Черная металлургия. Тенденции и перспективы развития

Российская федерация хорошо обеспечена сырьем для развития черной металлургии. Большинство из месторождений относится к богатым (не требующим обогащения) и сравнительно легкообогатимым рудам. Россия занимает первое место в мире по добыче железной руды и уровню концентрации её производства.

Сырьевая база черной металлургии  имеет следующие особенности:

- сырье характеризуется относительно большим содержанием полезного компонента – от 17% в сидериновых до 53–55% в магнетитовых железняках. Почти пятая часть промышленных запасов,  использующихся для обогащения, приходится на долю богатых руд;

- в видовом отношении сырье очень разнообразное (окисленное, магнетитовые, сульфидное и др.) Это дает возможность получать металл с самыми различными свойствами, используя для этого самые разнообразные технологии;

- различные условия добычи (как шахтная, так и открытая, на долю которой приходится до 80% всего добываемого в черной металлургии сырья);

- использование руд, сложных по своему составу (хромистые, ванадиевые, фосфористые, титаномагнетитовые и др.). При этом более 3/5 составляют магнетитовые, что облегчает возможность обогащения.

В производстве стали произошли структурные сдвиги. Основной способ выплавки стали в настоящее время – мартеновский. На долю кислородно-конвертерного и электросталеплавильного способов приходится только около 1/2 общего объема производства.

Изменения в черной металлургии  обусловлены ростом производства металлических  порошков, использование которых  дает возможность улучшить качественных характеристики выпускаемой продукции, снизить её трудоемкость и металлоемкость.

В промышленных масштабах, исключительно важно освоение технологии получения железа из руд методом прямого восстановления. Этот метод к тому же является гораздо менее энергоемким, чем доменное производство.

Для черной металлургии характерно сильно развитое производственное комбинирование. Особенно большую выгоду дает комбинирование металлургического передела с коксованием  угля. Именно поэтому преобладающая часть всего кокса выпускается металлургическими заводами. Современные крупные предприятия черной металлургии по характеру внутренних технологических связей представляют собой металлурго-энергохимические комбинаты.

В большинстве индустриально развитых странах, основным типом предприятий  черной металлургии являются комбинаты . Свыше 90% чугуна, около 90% стали и проката дают предприятия с полным циклом. Кроме того, есть заводы, выпускающие сталь и прокат (включая трубные и метизные заводы), сталь и чугун, а также раздельно сталь, прокат и чугун. Предприятия, на которых не производится выплавка чугуна, относят к так называемой передельной металлургии. По технико-экономическим параметрам, предприятия с электротермическим производством стали и ферросплавов составляют особую группу.

Существует так же «малая металлургия» – производство стали и проката на машиностроительных заводах.

Черная металлургия с полным технологическим циклом служит важным районообразующим фактором. Кроме многочисленных производств, возникающих на основе утилизации разного рода отходов  при выплавке чугуна и коксовании угля – тяжелого органического синтеза (бензол, антрацен, нафталин, аммиак и  их производные), производства строительных материалов (цемент, блочные изделия), томасовской муки (при переделе железных руд с повышенным содержанием  фосфора), черная металлургия притягивает  к себе сопутствующие отрасли. Наиболее типичные её спутники: тепловая электроэнергетика, прежде всего установки, которые  входя в состав металлургических комбинатов и могут работать на побочном топливе (излишки доменного газа, коксит, коксовая мелочь); металлоемкое машиностроение (металлургическое и  горное оборудование, тяжелые станки). Черная металлургия формирует вокруг себя мощные и разносторонне развитые промышленные комплексы.

Передельная металлургия, металлургия полного цикла, и «малая» отличаются друг от друга по условиям размещения. Для размещения металлургии полного цикла огромное значение имеют сырье и топливо, на них приходится около 85–90% всех затрат по выплавке чугуна, в том числе примерно  35–40% на железную руду и 50% на кокс. На 1 т чугуна требуется 1,3–1,5 т угля (с учетом потерь при обогащении и коксовании), 1,5 т железной руды, свыше 0,5 т флюсовых известняков и до 30 м³ оборотной воды. Это подчеркивает важность взаимного транспортно-географического положения сырьевых и топливных баз, источников водоснабжения и вспомогательных материалов.

Характерной тенденцией развития черной металлургии является сосредоточение добычи металлургического сырья  на самых крупных и выгодных по условиям эксплуатации месторождениях при широком развертывании открытого  способа с последующим обогащении железных руд, а также производством  металлизированных окатышей.

