Выплавка чугуна и стали

Технический прогресс способствовал совершенствованию методов получения чугуна и стали (изобретение метода коксовой доменной металлургии, методов Бессемера, Томаса, братьев Сименс и Мартен). Так, в конце XIX — начале XX в. мартеновское производство являлось основным сталеплавильным процессом. Мартеновская печь — пламенная регенеративная печь для переработки чугуна и стального лома в сталь (изобретатель — французский металлург Пьер Мартен, 1864). В настоящее время строительство мартеновских печей практически прекращено.

В XX в. были сделаны новые научные открытия, были опробованы и внедрены новые более эффективные методы выплавки стали. Это кислородно-конвертерный способ (передел жидкого чугуна в сталь без подвода теплоты — продувкой металла в конвертере технически чистым кислородом) и электросталеплавление (плавление в дуговой электропечи).

Кислородно-конверторный процесс — передел жидкого чугуна в сталь (без подвода теплоты) продувкой металла в конверторе технически чистым кислородом сверху. Под воздействием дутья примеси чугуна (Si, Mn, С и др.) окисляются с выделением значительного количества теплоты. По окончании продувки металл раскисляют (удаляют избыточный кислород).

Электросталеплавильное производство — выплавка стали в электрических (главным образом дуговых и индукционных) печах. Позволяет получать стали широкого сортамента (от рядовых до высококачественных). Удельный вес электросталеплавления в мировой выплавке стали постоянно увеличивается.

Непрерывная разливка стали (непрерывное литье металла) — получение слитков заготовок, основанное на непрерывном перемещении металла относительно зон заливки и кристаллизации. Осуществляется на машинах непрерывного литья.

Увеличение удельного веса стали, выплавляемой высокоэкономичным кислородно-конвертерным способом, а также рост значения электрометаллургии привели к существенному изменению структуры производства металла (кислородно-конвертерный способ в бывшем СССР начал применяться с 1956 г.). Ныне почти Уз стали выплавляют в электропечах (остальные ²/₃ — в кислородных конвертерах). Однако, несмотря на экономичность и эффективность новых методов выплавки стали в черной металлургии, они не смогли полностью вытеснить мартеновские и бессемеровские агрегаты, которые во многих странах действуют по сей день, в том числе в России.

Продукты плавки в доменной печи — чугун и шлак. Из выплавляемого в доменных печах чугуна в настоящее время производят большую часть мирового объема выплавляемой стали. При этом выплавляют передельный {белый) чугун, который и используют в дальнейшем для выплавки стали, и литейный (или серый) чугун — металл, идущий на изготовление фасонных отливок. Продуктами доменного производства являются также ферросплавы, необходимые при выплавке легированных сталей.

Особенности технологии производства. Так как металлургическое производство является материалои капиталоемким процессом, первоочередной проблемой всегда было применение высококачественной или обогащенной железной руды в доменном процессе. Однако экономический эффект достигался и за счет увеличения объема доменных печей, что снижало общие капиталовложения на строительство домны, сокращало расходы топлива и себестоимость выплавляемого чугуна. Средний полезный объем одной доменной печи составлял в СССР и США соответственно в 1950 г. — 639 и 875 куб. м, в 1960 г. — 929 и 967 куб. м. Максимальный объем доменной печи в СССР в 1965 г. — 2300 куб. м (домна на Ждановском металлургическом комбинате). Уже к 1975 г. наиболее крупные доменные печи в СССР были на Криворожском металлургическом заводе (объемом 5 тыс. куб. м), на Новолипецком и Западно-Сибирском металлургическом заводах (по 3 тыс. куб. м); в США — в г. Гэри (3471 куб. м), в ФРГ — в г. Швельгерн (4870 куб. м), во Франции — в г. Дюнкерк (4615 куб. м), в Нидерландах — в г. Эймейден (4470 куб. м), в Италии — в г. Таранто (4615 куб. м), в Японии — в г. Фукуяма (4617 куб. м), в г. Мидзусима (4323 куб. м).

Максимальные полезные объемы домен в мире возросли в настоящее время до 5 тыс. куб. м. В них можно выплавлять в год до 4—4,5 млн т чугуна. Это, по существу, объем современного производства черных металлов таких стран, как Аргентина или Венесуэла (для сравнения: в 1913 г. в России выплавлялось 4,3 млн т чугуна).

