Металлургический словарь


Металлургия

от греч. metallurgeo — добываю руду, обрабатываю металлы, metallon — рудник, металл и ergon — работа) [metallurgy] — область науки и техники и отрасль пром-ти, охватыв. получение металлов из руд и др. материалов, а тж. процессы, связ. с изменением химич. состава, структуры и св-в металлич. сплавов. К м. относятся: предварит, обработка добытых из недр земли руд, получение и рафинир. металлов и сплавов; придание им определ. формы и св-в. Историч. в России сложилось разделение м. на черную и цветную. Черная металлургия (ЧМ) охватывает произ-во (сплавов на основе Fe (чугуна, стали, ферросплавов), Мп, Сг, V (на долю черных металлов приходится ок. 95 % всей производимой в мире металлопродукции). Цветная металлургия (ЦМ) включает произ-во всех др. металлов, в т.ч. радиоактивных. Нек-рые металлургич. процессы применяются также для произ-ва полупроводников и неметаллов (Si, Ge, Se, Те, As, P, S и др.); отдельные из них получают попутно с извлеч. металлов. В целом соврем, м. охватывает процессы получения почти всех элементов Периодической системы, за исключ. галоидов и газов. М. — базовая отрасль пром-ти России, в значит, степени определяет жизнеспособность экономики страны. На произ-во черных и цв. металлов, составляющих более 95 % общего объема использ. конструкц. материалов, расход, ок. 14 % топлива, 24 % электроэнергии, 40 % сырья и минер, ресурсов, потребл. в стране (1998 г.). Почти 24 % грузов, перевозимых в России жел.-дор. транспортом, обеспечивает нужды м. Металлургич. комплекс России объединяет ок. 300 промыш. предприятий; в нем занято более 1,2 млн. работников разных профессий.
Возникновение м., как показыв. археоло-гич. находки, относится к глубокой древности, напр., следы выплавки меди в юго-зап. части Мал. Азии датир. 7-6-м тыс. до н. э. Примерно в то же время были известны самородные металлы: золото, серебро, медь и, возможно, метеоритное железо. В последующие периоды, когда научились добывать и обрабатывать руды, появились и технологии их переработки. Сначала металлич. изделия изготовляли обработкой металлов в хол. сост. Медь и железо с трудом поддавались такой обработке и поэтому не могли найти широкого применения. После изобрет. гор. кузнечной обработки (ковки) медные изделия получили более широкое распространение. Овладение способами выплавки меди из окисл. руд и получения из нее отливок (5-4 тыс. лет до н. э.) привело к быстрому росту про-из-ва меди и к значит, расширению ее применения. Освоение гораздо более сложного процесса переработки сульфидных медных руд с примен. предварит, обжига руды и ра-финир. меди повтори, плавлением относится к сер. 2-го тыс. до н. э. (Бл. Восток, Центр. Европа). Во 2-м тыс. до н. э. начали широко применяться изделия из бронзы (ок. 90 % Ci + 10 % Sn), к-рые по кач-ву (твердости, корроз. стойкости, упругости, остроте лезвия и др.) значит, превосходили медные. Кроме того, бронза имела более низкую tm, чем медь, и лучше заполняла литейную форму. Поэтому изделия из меди интенсивно вытеснялись бронзовыми, что ознаменовало переход к бронзовому веку. В конце 3-го и во 2-м тыс. до н. э. крупным центром м. меди и бронзы был Кавказ.

Примерно в сер. 2-го тыс. до н. э. человек начинает овладевать и способами получения железа из руд. Сначала для этой цели использовали костры, а затем спец. плавильные ямы — сыродутные горны (см. Сыродутный процесс). В горн, вылож. из камня, загружали легковосстановимую руду и древесный уголь. Дутье, необход, для горения угля, подавалось в горн снизу (сначала естеств. тягой, а потом мехами). Углерод восстанавливал оксиды железа. Относит, низкая темп-pa процесса и большое кол-во железистого шлака препятствовали науглерожив. металла и позволяли получать железо только с низким содержанием углерода в виде кома, наз. «крицей», на дне горна. После извлеч. из горна «крицу» проковывали (для уплотнения); удаляли шлак и получали металл для изготовл. изделий. Процесс был ма-лопроизводит. и обеспечивал извлечение из руды лишь около половины содерж. в ней железа. М. железа развивалась очень медленно, несмотря на то что железные руды гораздо более распростр., чем медные. Преимущ. развитие м. меди обусловл. и тем, что сыродутное железо по кач-ву значит, уступало меди. Это объясняется прежде всего тем, что при достижимых в то время темп-pax медь получали в расплавл. состоянии, а железо — в виде тестообразной массы, с большим содержанием включений шлака и несгоревшего древесного угля. В связи с низким содержанием углерода сыродутное железо было мягким; изготовл. из него оружие и орудия труда не подвергались закалке и значит, уступали по кач-ву бронзовым. Для перехода к более широкому произ-ву и применению железа необх. было усовершенствовать примитивный сыродутный процесс, овладеть процессами науглерож. железа и его послед, закалки, т.е. освоить получение стали. Это обеспечило железу в 1-м тыс. до н.э. главенств. положение среди металлов, использ. человеком, и наступление т. н. железного века. К нач. н. э. м. железа была почти повсеместно распространена в Европе и Азии.
На протяжении почти трех тысячелетий м. железа не претерпевала принц, изменений. Процесс постепенно совершенствовался: увеличивались размеры сыродутных горнов, улучшалась их форма, повышалась мощность дутья; в рез-те горны превратились в неб. шахтные печи для произ-ва сыродутного железа — домницы (т.н. «штукофены»). Увеличение размеров домниц привело в сер. XIV в. к появлению неб. домен, печей (см. Доменное производство). Увеличение высоты этих печей и более интенс. подача дутья способст. повышению темп-ры и значительно более интенс.
восстановлению науглероживанию металла (см. Доменный процесс). Вместо тестообразной массы сыродутного железа в домен, печах получали уже высокоуглерод. железный расплав с примесями Si и Мп — чугун. Росту произ-ва чугуна способствовало изобретение в XIV в. т. н. кричного передела его в ковкое железо. Переплавляя чугун в кричном горне, его рафинировали от примесей (С, Мп, Si, P), окисляя их кислородом дутья и специально загружаемого в горн железистого шлака. Кричный процесс быстро вытеснил малопроизводит. способы получения стали на основе сыродутного железа. Т.о. возник двух-стадийный процесс получения железа, сохранивший свое значение и являющийся основой совр. технологии произ-ва стали. След, этапом развития м. стали в Европе было появление в Англии в 1740 г. тигельной плавки (задолго до того известной на Востоке) и в 1788 г. — пудлингового процесса. Тигельная плавка была первым способом произ-ва литой стали. Ее выплавляли в тиглях из огнеупорной глины, к-рые устанавливались в спец. печи. По кач-ву эта сталь сущест. превосходила сталь из крицы. Но масштабы тигельной плавки долго оставались незначительными. Мировое произ-во жидкой тигельной стали, напр, в 1850—1860 гг. не превышало 100 тыс. т в год. В пудлинговом процессе чугун рафинировали от углерода и примесей (Мп, Si, P), на поду отражат. печи и получали как губчатое (т. н. сварочное) железо, так и разные сорта стали, регулируя окисление углерода и добавляя присадки ферромарганца или кремнистого чугуна. Пудлинговое железо оставалось до 2-й полов. XIX в. осн. конструкт, материалом (его мировое произ-во в 1850 г. достигло 4,5 млн. т). Но тигельный и пудлинговый процессы не могли удовлетворить возрастают, потребности в стали. М. чугуна развивалась опереж. темпами. Этому способст. внедрение мехов с приводом от водяного колеса (XV в.), кам.-уг. кокса вместо древесного угля (1735 г.), паровой воздуходувной машины (1782 г.), нагретого дутья (1828 г.), воздухонагревателя регенерат, типа с огнеуп. насадкой (1857 г.), конус, засыпного аппарата (1850 г.). К концу XIX в. относится применение предварит, подготовки руд (дробление, измельчение, классификация и др.) к домен, плавке. Поэтому до XX в. мировое кол-во выплавл. чугуна превышало произ-во стали, тыс. т:
Годы   1866   1870   1880   1890    1900   1910     1917

Чугун   9449 12090 18237  25592  40729  59837  71938

Сталь  300    518     4247  12478   28275  52017  81327
Революц. в разв, м. железа явилось изобретение трех новых процессов произ-ва жидкой (литой) стали: бессемеровского процесса, 1856 г. (Германия) (см. Конверторное производство), мартеновской плавки, 1864 г, (Франция) (см. Мартеновское производство) и томасовского процесса, 1878 г. (Англия). Быстрое распростр. этих процессов (в первую очередь мартен, плавки в печах с осн. футеровкой и использ. большого кол-ва металлич. лома) привело к тому, что к сер. XX в. выпуск чугуна составлял только 70 % от выплавки стали.