В настоящее время соотношение  затрат на сырье и топливо показывает, что предприятия, которые расположены недалеко от источников железных руд и пользующиеся привозным топливом, при прочих равных условиях способны давать более дешевый металл в сравнении с теми комбинатами, которые находятся непосредственно у источников коксующегося угля и работают только на привозном сырье. Однако практически размещение металлургического производства в одинаковой мере зависит как от сырьевого, так и от топливно-энергетического фактора, что подтверждается опытом нашей страны. В СССР черная металлургия, являясь основой формирования многих промышленных комплексов, притягивает к себе различные топливоемкие производства (химия, электроэнергетика, промышленность строительных материалов и др.). Поэтому наряду с районами распространения железных руд она находит благоприятные предпосылки и в пределах угольных районов.

Черная металлургия полного  цикла тяготеет в зависимости  от экономической целесообразности к источникам сырья.

В отдельных случаях целесообразно  территориальное расчленение единого  металлургического цикла путем  размещения производства чугуна и стали  вблизи источников сырья, а производство проката с изделиями четвертого передела (гнутые профили, листовая сталь  с различными покрытиями, ленты и  др.) – в районах концентрированного потребления готовой продукции. Передельная металлургия ориентируется  в основном на источники вторичного сырья (отходы металлургического производства, отходы от проката, амортизационный  лом) и на места потребления готовой  продукции, поскольку наибольшее количество металлического лом накапливается  в районах развитого машиностроения. Ещё теснее взаимодействует с  машиностроением «малая» металлургия.

Особыми чертами размещения отличается производство ферросплавов и электросталей. Ферросплавы – сплавы железа с  легирующими металлами (марганец, хром, вольфрам, кремний и др.) – получают в доменных печах и электротермическим способом. В первом случае – на металлургических предприятиях полного цикла, а также  с двумя (чугун – сталь) или  одним (чугун) переделом, во втором –  на специализированных заводах. Электротермическое производство ферросплавов из-за высоких  расходов электроэнергии (до 9 тыс. кВт×ч  на 1 т продукции) оптимально в районах, где дешевая энергия сочетается с ресурсами легирующих металлов. Производство электросталей развито близ источников энергии и металлического лома.

Исторически отечественная черная металлургия впервые возникла в  центральных районах европейской  части страны. Начиная с XVIII века производство черных металлов переместилось  на Урал, который в течение длительного  времени являлся основным металлургическим районом.

Металлургический комплекс оказывает  большое влияние на состояние  окружающей среды. Металлургические предприятия являются крупными загрязнителями атмосферы, водоемов, лесных массивов, земель. Чем выше уровень загрязнения окружающей среды, тем больше затрат на предотвращение загрязнения. Рост этих затрат может привести к убыточности любого производства.

На долю предприятий черной металлургии  приходится 20–25% выбросов пыли, 25–30% окиси  углерода, более половины окислов  серы от их общего объема в стране. Эти  выбросы содержат сероводород, фториды, углеводороды, соединения марганца, ванадия, хром и др. Предприятия черной металлургии  забирают до 20% воды общего ее потребления  в промышленности и сильно загрязняют поверхностные воды.

Проблемы размещения данной отрасли  особо сложны в связи с тем, что высокий уровень развития производительных сил и новейшие достижения науки и техники делают экономически целесообразным строительство  крупнейших предприятий с многогранными  тыловыми связями (рудники, известковые  карьеры, коксохимические заводы и  др.). Каждая из этих особенностей так  или иначе влияет на эффективность  данной отрасли, но наибольшее значение, как правило, принадлежит сырьевому и топливному факторам, так как черная металлургия весьма материалоемка.

Большая черная металлургия вообще может эффективно развиваться лишь в районах, имеющих для этого  природные предпосылки. Несоблюдение данного требования приводит к дефицитности подготовленных руд и качественных коксующихся углей на отдельных  предприятиях. На эффективности размещения черной металлургии оказывает воздействие  также металлопотребление.

На размещение металлургических заводов  влияет и наличие водных источников. В отдельных случаях, особенно там, где напряженный водохозяйственный  баланс, их роль может стать определяющей.

Несмотря на происходящие в настоящее  время структурные изменения  в промышленности, вызванные химизацией производства и все более широким  применением легких и цветных  металлов, пластических масс и других продуктов химического синтеза, черные металлы не утратили своей  роли основного конструкционного материала  в промышленности и на транспорте. Они широко применяются в строительстве  и других отраслях народного хозяйства. Их производство остается одним из важнейших показателей индустриального  развития той или иной страны, отражающим её технический уровень.

