Отраслевая и территориальная структура черной металлургии

Структуру черной металлургии определяет ряд разнородных производств, сильно отличающихся характером вырабатываемой в них продукции, техникой и технологией ее получения, направлением и пользования как в самой стране, так и за ее пределами. В структуре отрасли выделяются сырьевые производства (добыча и обогащение железной руды, ее агломерирование, сбор металлического лома и подготовка его к переплаву); полупродуктовые переделы (выплавка чугуна и доменных ферросплавов, стали и ее сплавов). Особое, определяющее значение имеют конечные переделы — получение проката и отливок из чугуна и стали. Добычу руд легирующих металлов, коксующегося угля, огнеупоров и других вспомогательных материалов в большинстве стран мира относят к другим отраслям индустрии.

Прогрессивные сдвиги в развитии черной металлургии отражает соотношение выплавки стали и чугуна. Растущее преобладание выплавки стали — результат увеличивавшегося спроса на прокат в машиностроении и строительстве. В начале века — в 1913 г. — чугуна производили в мире в 1,04 раза больше, чем стали. В 1950 г. стали получали уже в 1,67 раза больше, чем чугуна, так как выплавка была сосредоточена в немногих промышленных государствах мира. Создание крупного производства черных металлов во многих новых индустриальных странах в 1950—1995 гг. привело к снижению этого коэффициента до 1,43 (по развитым государствам он остается высоким: в Италии — 2,37, в США — 1,87 и т. д.). В России в 1995 г. коэффициент упал до 1,28 (в СССР в 1990 г. он был 1,4). В КНР острый дефицит черных металлов, особенно стали и проката из нее, стимулировал выплавку литейного чугуна, что привело к уменьшению коэффициента в 1995 г. до 0,91.

Сырьевая база черной металлургии мира. Железная руда — основной исходный вид сырья в отрасли. В последние десятилетия освоены процессы использования руды для непосредственной выплавки стали, минуя стадию получения чугуна, что еще более увеличило роль железной руды во всем металлургическом производстве. Железная руда достается одним из самых массовых видов продукции мировой горнодобывающей промышленности: по объемам добычи она уступает только углю, нефти и природному газу. Вместе с тем проблемы ее добычи, обогащения и транспортировки являются более трудными, чем этих энергоносителей.

Запасы разведанных железных руд в мире постоянно увеличиваются по мере развертывания геологоразведочных работ. Так, мировые запасы разведанных и разрабатывавшихся железных руд в 1922 г. оценивались в 35,5 млрд. т, а вероятных в 98,2 млрд. т. В начале 90-х гг. общегеологические запасы по разным оценкам составляли от 400 до 800 млрд. т, из которых на разведанные приходилось 150-185 млрд. т. Таким образом, несмотря на интенсивное извлечение железных руд, постигающее в последние годы 1 млрд. т, их разведанные ресурсы в мире не только не уменьшились, но в целом существенно возросли.

Значение отдельных стран и регионов мира в общегеологических запасах железных руд неодинаково. Более 28% их находится в государствах Восточной Европы, преимущественно в СНГ (Россия, Украина), до 17% — в Азии (КНР, Индия), по 16% — в Южной Америке (Бразилия) и Африке, 13% — в Северной Америке (США, Канада) и по 5—6% в Западной Европе и Австралии. География запасов железной руды по регионам и странам мира далеко не совпадает с потребностью в ней у целого ряда государств, зачастую полностью лишенных разрабатываемых месторождений этого сырья, но имеющих крупную черную металлургию (Япония, ФРГ, Республика Корея и др.).

Содержание железа в рудах разных месторождений колеблется в широких пределах: к богатым относятся руды с содержанием железа более 50%, к рядовым — от 25 до 50% и к бедным — до 25%. В развитых странах мира месторождений богатых руд мало: в Западной Европе такие ограниченные по запасам руды практически имеются только в Швеции (60-65% железа). Подавляющая часть рудных ресурсов региона бедные. Поэтому многие страны (Великобритания, ФРГ, Бельгия и др.) в 80-е гг. вообще прекратили их разработку. Даже Франция с крупнейшими в регионе запасами в 1993 г. свернула добычу железной руды. Ухудшилось качество добываемого железорудного сырья и в Северной Америке. В США лучшие по качеству месторождения уже почти выработаны и теперь используются в основном рядовые руды (до 50% железа). Лишь Канада и Мексика еще располагают богатыми рудами (61—63% железа).

