Значение черной металлургии

Значение черной металлургии 
 
Черная металлургия в первую очередь служит базой для развития машиностроения и металлообработки. Продукция черной металлургии находит применение практически во всех сферах современной экономики. Эта отрасль тяжелой промышленности охватывает такие стадии технологического процесса, как добыча, обогащение и агломерация руд черных металлов, производство огнеупоров, добыча нерудного сырья для черной металлургии, коксование угля, производство чугуна, стали, проката, ферросплавов, вторичный передел черных металлов, добыча вспомогательных материалов, изготовление металлических изделий производственного назначения и др. Но основу черной металлургии составляет производство чугуна, стали и проката. 
По добыче железной руды, выплавке чугуна, производству кокса Российская Федерация занимает одно из ведущих мест в мире. Крупнейшими потребителями продукции черной металлургии являются машиностроение и металлообработка, строительная индустрия, железнодорожный транспорт. Самым тесным образом черная металлургия связана с химической и легкой промышленностью. 
 
Типы предприятий и особенности их размещения. 
В структуре черной металлургии выделяется металлургия полного цикла, производящая чугун — сталь — прокат. Помимо основного производства она включает подготовку железной руды к плавке (обогащение, которое преследует цель повысить содержание железа в руде за счет удаления пустой породы, и обжиг руды в специальных печах для удаления углекислоты, серы, фосфора). Для производства чугуна кроме подготовки железной руды требуется технологическое топливо, флюсы, огнеупорные материалы, вода и легирующие металлы (марганец, хром, молибден, титан, ванадий и т.д.), придающие металлу определенные высококачественные свойства. Технологическое топливо — чаще всего кокс, а также газ. Для производства кокса может быть использован только высококачественный коксующийся уголь, высококалорийный, малозольный, малосернистый и высокопрочный. 
В размещении предприятий металлургии полного цикла особенно большую роль играют сырье и топливо, на которые приходится до 90% всех затрат по выплавке чугуна, из них примерно 50% — на кокс, 40% — на железную руду. На 1 т чугуна расходуется 1,2—1,5 т угля, не менее 1,5 т железной руды, свыше 0,5 т флюсовых известняков и до 30 м3 оборотной воды. Все это свидетельствует о важности взаимного расположения сырьевых и топливных ресурсов, водоснабжения, вспомогательных материалов. Особенно велика роль железных руд и коксующихся углей. Черная металлургия с полным технологическим циклом тяготеет к источникам сырья (Урал, Центр), к топливным базам (Кузбасс) или к пунктам между ними (Череповец). 
Предприятия неполного цикла производят чугун или сталь либо прокат. Предприятия, производящие сталь без чугуна, называются передельными. К этой группе относятся и трубопрокатные заводы. Передельная металлургия ориентируется в основном на источники вторичного сырья (отходы металлургического производства, отходы от потребляемого проката, амортизационный лом) и на потребителя готовой продукции, т.е. на машиностроение. В данном случае и источник сырья, и потребитель представлены в едином лице, так как наибольшее количество металлического лома накапливается в районах развитого машиностроения. 
Особую группу по технико-экономическим признакам составляют предприятия, производящие ферросплавы и электростали. Ферросплавы — это сплавы железа с легирующими металлами (марганец, хром, вольфрам, кремний и т.д.). Их основные виды —ферросилиций, феррохром. Без ферросплавов немыслимо развитие качественной металлургии. Их получают в доменных печах или электрометаллургическим путем. Металлургические заводы малой мощности — мини-заводы — приобретают все большую значимость в связи с имеющимися в стране огромными ресурсами металлолома и потребностями современного машиностроения в качественном металле определенных и разных марок, но небольшими партиями.  
Традиционный способ получения стали: сначала в доменных печах получают из руды передельный полупродукт — чугун, а затем в сталеплавильных агрегатах —электропечах получают сталь. Новым направлением научно-технического прогресса в отрасли является бездоменная, или бескоксовая, металлургия. В России такое предприятие построено в г. Старый Оскол (Белгородская область) — Оскольский электрометаллургический комбинат. Эта технология в принципе отличается от традиционного процесса, при котором руда сначала плавится при температуре 1600° С вместе с коксом, служащим химическим восстановителем. Здесь же доменная плавка заменяется значительно более простым в управлении и обслуживании процессом металлизации окатышей (окатыши — комочки, полученные из железорудного концентрата). Через окатыши при температуре почти 1000° С пропускается газ-восстановитель, например, получаемая из природного газа смесь водорода с оксидом углерода. Этот газ легко отбирает у железа кислород, а окатыши содержат довольно много кислорода. Образуются металлизированные окатыши, состоящие почти целиком из железа, т.е. происходит прямое восстановление железа. На следующем этапе металлизированные окатыши в мощных дуговых электропечах превращаются в высококачественную сталь. 
Данный способ производства имеет огромные преимущества в виде экономии кокса, высокого качества металла, экологической чистоты. Коксующийся уголь становится с каждым годом все дефицитнее и дороже, процесс коксования — сложный и трудоемкий, сопровождается выделением вредных побочных продуктов, т.е. требует дополнительных затрат на строительство очистных сооружений. Высокое качество металла обусловлено чистотой от серы и фосфора и других нежелательных примесей, которые попадают в сталь из чугуна, который в свою очередь наследует их от кокса. Металлизационные установки практически безвредны для окружающей среды в отличие от доменных и коксовых печей. Такая сталь служит в среднем в пять раз дольше. 
К недостаткам бездоменной металлургии относятся большие затраты электроэнергии, использование только высококачественных руд с содержанием железа более 60%; более высокая стоимость металла. 
В странах, где высоки запасы коксующихся углей, как в России, доменная металлургия будет еще долго иметь большое значение. 
Развивается порошковая металлургия (металлокерамика). Выплавка порошковой стали идет в индукционной печи, расплав распыляется азотом высокой чистоты и заполняет металлические капсулы порошком. Такая сталь имеет практически 100%-ю плотность, высокий уровень технологической пластичности. Она позволяет как бы склеивать детали из мельчайших частиц и тем самым сводит отходы практически к нулю. Кроме того, данная технология позволяет утилизировать отходы других технологий, например металлическую стружку, дает возможность изготавливать металлоизделия любой конфигурации, комбинировать металлы, не сплавляющиеся при обычной технологии, т.е. получать металлы с заданными свойствами. Недостатки: трудность получения чистых по химическому составу порошков и сравнительно высокая их стоимость. 
В России за последние 10 лет структура производства сталей улучшилась. Хотя, безусловно, это связано не с внедрением НТП в отрасли, а с закрытием многих старых неконкурентоспособных и убыточных предприятий. 
 
