Сырье для выплавки черных металлов

Обновлено: 05.07.2024

Для производства металлов необходимы следующие материалы: руда, топливо, флюсы, огнеупорные материалы.

Для производства металлов необходимы следующие материалы:

руда;
топливо;
флюсы;
огнеупорные материалы.

Руда представляет собой полезное ископаемое, добываемое из недр земли. Это горная порода, из которой при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы. Например, в настоящее время целесообразно перерабатывать руды, если содержание металла в них составляет:

железа – 20 – 60%;
меди – 1 – 3%;
никеля – 0,3 – 1,0%;
молибдена – 0,005 – 0,02%.

По мере развития техники указанные пределы постепенно снижаются и переработке подвергаются руды с меньшим содержанием полезного компонента.

Руда состоит из минералов, содержащих полезный металл и так называемую пустую породу. Пустая порода может быть:

кремнистой, представленной кварцем – SiO2;
глиноземистой, содержащей значительное количество глинозема – Al2O3;
магнезиальной, содержащей в своем составе соединения магния.

В зависимости от содержания добываемого металла руды бывают богатые и бедные. Бедные руды обогащают, то есть удаляют из руды часть пустой породы, в результате получают концентрат с повышенным содержанием добываемого металла.

Руды обычно называются по одному или нескольким металлам, содержащимся в них. Например, железные, марганцевые, медные, хромоникелевые, железо-ванадиевые и др.

Запасы руд делят в зависимости от степени изученности на несколько категорий, обозначаемых буквами латинского алфавита А, В, С.

К категории А (промышленные запасы) относятся месторождения, по которым проведено разведочное бурение по частой сетке скважин и форма рудного тела выявлена с достаточной точностью. Утверждение месторождения по категории А является основанием для начала строительства металлургического завода.

К категории В (вероятные запасы) относятся месторождения, обуренные по редкой сетке скважин, что делает затруднительным определение точной формы рудного тела. Если месторождение отнесено к категории В, то это может служить основанием для проектирования, но не для строительства металлургического завода.

К категории С (ориентировочные запасы) относят месторождения, форма рудного тела в которых известна лишь в самых общих чертах, по естественным обнажениям или геофизическим данным. Запасы руды по категории С могут использоваться только при перспективном планировании развития металлургии.

Сумма запасов (А + В + С) называется общими балансовыми запасами руд.

Топливо

Топливо в металлургической промышленности используется в виде кокса, природного газа, мазута. Оно служит не только как горючее для нагрева и расплавления материала, но и как реагент в химических реакциях металлургических процессов.

Флюсы

Флюсы представляют собой материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды и золой топлива. Такое соединение называют шлаком. Он имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому располагается над металлом, защищая металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды SiО2, Р2О5 и основным, если в его составе больше основных оксидов – СаО, MgО.

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего слоя (футеровки) металлургических печей. Они должны:

выдерживать нагрузки при высоких температурах;
противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов.

Огнеупорность материала определяется температурой его размягчения.

По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на:

кислые;
основные;
нейтральные.

Кислые

Кислые – это материалы, содержащие значительное количество кремнезема SiO2. Например, кварцевый песок (95% SiО2), динасовый кирпич.

Основные

Основные – это материалы, содержащие основные оксиды (СаО, MgО). Например, магнезитовые кирпич, порошок.

Нейтральные

Нейтральные – это материалы, содержащие большое количество Al2O3 и Cr2O3. Например, хромомагнезитовые, шамотные кирпичи.

При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами и шлаками. Если в печи, имеющей футеровку, выложенную основным огнеупорным материалом, применять кислые флюсы, то в процессе плавки образуются кислые шлаки, которые, взаимодействуя с основной футеровкой, будут разрушать ее. То же произойдет, если в печи, выложенной огнеупорными материалами из кислых оксидов, применить основные флюсы. Поэтому в печах с кислой футеровкой используют кислые шлаки, а в печах с основой – основные.

Высокой огнеупорностью обладают углеродистые материалы, содержащие до 92% углерода в виде графита. Материалы применяются в виде кирпичей, блоков для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для наплавки медных сплавов.