Регионы в мировом производстве чугуна и стали. Если в начале XX в. свыше 95% выплавки черных металлов приходилось на страны Западной Европы и Северной Америки, в 1950 г. — 70—75% мирового производства, то к началу XXI в. суммарная доля этих регионов снизилась до 27—30%.

В годы Второй мировой войны очень быстро развивалась черная металлургия в США. В 1950;е гг. необходимость преодоления последствий войны вызвала рост производства черных металлов в Западной Европе. Еще более быстрыми темпами росла в 1950— 1970;е гг. выплавка черных металлов в социалистических странах Восточной Европы (на все страны СЭВ приходилось в то время около 30% мирового производства черных металлов), а также в Японии. Как изменялись позиции стран-лидеров, показывают данные представленной таблицы (табл. 7.17).

Таблица 7.17

Выплавка чугуна в странах-лидерах, млн т.

Вплоть до начала 1990;х гг. мировым лидером по выплавке черных металлов был СССР, но после его распада во всех постсоветских республиках произошел очень заметный спад производства — в России выплавка чугуна и стали сократилась более чем в два раза (при этом снизились внутренние потребности в металле). Однако страна занимает ныне одно из лидирующих мест по объему экспорта черных металлов.

Уже в середине 1960;х гг. Япония по производству чугуна (и стали) вышла на третье место в мире (вслед за США и СССР), а в 1970;е гг. эта страна обогнала США и даже являлась крупнейшим в мире экспортером стали. Но в последние десятилетия бурный рост производства черных металлов отмечается во многих азиатских странах: Китае, Республике Корея, Индии и др. А Китай занимает ныне по выплавке черных металлов первое место в мире (табл. 7.18).

Таблица 7.18

Выплавка стали в странах-лидерах, млн т.

Удельный вес стран Азии в мировом производстве чугуна и стали вырос за рассматриваемый период многократно и продолжает увеличиваться. Этот регион является ныне мировым лидером в металлургии, а отдельные государства данного региона входят в лидирующую десятку. На фоне столь существенных региональных сдвигов в черной металлургии следует отметить очень незначительное изменение удельного веса стран Африки, Центральной и Южной Америки и Австралии (табл. 7.19).

Таблица 7.19

Доля регионов в мировой выплавке стали, %

Основное производство черных металлов в мире по-прежнему сосредоточено на крупных металлургических комбинатах. Они имеют стабильные долгосрочные контракты с крупными потребителями готовой продукции и поставщиками ресурсов. Однако технологические возможности повышения эффективности производства на предприятиях полного цикла крайне ограничены (достигнутые параметры снижения удельных затрат близки к предельным).

Тенденции в развитии и размещении черной металлургии мира. Предпосылки для дальнейших изменений в черной металлургии по-прежнему существуют. Во многих странах все шире используется метод непрерывной разливки стали, внепечная металлургия (бездоменная), микролегирование. Радикальным образом на эффективность производства может повлиять прогресс в самой металлургии (например, процессы прокатки тонколистового проката на минизаводах) или внедрение достижений НТР в сопряженных отраслях (энергетике, машиностроении). В результате могут возрасти конкурентные преимущества отдельных технологий, что вызовет структурные изменения в отрасли.

Черная металлургия — производство в целом «экологически грязное», имеющее много вредных твердых и газообразных отходов, в том числе и на сопутствующих производствах — коксохимическом, химическом, при производстве стройматериалов и т. д. В последние десятилетия в экономически развитых странах требования к экологической безопасности металлургического производства постоянно повышаются. Отмеченный факт явился одной из причин сдвигов в размещении заводов с доменными цехами в развивающиеся страны.

Выделим основные тенденции развития черной металлургии мира.

1. Перемещение производства ближе к морскому побережью (в приморские центры). Туда перемещалось производство из старопромышленных металлургических районов экономически развитых стран. В приморских районах и центрах обеспечивается удобство подвоза дальнепривозного импортного сырья и топлива, а также вывоза продукции дешевым морским путем. Приморское положение облегчает также решение проблем водоснабжения производственного цикла и сброса загрязненных сточных вод на крупных металлургических предприятиях.