Дальнейшее развитие сталеплавильного произ-ва во 2-й полов. XX в. связано с существ, увелич. емкости и произв-ти металлур-гич. агрегатов, шир. применением кислорода для повыш. эффективности металлургич. процессов, появлением новых и бурно развив, процессов выплавки стали в кислородных конвертерах с верхним, нижним и комбинир. дутьем (см. Конвертерное производство) и в мощных электродуговых печах (см. Электросталеплавильное производство), с развитием внепечного рафинирования жидкого металла в вакууме, обработки инерт. газами и син-тетич. шлаками, освоением и масс, внедрением непрер. разливки стали взамен разливки металла в чугун, изложницы, широкой механизацией и автоматизацией произв. процессов. В соврем, м. железа большое значение приобрела выплавка высококач-венных легир. сталей и сплавов, к-рая с XX в. производится преимущ. в электропечах (см. Электросталеплавильное производство). Со 2-й пол. XX в. для получения нек-рых цв. металлов, а тж. сталей и сплавов особо ответств. назн. (напр., для авиац.-космич. техники, судостроения и др.) начали применять дополнит, переплав металла в дуговых вакуумных печах, электрошлак, эл-нолуч. и плазм, установках (см. Вакуумно-дуговой переплав, Электрошлаковый переплав, Плазменный переплав, Электроннолучевой переплав). Для извлеч. железа из руд наряду с домен, плавкой, к-рая продолжает развиваться, разрабатываются способы прямого получения железа, пригодного в кач-ве шихты для выплавки стали в электропечах. Мировое произ-во стали за 100 лет возросло с 14 млн. т в 1895-1896 гг. до 600 млн. т (1970 г.), 770 млн. т (1990 г.) и 798 млн. т (1997 г.), т. е. в 57 раз. В наст, время сталь выплавляют ок. 100 стран,
причем развивающиеся — опереж. темпами. В 1960 г. только 18 % стали в мире выплавлялось вне Европы, бывш. СССР и Северной Америки, в 1995 г. эта доля увеличилась до 48 % и может достичь 60 % в 2000 г.
Кроме железа в древнем мире добывали и применяли Аи, Ag, Си, Sn, Pb, Hg. Произ-во многих др. цв. металлов достигло значительного уровня только в последние века (иногда 10-летия).
В России широкое развитие горного дела и металлургии нач. в правление Ивана III Васильевича (1440—1505 гг.), к-рый предпринял первые попытки промыш.-технич. сближения с Европой, выписывая оттуда мастеров горного дела. В 1491 г. в Печорский край была отправлена экспедиция для поиска серебряной руды. Экспедиция из неск. русских и иностранных специалистов кроме серебра открыла на р. Цильме месторождения меди, что позволило России чеканить медную мелкую монету из собств. металла. К концу XVI  в. горный промысел и металлургия широко распространяются по всей России. Наиб, бурное развитие м. и железоделат. произ-во получили при Петре I (1672-1725 гг.). В конце 1719 г. он учредил Берг-коллегию для управления горными делами и артиллерией и указом от 10 декабря того же года объявил полную свободу горному промыслу в России. Поэтому указу каждому жителю России разрешалось искать руды и др. полезные ископаемые не только на своих собств. и казенных
землях, но и на частных. Каждый промышленник должен был вносить в казну налог в сумме 10 % от стоимости всего добытого. В это время выдвинулся тульский кузнец Никита Демидов. Вначале он работал на орудийном з-де в Туле, основ, голл. кузнецами, а затем основал свой з-д. Вместе с др. мастерами Н. Демидов был послан на Урал строить Невьянский железоделат. з-д, к-рый он получил в 1702 г. от царя в полную собств-ть.
Вскоре Н. Демидов уже за свой счет построил на Урале еше неск. з-дов. Екатерина II (1729— 1796 гг.) издала манифест от 28 июня 1782 г., по к-рому всем землевладельцам даровалась свобода распоряжаться своими землями и право на все ископаемые из них. При Екатерине II в 1773 г. в С.-Петербурге был открыт Горный институт, а с 1825 г. стал издаваться Горный журнал, что способст. подготовке высококвалифиц. кадров
для горного дела и металлургии. В 1825 г. в  России были проведены большие экспедиции на Урал, Алтай, Кавказ и в Крым. Отмена крепостного права в 1861 г. позволила существ, расширить объемы металлургич. про-из-ва с использованием дешевой рабочей силы. В царств. Александра II (1818—1881 гг.) геологич. исследования и разведка месторождений велись от границ Пруссии до берегов Тихого океана и Сахалина и от Мурманска и устьев Печоры до подножия Кавказа и Памира. В 1882 г. правительством России был основан Геологический комитет, гл. задачей к-рого было составление общей геологич. карты России. Добыча железных руд и выплавка чугуна и стали в России исторически развивались в р-нах Сев. и Ср. Урала, в округах Гороблагодатском, Нижнетагильском, Невьянском, Сергинском, Сысертском, Кыштымском, Златоустовском, где были построены металлургич. з-ды. Кроме того, жел. Руда добывалась ив др. р-нах: по берегам Вишеры (Пермская область), Бакальском (Челябинская область); на Юге России (Украина) в Кривом Роге, Керчи и др. районах; в Центральной России в Московской, Тверской, Тульской, Калужской, Новгородской, Псковской, Витебской, Смоленской, Нижегородской, Тамбовской, Костромской и Ярославской губерниях, в Карелии. Объемы добычи жел. руды и выплавки чугуна в России по разным регионам в 1896 г. приведены ниже.
Добыто железной руды в России в 1896 г.

Район России Число: Руда, тыс. т  рабочих рудников

Урал                                       25656        6541300
Центр                                       4224             78280
Северо-Запад                        4315          109300
Юг и Юго-Запад                     3489          371230
Сибирь                                        239             1027
Северный край                         235            2922
Кавказ                                           13                 45
Всего                                       38171         9213164
Выплавлено чугуна в России в 1896 г.

Заводы                                                    Число з-дов         Чугун, тыс. т
Уральские (казенные и частные)           122                         570
Центральной России                                    48                         134.
Польские и Северо-Западные                  32                          217
Южные и Юго-Западные                            24                           629
Северные                                                          4                                4
Сибирские                                                         6                                7
Финляндские                                                  13                              22
Всего                                                               249                         1586

Россия с 1730-х гг. долго занимала 1-е место в мире по выплавке чугуна, вывозила значительную часть чугуна за границу, в т. ч. в Англию, где напр., в 1740 г. было выплавлено 17 тыс. т чугуна, а в России — 50 тыс. т. Но в нач. XIX в. Россия из-за задержки с переходом от использ. древесного угля в домен, печах к кам.-уг. коксу была отодвинута на 3-е, а к 1860 г. на 7-е место в мире. К 1913 г. Россия по объему произ-ва чугуна (4,03 млн. т) и стали (3,68 млн. т) занимала 5-е место в мире, а ее доля в мировой выплавке чугуна (76,3 млн. т) и стали (69,5 млн. т) составляла только 5,3 %.
