кар’єрах виконують
буровибухові роботи. Спочатку у гірничому масиві за допомогою
перфораторів і інших бурових машин просвердлюють свердловини (шпури)
довжиною 2,5 – 3,5 м, діаметром 40 – 85мм. В шпури на 2/3 довжини
закладають вибухівку. Останню1/3 заповнюють пластичною глиною.

У якості вибухівки використовують динаміт, який виготовляють на заводах
у вигляді вибухових патронів певного діаметру і маси. Для здійснення
вибуху використовують детонатори, які приводяться в дію спеціальними
машинками. Можливе також застосування вогневого вибуху за допомогою
бікфордова шнура. Під час вибуху в кар’єрі та в забої нікого не повинно
бути. Звичайно, вибух роблять у певний день і в певні години.

Після вибуху подрібнену масу підбирають екскаваторами. Шматки діаметром
більше 1м додатково подрібнюють також за допомогою вибухівки.

Буровибухові роботи виконують лише в рудних шахтах і кар’єрах.

3.2.7 Устрій шахти та видобування корисних копалин підземним способом

Видобуванню корисної копалини підземним способом передує будування
шахти. Це дуже трудомістка і дорога робота, яку виконує спеціалізована
організація, що має назву “Шахтопроходка”. Після будування шахти вона
здається до експлуатації і починається видобуток. Шахта експлуатується
десятки років. В процесі експлуатації вона поглиблюється, виникає
необхідність прокладати нові горизонти. Відстань між горизонтами 70 –
100м. Горизонти мають ухил 3о у бік центрального стовбура для збігання
води.

Найглибші шахти – у Кривбасі – до 700м. У США (Каліфорнія) глибина шахт
сягає 1500 м. Чим глибша шахта, тим дорожчий видобуток корисної
копалини.

В гірничих породах існує гірничий тиск. Для протистояння гірничому
тиску всі виробки зміцнюють за рахунок кріплення, яке може бути
залізобетонним (для виробок, що експлуатуються десятки років, наприклад,
стовбур, водозабірник), металевим для виробок, які експлуатуються до 10
років, (наприклад, горизонт), дерев’яні з терміном експлуатації до 1
року). Тому шахта завжди вимагає багато металу та деревини, які
назавжди залишаються в виробках, навіть після закінчення їх
експлуатації.

Взагалі, шахта це складна споруда, в якій дуже чітко повинні працювати
системи освітлення, електропостачання, вентиляція, водовідкатка,
під’йом-спуск і безліч різної техніки.

Основним під’ємним механізмом є кліть, яка служить для спускання і
підйому людей (тільки в певні години перезмін). Весь інший час кліть
вивозить на поверхню руду або вугілля та спускає металеве або дерев’яне
кріплення.

У вугільних шахтах вугілля добувають у лавах за допомогою прохідницьких
комбайнів різних марок (ПК–2м, ШБМ–2, ПКГ-3 та ін.), які мають робочий
орган (різальний ланцюг з зубцями, бурова коронка або фреза) і
конвеєр, який відводить вугілля з зони різання в зону навантаження на
інший конвеєр або безпосередньо в вагонетку. Потім навантажені вагонетки
з допомогою електровозу відвозяться до центрального стовбура, де з
допомогою перекидача вугілля перевантажується у кліть і з допомогою
підйомної машини піднімається по центральному стовбуру на поверхню,
потім висипається у залізничні вагони.

У рудних шахтах руда добувається у вибоях. Оскільки рудні породи
занадто міцні, то їх відділяють від масиву буровибуховими засобами.
Після вибуху зрошують повітря, вентилюють виробку і, лише після цього, з
допомогою навантажувачів перевантажують руду на транспортер, який
доставляє її до вагонеток. Далі – все так, як і у вугільній шахті.

3.3 ЗБАГАЧЕННЯ КОРИСНИХ КОПАЛИН

3.3.1 Загальні відомості про збагачення

При переробці руд велике значення має вміст чистого метала в руді. Іноді
значною перешкодою при використанні корисної копалини є шкідливі
домішки. Наприклад, при підвищенні вмісту сірки в коксі лише на 1 %
витрати його збільшуються на 17 %, а продуктивність доменної печі
знижується на 16 %.

Збагаченням корисних копалин називається сукупність процесів обробки, в
результаті якої мінеральну сировину можна використовувати з більшим
технічним і економічним ефектом. При збагаченні корисні копалини
відокремлюються від пустих порід і шкідливих домішок. Хімічний склад
мінералів у більшості випадків не змінюється.

Збагачення здійснюється на гірничо-збагачувальних комбінатах (ГЗК). У
Кривому Розі існує 5 ГЗК, які вважаються найпотужнішими у світі. ГЗК у
своїй структурі має склади, дробильно-сортувальні фабрики, збагачувальні
фабрики, фабрики по виготовленню агломерату і окатишів. На фабриках
використовується різноманітна техніка і залізничний транспорт.

3.3.2 Підготовка сировини до збагачення

Процесу збагачення корисної копалини передують ряд етапів.

3.3.2.1 Дробіння і подрібнення сировини. Дробіння здійснюється за
допомогою щокових та конусних дробарок. Щокові дробарки прості за
конструкцією, але менш потужні. Конусні дробарки складніші, проте вони
більш потужні і можуть налагоджуватись на певний максимально необхідний
розмір куска (наприклад для доменної печі – 100 мм) і тому вважаються
більш досконалими.

Подрібнення (така потреба виникає, наприклад, для титанових руд)
здійснюють на млинах, де сировина подрібнюється до розмірів 0,1-1 мм.