Та же ситуация сложилась и в странах Восточной Европы, где среднее содержание железа в извлекаемых рудах в России и Украине составляет около 40%. В Азии богатая руда добывается в Индии (до 63% железа), а КНР вынуждена разрабатывать преимущественно свои бедные руды. Такие страны с развитой черной металлургией, как Япония и Республика Корея, не имеют своих ресурсов железных руд.

Все это предопределило быстрое перемещение железорудного производства в другие страны разных регионов мира. Качество руды там значительно лучше (в Бразилии до 68% железа, в Австралии и Венесуэле — 64, Индии — 63, ЮАР — 60-65%). Они имеют крупные запасы для развертывания мощной железорудной промышленности. В 1938 г. на долю этих стран приходилось только 16% всей мировой добычи железной руды, в 1970 г. — уже 35%, в 1995 г. — более 55%.

Внедренные в странах Западной Европы и США новые научно-технические методы обогащения бедных и рядовых руд позволили повысить качество продукта. Так, процессы агломерации вовлекли в оборот мелкозернистые руды и сделали их пригодными для домен высокой мощности. Но рудный агломерат малотранспортабелен и изготовлялся только в районах металлургии. Гораздо большее значение для обогащения всех типов руд имело освоение производства железорудных окатышей с содержанием металла до 65-70%. Они отличаются высокой транспортабельностью и помимо доменного процесса нашли новую сферу применения — в прямом восстановлении железа. Это обусловило переход к широкому их получению, особенно на экспорт.

В географии железорудной промышленности мира в XX в. произошли кардинальные сдвиги. Вплоть до Второй мировой войны Западная Европа оставалась ведущим регионом в добыче железной руды: в 1913 г. — 55%, в 1938 г. — 40% (Северная Америка соответственно 35 и 20%). После Второй мировой войны в 1950 г. Северная Америка дала 43% железной руды в мире (Западная Европа 30%). В 70-80-е гг. вперед вышли три региона: Южная Америка, Азия и Восточная Европа с долей в мировой добыче каждого из них от 20 до 30%, а также Австралия. Их лидерство сохранилось вплоть до 1995г. Западная Европа и Северная Америка суммарно добывают железной руды меньше, чем одна Австралия. Еще большие изменения произошли в добыче руды по странам.

Все более важным видом сырья становится лом черных металлов. Каждая тонна лома экономит примерно такое же количество чугуна и соответственно необходимые для его получения железную руду и кокс. Металлофонд народного хозяйства развитых государств огромен и исчисляется сотнями миллионов и даже миллиардами тонн. Его источники — амортизационный лом (идущие на слом машины, оборудование, здания и т.д.); производственный лом (отходы металлообработки) и оборотный лом (отходы разливки стали). Проблема формирования ресурсов лома (сбор, подготовка к переплаву) — одна из главных задач металлургии мира.

Мировой рынок лома определяется внутри каждой из стран имеющимися ресурсами в зависимости от уровня развития хозяйства. Эти ресурсы лома очень неодинаковы в отдельных странах, но в целом они весьма велики. Потребности в ломе черных металлов в мире в 1995 г. Достигали 385 млн. т. Из этого вторичного сырья было выплавлено во всех странах 40% стали. Выгоды от переработки лома в электродуговых печах и в кислородных конвертерах увеличивают спрос на него. Поэтому во внешней торговле участвует сравнительно ограниченное количество лома: около 5—7% образующихся его ресурсов.

Производство металлургического кокса. Получаемый из коксующихся углей кокс является топливом и восстановителем железной руды при выплавке чугуна. Кокс — первый по затратам компонент в доменном процессе. Его поставляют коксохимические цехи в металлургической или в топливной промышленности. Несмотря на возникновение нового направления получения стали в бескоксовой (или бездоменной) металлургии, абсолютная роль кокса в мире не уменьшается. Его производство вынуждены создавать для своей металлургической промышленности даже лишенные ресурсов коксующихся углей страны, импортируя их в большом количестве.