М. железа особенно интенсивно развивалась в СССР в 20-30-е гг. после окончания Гражданской войны (1918-1920 гг.) и 50-70-е гг. после Великой Отечественной войны (1941-1945 г.г.). В рез-те СССР к 1976 г. занимал 1-е место в мире по произ-ву чугуна, стали (доля РСФСР сост. ок. 60 % общего объема) и другим видам металлопродукции, удерживая его до 1990 г. Распад СССР и последовавший за'ним глубокий экономич. кризис в странах СНГ привели к резкому падению с 1991 г. металлургич. произ-ва в России (см. Черная ч Цветная металлургия).
Соврем, м. как совокупность осн. техноло-гич. операций произ-ва металлов и сплавов включает добычу и подготовку руд к извлеч. металлов (в т.ч. обогащение); извлеч. и рафи-нир. металлов: пирометаллургич., гидрометал-лургич., электролитич. процессы получения изделий спеканием из металлич. порошков; кристаллофизич. методы рафинир. металлов и сплавов; процессы разливки металлов и сплавов (с получением слитков или отливок); обработку металлов давлением; термич., хи-мико-термич. и др. виды обработки металлов для придания им соответств. св-в; процессы нанесения защ. покрытий.
С м. тесно связаны произв-ва коксохимия., огнеупоров и ряд др. отраслей пром-ти.
Подготовка руд к извлеч. металлов начинается с дробления, измельчения, грохочения и классификации (см. Классификатор). След, стадия обработки — обогащение (см. Обогащение полезных ископаемых). В процессе или после обогащения материалы подвергают обычно обжигу или сушке. Весьма эффективен обжиг в кип. слое. Наиб, применение в обогатит, технике имеют флотац., гравитац., магн. и электрич. методы. Флотац. процессами перерабат. > 90 % всех обогащ. руд цв. и редких металлов. Из гравитац. процессов распространены обогащение в тяж. средах, отсадка, концентрация на столах и др. методы.

Большое значение обогатит, процессов в соврем, м. обусловлено стремлением к повыш. эффективности металлургич. произ-ва, а тж. тем, что по мере роста выплавки металлов приходится использовать все более бедные руды. Непосредств. металлургич. переработка таких руд (без обогащения), как правило, неэкономична, а в нек-рых случаях даже невозможна.
Заключит, операции подготовки руд — обычно их усреднение, смешение, а также окускование посредством агломерации, окатывания (окомкования) или брикетирования. Необходимость окускования обусловлена тем, что при обогащении руды измельч., а применение в плавке мелко измельч. материалов в нек-рых металлургич. произ-вах нежелательно или недопустимо.
Пирометаллургич. (высокотемп-рные) методы извлеч. и рафинир. металлов весьма многообразны (см. Пирометаллургия). Они реа-лиз. в шахтных, отражат. или электрич. печах, конвертерах или др. агрегатах. В пирометаллургич. процессах происходит концентрир. металлов и удаляемых примесей в разных фазах системы, образ, при нагреве или расплавлении перерабат. материалов. Такими фазами могут служить газ, жидкие металлы, шлак, штейн и тв. вещ-ва. После разделения одну или неск. из этих фаз направляют на дальнейшую переработку. Для необх. операций в пирометаллургии применяют окислит., восстановит, и др. процессы с целью интенсификации окисления успешно используют газообразный кислород, а также хлор и селитру. В кач-ве восстановителей применяют углерод, оксид углерода, водород или нек-рые металлы (см. Металлотермия). Примерами восстановит, процессов могут служить домен., плавка, выплавка вторичной меди, олова и свинца в шахтных печах, получение ферросплавов и Ti- шлака в рудовосст. электропечах. Магниетермич. восстановлением получают, напр., титан. Окислит, рафинирование — необх. элемент в мартен, и конвертер, произ-ве стали, при получении анодной меди, а тж. свинца.
Весьма широко использ. методы извлеч. и рафинир. металлов, осн. на образов, сульфидов, хлоридов, иодидов (см. Иодидный процесс), карбонилов. Большое значение имеют процессы, базир. на испарении и конденсации (дистилляция, ректификация, вакуумная сепарация, сублимация). Получили развитие внепечные методы рафинир. стали, а также
вакуумная плавка и плавка в аргоне, примен. в произ-ве химич. актив, металлов (Ti, Zr, Mo и др.) и стали.
Гидрометаллургия, методы извлеч. и рафи-нир. металлов, не треб. вые. темп-р, базир. на использ. водных р-ров (см. Гидрометаллургия). Чтобы перевести металлы в р-р, применяют выщелачивание с использ. водных р-ров кислот, оснований или солей. Для выделения элементов из р-ра используют цементацию, кристаллизацию, адсорбцию, осаждение (см. Осадительная плавка) или гидролиз. Широко распростр. сорбция металлов ионообм. вещ-вами (в основном синтетич. смолами) и экстракция (с использ. органич. жидкостей). Совр. сорбц. и экстракц. процессы высокоэффективны. Они позволяют извлекать металлы не только из р-ров, но и из пульпы, минуя операции отстаивания, промывки и фильтрации. Из др. гидрометаллургии., процессов отметим автоклав, переработку материалов при повыш. темп-pax и давлениях (см. Автоклав), а также очистку р-ров от примесей в кип. слое. В нек-рых произ-вах применяют извлечение металлов (напр., золота) из руд использ. ртути — амальгамацию.
Большое значение в м. имеет получение или рафинир. цв. металлов электролитич. осаждением (см. Электролиз) как из водных р-ров (Си, Ni, Co, Zn), так и из расплавов (А1, Mg). A1, напр., получают электролизом криолит-глиноземного расплава.
Широко применяется произ-во изделий из металлич. порошков, или порошковая металлургия. В ряде случаев этот процесс обеспечивает более вые. кач-во изделий и лучшие технико-экономич. показатели произ-ва, чем традиц. способы.
Для получения особо чистых металлов и полупроводников применяются кристаллофи-зич. методы рафинир. (зонная плавка, вытягивание монокристаллов из расплава), основ, на различии составов тв. и жидкой фаз при кристаллизации металла из расплава.
Процессы получения отливок из расплавл. металлов и сплавов (см. Литейное производство) и слитков, предназнач. для послед, обработки давлением (см. Разливка металла), известны мн. века Осн. направления технич. прогресса в этой области связаны с переходом к непрер. разливке стали и сплавов и к совмещ. процессам литья и обработки заготовок давлением (напр., бесслитковое получение проволоки или листа из расплавл. А1, Си, Zn).
Обработка металлов давлением тж. известна очень давно (ковка железа была, напр., необх. элементом переработки крицы), перво-нач. ковку металлич. заготовок (слитков) осуществляли вручную, а затем паровыми меха-нич., гидравлич. молотами и гидравлич. ковочными прессами. Прокатка — осн. способ обработки металлов и сплавов давлением на совр. металлургич. з-дах (см. Прокатное производство). Прокатный стан, предлож., по-видимому, еще Леонардо да Винчи (1495 г.), превратился в мощный высокоавтоматизиров. агрегат, произв-ть к-рого достигает неск. млн. т металла в год. Наряду с листовым и сортовым металлом прокаткой получают трубы, гнутые и периодич. профили (см. Прокатный профиль), биметаллы и др. виды изделий. Для изготовления длинномерных полуфабрикатов, полых проблей и труб из многих цв. металлов и сплавов в совр. м. широко применяют прессование на горизонт., реже на вертик. гидравлич. прессах (см. Прессование металлов). При произ-ве проволоки преимущ. используют волочение. Кузнечно-штамповочное произ-во и прессование — важнейшие способы обработки металлов давлением на машиностроительных предприятиях.