3.3.2.2 Грохочіння. Це процес просіювання на певну кускуватість.
Відбува-ється на спеціальних машинах – грохотах, які обладнані
колосниковими, листовими або дротяними ситами, що призводяться в рух
кулачковими механізмами. За допомогою грохотів руду або вуілляможна
розсортувати на декілька (до 10) фракцій.

3.3.2.3 Усереднення сировини. Здійснюється на усереднювальних складах
ГЗК з метою стабілізації сировини за якістю шляхом перемішування порід,
що поступають з різних шахт (родовищ). Сировина (руда або вугілля)
спеціальним штабелеукладачем засипається у штабель шарами товщиною 20-30
см.

Потім сировина зачерпується знизу вверх, усі прошарки переміщуються між
собою. Таким чином відбувається усереднення.

3.3.3 Збагачення сировини

При відділенні корисної копалини від пустої породи використовуються
різні властивості порід: маса, колір, магнітні і електричні властивості,
радіоактивність. В результаті збагачення отримують декілька продуктів:
концентрати, проміжні продукти, хвости.

Концентрат – продукт з підвищеним вмістом необхідного мінералу.

Хвости – це відходи збагачення. Вони складаються з пустої породи і
невеликої кількості корисних компонентів.

Проміжним називають продукт, в якому вміст корисного компонента більший
ніж у руді, але менший, ніж у концентраті. Проміжний продукт підлягає
подальшому або повторному збагаченню.

Існують різні способи збагачення: ручне або механічне відбирання
(золото), промивання на конвеєрі під душем (для порід, що містять
пісчано-глинисті домішки); промивання з допомогою поршневої відсадної
машини; флотаційне збагачення – шляхом продування повітря через
сировину, що знаходиться в пульпі; магнітна сепарація (для магнітної
сировини).

Для видалення з сировини вологи, вуглекислого газу і особливо сірки
часто застосовують випал руди у випалювальних печах тунельного типу. При
цьому залізняк F2О3 іноді переходить у магнітний стан – Fe3О4.

3.3.4 Окусковування концентратів

Після збагачування концентрація заліза в руді збільшується до 60-70 %.
Але при добуванні, транспортуванні, перевантажуванні, збагаченні частина
корисної копалини настільки подрібнюється, що стає непридатною для
використання у доменному процесі. Тому дуже подрібнену руду або
концентрат окусковують, тобто переробляють на агломерат або окатиші.

3.3.4.1 Виробництво агломерату. Шихту для агломерату готують із дрібних
концентратів, колошникового пилу, подрібненого палива і вапняку. Після
перемішування шихту спікають при температурі 1100-1200єC на спеціальних
агломераційних машинах. При цьому паливо згорає, сірка вигорає, Fe2O3
частково відновлюється до FeО. Утворюються пористі спечені куски
матеріала, який називають агломератом (офлюсованим).

3.3.4.2 Виробництво окатишів. 90 % концентрату у вигляді пилу змішують з
1 % бетоніту (дрібнодисперсна глина) і 9 % вапняку. Потім суміш ретельно
перемішують, уволожнюють і подають до тарільчатого гранулятора де вона
окупчується, перетворюється в гранули розміром 10-20 мм. З допомогою
стрічкового конвейера гранули поступають на сушку і відпал. При
температурі 1200 єC гранули зміцнюються. Після вистигання вони
відвантажуються для використання у доменній печі.

Таким чином, вихідними матеріалами, що поступають з гірничодобувної
промисловості до металургії є: руда, концентрат, агломерат, окатиші,
вугілля і вапно.

Контрольні запитання до модуля 3

1 Що таке корінні і наносні породи?

2 Що таке корисні копалини і пусті породи?

3 Як поділяються пласти за кутом падіння?

4 Як поділяються пласти за потужністю?

5 Що таке пошук і розвідка корисних копалин?

6 Назвіть і охарактеризуйте стадії пошукових робіт.

7 Назвіть відомі вам геофізичні способи розвідки.

8 У чому полягає електророзвідка, магніторозвідка, гравітаційна
розвідка, сейсмо-розвідка, радіорозвідка, ультразвуковий метод і
радіоактивний методи розвідки?

9 Як розвідують родовища нафти та газу?

10 Назвіть види робіт, які виконують при розвідці родовищ?

11 Як поділяють родовища за ступенем розвіданості?

12 Як поділяють породи за складом і властивостями?

13 Дайте визначення міцності і твердості породи.

14 За якою шкалою визначають міцність породи?

15 За якою шкалою визначають твердість породи?

16 Дайте визначення термінам “гірничі роботи”, “очисні роботи”, ”гірничі
виробки”.

17 Які існують способи добування корисних копалин?

18 Дайте класифікацію гірничих виробок.

19 Назвіть і охарактеризуйте основні етапи видобування корисних копалин
відкритим способом.

20 У чому полягають розкривні і добувні роботи:

– у вугільних кар’єрах;

– в рудних кар’єрах ?

21 Охарактеризуйте типи кар’єрів і визначте галузі їх застосування.

22 Як обґрунтовується доцільність відкритого чи підземного способу
видобування корисної копалини?

23 Назвіть техніку, яка застосовується в кар’єрах першого і другого
типів.

24 У чому полягає робота екскаватора, і які типи екскаваторів вам
відомі?

25 Для чого і як виконуються буровибухові роботи?

26 Розкажіть про побудову шахти. Хто займається будуванням шахт?

27 Розкажіть технологію добування вугілля в шахті.

28 Розкажіть технологію добування руди в шахті.

29 Яка техніка використовується у вугільній шахті?

30 Яка техніка використовується у рудній шахті?

31 Дайте визначення терміну “збагачення”. В чому воно полягає?

32 Що таке гірничо-збагачувальний комбінат?

33 Як відбувається дробіння і подрібнення, грохочення та усереднення
сировини?