Достижения НТП способствовали резкому уменьшению расходных норм кокса на выплавку чугуна. Так, в 1938 г. в мире средний расход кокса на 1 т чугуна составлял более 1,68 т, к 1960 г. он сократился до 1,09 т, а в 1990 г. был всего 0,66 т. Повышение качества железной руды, совершенствование технологии и техники выплавки чугуна позволили уменьшить удельные расходы кокса более чем в два раза. Поэтому выжиг кокса с 70-х гг. в мире стабилизировался на уровне 350-360 млн. т, несмотря на рост выплавки чугуна. В США и ряд стран Западной Европы производство кокса даже снизили в 2—3 раз;

Размещение производства кокса за 1938—1995 гг. претерпело большие изменения. В довоенном 1938 г. располагавшая ресурсами коксующегося угля Западная Европа была ведущей в мире по получение кокса, давая более половины (55%). После Второй мировой войн первенство перешло к богатой углем Северной Америке: в 1950 г. 40% кокса в мире. В 1990 г лидером коксового производства стала Азия 43%, а в 1995 г. ее доля увеличилась до 55%. Значительные сдвиги роли продуцентов кокса произошли по отдельным странам: до Вторе мировой войны выделялась Германия, после войны до 1961 г. США, затем до 1991 г. - СССР, а после 1991 г. - КНР.

Легирующие металлы необходимы для получения ферросплавов, низколегированных (содержащих до 2,5% легирующих металлов), среднелегированных (2,5-10%) и высоколегированных (свыше 10%) сталей. В целом по сравнению с основным металлом — железом использование легирующих металлов невелико. Среди них лишь марганец, хром и никель производят в мире в количествах более 1 млн. т. каждого. Остальные металлы этой группы используются в гораздо, меньших количествах, иногда только сотнями килограммов. Поэтому объемы добычи руд легирующих металлов и производство самих металлов на размещение черной металлургии воздействия почти не оказывают.

Большинство ведущих государств по производству продукции черной металлургии не обеспечены всеми видами легирующих металлов, а порой, как например Япония, не имеют их. Как правило, они располагают в достаточном количестве лишь некоторыми из них:

Бразилия и Украина — марганцем, Россия и Канада — никелем, Бразилия и Индия — хромом, КНР — вольфрамом, США — молибденом. Зависимость от импорта хрома, марганца и кобальта или сырья для их получения в Западной Европе составляет 100%, никеля 99, вольфрама 70%. В США она достигает 70% по никелю и вольфраму, до хрому 75, кобальту 95 и марганцу 100%. Очень высока обеспеченность этими и некоторыми другими легирующими металлами России и КНР, они являются наряду со странами Африки, Южной Америки экспортерами ряда легирующих металлов.

Производства металлургического комплекса. Выплавка чугуна — сплава железа с углеродом — первая стадия непосредственного получения металла в отрасли. Из выплавляемого в доменных печах чугуна производят около половины всей стали в мире. В зависимости от дальнейшего использования в домнах выплавляют передельный (белый) чугун, применяемый для передела в сталь. На него приходится подавляющая часть чугуна (свыше 85%). Литейный (серый) чугун — важный конструкционный металл, идущий на изготовление всевозможных фасонных отливок. Продуктами доменного производства являются также некоторые ферросплавы, например, чугун с большим содержанием кремния, марганца (ферросилиций, ферромарганец и др.).

Доменный процесс — самый материалоемкий в основном металлургическом цикле. На выплавку 1 т чугуна расходуется не менее 3 т железорудного сырья, топлива, известняков, до 30 м3 воды, природный газ, кислород. Для повышения эффективности производства чугуна, уменьшения расходов материалов и топлива первоочередной проблемой было и остается применение высококачественной железной руды. Экономический эффект достигается также за счет увеличения объема доменных печей. Это позволяет значительно уменьшить инвестиции на сооружение домны, снизить себестоимость чугуна, улучшить технологический процесс, сократить расходы топлива. За послевоенные годы максимальные объемы домен в мире возросли с 1500 до 5000 м3. Современная домна способна за один год дать 4-4,5 млн. т чугуна, что сопоставимо с выплавкой чугуна в одной из таких стран, как Австрия, Турция или Мексика.

Сложные экономические, и особенно экологические проблемы обусловили большие изменения в географии доменного производства. Наряду с локальными сдвигами в размещении заводов с доменными Цехами (перемещение их из старых районов черной металлургии на пути поступления импортного сырья в прибрежных пунктах приморских стран) произошли и крупные межрегиональные изменения. Главный результат таких миграционных процессов в отдельных частях света — уменьшение роли старых промышленно развитых стран в получении чугуна. За 1950—1995 гг. суммарная доля Западной Европы и Северной Америки уменьшилась (несмотря на организацию этого производства в новых странах данных регионов) с 75 до 31 % в мире.