1.3 Проблемы развития  черной металлургии

В отрасли черной металлургии обычно выделяют три основные проблемы, а  именно:

- проблема загрязнения окружающей  среды;

- проблема ограниченности и  истощения сырьевых ресурсов;

- различные экономические проблемы;

Одной из главных проблем, загрязняющих окружающую среду, является проблема   загрязнения атмосферы. Главные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу от мартеновских печей, это те же газообразные продукты, появляющиеся в процессе сжигания топлива, что и на теплоэнергетических предприятиях. Очень опасны оксиды железа, являющиеся основной составляющей выбрасываемой предприятиями пыли. Наибольшее количество пыли выделяется при погрузочно-разгрузочных работах, а так же при приготовлении шахты; пыли и газов - при обжиге известняка и производстве стального проката. Количество и концентрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышает допустимые нормы. Источниками загрязнения оксидами углерода, пылью и серы, являются все металлургические переделы. В доменном производстве выделяются дополнительно сероводород и оксиды азота, в прокатном — аэрозоли травильных растворов, пары эмульсий и оксиды азота. Наибольшее же количество опасных для атмосферы выбросов в коксохимическом производстве. Здесь, кроме всех вышеперечисленных загрязнителей, можно выделить ароматические углеводороды, бензопирен, синильную кислоту, пиридиновые основания, аммиак, фенолы и др. Приблизительно 15-20 % общих загрязнений атмосферы промышленностью, приходится на долю предприятий черной металлургии. В среднем на 1 млн. т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет около 350 т/сутки, оксида углерода — 400, оксидов азота — 42 т/сутки, сернистого ангидрида — 200.

Так же предприятия черной металлургии являются одним из крупнейших потребителей воды. Водопотребление этой отрасли составляет 12-15 % общего количества потребляемой промышленными предприятиями страны. Большое количество охлаждающей воды требуется в процессе производства стали. На сталелитейных заводах, применяющих мартеновские печи, расход охлаждающей воды составляет 12-18 м3 на 1 тонну стали. Оборотная система водоснабжения - до 2% воды от количества стали. На охлаждение оборудования используется 49 % воды, гидротранспорт —11, обработку и отделку металла — 12, очистку газов и воздуха — 26, прочие процессы — 2% воды. Безвозвратные потери связаны с испарением и уносом воды в системах оборотного водоснабжения, с приготовлением химически очищенной воды, с потерями в технологических процессах, составляют 6-8 %. Остальная вода в виде стоков возвращается в водоемы. Около 60-70 % сточных вод имеют только повышенную температуру. Такие воды относятся к «условно чистым» стокам. Остальные сточные воды (30-40 %) загрязнены различными примесями и вредными соединениями. Наибольшее количество воды требуется в доменном, прокатном и сталеплавильном производствах. Все сточные воды насыщены взвешенными частицами, образующимися при очистке от пыли, золы и других твердых материалов. Кроме того, прокатное производство, является источником загрязнения эмульсией, маслами и травильными растворами.

Механическая обработка металла  производится, как правило, вальцеванием на прокатных станах. Для охлаждения вальцов и их опор используется вода. Расход воды составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров и более в час. В этой охлаждающей воде содержится окалина, мельчайшие частицы пыли, вальцовочный шлак, в зависимости от рода смазки вальцов и их опор - различные масла. Содержание одной из самых тяжелых по удельному весу примесей сточных вод - окалины - составляет более 1 г/л. Ее охлаждение затруднено, иногда невозможно вследствие большой дисперсности, а также наличия на поверхности окалины пленки масел или жиров.

Наиболее крупные металлургические предприятия имеют большое количество цехов и вспомогательных служб. Такие предприятия занимают до 1 000 га. Площади земельных угодий, занятых отвалами, нарушенных горными работами, шлаконакопителями и золонакопителями, огромны. Только 34% огромных масс отходов, образующихся на металлургических предприятиях, утилизируются и обезвреживаются. Главными отходами, образующимися в процессе производства, являются коксовый газ и доменный газ. Для литейного производства применение лома составляет: кислородно-конверторной стали — до 250, электростали — до 940, чугуна предельного — до 120, чугунного литья — до 700 кг мартеновской стали — до 500 кг/т, чугуна литейного — до 20 кг/т .Коксовый газ после очистки от смол, твердых летучих веществ и пыли используют в качестве топлива.