34 Якими способами може відбуватися збагачення сировини?

35 Дайте визначення термінів “концентрат”, “хвіст”, “проміжний продукт”.

36 Які властивості мінералів використовують при збагаченні корисної
копалини?

37 У чому полягає технологія виготовлення агломерату?

38 У чому полягає технологія виробництва окатишів?

39 Яку вихідну сировину постачає гірничо-добувна промисловість для
металургії?

Теми рефератів

1 Будова земної кори і розташування в ній корисних копалин.

2 Пошуки корисних копалин.

3 Розвідка родовищ корисних копалин.

4 Фізичні властивості гірничих порід.

5 Корисні копалини Чернігівщини.

6 Добування корисних копалин відкритим способом.

7 Техніка, що застосовується в кар’єрах.

8 Буровибухові роботи в кар’єрах і шахтах.

9 Добування корисних копалин підземним способом.

10 Техніка, що застосовується у вугільних шахтах.

11 Техніка, що застосовується у рудних шахтах.

12 Дробління і подрібнення сировини.

13 Збагачення сировини.

14 Виробництво агломерату.

15 Виробництво окатишів.

Література до модуля 3

1 Андреев С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых.
–М.: -1978.

2 Ассонов В.А. и др. Буровзрывные работы. –М.: -1980.

3 Бакс Карл. Богатства земных недр. –М.: -1986.

4 Буяновский Н.И., Лесницкий В.А. Буровые машины и механизмы. –М.:
-1968.

5 Вайсберг В.М. Экспуатация дробильных и измельченных установок:
справочное пособие. –М.: -1986.

6 Власов В.П. Технология производства кускового торфа. М.: 1974.

7 Володин Ю.И. Разведочное бурение. –М.: 1972.

8 Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и
материаловедение. –М.: -1990.

9 Дробаденко В.П. и др. Техника для подземных работ. –М.: -1976.

10 Единые правила безопасноти при взрывных работах. –М.: -1987.

11 Кирсаков А.Н. Буровые машины и механизмы. –М.: 1981.

12 Кухарь А.С. и др. Производство агломерата. –Кривой Рог: -1979.

13 Механизация взрывных работ: Справочник./А.М. Бейсбаев и др. –М.:
-1992.

14 Основы технологии важнейших отраслей промышленности/Под. Ред.
Сидорова. –М.: -1971.

15 Соколов Р.С. Химическая технология, т.1 –М.: -1999.

16 Сулименко Е.И. Производство окатышей. –М. –1988.

17 Технология важнейших отраслей промышленности/Под ред. Гринберга. –М.:
-1985.

МОДУЛЬ 4

ТЕХНІКА І ТЕХНОЛОГІЯ МЕТАЛУРГІЙНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

4.1 МЕТАЛУРГІЯ ЧАВУНУ

4.1.1 Загальні відомості про метали і металургію

Більшість елементів таблиці Мендєлєєва – метали. Деякі метали
вико-ристовуються в технічно чистому виді. Наприклад: залізо, алюміній,
мідь – в електротехніці, радіотехніці, електроніці, гальванотехніці.

Деякі з них, такі як тантал, ніобій, гафній, цирконій використовуються в
надчистому вигляді – в приладобудуванні, атомній енергетиці,
обчислю-вальній техніці.

Але більш поширене застосування мають металеві сплави, яких налічується
десятки тисяч марок. Найбільшого промислового застосування набули сплави
заліза. Їх називають чорними металами. До них належать: чавун, сталь і
феросплави.

Металургія – це комплекс галузей промисловості, який займається
ви-робництвом металів і їх сплавів.

Металургія, яка займається виробництвом чорних металів отримала назву
чорної металургії. 94% усіх виплавлених металів належить чорній
металургії.

Чорні метали є головними конструкційними матеріалами в машино-будуванні
та будівельній індустрії.

Усі інші метали і сплави відносять до групи кольорових. Їх виробляє
кольорова металургія.

Кольорові метали прийнято поділяти на легкі (щільність до 3г/см3) і
важкі. Виділяють також благородні (золото, платина) і рідкоземельні
метали (ніобій, гафній). Серед кольорових металів велике промислове
значення набули мідь, алюміній, магній, свинець, цинк, олово, титан.

Вартість кольорових металів значно вища (в середньому на порядок) ніж
вартість чорних металів.

Як чорна, так і кольорова металургія обіймає деякі види підготовки
сировини (іноді збагачення руд), процеси отримання металів, очищення їх
(рафінування), виготовлення сплавів, виробництво прокату.

Залежно від виду енергії, яка використовується в основних процесах,
розрізняють пірометалургію і гідрометалургію.

В пірометалургії метали і сплави отримують і рафінують при високих
температурах за рахунок згоряння палива або електронагрівання.

В гідрометалургії метали отримують із руд шляхом вилужування і виділення
із розчинів без нагрівання до високих температур.

Основними вихідними матеріалами чорної металургії є чавун і сталь. Це
сплави заліза з вуглецем з незначними домішками марганцю, кремнію,
фосфору і сірки. Найбільший вплив на властивості чорних металів має
вуглець. Сплав, що містить до 2,14% вуглецю називають сталлю, сплав з
більшим вмістом вуглецю, називають чавуном.

На сучасних комбінатах чорної металургії застосовується трьохстадійна
схема виробництва сталі:

– перша стадія – виробництво чавуну (доменний цех);

– друга – переплавка чавуну в сталь (сталеплавильний цех);

– третя – виробництво стального прокату (прокатний цех).

Сталеплавильних і прокатних цехів на металургійному комбінаті може бути
декілька. Деякі комбінати мають у своїй структурі цехи по виготов-ленню
феросплавів, які використовують як добавки при виплавці легованих
чавунів і сталей.