Термич. обработка, обеспечив, получение наиб, благопр. структуры металлов и сплавов, тж. известна давно. Цементация, закалка, отжиг, отпуск металлов были известны и хорошо освоены на практике уже в глубокой древности. Науч. основы термич. обработки металлов и сплавов были разработаны Д. К. Черновым (см. металловедение). В совр. технике тер-мич. обработка металлов и сплавов, а также др. виды обработки (см. Термическая обработка, Химико-механическая обработка, Химико-термическая обработка) имеют очень широкое применение. Кроме готовых деталей, к-рые подвергаются обработке на маш.-строит, предприятиях, ее проходят мн. виды продукции на металлургич. з-дах. Это относится, напр., к стальным рельсам (объемная закалка или закалка головки), к толстым листам и арматурной стали (упрочн. обработка), к тонкому листу из трансформаторной стали (отжиг для улучшения магн. св-в) и т.д.
Большое значение в совр. м., приобрели процессы нанесения на металл защитных покрытий. Это лужение, цинкование, алю-минирование, хромирование, нанесение пластмассовых и др. покрытий, значит, повыш. кач-во и срок службы металла;
трич., тепл. и радиац. энергию для осуществления и интенсификации химико-технологич. процессов (рис.1). Использ. ат. энергии в металлургии — одно из перспективных направлений. Практич. неисчерпаемость сырьевой базы ат. энергетики в сочетании с многократно меньшим экологич. воздействием на ок-руж. среду (практич. отсутствие пылевидных выбросов, сернистых и азотистых газов, СО2, канцерог. органич. вещ-в и т.п.) позволяют рассматривать ат. электростанцию как вероятный энергетич. узел энерготехнологич. комплекса. Повышение рентабельности энерготехнологич, комплексов на базе ат. реакторов м. б. достигнуто созданием высокотемп-рных реакторов из ТВЭЛов с газ. охлаждением, что позволяет получать наряду с электроэнергией тепло не только низкотемп-рное для бытовых нужд, но и достат. по темп-ре для использования в ряде металлургич. процессов. Одна из возможных схем металлургич. энерготехнологич. комплекса, разработка к-рых ведется в России, Японии, Германии и др. странах, с применением ат. энергии, плазмы и водорода представлена на рис.2;
бескоксовая металлугрия [non-coke metallurgy] — бездоменная металлургия прямое получение железа и полупродукта (2-4 % С) из руд, минуя стадию выплавки чугуна в домен, печи. Поиски и разработки процессов и агрегатов б. м. интенсивно ведутся в мире последние 70 лет. Осн. мотивы, стимулир. развитие б. м., — ограниченность запасов коксующ. углей, раст. потребности кач-в. металлургии в чистой от примесей металлич. шихте, высокая капитале- и ресурсоемкость металлургич. произ-ва на стадиях, предшествующих выплавке стали и изгот. металлопродукции, а тж. необход, снижения вредного экологич. воздействия металлургии на окруж. среду.
Процессы б. м. по механизму восстановления разделяют на две группы: твердофазное восстановление богатых железных руд (концентрата, окатышей) газом или тв. топливом при / > до 1050-1100 °С, т. е. ниже темп-ры размягчения компонентов шихты, с получением губч. железа (металлизов. сырья), к-рое используют для выплавки стали в дуговой печи или при произ-ве железного порошка, и жидкофазное восстановление необогащ. железных руд и металлоотходов (окалина, шламы, стружка и др.) с использов. энергетич. углей в реакц. зоне жидкой шлак, ванны при t > 1500 °С и получением полупродукта (чугуна), использ. для выплавки стали в конвертере. Процессы твердофазного восстановления классифицир. по трем признакам: по виду получ. продукта (губч. железо, крица); по типу восстановителя (тв. топливо, газ) и по типу восстановит, агрегата (шахтная печь, установка с периодич. действ, ретортами и реактор кипящего слоя). Наиб, развитие получили процессы газ. восстановления железорудных окатышей в шахтной печи (напр., процессы «Мидрекс», «Пурофер», «Армко»), к-рые отличаются в осн. технологией получения газа-восстановителя и системой его рециркуляции. По интенсивности теплообмена и восстановления наиб, эффективен процесс «Мидрекс». Этим способом в 1990 г. произведено 10,8 млн. т металлиз. окатышей. Способ «ХИЛ» (Мексика), осн. на восстановлении неподв. слоя руды (окатышей)
в периодич. действ, ретортах, вытесняется шахтным процессом «ХИЛ-1П». Процессы (напр., «ФИОР», «ХИБ», «Аш-Айрон», «Ониа-Новальфер») с реакторами кипящ. слоя позволяют исполыз. мелкие железорудные материалы без окускования. Получаемый восстановл. продукт склонен к окислению, и его брикетируют.
Большинство промышл. процессов б. м. с тв. восстановителем базируется на использ. вращ. трубч. печей. Агрегаты этого типа применяются при произ-ве губч. железа (напр., «СД-РН»). В Японии трубч. печи используют для переработки отходов металлургич. произ-ва, содержащих Zn и РЬ (процессы «СПМ и СДР»). В России имеются три полупромышл. агрегата б. м.: на ОАО «Белорецкий металлургич. комбинат» (шахтная печь), на ОАО «Металлургич. з-д Сибэлектросталь» (трубч. печь), на ОАО «Нижнетагильский металлургич. комбинат» (конвейерная машина). Пром. произ-во по схеме, близкой к процессу «Хо-ганес», организ. на ОАО «Сулинский металлургич. з-д». На ОАО «Оскольский электро-металлургич. комбинат» работают 4 печи «Мидрекс» с обшим произ-вом 1,7 млн. т. Мировое произ-во железа прямого восстановления в 1995 г. составило > 30 млн. т, в т. ч. ок. 4,5 млн. т горячебрикетиров. железа. По прогнозной оценке произ-во железа прямого восстановления возрастет до 49 млн. т в 2000 г. и до 53 млн. т в 2005 г. Перспективы развития б. м. связаны с разработкой экономичного процесса газификации угля и созданием яд. энергоустановки с темп-рой Не-теплоносителя 870-950 'С.
Процессы б. м., осн. на жидкофазном вос-стан. металла из железной руды, подразделяют на: одностадийные по схеме «плавление-восстановление» в одном агрегате (напр., «ПЖВ» или «Ромелт») и двухстадийное по схеме «восстановление—плавление» в комби-нир. двух агрегатах, в одном из к-рых (низко-темп-рном) идут преимущественно процессы металлизации сырья, а в др. (высокотемп-рном) — горение и формирование восстановит, газа, к-рым нагрев, и восстанавл. сырые материалы в первом агрегате. Наиб, разработ. схема двухстадийного процесса «восстановление—плавление» — вариант «шахтная печь-горн» (напр., процессы «КОИН», «КИГ», «БСК» и др.). Двухстадийный процесс позволяет решить лишь одну задачу — замену кокса недефицит, тв. топливом. Др. задача, реш. одностадийным процессом, — использ. нео-
кусков, железной руды — не достигается. В н. в. из процессов жидкофазного восстановления в промышл. масштабе реализован только процесс «COREX» ф. «Voest Alpine" (Австрия) в ЮАР, где в 1989 г. введена установка произв-тью 300 тыс. т чугуна в год. Широкое промышл. внедрение процессов жидкофазного восстановления сдерживается вые. уд. энергозатратами;
вакуумная металлургия [vacuum metallurgy] — раздел м., включ. плавку и рафинир. металлов и сплавов в разреж. атмосфере; относится к спец. электрометаллургии. В н. в. широко примен. для произ-ва разных сталей и сплавов (от углерод, конструкц. до сложнолегир. жаропр. на основе Ni и Со) вакуум, индукц. плавка (ВИП) преимущ. в 6-12-т печах (см. Вакуумно-индукционная печь), и вакуум, дуг. переплав (ВДП) в медный водоохлажд. кристаллизатор с массой слитка 4,5-8,0 т. (см. Вакуумно-дуговая печь).