Характеристика Центральной металлургической базы 
 
Металлургическая база – группа металлургических предприятий, использующих общие рудные и топливные ресурсы и обеспечивающих главные потребности хозяйства страны в металле. 
Центральная база черной металлургии располагается на территории Центрального, Центрально-Черноземного и Волго-Вятского экономических районов. Здесь, в Центральном экономическом районе, находится крупнейший железорудный район России, обеспечивающий 45% общероссийской добычи железной руды. Основная часть руды добывается в карьерах Белгородской и Курской областей, однако наиболее ценные руды с высоким содержанием железа залегают в более глубоких горизонтах и отрабатываются рудниками подземной добычи. 
Масштабы развития металлургического передела в Центральной базе заметно скромнее уральских (22% чугуна, 16% стали, 17% готового проката и 15% труб общероссийского производства). Большая часть чугуна и стали Центральной базы производится на одном из крупнейших в стране и современном в технологическом отношении Новолипецком металлургическом комбинате. В Старом Осколе находится единственный в России, построенный по немецкой технологии металлургический завод, где из железорудного концентрата методом химического восстановления получают железо, а затем электросталь, минуя стадию производства чугуна. Этот прогрессивный способ металлургического передела не требует кокса и обладает низкими нормами водопотребления, что исключительно важно в Центрально-Черноземном экономическом районе, испытывающем дефицит пресной воды и не обладающем собственными ресурсами топлива. 
Из других предприятий металлургического передела выделяются Косогорский чугунолитейный и Новотульский металлургический заводы, а также сталелитейный завод «Электросталь» в одноименном городе Подмосковья. В городе Орел функционирует крупный сталепрокатный завод. Заметно уступают им по своей мощности Кулебакский, Выксунский и Омутнинский заводы Волго-Вятского экономического района, специализирующиеся на выпуске высококачественных специальных сталей для машиностроения. Большое развитие в Центральной базе черной металлургии получила малая металлургия — производство черных металлов и их сплавов, а также изготовление проката в металлургических цехах машиностроительных заводов Центра и Волго-Вятского района. 
Основное преимущество Центральной базы черной металлургии заключается в расположении ее на территории крупнейшего в стране железорудного бассейна и в непосредственной близости от машиностроительных центров и других потребителей черных металлов. 
Главные недостатки Центральной базы — отсутствие коксующихся углей, напряженный топливно-энергетический баланс и дефицит воды. Наиболее перспективными направлениями дальнейшего развития Центральной базы черной металлургии является форсирование железорудной промышленности как с целью более полного покрытия отечественных потребностей в ее продукции, так и для расширения экспортных поставок, а также увеличение мощности металлургического передела на основе передовой технологии Старо-Оскольского металлургического завода и развитие малой металлургии. 
 
Основные тенденции в развитии черной металлургии 
 
В связи с тенденцией снижения расхода стали на единицу продукции, с вытеснением черных металлов алюминием и пластмассами, с ресурсосбережением снижается потребность в металле. Наступает эпоха чистых экономно-легированных сталей с большим пределом прочности конструкций. Изделия из них отличаются малой металлоемкостью и долговечностью. В будущем нужен будет металл лишь высокого качества с особыми свойствами, поэтому для отрасли актуальны следующие направления развития. 
1. Переход от «массовой» к качественной металлургии, увеличение в структуре продукции доли качественных сталей и сложных видов проката. В связи с этим будет усиливаться специализация металлургических заводов, будут возрастать кооперационные связи. Получат новое развитие специализированные производства — транспортный металл (рельсы, колеса, крепеж), строительный металл, металлы для автомобилей, электронной промышленности и т.д. 
2. Развитие должно идти за счет модернизации с использованием новейших технологий, диверсификации производств ряда металлургических предприятий, традиционная продукция которых оказывается неконкурентоспособной. Базовыми металлургическими предприятиями останутся Череповецкий, Новолипецкий, Магнитогорский, Нижнетагильский, Челябинский, Западно-Сибирский, Кузнецкий, Новотроицкий, а также трубные заводы. 
3. Существенно должна возрасти доля передельной металлургии, так как она дает более дешевый металл. Сейчас 1/2 стали выплавляется из металлолома. В этом плане перспективно строительство мини-заводов . 
Изменения в размещении черной металлургии имеют следующие перспективные тенденции. 
1. Большая дисперсность в размещении в верхних этажах за счет строительства мини-заводов, ориентация предприятий на потребителя в связи с развитием НТП и улучшением способов обогащения руд, накопления большого количества металлолома в старопромышленных районах. 
2. Усиление концентрации за счет закрытия старых заводов, оснащенных устаревшим оборудованием в «нижних» этажах. 
3. Размещение отрасли вне крупных городских агломераций в небольших и средних городах из-за возрастающего значения экологических факторов и природоохранных мероприятий. 
 
Заключение 
 
Одной из острейших проблем на современном этапе развития металлургического комплекса России являются рациональное природопользование и охрана окружающей среды. 
Предприятия по производству черных металлов оказывают сильнейшее воздействие на состояние атмосферного воздуха. По суммарным выбросам вредных веществ черная металлургия занимает третье место после энергетики и цветной металлургии. В 2000 г объем выбросов составил 2,4 млн. тонн (102,9% к уровню 1999 г.), из которых 68% пришлось на оксид углерода, 15% на твердые вещества и 10% - на диоксид серы. 
Более половины выбросов приходится на четыре металлургических комбината: Новолипецкий (г.Липецк) — 360 тыс. тонн, Северсталь (г. Череповец) - 340 тыс. тонн; Магнитогорский металлургический комбинат (г. Магнитогорск) - 320 тыс. тонн; Западно-Сибирский металлургический комбинат (г. Новокузнецк) - 210 тыс. тонн. 
Значительные объёмы выбросов на Нижнетагильском (110 тыс. тонн), Орско-Халиловском (90 тыс. тонн) металлургических комбинатах, ОАО «Тулачермет» (90 тыс. тонн) и ряде горно-обогатительных комбинатов. Не случайно четыре крупнейших металлургических центра — Новокузнецк, Липецк, Магнитогорск и Нижний Тагил включены Росгидрометом в перечень промышленных центров с особо высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. 
Ежегодно предприятия отрасли сбрасывают в поверхностные водоемы более 900 млн. куб. м сточных вод. Среди «лидеров» - Новолипецкий металлургический комбинат (120 млн куб. м), Магнитогорский металлургический комбинат (46 млн куб. м), Ковдорский ГОК в Мурманской области (53 млн куб. м), «Северсталь» (32 млн куб. м), металлургический завод в г. Чусовой и Нижнетагильский металлургический комбинат (по 26 млн куб. м каждый). 
В целом с ростом производства в черной металлургии растет объем выбросов и сбросов. В настоящее время каждая четвертая тонна токсичных отходов, каждая шестая тонна загрязняющих атмосферу веществ от стационарных источников и каждый девятый кубометр сточных вод, образующихся на промышленных предприятиях России, относятся к отходам черной металлургии.  
В условиях острой конкуренции с производителями черных металлов из стран СНГ широкомасштабные работы по решению экологических проблем, связанные с ростом издержек производства, маловероятны.