Выплавка чугуна в 60—70-е гг. все в большей степени росла в процессе индустриализации стран Восточной Европы, а в 80-90-е гг. в Азии. Суммарная доля этих регионов в мире за те же годы увеличилась с 20 до 60%. Это обусловило глобальные изменения в географии черной металлургии. Коренные изменения произошли в выплавке чугуна по отдельным странам: в 1970-1990 гг. лидером был СССР, а в 90-е гг. им стала КНР. На фоне этих кардинальных сдвигов мало менялась роль остальных регионов мира — Африки, Южной Америки и Австралии. За 45 лет их доля в производстве чугуна в мире возросла всего лишь с 3,6 до 9%, хотя они дают 31% добываемой в мире железной руды и более 10% коксующихся каменных углей.

Производство стали — промежуточная стадия металлургического цикла. Сталь всего лишь полупродукт, предназначенный для дальнейшего передела в прокат, идущий непосредственно в другие отрасли хозяйства. Каждый из потребителей предъявляет свои технические требования к качеству прокатных изделий из разных сортов стали. Различают обыкновенную (рядовую), качественную и высококачественную сталь. Технические свойства стали определяются содержанием в ней легирующих добавок и углерода: низкоуглеродистая, высокоуглеродистая (инструментальная). Объемы их получения разные, но непрерывно растет выпуск качественных сталей. Так, мировое производство нержавеющей стали за 1960—1995 гг. увеличилось с 2 до 15 млн. т, т.е. росло в 3,5 раза быстрее выплавки всей стали.

Технический прогресс постоянно менял методы получения стали. В XIX в. и первой половине XX в. последовательно сменили друг друга бессемеровский, томасовский и мартеновский процессы. Внедрение двух первых определялось составом руд и получаемого из них чугуна для передела в сталь. Возникший во второй половине XIX в. мартеновский метод был универсальным, независимым от, качества чугуна и позволял выплавлять сталь разного качества (в СССР в годы индустриализации он был основным и все еще остается таковым на ряде предприятий России).

С развертыванием НТР наиболее эффективными в сталеплавильном переделе оказались два процесса. При кислородно-конвертерном способе из расплавленного чугуна и лома сталь получают за 30-35 мин вместо 6—8 ч плавки в мартеновской печи. В дуговых электропечах из лома и чугуна процесс плавки требует 50—70 мин. Поэтому в середине XX в. началось быстрое и широкое внедрение кислородно-конвертерного способа. К 1997 г. его доля в производстве стали в мире достигла 60%. Мартеновские печи теперь дают в мире всего 7% стали, и их быстро выводят из эксплуатации.

Сооружение кислородно-конвертерных цехов с одновременным демонтажем мартеновских требует больших капитальных затрат. Поэтому, даже промышленно развитые страны с мощной металлургией вели реконструкцию на протяжении четверти века: Япония завершила переход на конвертерный способ получения стали в начале 70-х гг., ФРГ, Великобритания и Франция — к началу 80-х, а США только к 90-м гг. В России и КНР он все еще продолжается. Конвертерный способ коренным образом изменил всю структуру сталелитейной промышленности мира в целом и отдельных стран. В США на него приходится 61% выплавляемой стали, во Франции — 64, Японии — 68. Великобритании — 74, ФРГ — 76, а в Люксембурге — 100%.

Электросталеплавильный — второй по значению процесс в производстве стали. Его развитию способствовали сравнительно небольшие затраты даже на крупные электродуговые печи, быстрый их ввод в строй, широкое использование лома. Росту получения электростали благоприятствовало сооружение многих миди- и минизаводов. Это обусловило экономические выгоды от внедрения данного процесса (доля электростали в мире — 33%). Значительное влияние оказывает и величина стоимости электроэнергии, особенно на ГЭС. В странах молодой черной металлургии (о. Тайвань, Республика Корея, Бразилия и др.) на электросталь приходится от 50 до 100% выплавки металла, а в основных странах — продуцентах стали (Япония, США, государства Западной Европы) от 24 до 40% (Италия — 58%).

