Черная металлургия

     Следует отметить, что, по-видимому, основной интерес  В. Лаунхардта лежал в области  изучения ценовой политики на железных дорогах и связанной с ней  теории размещения хозяйственной деятельности, чему посвящена практически треть трактата «Математическое обоснование…», ставший первым учебником по так называемой «математической экономии». Именно там он показал, как многому он научился у И.Г. фон Тюнена, дополнив его разработанную со стороны предложения теорию размещения сельскохозяйственных предприятий, анализом роли, которую играет пространственное измерение рынка, в процессе размещения промышленных предприятий.

     Рациональный  штандарт промышленного предприятия  В. Лаунхардта. В 1882г. в Германии В. Лаунхардтом был разработан метод нахождения пункта оптимального размещения отдельного промышленного предприятия относительно источников сырья и рынков сбыта продукции. В качестве объекта размещения Лаунхардт выбрал металлургическое предприятие. Решающим фактором размещения производства у В. Лаунхардта, так же как и у Й. Тюнена, являются транспортные издержки. Производственные затраты принимаются равными для всех точек исследуемой территории. Точка оптимального размещения предприятия находится в зависимости от весовых соотношений перевозимых грузов и расстояний. Для решения этой задачи В. Лаунхардт разработал метод весового (или локационного) треугольника. На рис. 1 показан локационный треугольник В. Лаунхардта. (Приложение 2).

     Пусть требуется найти пункт размещения нового металлургического завода. Известны пункт добычи железной руды — точка A пункт добычи угля — точка В  и пункт потребления металла  — точка С. Транспортный тариф  равен t (на 1 т/км). Расходы руды на выплавку 1т металла составляют: а; расход угля — b. Известны также расстояния между пунктами (стороны локационного треугольника): АС = S1; ВС = S2; АВ = S3.

     Возможным пунктом размещения металлургического  завода может быть в принципе каждая из трех точек размещения источников руды, угля и потребителя металла.  В этих случаях суммарные затраты, связанные с перевозкой всех необходимых грузов для потребления 1т металла, будут равны:

     (b S3 + S1) t — при размещении завода  в точке А;

     (a S3 + S2) t — при размещении завода в точке В;

      (a S1 + S2)  t — при размещении завода  в точке С.

     Наилучшим пунктом размещения завода из рассмотренных  трех будет тот, в котором транспортные затраты минимальны. Однако искомый  пункт размещения может не совпадать  ни с одной из вершин локационного треугольника, а находиться внутри него в некоторой точке М.

     Расстояние  от внутренней точки М до вершин треугольника составляют:  AM = r1   ВМ = r2 СМ = r3. Тогда транспортные издержки при размещении металлургического  завода в точке М будут равны  Т = (ar1+ br2 +  + r3) t. Выполнение требования Т → min дает точку оптимального местоположения предприятия.

     Данная  задача имеет геометрическое и механическое решения.

     Геометрический  метод нахождения точки размещения в том, что на каждой из сторон локационного треугольника строится треугольник, подобный весовому (стороны которого относятся как а : b : 1). Затем вокруг построенных таким образом треугольников описываются окружности, точка пересечения которых и является точкой минимума транспортных издержек. Этот метод применим для случая, когда соотношения расстояний S1, S2, S3 соответствуют свойству треугольника (одна сторона  меньше суммы двух других). В противном случае (например когда S1 > S2 + S3) точка минимума транспортных затрат будет совпадать с одной из вершин локационного треугольника.

     Механическое  решение рассматриваемой задачи основывается на аналогии с методом нахождения точки равновесия сил. При этом веса руды, угля, металла выступают в качестве сил, с которыми притягивают производство соответствующие вершины локационного треугольника. Искомая точка является точкой равновесия трех связанных нитей, проходящих через вершины локационного треугольника. При этом к концам нитей подвешены грузы (Qa, Qb, Qc), пропорциональные a, b, 1. Весовой треугольник В. Лаунхардта — одна из первых в экономической науке физических моделей, используемых для решения теоретических и практических задач.

