Производство металлов
Производство чугуна и стали
Черная металлургия является базовой отраслью промышленности, которая определяет жизнеспособность экономики. Кроме того, это одно из ключевых направлений развития экономики страны. Практически нет такого предприятия, которое в той или иной мере не использовало бы продукцию черной металлургии, ведь черные металлы – это основной конструкционный материал для изготовления средств и инструментов производства, от количества и качества которого в значительной степени зависят уровень развития производительных сил страны, темпы и масштабы технического прогресса.
Эволюция технологий
Исторически развитие металлургии тесно связано с механическим прогрессом в целом. История массового производства стали начинается в XIX в. Именно во второй половине XIX в. были созданы процессы и агрегаты для производства стали, которые легли в основу сталеплавильного производства и используются по сей день.
Развитие отрасли — основные события
  1. Первые упоминания железа в истории

    Первые письменные упоминания о железе, относящиеся к весьма отдаленным временам, встречаются в Библии, в поэмах Гомера. В Ветхом Завете (Бытие) упоминается потомок Каина Тувалкаин, «который был ковчегом всех орудий из меди и железа».

  2. Заголовок

    В Библии, во 2-й Книге Царств, при описании походов царя Давида упоминаются железные топоры, железные молотилки

  3. Железный век в мифах

    В поэме «Дела и дни» одного из великих поэтов Древней Греции Гесиода есть миф о пяти веках, следовавших один за другим, согласно которому после золотого, серебряного, медного и бронзового веков наступает железный век, и общую участь составляют печаль и забота, так как боги посылают людям вместе с металлами все новые бедствия.

  4. Ранние центры железных технологий

    Железная революция» стала переломным этапом в истории технологий. Её первые очаги сложились почти одновременно в разных регионах мира. Так, уже в I веке до н. э. мощный импульс развитию дала Ассирия. В тот же период мастера гальштатской культуры в Европе освоили ковку прочных железных мечей. Следы независимого развития видны и в Древней Индии, где в захоронениях найдено железное оружие середины I века до н. э. Это доказывает, что переход к железному веку стал результатом параллельных открытий в нескольких центрах древней цивилизации.

  5. Кутубская колонна

    Известны уникальные изделия металлургов Древней Индии. В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна массой 6 т, высотой 7,5 м и диаметром 0,4 м. Она сооружена из отдельных криц, сваренных в кузнечном горне. Большее удивление, чем размеры колонны, вызывает тот факт, что на ней нет ржавчины.

  6. Храм Артемиды

    Греческие мастера уже в древние времена использовали железо. В построенном зодчим Гермогеном храме Артемиды барабаны мраморных колонн храма скреплены мощными железными дюбелями длиной 130 мм, шириной 90 мм и толщиной 15 мм.

  7. Развитие металлургии в период становления Русского государства

    Братья Тиссье первыми опубликовали книгу «Исследования алюминия», опередив аналогичную работу Сент-Клер Девиля, что стало для него неожиданностью. Ему в спешном порядке пришлось завершить свой труд, который он назвал «Алюминий».
    Увеличение производства железа способствовало массовому распространению железных изделий. Наряду с действующими во многих местах государства крестьянскими домницами образовались своего рода центры кустарного производства железа – Устюжна Железнопольская в Новгородской губернии, Дедилово в Тульской губернии и др. Из писцовых книг Вотской пятины 1500–1505 гг. известно, что только в двух уездах близ Финского залива насчитывалось более 200 крестьянских домниц с одним-двумя горнами, в которых сыродутное железо выплавляли не только для местного употребления, но и на продажу.
    Кустарные крестьянские домницы существовали в России долгое время: еще в конце XVIII в. работало не менее 300 таких домниц. В то же время для производства ряда изделий (прежде всего оружия) металл импортировался из зарубежья, в основном из Англии и Швеции («свийское», или «свейское», оружие).

  8. Иностранные специалисты как ответ на военно-технологический кризис Московской Руси

    Сложная ситуация, в которой оказалась Московская Русь после поражения Ивана IV Грозного в Ливонской войне (потеря Смоленска и Прибалтийских земель), события Смутного времени конца XVI – начала XVII в. вынуждали срочно искать способы, обеспечивающие армию современным оружием вне зависимости от закупок за рубежом.
    Эти обстоятельства явились причиной, по которой царь Борис Годунов, а затем и первые цари из династии Романовых (Михаил и Алексей) приглашают специалистов из стран Западной Европы. В XVI–XVII вв. технология производства черных металлов в Западной Европе находилась на более высоком уровне, чем на Руси (широкое применение водяных приводов, организация интенсивной подачи дутья и т. п.), а, следовательно, эти страны имели достаточно специалистов, мастеров высокого уровня. По сложившейся традиции хороших мастеров приглашали на службу правители разных стран. Так, к концу XVII в. число приглашенных иностранных специалистов в России составляло несколько сотен человек. Они трудились в разных сферах.