4.1.2 Вихідні матеріали доменного процесу

Найбільш поширеними вихідними матеріалами при виробництві чавуну є руди,
паливо і флюси.

4.1.2.1 У чорній металургії застосовують такі рудні матеріали:

– звичайний залізняк Fe2О3 містить 50-66% заліза. Його супроводжують
пусті породи, найчастіше кварцит SiO2. Чистий гематит (після збагачення)
вміщує 70% заліза;

– магнітний залізняк Fe3О4 – 50-70% заліза;

– бурий залізняк Fe2О3*nH2O – 30-50% заліза;

– шпатовий залізняк FeCO3 – 30-40% заліза.

У невеликих кількостях використовують також марганцеві руди MnO3, MnO2,
Mn2O3.

Окрім перелічених руд, у доменному процесі використовують такі
високопродуктивні напівфабрикати, як офлюсований агломерат і офлюсовані
окатиші.

Використовують також прокатну окалину, металобрухт та колошниковий пил.

4.1.2.2 Паливо. Звичайне кам’яне вугілля добре горить при відсутності
протягів. А в доменній печі завжди існують протяги, бо там застосовують
повітряне або кисневе дуття. Тому для доменного виробництва кам’яне
вугілля не придатне. У якості палива у доменному виробництві
застосовують кокс, який отримують на коксохімічних заводах у вигляді
міцних пористих кусків, що мають високу питому теплоту горіння і не
згасають навіть при великих протягах. Для зменшення витрат коксу в
доменну піч вдувають також природний газ, мазут, вугільний пил.

4.1.2.3 Флюси. Флюси – це речовини мінерального походження, які
вводяться в доменний процес з метою полегшення відділення пустої породи
від металу, сплавлення пустих порід і шкідливих домішок і утворення
шлаку. Основним флюсом доменного процесу є вапняк CaCO3.

Вихідні продукти у певному процентному співвідношенні, що призначені для
завантаження у піч, називають шихтою. Шихту завантажують у піч
періодично, порціями, які називають колошами. Приблизне співвідношення
компонентів в одній колоші таке: три вагонетки рудного металу плюс дві
вагонетки палива плюс одна вагонетка флюсу.

Колошу завантажують у піч через колошник, який розташований у верхній її
частині.

4.1.3 Будова доменної печі і її основні характеристики

Доменна піч – це спеціальна металева споруда, обкладена всередині
вогнетривкою цеглою. Вона складається (зверху вниз) з колошникового
устрою, шахти, розпару, заплічників і горна.

Головними характеристиками доменної печі є: корисний об’єм Vк у метрах
кубічних і річна продуктивність у мільйонах тон чавуну.

Корисний об’єм – це об’єм, який займають матеріали після чергового
завантаження колоші (включаючи рідинний метал і шлак, які знаходяться в
печі).

Корисний об’єм залежить від корисної висоти печі.

Корисна висота – це відстань від чавунної льотки до рівня опускання
конуса завантажувального апарата.

Коефіцієнт використання корисного об’єму печі у метрах кубічних на тону

Квко = Vк/Тд , (5)

де Vк – корисний об’єм печі, м3;

Тд – добова продуктивність печі, т.

Коефіцієнт використання корисного об’єму у сучасних печах коли-вається у
межах 0,45…1,35.

Найбільша у світі доменна піч (піч №9) знаходиться на Криворізькому
металургійному комбінаті (побудована у 1974р.). Її характеристики:

– Vк = 5,5 тис. м3;

– загальна висота – більше 100м;

– корисна висота – 60м;

– річна продуктивність – Тр = 4-4,5 млн.т чавуну.

Доменна піч працює за принципом протитоку: в ній безперервно рухаються
зверху вниз – шихтові матеріали, а знизу вверх потік газів.

Чавун випускають із горна через чавунну льотку через кожні 4-8 годин,
шлак через шлакову льотку – через 30-40 хвилин.

Доменна піч працює безперервно протягом 5-6 років. Потім вона
зупиняється на капітальний ремонт, при якому повністю замінюється
футерівка. Для цього необхідно 4-6 місяців. Після ремонту піч просушують
і задувають за спеціальною технологією.

Період безперервної роботи печі називають кампанією. В період кампанії
за її температурним режимом стежать радіоактивні давачі.

Доменне виробництво – високоавтоматизоване.

Найпотужнішу у світі доменну піч протягом доби обслуговує 4 бригади по
25 чоловік. Тривалість робочої зміни однієї бригади – 6 годин. Керує
роботою печі диспетчер, який знаходиться за пультом управління, прилади
на пульті (близько 400) висвітлюють усі показники роботи печі.

Для безперебійної роботи довкола печі на подвір’ї розташовані
обслу-говуючі служби: рудний двір, підйомні та завантажувальні
механізми, ливарні двори, нагрівачі повітря (каупери), вітродувні
машини, машини (гармати) для закриття та відкорковування льоток.
Різноманітні прилади та пристрої для контролю роботи і управління
процесами.

4.1.4 Основні процеси, що відбуваються в доменній печі

В доменній печі відбуваються такі процеси:

а) горіння палива:

C + O2 ( C(2 ( Q;

C(2 + С ( 2C( – Q.

б) відновлення заліза:

1) окисом вуглецю:

3Fe2O3 + C( ( 2Fe3 О4 + C(2 + Q;

Fe3O4 + С ( 3Fe O + СО2 – Q;

FeО + СО ( Fe + СО2 + Q.

2) воднем:

Н2 О + С ( Н2 + СО;

(вода є у складі мінералів і в повітрі дуття)

3Fe2O3 + Н2 ( Fe3 О4 + Н2 О + Q;

Fe3O4 + Н2 ( 3Fe O + Н2 О – Q;

Fe О + Н2 ( Fe + Н 2 О – Q.