Так, для США характерно наличие группы крупных металлургических комбинатов в портовых центрах на Великих озерах (Гэри, Кливленд, Детройт, Милуоки) и в приморских центрах Атлантического побережья (Балтимор, Филадельфия, Моррисвилл), а также на побережье Мексиканского залива (заводы вблизи Хьюстона и Далласа). В Европе примером могут служить крупные металлургические комбинаты полного цикла в Генуе, Неаполе и Таранто в Италии, в Дюнкерке и близ Марселя во Франции, в германских портах Бремен и Гамбург, а также в Дуйсбурге на Рейне (Германия). В Нидерландах на морском побережье работает крупный завод в г. Эймейден и т. д. Иными словами, в экономически развитых странах, имеющих значительны потребности в металле, подобного рода территориальное размещение металлургических комбинатов создает благоприятные условия для их функционирования. Благодаря развитию производственных мощностей в портах в последние десятилетия быстро развивалась черная металлургия Японии, Республики Корея. Крупнейшими металлургическими центрами в Японии являются многие портовые города: Йокогама, Токио, Осака, Кобе, Кавасаки, здесь же на острове Хонсю находится и крупнейший в Японии металлургический комбинат «Фукуяма».

2. Сдвиг металлургического производства в развивающиеся страны. Очень важной тенденцией развития всей черной металлургии мира стал сдвиг металлургического производства в развивающиеся страны. Это явление было непосредственно связано с глубокими изменениями, происходящими в международном промышленном разделении труда. Имеется в виду перемеще;

ние производства черных металлов ближе к основным районам добычи высококачественной руды (которая имеется во многих развивающихся странах), а также это связано с растущим рынком сбыта продукции в самих развивающихся государствах. К тому же «перенос» металлургических производств в развивающиеся регионы мира обусловлен желанием обойтись без сооружения дорогостоящих очистных сооружений. Оно дополняется возможностями использовать местные ресурсы сырья и дешевой рабочей силы.

В результате крупными производителями чугуна и стали ныне являются Китай, Республика Корея, Индия, Бразилия, Мексика, Аргентина, Турции и др. Некоторые из них уже обогнали по объему выплавки стали Италию, Великобританию, Францию и др. Согласно прогнозам, в ближайшие годы сталеплавильные комплексы Ближнего и Среднего Востока, а также других государств Азии и Африки будут продолжать расширять мощности по выплавке металла. В черной металлургии стран Латинской Америки и Африки также прогнозируются высокие темпы роста производства.

• 3. Сдвиги вследствие использования новых методов выплавки. На сдвиги в размещении черной металлургии во второй половине XX в. более заметное воздействие оказало развитие электрометаллургии, а также развитие метода прямого восстановления железа («бездоменное» производство — основная альтернатива металлургии полного цикла). Эффективность технологий прямого восстановления железа выше, чем на большинстве предприятий с доменно-сталеплавильным переделом. Усовершенствование метода предоставило возможность использовать в сталеплавильном производстве наряду с ломом (или вместо него) продукт прямого восстановления — губчатое железо. Однако недостатками данной технологии являются повышенная энергоемкость и высокая требовательность к качеству используемого сырья. Такого рода предприятия строятся в странах, богатых энергоресурсами или ресурсами высококачественных руд. Ныне более половины действующих и строящихся установок прямого восстановления железа находится в развивающихся странах.
• 4. Сдвиг в сторону создания «мини-» и «миди-заводов». Во многих странах мира возникли не только специализированные металлургические районы и центры электрометаллургического производства, которые приближены к местам производства «дешевой энергии», но также возникла сеть «мини-» и «миди-заводов» (заводов малой и средней мощности) в районах, лишенных прежде собственной сырьевой и металлургической базы. Однако, в отличие от крупных комбинатов, «мини-заводы» производят узкий ассортимент продукции (большей частью это стержневая арматурная сталь и катанка). Эти заводы не формируют, а дополняют уже имеющуюся хозяйственную структуру стран, имеют широкий круг заказчиков.

В последние годы такого рода предприятия возникли в странах Ближнего и Среднего Востока (Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Ирак, ОАЭ и др.), в Латинской Америке (Венесуэла, Мексика). Строятся такие заводы в странах Юго-Восточной Азии (Индонезия, Малайзия) в Северной Африке (Тунис, Египет).