  9. Создание первого металлургического комплекса А. Виниуса как результат государственной политики технологического развития

    На основании царской грамоты, полученной в 1632 году, голландский предприниматель А. Виниус основал первый в России крупный частный металлургический комплекс. Начав с четырёх заводов под Тулой, он продолжил расширение, построив к 1670 году предприятия в Тульском районе, Рязанской губернии (Истьинский завод) и в Олонецком крае. Важным условием деятельности Виниуса и других иностранных специалистов была целенаправленная государственная политика по передаче знаний, обязывавшая их обучать русских мастеров передовым европейским технологиям «без утайки». В результате Россия не только получила развитую производственную базу, но и смогла наладить массовый выпуск качественного и дешёвого металла, что подорвало шведскую монополию и заложило основу для будущего промышленного роста. Высокие заслуги Виниуса были отмечены пожалованием ему русского дворянства.

  10. Становление и мощь русской металлургии в конце XVII века

    К последней четверти XVII века русская металлургия вышла на значительный уровень. По данным на 1674 год, общий объём производства достигал 2400 тонн железа в год. Опись 1690 года зафиксировала в одном только Тульско-Каширском районе семь заводов, причём производительность местных доменных печей в два раза превосходила лучшие английские аналоги того времени.

  11. Освоение Урала: создание государственной металлургической базы при Петре I

    По указам Петра I на Урале были заложены первые казённые заводы, положившие начало систематическому освоению богатейшего железорудного района. Ключевыми точками стали пуск Невьянского (1701 г.) и Каменского (1701 г.) заводов, а затем Алапаевского завода (1703 г.). Это стало отправной точкой для создания новой мощной металлургической базы России.

  12. Расширение уральской промышленности: частно-государственное партнёрство с Демидовыми

    Для быстрого развития Урала Петр I привлек талантливого предпринимателя Никиту Демидова. Получив в 1702 году Невьянский завод, Демидов привел его в образцовый порядок и развернул активное строительство новых предприятий (Шуралинский, 1716 г.; Верхнетагильский, Быньговский, 1718 г.; Нижнетагильский, 1725 г. и др.). Благодаря этим усилиям к 1734 году на Урале действовало уже 30 заводов, что сформировало мощнейший промышленный регион.

  13. Мировое лидерство и экспортная мощь уральской металлургии в XVIII веке

    На протяжении всего XVIII века производство металла на Урале неуклонно росло. Благодаря богатым ресурсам (руда, лес) и дешёвому труду Россия смогла стать крупнейшим в мире производителем и экспортёром черных металлов. Пик экспорта пришёлся на 1798 год, когда за рубеж было вывезено 47 тысяч тонн металла.

  14. Техническая революция и рост производства после отмены крепостного права

    С отменой крепостного права в 1861 году началось масштабное техническое перевооружение металлургии. Водяные колеса заменялись паровыми машинами и электромоторами, внедрялись горячее дутье в домнах и новые способы выплавки стали — бессемеровский и мартеновский. Это привело к резкому росту производительности: среднегодовой прирост выплавки стали с 1870 г. по 1900 г. составлял 31%.

  15. Становление южной металлургической базы и российские технологические инновации

    Вторая половина XIX века ознаменовалась созданием и бурным ростом металлургии Юга России. После основания первых ключевых заводов (Сулинский, 1870 г.; Юзовский, 1871 г.) и открытия Криворожского бассейна начался настоящий промышленный бум (Александровский завод, 1887; Днепровский, 1889 г.; Макеевский, 1897 г. и др.). Именно на новых предприятиях Юга и Урала были разработаны передовые отечественные технологии: «русское бессемерование» (1876 г., Нижнесалдинский завод) и «рудный процесс» братьев Горяиновых (1894 г., Александровский завод), что позволило повысить эффективность производства и адаптировать его к местным условиям.

  16. Структура российской металлургии на пике её развития и последствия кризисов

    Накануне Первой мировой войны (1914 г.) металлургическая промышленность России, достигшая годового производства в 4,25 млн т стали (5-е место в мире), имела четкую структуру: передовые заводы Юга, традиционные уральские предприятия и передельные заводы в крупных промышленных центрах. Последовавшие за этим Первая мировая и Гражданская войны привели отрасль к глубокой разрухе: к началу 1920-х годов выплавка стали упала до менее 200 тыс. т в год.