Оксидом вуглецю і воднем відновлюється 60-80% заліза. Таке відновлення
називають непрямим відновленням.

Решта заліза відновлюється твердим вуглецем в зоні розпару при
температурі 17000 С.

Fe О + С ( Fe + СО – Q.

Відновлення за такою реакцією називають прямим.

Доменна піч працює найбільш ефективно, якщо відбувається, як пряме, так
і непряме відновлення, а це в значній мірі залежить від температури
повітря, що вдувається в доменну піч.

в) насичення заліза вуглецем:

3Fe + 2СО ( Fe3 С + СО2;

або 3Fe + С ( Fe3 С.

Карбід заліза Fe3С може розчинятись у залізі. В розчинному стані можуть
також знаходитись у незначних кількостях марганець, кремній, форсфор та
сірка. Уся ця суміш і називається чавуном.

г) шлакоутворення

FeS + СаО + С ( Fe + СаS + СО,

СаS – це і є шлак.

4.1.5 Продукція доменного виробництва

4.1.5.1 Переробний чавун, тобто такий, що йде на переробку в сталь.
Марки П1 і П2. Це так звані білі чавуни, тому що на зламі вони мають
сріблясто–білий колір. У білому чавуні весь вуглець знаходиться в складі
карбіду заліза Fe3 С.

4.1.5.2 Ливарний чавун. Після застигання перетворюється в чушки, які
відправляють на машинобудівні заводи, де в ливарних цехах їх
розплав-ляють, заливають у спеціальні форми і отримують виливки, що
служать заготовками при виговленні багатьох деталей машин.

Ливарні чавуни називають ще сірими. На зламі сірі чавуни мають сірий
колір. Сірий чавун відрізняється від білого підвищеним вмістом кремнію і
меншим вмістом сірки. Окрім того у сірому чавуні більша частина вуглецю
знаходиться у вигляді графіту, тобто хімічно не зв’язана з залізом.
Завдяки цьому ливарні чавуни мають високі ливарні якості.

4.1.5.3 Феросплави. Феросплави – це чавуни з підвищеним (більше 10%)
вмістом одного або декількох легуючих елементів. Наприклад: марганцю,
кремнію, хрому та ін.

На Україні виробляють феромарганець, який у вигляді чушок поставляють на
машинобудівні заводи, а також продають за кордон.

Металургія України випускає: переробного чавуну – 85-90%, ливарного –
9-12%. Феросплави складають менше 1%.

4.1.5.4 Доменний газ. Містить у собі СО, Н2, N, СО2. Він має високу
теплоту згорання. Використовується в нагрівачах повітря, яке вдувають у
доменну піч, а також для нагрівання коксових батарей у якості палива.

Перед застосуванням доменний газ очищують від пилу, який потім
застосовують при виготовленні агломерату.

4.1.5.5 Шлак. Шлак із доменної печі по жолобу стікає в ківш. Потім його
гранулюють струмом повітря або пари над водяним басейном.

Шлак потім використовують у будівництві для виготовлення цементу,
шлакобетону, шлакової цегли, шлаковати та ін.

4.2 МЕТАЛУРГІЯ СТАЛІ

4.2.1 Загальні відомості

При виплавці сталі використовують такі вихідні матеріали: металошихта,
флюси та окислювачі.

Основна частина металошихти (до 80%) – це переробний чавун і стале-вий
брухт. Іноді – ще й феросплави. У якості флюсу використовують вапняк. У
якості окислювача – залізну руду.

Основне призначення переробки чавуну в сталь – це зниження вмісту в
ньому вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору шляхом окислення і переводу
їх у шлак або гази. Вуглець чавуну, з’єднуючись з киснем, перетворюється
на газ СО і звітрюється. Інші домішки перетворюються у шлак. Існує три
основних способи отримання сталі: конверторний, мартенівський і
електро-спосіб.

4.2.2 Конверторний спосіб отримання сталі

Конвертор – це спеціальна металева посудина, обкладена всередині
вог-нестійкою цеглою. Футеровка витримує до 2000 плавок.

Конвертор за допомогою приводних механізмів може повертатися навколо
своєї горизонтальної вісі – при завантаженні шихти і при зливанні шлаку
та виплавленої сталі. Робоче положення конвертора – вертикальне. Ємкість
кисневих конверторів від п’тидесяти до п’ятисот тон.

В конвертор спочатку завантажують скрап (металевий лом), потім заливають
рідинний чавун (при температурі 1300 С0), засипають вапно, залізну руду
і окалину. Потім здійснюють продувку технічним киснем під тиском 1,6 –
1,8 МПа. Під час продувки кисень окислює домішки. Реакції окислення
протікають дуже швидко, з виділенням великої кількості теплоти.
Темпера-тура в конверторі підвищується до 2500С0. Після продувки сталь
готова. Її випускають.

Завантаження печі триває 5 хвилин, продувка 12…20 хвилин, взяття проб
– 6 хв., виливка сталі і шлаку – 5…10 хв. На весь цикл витрачається
35…40хв. Це найбільш продуктивний і найдешевший спосіб виплавки сталі.
Але якість сталі невисока. Конверторна сталь йде в основному на
невідповідальні будівельні конструкції.

Конверторним способом виплавляють біля 20% сталі.

4.2.3 Виробництво сталі в мартенівських печах

Спосіб виробництва сталі в мартенівських печах є універсальним з точки
зору складу шихти. Але він менш продуктивний. Сталь – більш якісна, ніж
конверторна. Використовується в основному у машинобудуванні.