     Изложенный  метод нахождения оптимального размещения предприятия применим и для большего числа точек (видов сырья) при  условии, что они образуют выпуклый многоугольник.

2. Глава II. Анализ развития и размещения черной металлургии

2. 1. Ресурсы и объемы  добычи сырья в  РФ

     Роль вторичных энергетических (ВЭР) и материальных (ВМР) ресурсов в металлургии трудно переоценить. Если энергетические ресурсы формируются непосредственно на металлургических предприятиях, то материальные ресурсы образуются не только в самой отрасли, но и в других отраслях производства и потребления.

      На рис.2 (Приложение 3) приведены основные виды и источники вторичных ресурсов металлургии.

      Высокий температурный уровень основных технологических процессов металлургических предприятий и относительно низкий коэффициент использования тепловой энергии (кроме доменных печей) предопределяют высокий удельных выход ВЭР. Среди топливных ресурсов доменный и коксовый газы используются почти полностью для отопления печей и теплогенераторов различного назначения. Конвертерный газ из-за значительных колебаний по выходу из-за периодичности процесса плавки в качестве топлива практически не используется, несмотря на имеющиеся технические решения и опыт (накопление газа после очистки в газгольдерах с последующим использованием в качестве топлива) для подогрева руды, окатышей, металлического лома перед плавкой. Более успешно утилизируются физическое и химическое тепло отходящих газов дуговых сталеплавильных печей для подогрева лома, сушки и разогрева ковшей. Что касается газов ферросплавных печей, то существуют серьезные проблемы с его утилизацией и нет экономически эффективных решений.

         Из тепловых ВЭР в настоящее время наиболее значимым является тепло отходящих технологических газов.

         При огромных объемах металлургического производства рациональное

использование этих ресурсов позволяет существенно  снизить потребление природных энергоносителей. Капитальные вложения в установки для утилизации тепловой энергии технологических газов намного меньше, чем затраты на добычу, транспортировку, подготовку и сжигание естественных топлив в котельных, ТЭЦ и др.

         Потенциал тепловых ВЭР оценивается в 0,2 т. у.т./т проката, но реализуется он всего на 25%. Явно недостаточно используется избыточное тепло горячего агломерата, шлака и др.

         Создание систем паро-испарительного охлаждения в значительной степени решило проблему использования тепла охлаждающей воды и производства пара для технологических целей. С появлением тепловых насосов может быть успешно решена и проблема утилизации тепла воды в системах с традиционным охлаждением элементов металлургических печей и агрегатов.

       Тепло металлопродукции, жидких шлаков практически не используется из-за отсутствия достаточно эффективных и надежных методов и оборудования для утилизации.

       Перспективных видом ВЭР является энергия избыточного давления газов. Например, это энергия давления колошникового газа доменных печей, энергия давления природного газа на входе в газораспределительный пункт предприятия. Для утилизации этого ресурса в России созданы бескомпрессорные турбины, использование которых для производства электрической энергии позволяет удовлетворить до 15% потребностей доменного цеха.

         Общее представление о ВЭР на предприятиях черной металлургии содержится в табл. 2. (Приложение 4)

         Анализ таблицы показывает, что, во-первых, в каждом переделе металлургического предприятия образуются ВЭР, во-вторых, имеются значительные резервы их утилизации с существенным снижением удельного энергопотребления.

         Основным вторичным материальным ресурсом металлургии является металлический лом различных отраслей производства и потребления, заготовкой которого занимаются специализированные организации.

          Введение в шихту лома сегодня обеспечивает в России выплавку до 50% сплавов черных металлов.

          Наряду с ломом в металлургическом переделе широко используется обрезь, брак, остатки металла в разливочных желобах, стружка окалины.