  17. Восстановление, модернизация и героическая работа металлургии в годы первых пятилеток и Великой Отечественной войны

    В годы довоенных пятилеток была проведена коренная реконструкция старых и строительство новых заводов, что позволило более чем вчетверо превысить дореволюционный уровень производства стали. В годы Великой Отечественной войны, несмотря на оккупацию южных районов, отрасль не только выстояла, но и развивалась за счет эвакуации и масштабного строительства на Урале и в Сибири (Челябинский металлургический комбинат, введен в 1943 г.). Были освоены уникальные технологии (выплавка броневой стали в мартенах, удвоение мощности печей), и с весны 1942 г. производство стали неуклонно росло, достигнув к 1945 г. 12 млн т. Параллельно велось восстановление заводов на освобожденных территориях.

  18. Мощный послевоенный рост и достижение мирового лидерства советской металлургией

    В первые послевоенные годы была проведена огромная работа по восстановлению разрушенных заводов, и уже в 1948 г. производство стали (18,6 млн т) превысило довоенный уровень. Далее отрасль демонстрировала стремительный рост: 1955 г. – 45 млн т, 1966 г. – преодолен рубеж в 100 млн т. За десятилетие (1957-1967) производство стали было удвоено, и в 1971 г. СССР вышел на первое место в мире по выплавке стали. Пик производства был достигнут в 1986 г. – свыше 160 млн т.

  19. Распад единого производственного комплекса и новые вызовы для металлургии России

    К 1990 г. производство стали в СССР составляло 154,4 млн т, из которых 89,6 млн т производились на территории РСФСР. После распада СССР в 1991 г. единый металлургический комплекс был разорван, что нарушило сырьевое обеспечение России (потеря месторождений марганца, хрома, производственных мощностей по титану на территориях Украины, Грузии, Казахстана). Перед отраслью встали новые сложные задачи по адаптации и решению возникших проблем в новых экономических условиях.

  20. Россия – глобальный лидер чёрной металлургии.

    Россия занимает 4-е место в мире по производству стали (уступая Китаю, Японии, Индии), 2-е место – по производству стальных труб (уступая Китаю), 3-е место – по экспорту металлопродукции (уступая Китаю и Японии), 5-е место – по производству товарной железной руды (после Китая, Австралии, Бразилии и Индии).

Описание технологии
В мире, который все больше склоняется к устойчивому развитию и экологически чистым производственным процессам, сталь имеет уникальное преимущество. Сталь не только является одним из важнейших факторов экономического и инфраструктурного роста, но также является одним из наиболее пригодных для вторичной переработки материалов в мире. Бесконечный жизненный цикл стали свидетельствует о полном объеме этого свойства.





Производство чугуна и стали
Металлургическая промышленность (производство чугуна, стали и ферросплавов) включает следующие мощности:
— агломерационные производства (для окускования мелкодисперсного железорудного сырья);
— производство металлургического кокса;
— цехи по выплавке чугуна;
— производства по выплавке стали (мартеновским, конвертерным или электросталеплавильным способом);
— вспомогательные цехи и производства (по производству ферросплавов, переработке шлаков, производству электрической энергии, обработке сточных вод и др.).Основные металлургические процессы и их взаимосвязи показаны на схеме ниже.
I стадия: получение чугуна из руд
II стадия: передел чугуна в сталь

Сравнение технологий производства чугуна и стали

Расход ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ являются основными показателями по ресурсо- и энергосбережению при производстве чугуна и стали.

Технологические показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, соответствующие НДТ
Очистить все поля
Технологические показатели для сбросов сточных вод металлургических предприятий в водные объекты, соответствующие НДТ
Очистить все поля
Экономика
В металлургический комплекс входят черная и цветная металлургия. Металл, несмотря на снижение металлоемкости продукции во всем развитом мире, остается основным конструкционным материалом. Металлургия России, обеспечивая производство и научно-техническое развитие практически всех отраслей промышленности, базируется на отечественных сырьевых ресурсах и ориентируется как на зарубежного, так и на российского потребителя. Из недр России извлекается 10 % каменного угля, 14 % товарной железной руды, 10–15 % цветных и редких металлов от всего объема этих полезных ископаемых, добываемых мировым сообществом. Черная металлургия в первую очередь служит базой для развития машиностроения и металлообработки в России. 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. Крупнейшие потребители продукции черной металлургии – машиностроение и металлообработка, строительная индустрия, железнодорожный транспорт. Самым тесным образом черная металлургия связана с химической и легкой промышленностью. По материалам Росстата в 2020 г. доля черной металлургии составляла: в промышленном производстве — 5,7 %, в валютных поступлениях в экономику России — 5,7 %. Как потребитель продукции и услуг субъектов естественных монополий черная металлургия использует 11,5 % электроэнергии, более 17,3 % природного газа в промышленном производстве России, ее доля в грузовых железнодорожных перевозках составляет 16,7 %. Начиная с 2000 г. тенденции развития отечественной черной металлургии кардинально изменились: объем инвестиций в 2020 г. вырос почти в 13 раз по сравнению с 2000 г., общий объем инвестиций в отрасль за период 2000–2020 гг. составил около 2,96 трлн руб. Вклад черной металлургии в экономику России в 2020 г. показан на рисунке 1.
Рисунок 1. Вклад черной металлургии в экономику России в 2020 г., %
Начиная с 2000 г. тенденции развития отечественной черной металлургии кардинально изменились: объем инвестиций в 2020 г. вырос почти в 13 раз по сравнению с 2000 г., общий объем инвестиций в отрасль за период 2000 – 2020 гг. составил около 2,96 трлн руб. Динамика инвестиций в черную металлургию России представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Динамика инвестиций в черную металлургию России
Благодаря инвестициям, износ основных средств снизился с 53,5 % — в 2000 г. и до 42 % — в настоящее время. Россия занимает 4-е место в мире по производству стали (уступая Китаю, Японии, Индии), 2-е место — по производству стальных труб (уступая Китаю), 3-е место — по экспорту металлопродукции (уступая Китаю и Японии), 5-еместо — по производству товарной железной руды (после Китая, Австралии, Бразилии и Индии). Номенклатура продукции черной металлургии России включает около 4 тыс. горячекатаных сортовых профилей, 20 тыс. типоразмеров листа, 2 тыс. гнутых и фасонных профилей, 30 тыс. профилеразмеров труб и 50 тыс. типоразмеров метизов. Вся эта продукция состоит более чем из 2500 марок стали и сплавов; производится около 14 млн маркопрофилеразмеров. Динамика производства основных видов продукции черной металлургии в России представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Динамика производства основных видов продукции черной металлургии в России
Чугун выплавляется в доменных печах. Средняя удельная производительность доменных печей за период 2000–2016 гг. увеличилась на 19 % и сохранилась на этом уровне до 2020 г. Сталь производится в конвертерах – 64,4 %; в электропечах – 33,7 %; в мартеновских печах – 1,9 %. Динамика выплавки стали по видам производства в России представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Динамика структуры выплавки стали по видам производства в России
Изменения за период 2000–2020 гг. в сортаменте производимого готового проката в целом по отрасли характеризуются следующими данными, представленными в таблице 1.
Таблица 1. Сортамент производимого готового проката
Вид продукции 2000 2016 2020
Объем производства, млн т Доля в объеме производства, % Объем производства, млн т Доля в объеме производства, % Объем производства, млн т Доля в объеме производства, %
Готовый прокат: 46,7 100 60,3 100 61,8 100
— заготовки для переката на экспорт 11,8 25,3 14,1 24,0 13,0 21,0
— сортовой прокат 14,6 31,2 18,5 31 21,2 34,3
— листовой прокат, в том числе: 20,3 43,5 27,5 45 27,6 44,7
— холоднокатаный листовой прокат 6,4 31,6 8,1 29,1 7,9 28,6
— холоднокатаный листовой прокат с покрытиями 1,4 21,9 5,5 67,5 5,7 72,2
Увеличились объемы производства листового проката и холоднокатаного листа, в 4 раза выросла доля листового проката с покрытиями. Это явилось следствием реализации инвестиционных проектов на ПАО «ММК», ПАО «Северсталь» и ПАО «НЛМК». Динамика укрупненной структуры производства готового проката за период 2007–2020 гг. показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Динамика укрепленной структуры производства готового проката
Производство, экспорт, импорт и потребление готового проката в РФ иллюстрируется динамикой производства проката и объемами его потребления, представленной в таблице 2.
Таблица 2. Производство, внешняя торговля и потребление готового проката в РФ
Показатели 2000 2007 2010 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Производство, млн т 46,7 59,6 55,0 61,2 60,4 60,5 60,5 61,6 61,5 61,8
Экспорт, млн т 27,0 28,0 29,3 25,4 27,5 28,9 27,9 29,7 26,4 26,7
Импорт, млн т 1,8 6,4 5,2 5,3 3,9 3,8 5,4 5,5 5,5 5,3
Видимое потребление, млн т 21,5 38,0 30,9 41,1 36,8 35,4 38,0 37,3 40,6 40,4
Доля экспорта в производстве, % 57,8 47,0 53,3 41,5 45,5 47,8 46,1 48,3 42,9 43,2
Доля импорта в производстве, % 8,4 16,7 16,8 12,9 10,6 10,7 14,2 14,6 13,6 13,1