Следует отметить, что в развивающихся странах существуют два вида металлургических комплексов. Одни из них обслуживают преимущественно внутренний рынок и размещаются вблизи местных рынков потребления металлов. Они приурочены к рудным и угольным месторождениям местного масштаба (сырьевая ориентация производства). Другие ориентированы на экспорт своей продукции в развитые страны. Такие металлургические комплексы строятся либо вблизи очень крупных месторождений высококачественного сырья, либо приурочены к портам вывоза этого сырья. Это, например, район Гуаяны в Венесуэле на рудном месторождении Серро-Боливар или строящийся металлургический комплекс Большой Каражас на северо-востоке Бразилии в штате Пара, главная специализация которого в настоящее время — экспорт высококачественной железной руды. Однако и металлургические заводы строятся тут же в трех центрах: Мабара (производство чугуна на древесном угле), Тукуруи (электрометаллургия) и Сан-Луис (производство проката).

5. Тенденция тяготения черной металлургии к районам и центрам потребления металла. Она отмечается в экономически развитых странах и характеризуется формированием нового типа металлургических районов, образующихся в зонах развитого машиностроения. Важная черта таких районов — активное использование металлолома и большой удельный вес предприятий неполного производственного цикла (преобладание сталеплавильного и прокатного производства).

Металлургия на базе вторичного сырья имеет на мировом рынке дополняющую роль. Но, несомненно, она обладает значительными преимуществами по сравнению с металлургией полного цикла (отсутствие затрат на добычу и подготовку к использованию природного сырья). Заводы вторичной металлургии выполняют также важные экологические функции, утилизируя металлолом и отходы. В мире продолжается ускоренное развитие металлургии на основе вторичных ресурсов, особенно амортизационного лома. Объем заготовки металлического лома значительно вырос, и его доля в структуре потребляемого металлургией сырья увеличилась — с 15% в 1970;х гг. до 30%.

• 6. Рост спроса на специальные марки стали. Научно технический прогресс и развитие привели к быстрому росту спроса на специальные марки стали (нержавеющие, жаропрочные, кислотоупорные). Но это производство почти полностью сосредоточено в экономически развитых странах — основных потребителях такого рода продукции. То же характерно для размещения производства специальных сортов проката (например, многослойного) и других производств, требующих сложного оборудования, высококвалифицированной рабочей силы и рынков сбыта на соответствующую продукцию. Важной тенденцией в развитии территориальной организации черной металлургии является установление более тесных производственно организационных связей металлургических предприятий с их клиентами, координация в планировании производства и сбыта, предусматривающая поставку не просто материалов, а продукцию на основе индивидуального заказа.
• 7. Влияние глобализация и транснационализация мирового хозяйства. В значительной степени на размещение предприятий черной металлургии мира и систему их производственных связей оказывают влияние глобализация и транснационализация мирового хозяйства, а также интеграционные процессы. На предприятиях крупнейших стальных монополий производится объем металла, соответствующий и даже превосходящий объем выплавки стали во многих крупных национальных хозяйствах, например, таких стран, как Франция, Италия, Великобритания, Испания, Бельгия и др. ТНК в своей политике исходят из возможностей оптимизации территориальной организации своих производств и размещают их, но всему миру.

В настоящее время крупнейшими продуцентами стали в мире являются следующие транснациональные корпорации: Аркелор Миттал (ArcelorMittal, объем выплавки в 2013 г. — около 100 млн т); Бао Стил {Ваоsteel) — Китай, ПОСКО (POSCO — Республика Корея), Ниппон Стил {Nippon Steel Cotp.) — Япония и др.

Только на долю 20 крупнейших корпораций, по данным Международного института чугуна и стали, в 2013 г. приходилось почти 40% мировой выплавки стали. Стратегия развития крупных корпораций позволила им выйти за пределы емкости традиционных рынков.

8. Влияние интеграционных процессов. Расширение ЕС, создание НАФТА в Северной Америке и многих других региональных экономических союзов в других регионах мира также способствуют политике оптимизации размещения предприятий отрасли.

Фирмы учитывают объем и структуру рынков сбыта продукции. Например, от степени ориентации на внешние рынки зависит степень тяготения заводов к глубоководным портам, а ориентация на выпуск продукции, предназначенной для переработки внутри страны (или в рамках, например, ЕС), усиливает тяготение заводов к центрам машиностроения и металлообработки.

Создание укрупненных межгосударственных монополистических групп в металлургии дает возможность по-новому строить систему кооперирования и специализации на всех стадиях производственного цикла. Первичные массовые производства, использующие большое количество дальнепривозного сырья, концентрируются в наиболее удобных для этого пунктах.

Таким образом, в мировой металлургии в настоящее время происходят сложные процессы. Под влиянием особенностей развития отрасли в разных странах мира производство и мировой рынок черных металлов претерпевают существенные изменения.

Международная торговля черными металлами. За последнее десятилетие серьезно изменилась не только географическая картина производства черных металлов, но и география потребления продукции отрасли. Так, согласно данным Международного института чугуна и стали (IISI), в 1992 г. на долю 12 стран ЕС приходилось 19% мирового потребления стальной продукции (в стальном эквиваленте), на долю бывших республик СССР — около 13%, на долю трех стран экономического блока НАФТА (США, Канада, Мексика) — почти 17%. При этом удельный вес Японии превышал 13% мирового потребления, а на Китай приходилось около 12% всей потребляемой в мире стали. Однако уже в 2002 г. Китай считался лидером в мировом потреблении продукции отрасли (более 20%). При этом сократилась доля стран ЕС, стран НАФТА, Японии. Особенно же снизилось в то время потребление черных металлов в республиках бывшего СССР (до 4% мирового). Ситуация продолжает изменяться. В 2010 г. доля Китая выросла почти до 45%, ЕС — 11%, стран НАФТА — 8,6, Японии — 5, стран СНГ — 3,8%.

Необходимо отметить, что в мировом хозяйстве многие крупнейшие экспортеры продукции отрасли (чугуна, стали и проката) являются одновременно и крупнейшими импортерами, что свидетельствует о внутриотраслевом международном разделении труда. Так, к крупнейшим в мире экспортерам стали в настоящее время относятся Япония, Россия, Украина, Китай, ФРГ, Германия, Республика Корея, Турция, Бельгия-Люксембург, Италия. А крупнейшие на мировом рынке импортеры — Китай, Республика Корея, Германия, США, Италия, Франция и др. Иными словами, следует различать страны нетто-экспортеры (где экспорт превы шает импорт) и нетто-импортеры (где импорт превышает экспорт). В качестве нетто-экспортеров на мировом рынке выступают в первую очередь Япония, Россия (экспорт превышает импорт примерно на 20 млн т) Украина, Турция, Бразилия. А нетто-импортерами ныне являются Вьетнам, Иран, Таиланд, США, ОАЭ, Алжир и др.

Международная торговля продукцией отрасли растет. Если в 1976 г. на мировой рынок поступало 126 млн т стали (или 24% мирового производства металла), в 2002 г. экспортировалось около 300 млн, в 2007 г. — свыше 400 млн (около 35% мировой выплавки), в 2013 г. — свыше 400 млн т (27% мировой выплавки).

Как отмечено выше, в настоящее время черная металлургия испытывает нарастающую конкуренцию со стороны химической промышленности, а также со стороны цветной металлургии, поставляющей все большее количество конструкционных материалов на основе сплавов легких металлов. Однако сталь по-прежнему сохраняет свои позиции основного конструкционного материала, и объемы производства черных металлов растут.

Контрольные вопросы

• 1. Какие страны мира обладают наиболее крупными запасами железных, марганцевых руд, коксующихся углей (по отдельности и в комплексе)?
• 2. Вспомните значение понятий «материалоемкие», «трудоемкие», «энергоемкие» и «наукоемкие» отрасли. К какому типу отраслей можно отнести предприятия черной металлургии? Назовите основные факторы, влияющие на размещение предприятий черной металлургии в настоящее время.
• 3. Соответствует ли размещение предприятий металлургической промышленности размещению железорудных месторождений? Приведите примеры.
• 4. Назовите основные направления мировых грузопотоков сырья для черной металлургии.
• 5. Назовите мировых лидеров в выплавке черных металлов, крупнейших экспортеров и импортеров продукции отрасли.
• 6. Какие основные тенденции в развитии черной металлургии вы могли бы выделить?