ВИП как металлургич. процесс имеет ряд преимуществ и обеспеч. возможность использ. шихтовых материалов в разном виде (кусковые материалы, лом, брикеты и т. п.); получения сталей и сплавов в узком пределе по химич. составу; длит, выдержки расплава в глуб. вакууме (6,65—0,65 Па); контроля и регулир. темп-ры и состава металла по ходу плавки; актив, воздействия разными способами на металлургич. процессы в любой период плавки. Однако ВИП обладает такими недостатками, как загрязнение металла продуктами его взаимодействия с футеровкой и образование при кристаллизации в слитке дефектов, хар-рных для слитка обычной открытой выплавки.
Металл в вакуумно-дуг. печах плавят при разрежении 6,6-0,13 Па теплом, выдел, сильноточной электрич. дугой низкого напряжения, которую зажигают м-ду торцом расход, электрода и поддоном. Иногда для подавления испар. элементов с вые. упругостью пара и улучш. поверхности слитка переплав ведут при 0,7-4,0 кПа в инертном газе (Аг, Не) или в азоте с целью легир. металла азотом непосредст. из газ. фазы. Жидкий металл с плавяш. торца электрода стекает на поддон, где образ, ванна жидкого металла, постеп. формир. слиток, и ванна перемещ. вверх по мере наплавления слитка. Формир. слитка, его кристаллич. структура и микроструктура, размер и распред. неметаллич. включений, кач-во металла и допуст. скорость переплава в значит, мере опред. энергетич. соотнош. пссгуп. в слиток тепловой мощности и мощности, отводимой от него в окруж. среду. Именно эти
соотношения контролируют осн. технологические параметры ВДП — глубину, форму ванны жидкого металла, темп-рный градиент на фронте кристаллизации, протяженность двухфазной зоны и ск. твердения металла в кристаллизаторе.
При произ-ве сталей и сплавов для особо ответств. деталей и конструкций все более распростран. дуплекс-процессы: ВИП + ВДП, ВИП + ЭЛП, ВИП + ЭШП;
космическая металлургия [space metallurgy] — м., технологич. процессы к-рой осуществл., напр., в условиях невесомости, космич. вакуума, в условиях др. планет. К. м. — зарождают область науки и техники, истоки к-рой лежат в научно обоснов. К. Э. Циолковским неизбежности и необходимости космич. произ-ва (КП). Организ. и разверт. КП, в том числе к. м, имеют не столь удаленные по времени цели. В развитии к. м. заинтересована космонавтика, т. к. процессы к. м. она вынуждена использовать для собств. технич. нужд. Проблемы и вопросы добычи внеземного сырья, его переработки в металлы и др. вещ-ва решаются пока в теоретич. разработках, научно-технич. проектах и исследованиях. Вместе с тем ряд компонентов процессов к. м. создаются и материализуются уже сейчас. Закладываются научная и технич. основы к. м. Первые серьезные возможности исслед. перспектив использования таких внеземных факторов, как невесомость, космич. вакуум, в металлургич. процессах появились только после создания мощных ракетно-космич. транспортных систем. Невесомость — осн. внеземной фактор, определ. особенности процессов К. м. на борту космич. аппарата (КА) вне атмосферы планеты с неработ, реакт. двигателями. В реальных условиях полета КА достичь абс. невесомости, т. е. такого состояния, когда взаимное давление частиц тела равно нулю, невозможно. На КА на околоземной орбите имеет место микротяжесть, составл. 10~3—10~5 силы тяжести на поверхности Земли. При этом она не остается постоянной из-за ее непрер. возмущений. Кроме того, на КА действуют знако-перем. нагрузки с амплитудой 10 —10"' земной силы тяжести и частотой от долей ед. до сотен герц, возникающие из-за вибрации работающих на КА электродвигателей и иных механич. перемещений деталей в исполнит, механизмах разных устр-в и приборов на борту КА. На обит, станциях знакоперем. нагрузки возникают из-за действий человека.
Малое значение силы тяжести в условиях полета КА, а тж. нестабильность ее величины существ, сказываются на тепло- и массопе-
реносе в расплавах, газ. и паровой фазах и, соответст., на кинетике металлургич. процессов, в частности кристаллизации. Становятся незначит. выталкив. силы Архимеда. Сниж. роль конвекции гравитац. типа. Осн. становятся конвект. течения, вызв капилляр, силами. В рез-те изменяется процесс фазооб-разования, микроструктура слитка, хар-р ликвации компонентов, сегрегации фаз по плотн. в слитке и т. д. Все это отражается на св-вах сплавов и материалов. Невесомость открывает тж. широкие возможности бесконтейнерного удержания любых вещ-в в жидком состоянии и изменения формы расплава. В процессах формообразования расплавов действие межмолекулярных сил становится определяющим. Расплав в своб. сост. принимает форму сферы. Др. внеземным фактором, к-рый м. б. использован в к. м., является вакуум. На околоземных орбитах КА давление атмосферы 10"4— 1(Г* Па. Вблизи КА оно на один-два порядка выше.
Практич. начало к. м. было положено экспериментом по плазм.-луч. и дуг. сварке ме-таллич. заготовок в 1969 г. на борту космич. корабля «Союз-6» Г. С. Шониным и В. Н. Кубасовым с использ. специализир. установки «Вулкан», спроектир. и изготовл. в Институте электросварки им. Е. О. Патона (г. Киев). Этот эксперимент позволил впервые осуществить и исследовать процессы плавления и затвердевания металла в сварном шве в условиях орбит, полета. В дальнейшем эксперименты по к. м. заняли прочное место в космических программах всех индустриально развитых стран.
Для металлургич. процессов на борту КА использовались электротермич. установки мощностью не более 1—1,5 кВт с темп-рами нагрева до 1500 °С. По мере того, как будут увеличиваться энергетич. ресурсы на КА, будут расти и мощности, использ. для целей к. м. Одноврем. с проблемой энергопотребления решаются и вопросы регулирования темп-рного режима на борту КА созданием спец. систем отвода тепла в космич. пространство.
Установки для процессов к. м. проектир. так, чтобы в наиб, мере автоматизир. выполн. ими операции. На автоматич. КА установки полностью автоматизированы. В космич. печах приняты меры для предотвр. растекания расплавов, выхода из печей нагретых газов и т. п. Каждый металлургич. процесс осуществл. в индивид, герметич. ампуле, капсуле или гер-
Схема пламенно-металлургических процессов
метич. камере. Использ. ампул и капсул облегчает транспортир, обрабат. вещ-в на КА и обратно.
Для углубл. исследования явлений, опре-дел. специфич. особенности металлургич. процессов в условиях космич. полета, создаются спец. установки и приборы для научных исследований. Напр., исследуются: поведение объемов жидкости, находящейся в контейнерах разной формы, в условиях действия внешних сил, к-рые могут появляться на борту КА; структура, устойчивость и интенсивность конвективных течений жидкости, в т. ч. вы-зыв. капиллярными силами; динамика процессов формообразования под действием капиллярных сил; способы управления структурой и интенсивностью конвективных течений; тепло- и массоперенос в расплавах и газах. Создаются соответствующие установки и изучаются такие фундамент, св-ва, как ко-зфф. диффузии в расплавах и парогазовых средах, термодиффузия, теплопроводность, теплоемкость, теплоты плавления, поверхн. натяжение, вязкость и др. св-ва. Одноврем. с решением прикладных вопросов к. м. закладываются физико-химич. основы этого нового направления.