Черная металлургия: cырье для производства черных металлов и сплавов

Черная металлургия

Черная металлургия представляет собой одну из наиболее развитых и важных отраслей промышленного производства, успешное развитие которой определяет индустриальный потенциал и возможности любого государства. Во многом она является комплексной, поскольку включает в себя различные подотрасли, заключающиеся в осуществлении технологических процессов по добыче, обогащению исходного сырья, а также выплавке соответствующей продукции (металлов) и производству металлопроката. Основным сырьем выступает железная руда, из которой изготавливаются чугун и сталь. Этим данная отрасль отличается от цветной металлургии, сырьевой основой которой являются цветные металлы (алюминий, титан, медь, свинец, никель и так далее).

Продукция предприятий черной металлургии используется, по большей части, в машиностроении и строительстве. В этой связи данная отрасль является системообразующей, а от степени ее развития во многом зависит и состояние промышленного производства в целом.

Традиционно оценку состояния черной металлургии ведут по такому показателю, как суммарная выплавка стали. По итогам 2018 года ее мировое производство составило более 1,8 млрд тонн. Следует отметить, что данный показатель в последний период довольно стабилен, что свидетельствует о достаточной развитости отрасли.

Мировым лидером по производству стали выступает Китай. На долю этой азиатской страны приходится порядка половины всего мирового объема выплавки – около 928 млн тонн. С заметным отрывом от Китая следует Индия. Здесь было произведено около 106 млн тонн стали. На третьем месте – Япония, которая немного уступает Индии (произведено порядка 104 млн тонн).

Кроме этого, в число лидеров по развитию черной металлургии входят следующие государства:

США (86 млн тонн);
Россия (71 млн тонн);
Германия (42 млн тонн);
Бразилия (34 млн тонн).

На долю вышеуказанных стран приходится более 2/3 промышленного производства стали в мире.

Сырье, используемое в черной металлургии

Основным ресурсом, используемым для получения продукции, является железная руда. В России ее запасы довольно велики и практически полностью обеспечивают внутренние потребности. Отдельно следует выделить несколько районов добычи руды.

Так, разработка данного полезного ископаемого в промышленных масштабах началась на Урале. До сих пор здесь действуют крупные металлургические комбинаты, которые были созданы одними из первых в стране. Также большие запасы железных руд находятся в Сибири (речь идет о месторождениях Кузбасса).

В европейской части России находится так называемая Курская магнитная аномалия. По отдельным данным, это самое крупное месторождение железных руд на планете. Однако разработка началась только в 30-х годах прошлого века и прерывалась в связи с войной. Находится месторождение на территории Курской и Белгородской областей.

Кроме железной руды для металлургической отрасли необходим коксующийся уголь. Он используется как высококачественное топливо для выплавки чугуна и разрыхления железной руды.

Основные залежи коксующегося угля в России сосредоточены в Кузнецком и Печорском бассейнах.

Особенности производства

Металлургическое производство предполагает цикл технологических процессов, которые могут осуществляться как целиком на одном предприятии, так и на разных. Этапы:

выплавка чугуна;
производство стали;
прокатное производство.

Таким образом, на предприятиях полного цикла осуществляются все вышеперечисленные этапы. Если же завод изготавливает только прокат, то такие производства называют предельными.

На данный момент в мире отдается предпочтение развитию малой металлургии, где производство стали и проката идет на машиностроительных заводах, а это значительно снижает затраты на конечную продукцию. Однако крупные комбинаты полного цикла остаются действующими.

Общий обзор состояния черной металлургии в России

Российская Федерация является одним из крупнейших мировых производителей чугуна, стали и металлопроката. Во многом это обусловлено тем, что в стране имеются богатые залежи железных руд и коксующегося угля, используемого в качестве топливного ресурса. Металлургическая промышленность в России является системообразующей и высокоэффективной отраслью.

История развития металлургической промышленности

Человечество научилось обрабатывать железную руду еще на заре своей истории. Археологи даже выделяют такую историческую эпоху, как «железный век», под которой понимается временной период, когда основными орудиями производства являлись изделия из железа.

В России до времен Петра I металлургия носила кустарный и локальный характер. И только после соответствующих реформ в стране началась промышленная переработка металлов. Выплавка чугуна началась на Урале, где знаменитые промышленники Демидовы основали ряд железоделательных заводов.

После революции, особенно во времена сталинской индустриализации, начали разрабатываться месторождения железных руд на Украине и в районе Курской магнитной аномалии. Во время Великой Отечественной войны основные промышленные мощности были развернуты на Урале и в Сибири.