По виду вихідних матеріалів відрізняють декілька видів плавки:

– скрап процес – плавка на твердому чавуні і металевому ломі;

– рудний процес – плавка на рідкому чавуні з добавкою руди для
окис-лення;

– скрапрудний процес – плавка на рідинному чавуні, скарпі і руді.

Усі ці процеси здійснюють у полум’яних печах.

Шихта завантажується у піч через завалочні вікна. Паливом для
марте-новських печей є природний газ або мазут, які подаються у
плавильний простір через паливні головки. При згоранні палива в печі
виникає факел з температурою 1800-1900С0. При цьому тверді складові
частини розплавляються. В цей час відбувається процес окислення домішок
і вони переходять у шлак.

Головний процес, який протікає в мартенівський печі – це кипіння металу,
що відбувається внаслідок окислення вуглецю.

Тривалість однієї плавки – 6-10 годин.

Ємкість мартенівських печей – 180-600 т.

Мартенівським способом виплавляють близько 70% сталі.

4.2.4 Виробництво сталі в електропечах

Цей процес найбільш досконалий. Він дозволяє отримувати сталь найвищої
якості, яка використовується у машинобудуванні для особливо
відповідальних деталей. Цим способом виплавляють близько 10% сталі.
Разом з цим, цей спосіб найбільш дорогий.

Існує два види печей для плавки – єлектродугові та індукційні.

В дугових печах в якості шихти використовують металевий скрап (відхо-ди
металургійного, ковальського і прокатного виробництва, сталевий брухт) –
90%, рідинний чавун – 5-10%, окатиші – до 5%, вапно – 1-2%.

Між графітовими електродами і скрапом виникає електродуга. Температура у
зоні дуги сягає 4000С0.

Завантаження печі відбувається через робоче вікно, а випуск сталі –
через льотку. Для випуску сталі піч нахиляють до 450.

При електроплавці широко застосовують продування киснем (особливо при
виплавці легованих сталей).

Тривалість плавки – 3-6 год., а з продувкою – 2-4 години.

Ємкість дугових печей коливається від 1,5 до 250т.

Індукційні печі мають ємкість від 60кг до 25т.

Температура у цих печах підвищується завдяки дії індукційних струмів, що
виникають навколо індуктора при проходженні змінного струму. В
індукційних печах переробляють чисті шихтові матеріали точно заданого
складу. При цьому способі переважно виробляють високоякісні леговані
сталі, очищені від домішок. Але повністю позбавитись домішок практично
неможливо. Тому для отримання очищених сталей застосовують вакуумування
сталі, при якому сталь майже повністю звільняється від водню, азоту,
сірки та фосфору.

4.2.5 Розливка сталі

Виплавлену в тих чи інших печах сталь випускають у ківш, із якого її
розливають у виливниці для отримання зливків. Іноді розливку сталі
здійснюють під вакуумом, при якому сталь дегазується і рафінується.

Розливку сталі у виливниці залежно від маси зливка здійснюють зверху або
знизу. Крім того, використовують також безперервну розливку.

Виливниці виготовляють із жаростійкого чавуну. Маса зливка може
коливатись від 10т до 100т.

Розливку сталі зверху використовують для отримання великих зливків. Це
простий і дешевий спосіб, але якість зливка невисока.

Розливку знизу (сифонна розливка) використовують для отримання дріб-них
і середніх за масою зливків. Для цього сталь випускають з ковша в
центральний стояк, звідки вона по ливниковим каналам заповнює знизу
одночасно декілька виливниць (від двох до восьми). Зливки у цьому
випадку більш якісні, оскільки виливниці заповнюються повільно.

Найбільш прогресивним є спосіб безперервної розливки сталі, при якому
зовсім немає потреби у виливницях. Струмінь сталі при виході з ковша
охолоджується, переходить у твердий стан, обтискається валками і одразу
перетворюється в прокат. Винахід цього способу належить СРСР. Але
першими застосували його японці, потім американці і лише після цього –
ми.

Але повернемось до зливків.

Зливок має певну будову. Він неоднорідний за якістю, бо застигання
металу в ньому відбувається неодночасно.

Найбільш якісна сталь – на периферії зливку, де має місце
дрібно-зерниста структура. У середині зливка – структура крупнозерниста.
Можуть утворюватись пухкості, а у верхній частині – навіть усадочні
раковини. Потім верхню частину зливка ((15 % за масою) відрізають
автогеном і знову пускають у переплавку.

У подальшому гарячі зливки направляють у прокатний цех для виготовлення
прокату. І лише 10% зливків охолоджують і направляють на машинобудівні
заводи, де з них в ковальських цехах кують заготовки крупногабаритних
деталей, або переплавляють для виготовлення сталевого лиття.

4.2.6 Прокатка сталі

Приблизно 90% всієї виплавленої на металургійних комбінатах сталі
перетворюють у прокат.

Прокатка здійснюється у прокатних цехах з допомогою прокатних станів.
Основними елементами прокатного стану є валки, які можуть бути гладкими,
або профільними. З допомогою гладких валків шляхом багаторазового
прокатування зливка отримують листовий прокат (листи, штаби, стрічки)
товщиною від 100 до 0,1 мм.

З допомогою профільних валків отримують профільний прокат різного
поперечного перерізу. Це круглі, квадратні, шестигранні, труби, кутники,
рейки, швелери, таври, двутаври та інші спеціальні профілі.

В кінці потокової лінії листи обрізають до певних розмірів за
стандартом. Профільний прокат розрізають на куски певної довжини, теж за
стандартом. Частіш за все довжина профільного прокату дорівнює 6 метрам.
Але можуть бути і інші довжини.

Існують також волочильні стани з допомогою яких виготовляють дріт
різних діаметрів.