          Установлено, что затраты на сбор, транспортировку и подготовку 1 т металлических отходов в 8 раз ниже, чем на выплавку 1 т чугуна.

         В настоящее время в мире из вторичных материальных ресурсов выплавляется 40% меди и медных сплавов, 37% свинца, 22% олова, 20% алюминия и алюминиевых сплавов, 18% цинка. При этом на такое производство расходуется значительно меньше энергии и природных ресурсов, чем на переработку рудного сырья. Так, при производстве алюминия расход энергии снижается в 25 раз, никеля- в 10 раз, олова- в 5 раз.

         Вторыми по значимости ВМР являются металлургические шлаки, образующиеся в больших количествах при производстве металлов и депонированные за многие десятки лет в отвалах предприятий.

         В них содержание основного металла зачастую превышает таковое в исходных рудах, а их переработка в металлопродукцию обходится с намного  меньшими затратами. Кроме того, ряд металлургических шлаков являются ценным сырьем для производства лигатуры (например, ванадиевые шлаки), удобрений, выпуска строительных материалов, например, производство гранулированного шлака, минеральной ваты, пемзы, цемента, литых изделий и др.

        Однако объемы переработки шлаков в товарные продукты не превышают 30%, что явно недостаточно.

        Значимым ВМР является пыль, улавливаемая из отходящих технологических газов при производстве агломерата, в шахтных печах, конвертерах, дуговых сталеплавильных печах при выплавке черных и цветных металлов и сплавов.

        Состав пыли определяется качеством исходного сырья и степенью совершенства технологии. Особенностью пылей является наличие в них основного и ряда попутных металлов в повышенных по сравнению с исходной шихтой концентрациях. Это предопределяет высокую ценность пыли для ее рециклинга в металлургическую переработку, например, в шихту для производства агломерата и окатышей.

         Ценным вторичным ресурсом для металлургов является огнеупорный лом, отходы теплоизоляционных и других материалов, образующиеся при  эксплуатации и ремонтах металлургических печей и других тепловых агрегатов. Применение этих отходов для производства огнеупоров, теплоизоляции, для неответственных кладок позволяет существенно снизить затраты на строительство, ремонт, обеспечивает значительную экономию природных ресурсов.

          Шламы гидрометаллургии и мокрых газоочисток как кислые, так и щелочные имеют значительную потребительскую ценность, поскольку в них концентрируются не только основные черные и цветные металлы, но и редкие и рассеянные металлы. Это предопределяет их использование как в собственном производстве (например, в качестве составляющих шихт), так и в глобальном рециклинге (например, для извлечения из красных шламов производства алюминия, редких металлов). Ряд шламов используется для производства удобрений.

         Металлургическое производство является источником образования больших количеств и разных по составу сточных вод. Примеси, извлекаемые из них после физико-химической очистки, содержат много ценных веществ таких, как тяжелые, легкие, редкие металлы, что делает их весьма привлекательными для металлургов. Ряд соединений (например, сульфаты, сульфиды, кислоты) являются продуктами, востребованными в других отраслях производства.

        Следует отметить, что утилизация металлургических шламов и осадков сточных вод явно недостаточна, о чем свидетельствуют огромные площади, занятые шламонакопителями и отстойниками. Мало того, что они являются источниками серьезного загрязнения атмосферы, почв и подземных водотоков, в них формируются богатейшие техногенные месторождения высокоценных металлов (никеля, кобальта, вольфрама и др.), извлечение которых экономически весьма выгодно.

        Вторичные материальные ресурсы в виде газообразных веществ образуются как непосредственно в результате физико-химических превращений в металлургических технологиях (например, диоксида серы при переработке сульфидных руд), так и как попутный газ при получении товарного продукта ( например, азот, как отход кислородных станций). Ряд газообразных примесей утилизируется металлургами в значительной степени (производство из диоксида серы серной кислоты и элементарной серы, использование азота в системах аэродинамической защиты и др.).