Уменьшение силы тяжести практич. до нуля не изменяет физико-химич. и термодинамич. константы отд. компонентов обрабат. материалов и материала в целом. В условиях космич. полета расплавы, парогаз. смеси становятся чрезвычайно чувствит. к разным воздействиям, приводящим к изменению тепло- и мас-сопереноса из-за изменения интенсивности конвект. перемешивания гравитац. и капилляр, силами. Диффуз. составляющие тепло- и массопереноса остаются постоянными, они не зависят от условий полета. Изменения в тепло- и массопереносе приводят к соответст. изменениям в кинетике металлургич. процессов. Разработаны теоретич. представления о гравитац. конвекции, тепло- и массопереносе в условиях микротяжести, в поле перемен, вектора ускорений, возмущений вектора микротяжести и конвекции из-за градиентов капилляр, сил. В условиях космич. полета получено достат. большое кол-во образцов металлич. сплавов и интерметаллич. соединений с полупроводник., магн. или сверхпроводящими св-вами.
Исходя из эксперимент, и теоретич. исследований, а тж. технико-экономич. целесообразности, предпочтение отдается развитию
процессов получения в условиях космич. полета монокристаллов и эпитакс. структур полупроводников: Si, Ga As, Cd Те и др.
плазменная металлургия [plasma metallurgy] неорганич. полупроводниковых вещ-в и материалов и изделий из них с задан, св-вами.
Возникновение этого направления м. связано с изобретением в конце 1940-х гг. полупроводникового триода (транзистора). В н. в. класс полупроводниковых вещ-в и материалов весьма обширен (см. Полупроводниковые вещества). Для их получения применяются как методы, основ, на кристаллизации расплавов, так и методы кристаллизации из паровой (газ.) фазы. Компактные слитки и изделия можно изготовлять тж. прессованием порошков, экструзией и др. известными в металлургии методами. Полупроводниковые вещ-ва могут иметь монокристаллич., поликрис-таллич., нанокристаллич. и аморфную структуры.
Задача обеспеч. вые. чистоты конечного продукта от неконтролир. примесей наиб, важна в произ-ве полупроводниковых материалов. При получении (синтезе) полупроводниковых материалов использ. высокочистые исх. химич. элементы или высокочистые химич. соединения. Технологич. операции при необходимости осуществл. в спец. чистых произ-венных помещениях и боксах. Соблюдаются соответст. условия технологич. гигиены. Разработаны и использ. разнообразные методы изготовления высокочистых вещ-в и материалов: ректификац. очистка, дистилляция, возгонка, очистка на ионообменных смолах, очистка методами электрохимии, кристалли-зац. методы очистки и др. Для получения высокочистых химич. элементов или вещ-в широко применяются методы водородного восстановления, термич. разложения предварит, очищ. химич. соединений. Для выращивания монокристаллов из расплавов использ. методы Чохральского, Бриджмена, бестигельной зонной плавки, горизонт, зонной плавки. Для выращивания из паровой фазы — метод сублимации, метод газотранспортных химич. реакций, метод термич. разложения паров химич. соединений и др. Слои и пленки выращ. методами газ., жидкофазной, молекулярно-лучевой эпитаксии и рядом др. способов. Технологич. процессы и оборудование, использ. в произ-ве полупроводниковых материалов, позволяют получать малодислокац., с плотностью дислокаций s 103 см~2, и бездислокац. полупроводниковые материалы с вые. однородностью св-в. Напр., монокристаллы Si выращивают бездислокац., и при диам. 200 мм неоднородность св-в не превышает 2-5 %.
Исходя из уровня требований к кач-ву продукции и тех технологич. приемов и оборудования, с помощью к-рых достигается
необх. кач-во продукции, п. м. можно отнести к прециз. По объему выпускаемой продукции — это малотоннажное произ-во. Напр., выпуск монокристаллов Si в мировом масштабе составлял в 1994 г. ок. 7500 т. На рынок кремний большей частью поступает в виде пластин, произ-во к-рых достигло в 1994 г. около 15 млрд. см2, когда про-изв-во германия составляло ок. 100 т в год, арсенида галлия — десятки т, фосфидов индия и галлия — ед. т;
порошковая металлургия [powder metallurgy] — раздел науки и отрасль металлургич. и машиностроительной пром-ти, включ. технологич. процессы получения порошков металлов, сплавов и химич. соединений, произ-ва из них полуфабрикатов и готовых изделий, переработки отходов легир. сталей, сплавов и дефицитных металлов. П. м. как технология зародилась в 1826 г. благодаря трудам инж. В. Г. Соболевского и В. В. Любарского, разработавших один из осн. приемов п. м. — горячее прессование порошков, заключ. в том, что пористая, как губка, платина помещалась в форму, сдавливалась, нагревалась и после этого превращалась в плотный монолитный металл. Этот способ стал использоваться на Санкт-Петербургском монетном дворе для изготовления монет, медалей, а затем и изделий более сложной формы. Через два года это изобретение было повторено в Англии. В конце XIX в. метод получил развитие в США, а в начале XX в. и в Германии. Эти разработки привели к созданию п. м. тугоплавких металлов и сплавов. Особенно интенсивное развитие п. м. получила после 2-й мировой войны (1939—1945 гг.) и, благодаря ряду изобретений, превратилась в отрасль безотходного произ-ва. Такими изобретениями явились распыление расплавов, изостатич. и разные виды динамич. и импульсного прессования, экструзия в сочетании с термопластич. обработкой, способы прямого и восстановительного синтеза ультрадисперсных порошков химич. соединений в плазм, струях, порошковые га-зотермич. покрытия и т. д. П. м. стала не только конкурентоспособной, но и во многих случаях более эффективной в сравнении с тра-диц. способами произ-ва черных, цв. металлов и особенно высоколегир. сплавов. П. м. впервые открыла новые возможности получения ряда химич. соединений (карбидов, боридов, нитридов, интерметаллидов) и сложнолегир. сплавов как из индивид, оксидов, так и из их смесей методами восстановления углеродом (сажей), водородом, гидридами металлов и т. д. Это позволило синтезировать принцип, новые соединения и сплавы с вые. физико-механич. св-вами, к-рые не могли быть получены по слитковой технологии. Методами п. м. были созданы новые материалы на основе металлов, керамик и хи-мич. соединений с регулир. пористостью, а тж. композиц. материалы, пропит, металлами и сплавами, представл. единый структурный ансамбль, в к-ром прочно соединены неск. разнородных компонентов в виде дисперсных частиц, волокон, нитевидных кристаллов или разветвл. каркаса. В целом п. м. позволяет легко получать крупногабаритные заготовки и готовые изделия как из сложнолегир. сплавов гомогенных структуры и состава, так и из в высшей степени гетерогенных материалов (композитов).
Именно развитие п. м. определило достигнутый уровень св-в таких новых неорганич. материалов, как тугоплавкие металлы и сплавы, жаропрочные сплавы и соединения, жаростойкие, сверхтв. режущие и абразивные, фрикц., корроз.- и износостойкие материалы, сплавы с вые. демпфирующей и звукопоглощающей способн., электротехнич. и электроконтактные материалы, тепло- и электропроводные сплавы, материалы для биологич. защиты, теплоизоляц. материалы и, наконец, чистые металлы. П. м. позволяет получать тж. качест. новые состояния материалов: аморфное, микрокристаллич., ультрадисперсное, при к-рых обеспеч. ряд спец. физич. св-в в сочетании с вые. прочностью и вязкостью разрушения, эффект сверхпластичности.
П. м. открывает новые возможности экономии металла и повышения произв-ти труда в машиностроении из-за сокращения потерь на стружку при механич. обработке деталей. П. м. уже сейчас позволяет поднять КИМ при изготовлении деталей из низко- и сред-нелегир. сталей до 0,85-0,95, а из высоколе-гир. сплавов — в S 5 раз. Другая статья экономии — переработка машиностроит. и метал-лургич. отходов в порошок с последующим его использов. для произ-ва заготовок или деталей. Третья важная статья эффективности п. м. — экономия дефицитных и дорогих цв. металлов и ряда марок высоколегир. сплавов использованием их только для нанесения поверхностных защитных порошковых покрытий, применением порошковых псевдоспла-
вов из недефицитных компонентов — Fe, Си, Сг И т. д., использованием железографито-вых композитов вместо дорогих бронз и ла-туней. В последние годы интенсивно развиваются технологич. процессы получения и обработки порошков разных материалов плазм, струей и дугой. При плавлении в плазм, потоках компактных и дисперсных материалов (напр., отходов проволоки, прутков, стандартных порошков и т.п.) получают сферич. порошки металлов, сплавов и химич. соединений (W, Ni, W-Hf, Fe-Si, А12О3, ZrO2, WC, TiC и др.). Испарением в плазме исх. дисперсных материалов и жидкостей с последующей конденсацией изготовляют высокодисперсные (5—100 нм) порошки металлов и химич. соединений (Mo, Ni, Fe, SiN, А12О3 и др.). Нагревом и плавлением дисперсных материалов основы с испарением и конденсацией материала покрытия на поверхности частиц в плазм, струях получают плакиров. (композитные) порошки (напр., систем W-Cu, TiC-Ni-Mo, A12O,-W, А12ОГ№, ZrO2-W, BC-Ni), использ. для получения жаропрочных материалов, режущего инструмента.
Все осн. процессы п. м., как произ-ва порошков, так и их переработки в металлургич. заготовки или изделия, принцип, более чистые и не загрязняют окруж. среду в ср. с многими процессами традиц. м.;
цветная металлургия [non-ferrous metallurgy (наука)', non-ferrous metals industry (промышленность)] — отрасль тяжелой пром-ти, включающая добычу и обогащение руд, произ-во и обработку цв. металлов и их сплавов. Структурно ЦМ включает 16 подотраслей: алюминиевую, никель-кобальтовую, медную, свин-цово-цинковую, оловянную, редкометалль-ную, вольфрамо-молибденовую, титано-маг-ниевую, сурьмяную, плавикошпатовую, электродную, твердосплавную, по обработке цв. металлов, спец., полупроводниковую и вторичную металлургию. ЦМ России объединяет ок. 130 предприятий, производящих цв. металлопродукцию (без учета предприятий по заготовке и переработке лома и отходов цв. металлов) и потребляет (1998 г.) ок. 6 % топлива и 16 % электроэнергии, потребл. в России. Примерно 4 % грузов, перевозимых в стране жел.-дор. транспортом, обеспечивают нужды ЦМ; в ней занято более 515 тыс. человек. Помимо произ-ва цв. металлов и изделий из них на предприятиях ЦМ производят тж. кальцинир. соду, поташ, цемент, серную кислоту, минер, удобрения и др. виды попутной продукции. ЦМ в значит, степени определяет жизнеспособность экономики России, так как
производит ок. 80 % номенклатуры всех кон-струкц. и ф-циональных материалов, без к-рых невозможны существ, и технич. прогресс машиностроения, химии, ат. энергетики, оборон, комплекса, строительства, ряда новых и новейших отраслей, спец. сфер потребления.
В сер. XIX в. Россия занимала 1 -е место в мире по добыче золота и платины, 3-4-е место по произ-ву ртути. В 1913г. выпуск цв. металлов составил, тыс. т: меди — 17, цинка - 2,9, свинца — 1,5. В 1916-1917 гг. начался выпуск вольфрамовых концентратов. Однако в годы 1-й мировой (1914—1918 гг.) и гражд. (1918-1920 гг.) войн предприятия ЦМ были полностью разрушены. К 1928 г. были восстановлены и частично реконструированы медные и свинцово-цинковые рудники и заводы, золотые прииски. В 1929—1940 гг. на новых предприятиях было организовано промыш. произ-во алюминия, никеля, магния, вольфрамовых и молибденовых концентратов, тв. сплавов и электродной продукции. Во время Великой Отечеств, войны (1941-1945 гг.) ЦМ СССР практически обеспечивала нужды воен. пром-ти. Особое развитие в эти годы получило произ-во алюминия, легир. металлов и тв. сплавов. В послевоенный период размещение и развитие ЦМ в РСФСР осуществлялось в неразрывной связи с др. республиками СССР как единого нар.-хоз. комплекса, ориентир, на тесную производств, кооперацию и регион, специализацию. Осн. критериями размещения произ-в являлись наличие минерально-сырьевой базы, значит, и сравнит, дешевых топ-ливно-энергетич. ресурсов, а тж. уровень развития социальной и промыш. инфраструктуры региона независимо от админ.-территор. деления СССР. Поэтому важнейшими особенностями ЦМ, определ. эффективность работы предприятий, являются тесная «привязка» к природному сырьевому фактору, высокие капитале-, фондо-, материале- и энергоемкость большинства произ-в, высокая экологическая нагрузка, большая инерционность и затянутость цикла строительства и освоение произ-ва (в особенности горнодобыв. и обогатит, мощностей). В послевоенные и до распада СССР годы были созданы титановая и полупроводниковая пром-сть, развивалась медная, никель-кобальтовая, свинцово-цин-ковая, алюминиевая, оловянная, вольфрамо-молибденовая, золото-платиновая, алмазная, магниевая, ртутно-сурьмяная, редкометаллич. подотрасли и вторичная металлургия. Наряду с расширением старых пром. центров ЦМ на Урале и в Закавказье были созданы новые
индустр. комплексы в Сибири, на Д. Востоке, в Казахстане, Армении, Киргизии, Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане, на Украине и в Грузии. Значит, расширилась номенклатура продукции редкометалл. пром-ти. На основе комплексного использования рудного сырья было освоено произ-во редких металлов и элементов особой чистоты: Cd, In, Se, Те, Bi, Re, Ge, Ga и мн. др. В н.в. в готовую продукцию и полуфабрикаты извлекается 74 элемента Периодической системы Д. И. Менделеева.
ЦМ России, как и ЧМ, отличается довольно вые. степенью концентрации произ-ва; в ее состав входят такие мощные (в т. ч. уникальные) произ-венные комплексы, как РАО «Норильский никель», АО «Верхне-Салдин-ское металлургич. производственное объединение», АО «Красноярский алюминиевый з-д», АО «Братский алюминиевый з-д» и др. Поэтому доля товарной продукции ЦМ в промыш. продукции ряда регионов России является определяющей, напр., в Красноярском крае она составляет 43,7 %, в Мурманской обл. — 36,0 %, в Респ. Хакассия — 31,8 %. В отличие от др. полезных ископаемых содержание цв. и редких металлов в рудах крайне низко. Для получения 1 т цв. металла добывается и перерабатывается от сотен до десятков тыс. т сырья.
В рудном сырье вместе с основными элементами — А1, Си, Pb, Zn, Ni, Sn, W, Mo содержатся попутные — Аи, Ag, платиновые металлы, Со, As, Re, In, Rb, Ga, Se, Те, Cd, Sc, Tl, Ge, S, Ba и др., ценность к-рых иногда выше, чем основных. Рациональное и комплексное использов. природных ресурсов обеспеч. извлечением из них всех ценных компонентов при обогащении и металлургич. переработке концентратов. Большинство редких и драгоценных металлов и почти 1/4 производимой в стране серной кислоты получают при комплексной переработке сырья в ЦМ. Только на з-дах свин-цово-цинковой пром-ти наряду с РЬ и Zn извлекается 18 ценных компонентов и на их основе производится более 40 видов попутной продукции.
На обогатит, фабриках > 90 % всех руд обогащаются флотац. методом (см. Флотация) с применением эффективных флотореагентов. Расширяются масштабы обогащения руд в тяжелых суспензиях и др. гравитац. способами, а тж. с применением новых технологий процессов автогенной плавки сульфидных
концентратов (напр., факельно-барботажной плавки), электротермии, электролиза металлов, гидрометаллургия, технологии на основе процессов сорбции и экстракции.
По объемам произ-ва цв. металлов СССР в 1988—1990 гг. занимал ведущее место в мире: по Ni, Mg, Ti, W-концентратам — 1-е место; по Al, Cu, Pb, Zn, Sn — 2-е место. При этом ЦМ РСФСР производила от общего объема произ-ва СССР, %: 100 Sn и Со; 98 Ni; 83 первич. А1; 63 рафинир. Си; 55 Mg и магниевых сплавов; 41 губч. Ti; 30 Zn и 11 Pb. Доля ЦМ РСФСР в мировом суммарном произ-ве осн. цв. металлов составляла ок. 10 %, а в потреблении — 8,5 %. В н.в. доля ЦМ России в мировом суммарном произ-ве существенно не изменилась и составляет ок. 9,5 %, в т.ч. по А1 - 13,2 %; Ni - 21,7 %; рафинир. Си - 4,5 %; Zn - 2,5 %.
Распад СССР и последовавший глубокий кризис в экономике России и др. стран СНГ усилил ранее сложившиеся негативные тенденции (прогрессирующее старение осн. произведет, фондов; низкая конкурентоспособность большинства видов металлопродукции на мировом рынке; низкая экологичность применяемых технологических схем, предопределяющая высокие затраты на охрану окружающей среды; несопряженность мощностей в ряде произ-в, прежде всего отставание в развитии сырьевой базы) и оставил за пределами России значит, мощности по про-из-ву Pb, Zn, губч. Ti, металлич. Та, Nb, P3M, высококачеств. глинозема для алюминиевой пром-ти, по добыче и переработке медных, свинцово-цинковых и др. руд. За 1989-1998 гг. горнодобыв. мощности ЦМ России сократились почти на 25 %, добыча танталовых и ни-обиевых руд прекращена. Обеспеченность собственным сырьем произ-ва шести осн. цв. металлов: первич. А1, рафинир. Си, Ni, Pb, Zn, Sn — уменьшилась до 38,7 %. В целом загрузка действующих горнодобыв. мощностей ЦМ России снизилась с 98,7 до 69,4 %. Особенно резко за этот период (в 5—8 раз) сократилось внутр. потребление цв. металлов, составл.: Ni 2,4 %; А) 2,3 %; Си 1,2 %; Zn 1,7 % и Sn 1,8 % мирового потребления.
В ЦМ России на приватизацию потребовалось немногим более двух лет: в 1995 г. практически завершено преобразование государств, предприятий в акционерные общества. В н. в. только 4,7 % от общего кол-ва предприятий (с учетом предприятий золотой, алмазной и ювелирной пром-ти) явл. государств.

Продукция ЦМ России — одна из осн. статей экспорта, обеспеч. получение валютной выручки для нужд страны. В товарной структуре экспорта России в 1997—1998 гг., доля продукции ЦМ составляла 11,4—12,6 %. ЦМ фактич. формирует золотой запас государства. Объем экспорта в 1990-1998 гг. увеличился почти втрое и составил 82,5 % от объема произ-ва цв. металлов.
Вследствие этого доля России в мировом экспорте осн. цв. металлов возросла с 7 % в 1990 г. до 16,4 % в 1998 г. По ряду цв. металлов Россия остается одним из осн. экспортеров. Так, доля России в мировой торговле в 1997-1998 г.г. составила: А1 20-25 %; Ni ок. 35 %; Си 10-12 %; Zn 4,5-5,0 %. Но при этом резко сократился экспорт цв. металлов в страны СНГ (его доля в общем экспорте в 1998 г. составила < 1,5 % против 18-20 % в 1990-1991 гг.). Несмотря на увеличение экспорта первичных цв. металлов происходит непрер. сокращ. объемов экспортных поставок продукции повыш. технич. готовности. Так, в 1998 г. по сравнению с 1995 г. экспорт алюмин. проката сократился почти в 2 раза, медного и латунного — в 3,5 раза, алюмин. металлоизделий — в 2,5 раза. Низкая конкурентоспособность металлопродукции ЦМ России как по показателям кач-ва, так и по ресурсоемкости на мировом рынке обусловлена недостаточным техническим уровнем произ-ва (износ осн. произ-вен-ных фондов составляет 40-70 %, только ок. 15 % действующих технологич. схем соответствует передовому технич. уровню, а 35 % являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации). Поэтому осн. направлениями развития структурной перестройки ЦМ России до 2005 г. являются: совершенствование техники и комбинир. технологич. процессов, способст. снижению ресурсоемкости, повышению конкурентоспособности, существ, улучшению экологич. ситуации: автогенная плавка (сульфидного сырья, фа-кельно-барботажная плавка никелевых руд, получение первич. AJ в мощных электролизерах с обожженными анодами, выплавка силуминов из углетермич. шихты, непрер. литье слитков, заготовок и др.); сохранение и поддержание произ-ва продукции, опред. развитие вые. технологий и спец. техники для нужд обороны и др.
В рез-те структурной перестройки и технич. перевооружения, развития конкурентоспособных технологий на всех переделах прогнозируется улучшение произ-ной структуры ЦМ. Соответств. улучшится и структура товарной продукции, возрастет ее конкурентоспособность на внешнем рынке. Повысится ис-пользов. производственных мощностей до 85-86 % в металлургия, и до 20-25 % в 4-м переделе. Доля применимых в ЦМ технологий мирового уровня возрастет до 32—35 %, доля товарной продукции, получ. с применением ресурсосберегающих технологий — до 65—70 %, с применением экологически чистых произ-венных процессов — до 38-40 %; уд. затраты топливно-энергетич. ресурсов сократятся в горнорудной пром-ти на 5-7 %, в металлур-гич. переделе — на 14-15 %, издержки произ-ва (в целом по ЦМ) — на 13-15 %. Доля потребления AI, Си и Ni на внутр. рынке составит не менее 25—27 % их суммарного произ-ва. Ожидается увеличение эффективности экспорта металлургич. продукции на 10—12 % в рез-те повышения технич. готовности и сертификации;
черная металлургия [ferrous metallurgy (наука)', iron and steel industry (промышленность)] — отрасль тяжелой индустрии, включ. комплекс взаимосвяз. подотраслей: собственно металлургич. (доменное, сталеплавильное, прокатное), трубное и метизное произ-ва, добычу, обогащение и окускование рудного сырья, коксохимич. произ-во, произ-во ферросплавов и огнеупоров, добычу нерудного сырья и переработку лома для ЧМ и вторичную обработку черных металлов. ЧМ России объединяет 200 предприятий, непосредст. произв. металлопродукцию, и потребляет (1998 г.) ок. 10,5 % топлива и 10,2 % электрич. энергии, расходуемых в стране; почти 23 % грузов, перевозимых в России жел.-дор. транспортом, — для нужд ЧМ. В ЧМ занято более 700 тыс. работников (1996 г.). Важнейшие виды продукции ЧМ — горяче- и холоднокатаный листовой и сортовой прокат, стальные трубы и металлоизделия. Номенклатура продукции ЧМ России включает ок. 4 тыс. горячекатаных сортовых профилей, 20 тыс. типоразмеров листа, 2 тыс. гнутых и фасонных профилей, 30 тыс. профилеразмеров труб и 50 тыс. типоразмеров метизов из сталей и сплавов более 2500 марок, всего ок. 12 млн. исполнений металлопродукции. ЧМ является основой развития большинства отраслей народного хоз-ва России. Несмотря на рост продукции ЦМ, пром-ти стройматериалов и химич., черные металлы (преимущ. сталь) составляют в н. в. ок. 90 % всех конструкц. материалов, использ. в машиностроении и на транспорте. Гл. место черных металлов среди конструкц. материалов сохранится и в обозримом будущем. По прогнозам потребление стальной продукции в мире может увеличиться с 689,9 млн. т в
1998 г. до 710-720 млн. т в 2000 г. и до 780 млн. т в 2010 г.
До конца 1980-х гг. ЧМ СССР по объемам произ-ва (уд. доля РСФСР составляла ок. 60 %) осн. видов продукции (жел.руда, кокс, чугун, сталь, готовый прокат, стальные трубы огнеупоры) занимал 1-е место в мире. Ниже приведена динамика произ-ва, млн. т, черных металлов в СССР за 1928-1989 гг.