90-е годы XX века сказались крайне негативно на развитии черной металлургии, однако в последнее время наблюдается планомерный рост производства стали и проката, который, впрочем, еще не достиг докризисного уровня.

Проблемы отрасли

Черная металлургия является одной из наиболее устойчивых отраслей промышленности в нашей стране. Основной ее проблемой является общий спад промышленного производства, особенно ярко наблюдающийся в 90-е годы прошлого столетия. Здесь встает вопрос сбыта продукции, который приводит к снижению объемов выплавки.

Кроме этого, на развитие отрасли во многом влияют цены на железную руду, сталь и прокат на международных рынках, которые отличаются значительной волатильностью.

Перспективы развития отрасли

Основными перспективными направлениями развития черной металлургии являются:

развитие бездоменных технологий выплавки;
увеличение доли предельной металлургии за счет использования вторсырья;
широкое использование изделий из сплавов.

Основные игроки в отрасли

Большая часть промышленных мощностей черной металлургии приходится на несколько крупнейших компаний:

ОАО «Холдинговая компания «Металлоинвест»;
АО «Объединенная металлургическая компания»;
ОАО «Трубная металлургическая компания».

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Металлургические заводы.

Кроме этого, в стране действует довольно большое количество предприятий малой металлургии на базе крупнейших машиностроительных заводов.

Cырье для металлургии

С развитием металлургической отрасли, ее продукция постепенно вытеснила древесину в некоторых строительных производствах, сильную конкуренцию цементу составило более прочное соединение — железобетон. Черная металлургия относится к отрасли тяжелой промышленности и тесно взаимодействии с другими отраслями. Например, сырьевая база опирается на горнодобывающую промышленность, поэтому металлургические предприятия находятся вблизи от месторождений. Сейчас происходит укрупнение комбинатов, поэтому многие из них имеет завершенный основой цикл.

Железная руда - это основной вид сырья для выплавки. Наибольшая ее часть (около 85%) добывается в карьерах. В Индии, к примеру, этот процент равен 100%. Марганцовые месторождения также разрабатываются открыто. Хромовая руда добывается только в шахтах. Железная, марганцевая и хромовая руды являются главным сырьем в металлургической промышленности при производстве чугуна, стали и ферросплавов.

Залежи сырья, необходимого для производства металла, располагаются по всему миру. При этом они могут иметь абсолютно разные характеристики и различное содержание полезных компонентов. В связи с чем такое сырье может потребовать дополнительного обогащения и переработки. Взаимоотношения между производителями металлов и поставщиками сырья претерпели большие изменения из-за географического перераспределения собственников самых крупных залежей и рядя других причин. Исторически сложилось, что поставщики железных руд располагаются в развивающихся странах, а производители металла - в развитых.

Продукты черной металлургии принимают участие во внешней торговле, причем экспортируются как конечные продукты, так и само сырье. Их роль в мировом экспорте невелика - 3%, что связано со сравнительно невысокой стоимостью этих продуктов. Почти 70% мирового экспорта приходится на Бразилию и Австралию. При этом Бразилия является даже более конкурентоспособной за счет низких цен на продукцию. На долю России хоть и приходится 17% мировых запасов сырья, однако она значительного участия в экспорте и импорте не принимает, потому что ее производство ориентировано на внутренний спрос.

Новичкам достаточно трудно пробиться на сырьевых рынках, ведь сталелитейные предприятия предпочитают сотрудничать с проверенными поставщиками, которые могут заключать договора на поставку сырья по четкому графику на определенное количество лет.

Металлорудное сырье.

Географическое расположение металлорудного сырья сказывается на его импорте и экспорте. Богатые залежи в Австралии, Китае и Бразилии делают эти страны главными экспортерами сырья. На их долю приходиться практически половина мировых запасов железных руд (около 1 млрд. тонн руды). США, Россия, Канада, Венесуэла, Индия, Украина, Казахстан, Франция и Италия добывают руду в достаточном для внутреннего потребления количестве. Несмотря на собственные месторождения ряд стран осуществляет импорт, например, в Китае достаточно развита металлургическая отрасль, и вместе с этим он импортирует сырье.

Коксующиеся угли.