Штаби, стрічки і дріт закручують у рулони.

Прокат поступає:

– на машинобудівні підприємства для виготовлення з нього заготовок
деталей машин і металевих конструкцій;

– на підприємства будівельної індустрії – для виготовлення
різнома-нітних будівельних конструкцій і використання у якості арматури
при виготовленні залізобетону.

Контрольні запитання до модуля 4

1 Що ви знаєте про чорну і кольорову металургію?

2 Розкажіть загальні відомості про пірометалургію і гідрометалургію.

3 Охарактерізуйте структуру металургійного комбінату чорної металургії.

4 Які руди використовуються у доменному виробництві?

5 Яке паливо використовують у доменному виробництві?

6 З якою метою використовують флюси?

7 Поясніть поняття “шихта”, “колоша”.

8 Назвіть складові частини доменної печі.

9 Назвіть і дайте визначення основним характеристикам доменної печі.

10 Які фізичні процеси відбуваються у доменній печі?

11 Які хімічні процеси відбуваються у доменній печі?

12 Назвіть й охарактеризуйте вихідні продукти доменного вироб-ництва.

13 Які матеріали використовують при виготовленні сталі?

14 У чому полягає процес виготовлення сталі із чавуну?

15 Розкажіть про техніку і технологію киснево-конвертерного способу
виплавки сталі.

16 Розкажить про техніку й технологію виплавки сталі в мартенівських
печах.

17 Розкажіть про виплавку сталі в електродугових печах.

18 Розкажіть про виплавку сталі в індукційних печах.

19 Дайте порівняльну характеристику усіх відомих вам способів отримання
сталі з точки зору продуктивності процесу і якості продукції.

20 Розкажіть і охарактеризуйте відомі вам способи розливки сталі.

21 Розкажіть про будову зливка за структурою.

22 У чому полягає процес прокатки сталі і які види прокатки вам відомі?
Дайте їх характеристику.

23 Намалюйте різновиди поперечного перерізу профільного сортового
прокату. Наведіть їх назви.

24 Намалюйте загальну схему перетворення гірничої сировини в
машинобудівні вироби.

Теми рефератів

1 Виробництво чавуну.

2 Виробництво сталі (один із розглянутих способів).

3 Виробництво міді.

4 Виробництво алюмінію.

5 Виробництво прокату.

6 Шляхи використання продукції металургійного виробництва.

Література до модуля 4

1 Безимянский В.И. и др. Конверторные процессы производства стали /Под
ред. Безимянского. –К.; Донецк: -1984.

2 Власов Н.Н. и др. Розливка чёрных металлов: Справочник. –М.: -1987.

3 Городничий Н.И. Литейное производство цветных металлов и сплавов. –М.:
-1989.

4 Доменное производство: справочник, в 2т./ Под ред.Е.Ф.Вегмана. –М.:
-1989.

5 Дриц М.Е., Москалёв М.А. Технология конструкционных материалов и
метериаловедение. –М.: -1990.

6 Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. Л.: -1990.

7 Линчевский Б.В. и др. Металлургия чёрных металлов: учебник /Под ред.
Б.В. Лнчевского. –М.: -1986.

8 Матвеев Ю.Н., Стрижко В.С. Технология металлургического производства
цветных металлов: Учебник. –М.: -1986.

9 Машины и агрегаты металлургических заводов: Учебник. –М.: -1981.

10 Металлургия благородных металлов: Учебник. /Под обьед. ред.
Л.В.Чугаева. –М.: -1987.

11 Металлургия стали. /Под ред. В.И. Явойского. –М.: -1983.

12 Металлургия чугуна /Е.Ф. Вегман и др. –М.: -1989.

13 Накифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. –М.:
-1986.

14 Основы металлургичесого производства: Учебник./В.К. Бабич, Н.Д.
Лукашкин, А.С. Морозов и др. –М.: -1988.

15 Основы технологии важнейших отраслей промышленности, т.1-Минск:
-1989.

16 Основы технологии важнейших отраслей промышленности /Под ред.
Сидорова. –М.: -1971.

17 Самохвалов Г.В., Черныш Г.И. Электрические печи чёрной метал-лургии.
-М.: -1984.

18 Соколов Р.С. Химическая технология, т.2. –М.: -1999.

19 Технология важнейших отраслей промышленности /Под ред. Гринберга,
-М.: -1985.

МОДУЛЬ 5

ТЕХНІКА І ТЕХНОЛОГІЯ ПАЛИВНОЇ ПРОМИСЛОВСТІ

5.1 ВИДИ ПАЛИВА ТА ГАЛУЗІ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ

За станом паливо поділяють на тверде: деревина, торф, вугілля, сланець;
рідинне – нафта; газоподібне – природний газ, доменний газ.

З глибокої давнини паливо використовують для отримання теплової енергії.
У наш час паливо використовують у двох напрямках: як паливо і як
сировину для хімічної промисловості. Із палива виробляють безліч різних
палив, мастила, синтетичний каучук, спирти, ефіри, жири, миючі засоби,
штучні волокна, пластмасу, добрива та ін.

У сучасній економіці нафта, газ і вугілля мають виключно велике
зна-чення. Достатньо сказати, що світові ціни на товари багато в чому
залежать від цін на нафту і газ.

5.2 ДОБУВАННЯ НАФТИ І ГАЗУ

5.2.1 Загальні відомості про нафтові родовища

Великі родовища нафти і газу знаходяться в Росії (Прикаспійський басейн,
Тюмень), в Узбекистані та Азербайджані. В Україні родовища нафти і газу
знаходяться в Прикарпатті, в Сумській та Чернігівській областях
(Прилуцький район). Але Української нафти та газу вистачає на покриття
лише 10-18% усіх потреб. Тому Україна мусить закупати нафту за кордоном.
Цей факт Росія використовує для економічного тиску на Україну.