В сталеплавильном производстве особое значение приобрел экономически эффективный метод непрерывной разливки стали. Его установки впервые были разработаны и внедрены в СССР и получили широкое распространение в мире. Они сокращают отходы производства («обрези») на 20-30%, уменьшая затраты на их переплавку В 1995 г этим методом в мире разливалось 76% всей стали. В Японии, Франции, ФРГ, Италии на установках непрерывной разливки стали (унрс) разливали всю выплавленную сталь.

Новой технологией революционного значения для черной металлургии является получение стали непосредственно из металлизированных окатышей, минуя выплавку чугуна. Экономические и экологические преимущества этого процесса (прямого восстановления железа — ПВЖ) очевидны. Темпы роста производства способом ПВЖ значительно выше, чем доменного: в 1995 г. в мире было получено 31 млн. т металла. Установки ПВЖ требуют значительного количества энергии (преимущественно природного газа). Это стимулировало размещение их в избыточных по топливу странах и регионах. На Азию приходится 40% полученного по этой технологии металла, Южную Америку -35%. В крупных продуцентах стали в Северной Америке, Западной Европе, а также в России возникли лишь отдельные опытные заводы.

Как и в производстве чугуна, в мировой географии получения стали произошли большие изменения. Новые технологии выплавки стали, особенно на малых предприятиях, позволили размещать их вне старых традиционных центров и районов металлургической промышленности развитых стран мира. Очень сильное влияние они оказала на создание сталеплавильных предприятий в новых индустриальных странах, где их сооружали в малоосвоенных в промышленном отношении местностях, зачастую не располагавших первичным сырьем для металлургического производства. Так, значительное количестве стали (до 2,5 млн. т в 1995 г.) дает Саудовская Аравия.

За 1950— 1995 гг. главным результатом сдвигов в географии мировой сталеплавильной промышленности был ее мощный рост в странах Восточной Европы и Азии. Их суммарная доля в выплавке стали увеличилась с 22 до 55%. Однако темпы роста были меньше, чем в получении чугуна в этих регионах, что объясняется более узким рыночным спросом на сталь в условиях недостаточно развитого машиностроения. Одновременно более чем вдвое снизился удельный вес западных регионов — с 77 до 37%. В Южной Америке, Африке и в Австралии выплавка стали росла быстрее, чем чугуна: там появились также крупные продуценты металла. Существенные сдвиги произошли в получении стали среди стран мира. Длительное лидерство США завершилось в середине 70-х гг., когда первенство перешло к СССР и удерживалось им до 1991 г. С распадом СССР вперед вышла Япония, а с 1997 г. - КНР.

Прокат — конечный (выходной) продукт заключительной стадии всего цикла черной металлургии. Его стоимость в 2-5 и более раз превышает стоимость стали, он идет непосредственно потребителям во все отрасли народного хозяйства. Прокат — главный товар внешней торговли продукцией черной металлургии. Мировая статистика не приводит стоимостных показателей выпущенного проката, ограничиваясь только его весом. Изделия из проката очень разнообразны, их состав — сортамент — в странах развитого машиностроения достигает 20—30 тыс. наименований и продолжает расти и обновляться в зависимости от требований рынка.

Главные виды прокатного производства следующие:

1) листовой металл (особенно ценен тонкий лист до 3 мм —до 30-45% всего проката в разных странах);

2) сортовой металл — круглый, фасонный и т.д. (10-30% прокатной продукции);

3) заготовки для сварных труб и сами трубы — цельнокатаные и др. (5-10%);

4) катанка — горячекатаная проволока (3-8%);

5) железнодорожный прокат — рельсы и др. (4—5%).

В настоящее время исключительное значение для ряда отраслей машиностроения, прежде всего электронной, приборостроительной и других, приобрел прецизионный прокат, отличающийся очень высокой точностью размеров.

Трубопрокатное производство в связи с развитием трубопроводного транспорта очень крупное: в 90-е гг. изготовляли ежегодно 66— 70 млн. т, из которых 1/2 приходилась на сварные (15% большого диаметра), а 1/3 — цельнотянутые. Главные продуценты труб в 1990 г. — СССР (более 1/4 в мире), Япония (1/6), КНР, ФРГ и США. Создание мощного трубного производства в СССР было вызвано большой потребностью в них для перекачки нефти и газа в 60—70-е гг. и отказом западных стран в условиях холодной войны поставлять их нашей стране.

Научно-технический прогресс улучшил качество проката (нанесение защитных покрытий и других металлов, пластмасс, лаков), позволил создать производство гнутых профилей проката и т.д. Это существенно повышает качество изделий из проката.