В производстве чугуна важным компонентом является уголь. Кокс, добываемый из коксующегося угля, используется в виде топлива и восстановителя железной руды. Приблизительно равное соотношение руды и кокса (1,5:1,2) требуется для выплавки чугуна. Исходя из этого при расположении сталелитейных предприятий исторически ориентировались на зоны добычи коксующегося угля. Идеальным местом расположения для завода будет в близи залежей железных и марганцевых руд, а также угля. Такие удачные месторождения встречаются достаточно редко, есть они в Австралии, Индии, Китае, Украине и Казахстане. В основном встречаются залежи какого-то одного сырьевого ресурса ,поэтому расположение заводов привязывалось к месторождению железной руды, либо коксующегося угля.

За время развития металлургии накопилось большое количество лома черных металлов, который в свою очередь стал важным видом сырья, т.к. он позволяет миновать стадию производства чугуна, что значительно экономит время и деньги. Поэтому большинство сталелитейных предприятий работают исключительно на переплавке лома. Каждая тонна лома позволяет сэкономить равное количество чугуна, а следственно и нужные для его выплавки железо и кокс. Подобные заводы располагают вблизи от портов, так как транспортировка лома осуществляется в основном по морю.

Можно выделить пять принципов, по которым располагаются предприятия черной металлургии:

Черная металлургия России

Черная металлургия – огромная отрасль, представляющая собой совокупность различных отраслей по добыче сырья, выплавке стали, чугуна и по производству проката. Именно черная металлургия служит основой развития строительства и машиностроения. Марганец, руды легирующих металлов, железные руды, коксующиеся угли являются сырьем для получения черного металла.

Черная металлургия бывает трех типов:

1. Металлургия полного цикла (характеризующаяся наличием буквально всех стадий производства на едином предприятии).

2. Передельная металлургия (вид производства, при котором одна из стадий выделяется в отдельное производство или же связано с переработкой металлолома).

3. Малая металлургия (это металлургические цеха в составе крупных машиностроительных комплексов).

Отметим, что именно от типа металлургии зависит географическое размещение предприятий. Так в центрах крупных машиностроительных баз размещается малая металлургия.

Передельная металлургия, как правило, связана с переработкой металлолома, поэтому предприятия этой металлургии находятся или в районах концентрации черной металлургии или в районах крупных машиностроительных баз, где в процессе производства остается большое количество металлолома.

Ферросплавное производство представляет собой улучшение качества железных изделий с помощью добавок легирующих металлов, чтобы придать этим изделиям необходимые свойства. Производство ферросплавов материалоемкое и энергоемкое, поэтому предприятия оптимально размещать в тех районах, где недорогая энергия сочетается с ресурсами легирующих металлов.

Металлургия полного цикла отличается топливоемкостью и материалоемкостью (на топливо и сырье приходится 90% затрат на производство). Поэтому рационально размещать предприятия полного цикла в районах недорогого топлива или доступного сырья.

Черный коксующийся уголь является топливом для металлургии. Основные топливные базы для черной металлургии располагаются:

В Печорском бассейне (Северный район).
На Кузбассе (Западная Сибирь).
В г.Шахты (Северный Кавказ).
В Южноякутском бассейне (Дальний Восток).
В Карагандинском бассейне (Казахстан).
На Донбассе (Украина).
В Ткварчели и Ткибули (Грузия).

Железные руды являются сырьем для черной металлургии. Главными месторождениями на территории СНГ считаются:

Тагило-Кушвинская группа месторождений Свердловской области, Бакальская группа Челябинской, Орско-Халиловская группа Оренбургской области (Урал).
Абаканское, Тейское, Ирбинское (Восточная Сибирь).
Горная Шория (Западная Сибирь).
Керченское, Приазовское, Криворжовское (Украина).
Дашкесан (Армения).
Соколово-Сарбайское и Лисаковское месторождения (Казахстан).
Гаринское, Алданское (Дальний Восток).
Оленегорское, Ковдорское, Костомукшское (Северный район).

Уральская металлургическая база – эта первая база РФ. На Урале прослеживается два основных принципа размещения металлургических предприятий.

Первый принцип – в районах топлива. Так как на Урале никогда не было угля, в качестве топлива, в основном, использовались лесные ресурсы, а именно древесный уголь. Чусовой, Алапаевск, Невьянск, Нижний Тагил стали первыми центрами металлургии на Урале. В XVIII - XIX вв. были созданы первые металлургические заводы, и до сегодняшнего дня эти центры сохранили металлургическую специализацию.