Встановлено, що Чернігівська область дуже багата на нафту, але залежі її
знаходяться на великій глибині (до 7 км), тому розробка багатьох
Чернігів-ських покладів у наш час економічно недоцільна.

Промислові запаси нафти і газу в основному залягають в осадових породах
(піски, піщаники, вапняки) на глибині до 400м. У надрах землі
зустрічаються родовища: нафти, газів, або нафтогазові.

h

h

X f

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

°

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

l

l

l

l

l

l

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

6

z

U

>

z

|

?

,

0

J

\

^

x

E

Oe

„

?

?

c

¦

?

?

?

a

o

o

u

th

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

&

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

Нафтовий поклад або пласт звичайно зверху і знизу обмежений
непроникливими породами потужність нафтогазоносного пласта колива-ється
від декількох сантиметрів до декількох сот метрів. Кількість нафтових
пластів в різних родовищах коливається від одного до декількох десятків.
Найбільш поширені склепові поклади.

Коефіцієнт видобування нафти дорівнює 0,6-0,7.

Вода, нафта і газ знаходяться під тиском, який називають пластовим
тиском. Пластовий тиск визначають при розвідці родовища. Для цього
роблять свердловину. Якщо свердловина не фонтанує, то в неї занурюють
свердловинний манометр, з допомогою якого і визначають пластовий тиск.
Величина пластового тиску дозволяє судити про процеси, які відбуваються
у пласті і регулювати розробку родовища.

При відборі нафти і газу із родовища одночасно відбуваються два
взаємопов’язані процеси: рух рідини і газу в пласту під дією пластових
сил і під’єм нафти і газу по стовбуру свердловини на поверхню. Обидва ці
процеси можна регулювати шляхом вводу до експлуатації оптимальної
кількості свердловин і встановлення певних режимів їх роботи.

Сукупність умов за яких проводиться розробка покладу визначає собою
систему розробки.

5.2.2 Техніка розвідки і експлуатації нафтових родовищ

Дослідження нафтових родовищ виконують, використовуючи стаці-онарні
бурові установки, з допомогою яких пробурюють свердловини. При цьому
використовують спеціальний інструмент: обсадні труби діаметром
114-426мм, довжиною від 6м до 10м, що з’єднується між собою з допомогою
муфт. Безпосереднім інструментом на кінці труби є долото ударної або
обертальної дії. Залежно від властивостей порід найчастіше
використовують для м’яких порід шарошкові дво – і трьохпері долота, для
твердих порід – долота з алмазними головками.

Для видалення розбуреної породи свердловину багаторазово промивають. Для
цього у свердловину занурюють шланг, що з’єднаний зі спеціальним насосом
для бруду, з допомогою якого і відкачують із свердловини непотріб.

Для того, щоб не допустити проникнення підземних вод до свердловини,
простір між обсадними трубами і стінками свердловини заповнюють цементом
під тиском.

5.2.3 Методи розробки нафтових родовищ

Існують чотири основні методи видобутку нафти: фонтанний, компресорний,
глибинно-насосний і шахтний.

Найбільш продуктивним і економічно доцільним є фонтанний. Цей метод має
два різновиди, які називають системами розробки нафтових родовищ. Це
система без підтримки пластового тиску і система з підтримкою пластового
тиску.

При фонтанному методі темпи відбору нафти та газу окрім пластового тиску
залежать від об’єму покладу, її форми та терміну експлуатації. В
початковій період інтенсивність видобутку найвища. Потім вона
зни-жується. Тоді деякі добувні свердловини переводять у режим
нагнітання, тобто замість видобування в них закачують воду або газ. З
часом продуктивність знижується до нуля. Тоді експлуатацію родовища
закінчують, або переходять до інших, менш продуктивних методів.

Компресорний метод добування нафти застосовують при експлуатації пластів
з малим пластовим тиском, а також коли свердловина перестала фонтанувати
за причини утворювання депресивної вирви. При цьому методі у свердловину
занурюють дві (поряд, або концентрично розташовані труби). В одну з труб
нагнітають попутний нафтовий газ. Він аєрує нафту в пласті і утворює
стовп газонафтової суміші, яка по іншій трубі піднімається на поверхню,
де потрапляє спочатку у газовіддільник, а потім до нафтопроводу.

Глибинонасосний метод – найменш ефективний і найбільш дорогий. Він
застосовується після того, як фонтанний чи компресорний метод вичерпали
свої можливості. Але з допомогою цього методу коефіцієнт видобування
нафти можна підвищити до 80%.

На інтенсивність відпрацювання родовища великий вплив мають фізичні та
хімічні властивості нафти.

Якщо нафта в’язка і має невеликий пластовий тиск, застосовують шахтний
спосіб її добування. Для цього виконують серію гірничих виробок, із яких
нафтоносний пласт розрубують горизонтальними свердловинами. По цих
свердловинах нафта стікає у спеціальні колодязі. Із колодязів її
відкачують насосами.

Здобута нафта поступає до сепаратора, де відбувається відділення газу.
Потім її направляють у спеціальні ємкості, в яких вона відстоюється. При
цьому мінеральні частки порід випадають в осадок, а розчинний газ
звільняється і йде на виробництво легких фракцій бензину. Далі нафта
поступає до нафтопроводу.

Нафту можна зберігати навіть у відкритих ємкостях, а газ необхідно
уловлювати лише у закриті ємкості, оскільки він легший за повітря і
звітрюється.

При фонтануванні нафти завжди існує небезпека пожежі. Тушіння пожежі –
дуже трудомістка, небезпечна і дорога робота.

Якщо Рпл

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter