Qora metallurgiya — metallurgiya sanoatining sohalaridan biri. Domna, poʻlat eritish, prokat metallurgiyasi, metall buyumlar ishlab chiqarish, ruda xom ashyosini qazib olish, boyitish, maydalash, koks kimyosi ishlab chiqarishi, ferroqotishmalar va oʻtga chidamli materiallar tayyorlash, noruda xom ashyo qazib olish va qora metallarni qayta eritish tarmoqlarini oʻz ichiga oladi. Sovuqlayin yoki qizdirib ishlangan prokat, poʻlat trubalar va metall buyumlar Qora metallurgiya mahsulotlarining muhim turlari hisoblanadi.
Kishilik jamiyati taraqqiyotida mehnat qurollari va qurol-yarogʻlar juda muhim ahamiyat kasb etgan. Ular, asosan, yogʻoch, suyak, tosh (qarang Tosh davri) va temirdan (qarang Temir davri) tayyorlangan. Qora metallurgiya xalq xoʻjaligining koʻpgina tarmoqlarini rivojlantirishning asosi hisoblanadi. Kimyo sanoati, rangli metallurgiya, qurilish materiallari sanoati mahsulotlari bilan birga qora metallar mashinasozlik va qurilishda asosiy konstruksion material hisoblanadi. Oʻzbekistonda yetakchi mashinasozlik tarmoqlari ishlatadigan konstruksion materiallarning umumiy hajmida qora metallar asosiy oʻrinni egallaydi.
Oʻzbekistonda bir necha kichikroq temir konlari bor. Sanoat ahamiya-tiga molik temir konlari — magmatogen genezisli, magnetit-gematit tarkibli Surenota (Toshkent viloyati) hamda asosan titan-magnetitli Tebinbulok temir koni (Qoraqalpogʻiston) shular jumlasidan. Oʻzbekistondagi temir konlari resurslari: Jizzaxdagi temir koni — 150 million t, Surenota temir koni — 50 million, t, Tebinbuloq temir koni — 100 million t dan koʻp. Oʻrta Osiyoda birinchi zamonaviy metallurgiya kombinati 1944-yil ishga tushirilgan (qarang Oʻzbekiston metallurgiya kombinati). Oʻzbekiston metallurgiya sanoatida 500 ming tonnaga yaqin poʻlat, 450 ming tonnaga yaqin tayyor prokat ishlab chiqariladi (2005).
Ayrim atamalarning maʼnolari
Prokat ― metall va metall qotishmalarini qizdirib yoki sovuqlayin maxsus vallar orasidan oʻtkazib tayyorlanadigan buyumlar. Masalan, list, rels, truba, sim va boshqalar.
Koks ― tabiiy yoqilgʻilar (toshkoʻmir, neft, torf va boshqalar) yoki ularning qayta ishlangan mahsulotini havo ishtirokisiz 950-1050 °C gacha qizdirish jarayonida hosil boʻladigan uglerodli qattiq qoldiq.
Legirlash ― metall qotishmalariga, maʼlum kimyoviy tarkibga, strukturaga va kerakli xossaga ega boʻlgan qotishmalar olishga imkon beruvchi elementlar (xrom, nikel, molibden va boshqalar) qoʻshish.
Flyuslar ― metallarning kavsharlanadigan yoki payvandlanadigan sirtida hosil boʻluvchi oksidlarni eritib yuborish, shlak hosil qilish, metall tarkibini kerakligicha oʻzgartirish uchun moʻljallangan material. Asosli (ohak, dolomit, pirit qoldigʻi, kalsiy, soda), kislotali (kvars, qum, qumtuproqli chaqmoqtosh) va neytral (boksit, plavik shpati) turlari bor.
Qora metallar va ularning ahamiyati
Qora metallarga temir va uning asosidagi qotishmalar, marganes (92% metallurgiyada ishlatiladi) va baʼzan xrom (65% metallurgiyada ishlatiladi) kiradi. Vanadiy rangli metali ham qora metallurgiyada poʻlat va choʻyanni legirlashda ishlatiladi. Qora metallar insoniyat uchun juda muhim xomashyodir. Koʻp qavatli binolar, turar joylarning armaturalari, tomlari, ogʻir texnikalar va avtomashinalarning asoslari, xoʻjalikda foydalaniladigan asbob uskunalarning metall qismlari, harbiy texnika, qurol-yarogʻlar temir qotishmalar, poʻlat va choʻyandan tayyorlanadi. Soʻnggi 1-2 asr ichida qora metallurgiya kimyo fani va fan- texnika yutuqlari asosida jadal rivojlandi. Yuqori mustahkamlikka ega poʻlat va choʻyanning turli tarkibli markalari ishlab chiqarilmoqda.
Domna jarayoni
Rudalardan temir olish uning oksidlarini Uglerod (II) — oksid va koks bilan qaytarishga asoslangan. Bunda toza temir emas, uning koʻmir va boshqa qoʻshimchalar (kremniy, marganes, oltingugurt, fosfor) bilan qotishmasi olinadi. Bu qotishma choʻyan deyiladi. Choʻyan domna pechlarida, yaʼni domnalarda suyuqlantirib olinadi. Domna hajmi 5000 metr kub va ba- landligi 80 m boʻlgan, ichki tomoniga oʻtga chidamli gʻish qoplangan va tashqi tomondan poʻlat sirt bilan oʻralgan (mustahkam boʻlishi uchun) murakkab inshootdir. Domnaning yuqorigi yarmi — shaxta, yuqori teshigi — koloshnik, eng keng qismi — raspar, pastki qismi — gorn deb ataladi. Boshlangʻich materiallar: shixta — tarkibida temir oksidi, shuningdek, koks, flyuslar mavjud boʻlgan ruda. Koks issiqlik manbai boʻlib xizmat qiladi, shuningdek undan qaytaruvchi — uglerod (II) — oksid olish uchun foydalaniladi. Flyuslar bekorchi jinsni oson suyuqlanadigan birikmalarga — shlaklarga aylantiradi. Domnaga koloshnik orqali boshlangʻich materiallar (navbatlashib keladigan qatlamlar holida) solinadi. Koʻmirning yonishi va zaruriy haroratnisaqlab turish uchun gorndagi maxsus teshik orqali kislorodga boyitilgan havo puflanadi. Gornning yuqorigi, harorat 1850 °C ga yetadigan qismida koks 600- 800 °C gacha qizdirilgan, puflanadigan havo oqimida shiddat bilan yonadi.
Choʻyan va poʻlat
Domnada suyqlantirilgan choʻyan tarkibida 93% atrofida temir, 4.5% gacha uglerod, kremniy 0.5-2%, marganes 1-3% , fosfor 0.02-2.5% va oltingugurt 0.005-0.08% boʻladi. Choʻyan moʻrt, bolgʻalanmaydi. Choʻyan ikki xil: oq va kulrang boʻladi. Kulrang choʻyan tarkibidagi uglerod grafit holida boʻladi va sindirilganda kulrang tusli boʻladi. Texnikada u quyish (mashinalarning ogʻir qismlarini, maxoviklarni quyish) uchun ishlatiladi. Oq choʻyan tarkibida uglerod asosan sementit Fe3C holida boʻladi, u kulrangdan oqroq. Oq choʻyanning hammasi poʻlatga aylantirish uchun ketadi. Qattiq poʻlatda uglerodning miqdori 0.3 dan 1.7% gacha boʻladi. Yumshoq poʻlatda (ilgari u bolgʻalanuvchi temir deb atalgan) 0.3% gacha uglerod boʻladi. Poʻlat choʻyandan farq qilib, oson bolgʻalanadi. Tez sovitilganda u qattiq, sekin sovitilganda — yumshoq boʻladi. Yumshoq poʻlatga ishlov berish oson. Yumshoq poʻlatdan mix, boltlar, sim, tomga yopiladigan tunuka, mashinalarning detallari tayyorlanadi. Qattiq poʻlatdan asboblar yasaladi. Hozirgi texnikada legirlangan poʻlatlar katta ahamiyatga ega. Ular mashinalarning koʻpchilik qismlarini, uy-roʻzgʻor buyumlarini (qoshiq, vilka va boshqalar), trubalar, aviamotorlar va kompressorlarning detallarini ishlab chiqarishda foydalaniladi.
Choʻyandan poʻlat olish Choʻyanni qayta ishlab poʻlatga aylantirish uning tarkibidagi ortiqcha uglerodni va boshqa qoʻshimchalarni chiqarib yuborishdan iborat. Bu ularni oksidlash yoʻli bilan amalga oshiriladi. Yuqori haroratda kislorod uglerod va boshqa qoʻshimchalar oson birikib, oksidlar hosil qiladi. Uglerod (II) — oksid gaz holida chiqib ketadi, qolgan oksidlar flyuslar bilan reaksiyaga kirishib, shlak hosil qiladi, u poʻlatning yuzasiga qalqib chiqadi. Poʻlatlarda fosfor va oltingugurt koʻp miqdorda boʻlishi ayniqsa nomaqbuldir: fosfor poʻlatni sinuvchan qilib qoʻyadi, oltingugurt esa qizigan poʻlatga ishlov berishda darzlar hosil boʻlishiga sabab boʻladi. Bu qoʻshimchalarni yoʻqotish uchun suyuqlangan choʻyanga ohak qoʻshiladi. Fosfor (V) — oksid P2O5 ohak bilan Ca3(PO4)2·CaO tarkibli tomas shlak hosil qiladi:
P2O5 + 4CaO = Ca3(PO4)2·CaO
Oltingugurtni yoʻqotish jarayonini quyidagi tenglama bilan ifodalash mumkin: FeS + CaO = CaS + FeO
Tomas shlakdan fosforli oʻgʻit sifatida foydalaniladi. Choʻyanni qayta ishlab poʻlatga aylantirishning asosiy usullari marten usuli bilan elektrotermik usuldir. Marten usulida jarayon alangali regenerativ marten pechlari deyiladigan maxsus pechlarda olib boriladi. Pechning suyuq-lantirish vannasiga choʻyan, shuningdek temir-tersak, toza ruda (ularning tarkibida kislorod boʻladi) va ohak (flyus) solinadi. Pech gaz bilan isitiladi, gaz vanna tepasida yonadi. Pechdagi harorat 1800 °C gacha yetadi. Shixta suyuqlanadi va choʻyandagi uglerod hamda qoʻshimchalar pechga yonuvchi gazlar bilan kirayotgan havodagi kislorod, shuningdek, temir-tersak va rudadagi kislorod hisobiga oksidlanadi. Poʻlat olishning marten usulida kislorod puflash jarayonni juda jadallashtiradi: pechlarning unumdorligi ortadi, yoqilgʻi sarfi kamayadi, chiqadigan poʻlat miqdori koʻpayadi va uning sifati yaxshilanadi. Marten pechida legirlangan poʻlatlar olish oson. Buning uchun suyuqlanish tugashidan oldin zaruriy metall va qotishmalar qoʻshish kerak. Lekin legirlangan poʻlatlar odatda maxsus elektr pechlarda 3000 °C dan yuqori haroratda suyuqlantirib olinadi. Bu elektrotermik usul boʻlib, tarkibida qiyin suyuqlanadigan metallar — molibden, volfram mavjud boʻlgan poʻlatlar olish uchun qoʻllanadi. Marten usuli bilan 85% gacha poʻlatlar ishlab chiqariladi. Bu usul bilan bir qatorda bessemer va tomas usullari ham qoʻllanadi. Bessemer usulida ichki tomoniga oʻtga chidamli material qoplangan noksimon poʻlat idish — maxsus konverterdan foydalaniladi. Tomas usuli fosforga boy temir rudalaridan choʻyan suyuqlantirib olishda qoʻllanadi.