Второй принцип - размещение предприятий в районах сырья. С разработкой в 30-х гг. XX века горы Магнитной предприятия данной отросли стали активно размещать поблизости от железорудных месторождений. К этому периоду относится строительство Магнитогорского металлургического комбината, крупнейшего в Европе.

Отметим, что именно металлургия Урала выделяется высоким удельным весом в выплавке стали, чугуна и производстве проката. К металлургии полного цикла относятся следующие комбинаты: Челябинский, Магнитогорский, Нижнетагильский, Орско-Халиловский в г. Новотроицке (Оренбургская область). Крупнейшие в России центры ферросплавного расположены на Урале (Челябинск, Серов), а также центры трубопрокатного производств (Челябинск, Первоуральск). Заводы Аши, Златоуста, Сатки (все Челябинская обл.), Алапаевска, Чусового, Ревды, Екатеринбурга (все Свердловская область) относятся к передельной металлургии. Малая металлургия хорошо развита в крупнейших машиностроительных центрах Свердловской, Пермской и Челябинской областей. Металлургическая база Урала имеет и свои проблемы: отсутствие топлива и большое истощение сырьевой базы. В основном руды сюда завозятся с Соколво-Сарбайского месторождения и с КМА, а вот уголь прибывает из Караганды и Кузбасса.

Центральная металлургическая база считается второй по величине металлургической базой России. Она расположена на территории Центрально-Черноземного и Центрального экономических районов. Здесь развитие металлургии обосновано уникальным месторождением железных руд КМА (ориентировочные запасы 16,7 млрд. тонн). Металлургия Центра РФ специализируется на добыче железных руд и их обогащении. К предприятиям полного цикла относятся два крупных комбината: Новооскольский и Липецкий. Следует отметить, что Новооскольский комбинат построен по лицензии Германии, данная технология заключается в прямом восстановлении железа без использования доменного передела. Передельные заводы располагаются в Электростали, Москве, Орле, Туле. Центральная металлургическая база имеет и свои проблемы, основная из которых - отсутствие топлива. Уголь приходится завозить с Кузбасса, Воркуты, Донбасса.

Третьей металлургической базой нашей страны является Западно-сибирская база. Здесь развитию металлургии способствует наличие сырья (железные руды Горной Шории) и топлива (Кузбасс) вблизи Транссибирской железнодорожной магистрали. С другой стороны, удаленность базы от главных потребителей в центрально-европейских районах осложняет ее развитие. Именно поэтому здесь доминируют нижние этажи отрасли, которые предоставлены добычей и вывозом каменного угля. К металлургии полного цикла относится Новокузнецкий металлургический комбинат. Новосибирск является центром передельной металлургии. В Новокузнецке производят ферросплавы.

Череповец является самым большим металлургическим центром в стране. Уникальность комбината полного цикла Череповца заключается в том, что он расположен на пересечении топливной базы (Печерский каменноугольный бассейн) и сырьевой базы (железные руды Кольского полуострова). Главная задача комбината - обеспечить металлом машиностроительные базы Центрального и Северо-Западного экономических районов.

Среди стран СНГ самой крупной металлургической базой является Южная металлургическая база Украины. Основой ее развития служат каменный уголь Донбасс, а также железорудные месторождения Керчи и Кривого Рога. Южная металлургическая база характеризуется высоким уровнем развития верхних этажей отрасли. К металлургии полного цикла относятся комбинаты Днепропетровска, Макеевки, Донецка и Стаханова. А вот для передельной металлургии центрами являются Краматорск, Запорожье и Горловка.

В Казахстане также находится несколько крупных металлургических производств, их развитие обусловлено наличием собственных топливных и сырьевых баз (Карагандинский бассейн, Соколово-Сарбайское, Аятское, Лисаковское месторождения). Металлургическая база Казахстана характеризуется большим удельным весом нижних этажей отрасли, добываемое сырье отправляется преимущественно на Урал. К металлургии полного цикла относится комбинат Темиртау. Крупные центры для ферросплавного производства находятся в Темиртау, Актюбинске, Павлодаре.

Металлургическое производство в Грузии сложилось на основе месторождений каменного угля Ткварчели и Ткибули. На металлические заводы железная руда поступает с Дашкесана. В городе Рустави находится металлургический комбинат полного цикла. В Зестафони сложился крупный центр ферросплавного производства.

Читайте также: