Загальна характеристика металургійного комплексу

Гірничо-металургійний комплекс України — це сукупність під­приємств, які послідовно здійснюють видобування, збагачення, металургійну переробку руд чорних, кольорових і рідкісних ме­талів та нерудної сировини для металургії, виробництва чавуну, сталі, кольорових і рідкісних металів, сплавів, прокатне вироб­ництво, переробку вторинної сировини. До гірничо-металургій­ного комплексу належить також коксохімія, виробництво вогне­тривів, будівельних конструкцій з металу, електродів, металур­гійного устаткування, порошкова металургія тощо.

Гірничо-металургійний комплекс є невід'ємною складовою виробництва конструкційних матеріалів, що значною мірою виз­начає економічний потенціал країни і забезпечує матеріалізацію капіталовкладень в основних фондах. Основними споживачами продукції гірничо-металургійного комплексу є машинобудуван­ня, будівництво, транспорт, сільське господарство.

Функціональним ядром комплексу є чорна і кольорова мета­лургія, їхній комплексний зв'язок ґрунтується на певній взаємо­замінності чорних і кольорових металів у машинобудуванні та будівництві, подібності окремих технологічних процесів при ви­робництві сплавів, використанні цинку та інших матеріалів для антикорозійного покриття (оцинкування) листового заліза тощо.

До складу металургійного комплексу України входять 14 ме­талургійних комбінатів, 7 трубних заводів, 10 металовиробних підприємств, 16 коксохімічних підприємств, 17 підприємств з ви­робництва вогнетривів, 26 гірничо-збагачувальних комбінатів, З феросплавних заводи, 20 заводів кольорової металургії, 35 підприємств вторинної чорної та кольорової металургії.

Найбільшими підприємствами чорної металургії є п'ять найбільших підприємств галузі: Маріуполький металургійний комбінат ВАТ "Азов-сталь"; ВАТ "Дніпроспецсталь"; ВАТ "До­нецький металургійний завод"; металургійний комбінат "За-поріжсталь"; Маріупольський металургійній комбінат ім. Ілліча.

Сприятливими умовами для розвитку гірничо-металургійно-го комплексу, в Україні є територіальні поєднання насамперед Донбасу і Придніпров'я, значних родовищ коксівного вугілля, залізної та марганцевої руд, високоякісних вапняків і формуваль­них пісків та вогнетривів, наявність родовищ алюмінієвої сиро-

вини, ртутних, титанових, нікелевих, ванадієвих, молібденових руд, магнієвої сировини, руд якісних металів; забезпечення рай­онів розвитку металургійного виробництва транспортною мере­жею і водними ресурсами, великий попит на метал; необхідна кількість вторинної сировини.

Гірничо-металургійному комплексу притаманна висока кон­центрація, автоматизація та механізація виробничих процесів, компактність територіального зосередження. Він виконує важ­ливі функції щодо територіальної організації продуктивних сил України, впливає на формування галузевих промислових, мета­лургійних вузлів і центрів.

Сучасна металургія України посідає одне з провідних місць у міжгалузевій структурі промисловості. Україна має необхідні умови для розвитку чорної металургії. Це великі запаси залізних і марганцевих руд, виробничі потужності металургійних заводів, кадри, розвинені машинобудівний комплекс і будіндустрія.

Виробництво чорних металів зосереджено на підприємствах повного циклу (з випуском чавуну, сталі, прокату), що розміщені в чотирьох регіонах — у Придніпров'ї (Дніпродзержинськ, Дніп­ропетровськ, Запоріжжя), Криворіжжі (Кривий Ріг), Донбасі (Донецьк, Макіївка, Комунарськ, Костянтинівка, Краматорськ), Приазов'ї (Маріуполь).

Основними чинниками розміщення підприємств повного циклу (їх в Україні 12) є місця залягання залізної руди та кок­сівного вугілля. Це пов'язано з великою сировино- та пали-воємністю виробництва.

Чорна металургія включає також виробництво феросплавів (Нікополь. Запоріжжя, Стаханов), труб (Нікополь. Новомос­ковськ, Дніпропетровськ, Харцизьк, Макіївка, Маріуполь). Кок­сохімічна підгалузь чорної металургії України представлена 15 коксохімічними заводами. В експлуатації перебувають 76 кок­сових батарей. Виробничі потужності коксохімічної промисло­вості — 30 млн. т коксу на рік.

Виробничі потужності підприємств чорної металургії Ук­раїни становлять: чавуну — 52, сталі — 54, готового прокату — 41,5 млн. т. За цим показником Україна займає п'яте місце в світі після Японії, США, Китаю, Росії, випереджаючи також такі роз­винені країни, як Німеччина, Італія, Франція, Все це є важливою передумовою подальшого розвитку чорної металургії в Україні і підтверджується також наявністю в Україні висококваліфікова-

них кадрів металургів, а також розвиненими машинобудуванням і будівельною індустрією — головними споживачами металу.

Продукція чорної металургії України має попит на світовому ринку, завдяки чому галузь належить до важливих джерел надхо­дження валюти.

Загальний випуск металопродукцїї перевищує потреби Ук­раїни. Проте залишається гострий дефіцит тонкого листа, білої жерсті, листа і труб з покриттям, нержавіючої сталі, сталі елект­ротехнічного призначення, водопровідних труб та інших видів металопродукції. Через це за великих обсягів вивезення металу спостерігаються також і значні обсяги його імпорту. Це зумов­лює необхідність реструктуризації металургійного виробництва, в результаті здійснення якої поліпшиться забезпеченість України металом власного виробництва при менших обсягах випуску прокату, підвищиться ефективність зовнішньоекономічного обміну, зменшаться витрати на виробництво металу.

Важливе значення має скорочення витрат на випуск металу завдяки впровадженню більш прогресивних технологій. Так, до­корінні зміни мають відбутися у сталеплавильному виробництві, де запропоновано повністю замінити нині переважаючий мар­тенівський спосіб виплавлення сталі на киснево-конверторний та електропічний. Потребують вирішення багато питань щодо якості сталі та металопродукцїї. Наприклад, недостатньо розви­нене виробництво термічно зміцнених прокату і сталевих труб.

Зазначені заходи дають змогу вирішити і ряд інших проблем. Серед них — значне поліпшення екологічної обстановки в регіонах з розвиненим металургійним виробництвом, особливо поблизу підприємств, на яких будуть виведені з експлуатації до­менні цехи та коксохімічні заводи. Важливою проблемою, яка значною мірою вирішується в результаті структурної перебудови, є скорочення потреби у паливі (більш як на 20 млн. т) і електрое­нергії (приблизно на 10 млрд. кВт-год), причому перше має відбу­ватися не тільки у зв'язку зі скороченням обсягу виробництва, а й завдяки зниженню в галузі на (13... 14) відсотків питомих витрат палива (на 1 т готового прокату). Майже вдвічі може зменшитися потреба в найдорожчому і дефіцитному виді палива — коксі. Змен­шення потреби в ньому дасть можливість вивести з експлуатації ряд коксохімічних підприємств і скоротити потужності Алчевського та деяких інших коксохімічних заводів. Все це особливо сприя­тиме поліпшенню екологічної обстановки у зазначених регіонах.

Проте розглянуті заходи реструктуризації чорної металургії в Україні можуть бути досягнуті при дотриманні ряду можливих умов. Однією з них є розробка комплексної програми розвитку ме­талургійного виробництва і металоспоживчих галузей (насампе­ред машинобудування). Це є необхідним тому, що в Україні не ви­робляється багато видів продукції Машинобудівного комплексу (наприклад, машини безперервного розливання сталі), що може загальмувати проведення структурної перебудови у металургійно­му виробництві. Другою умовою реалізації заходів щодо реструк­туризації є необхідність значних коштів (40...45 млрд дол. США), що може бути забезпечено з допомогою державних субсидій та пільгових умов кредитування, залучення іноземних інвестицій та інших джерел фінансування. Порівняно з чорною металургією менш розвинена в Україні кольорова металургія, що пов'язано пе­редусім з відсутністю розвіданих сировинних ресурсів.

Алюміній з орієнтацією на джерело дешевої електроенергії та привізний з Миколаєва глинозем (з імпортних бокситів) вироб­ляється в Запоріжжі; цинк з привізної сировини — у Костян­тинівні Донецької області (електроенергетичний чинник), елект-ро- та енергоємні титан і магній — у Запоріжжі, магній також — у Калуші Івано-Франківської області, де є сировина; ртуть — у Микитівці Донецької області, латунний і мідний прокат — у Ар-темівську Донецької області.

В Україні налагоджено виробництво й інших кольорових ме­талів — цирконію, кобальту, ніобію. На черзі українське золото. Поклади золотоносних руд геологи знайшли. Для збільшення ви­робництва кольорових металів на діючих виробничих потужнос­тях потрібно створити потужності з випуску нових видів про­дукції, які раніше не вироблялися в Україні.

Складовою розвитку кольорової металургії є заготівля і пере­робка брухту чорних та різних видів кольорових металів, що вва­жається класичним прикладом електро-паливо-працезберігаючої технології. Використання річного обсягу заготівлі брухту і відходів кольорових металів рівнозначне видобутковій переробці десятків мільйонів тонн мідної, свинцево-цинкової, алюмінієвої та інших видів мінеральної сировини.

В Україні набуло розвитку виробництво рідкісних металів на базі найбільшого в Європі родовища рідкісних металів та супут-них їм рідкісноземельних елементів. На базі цього родовища пра­цює Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат. Він

до цього часу зберігає монопольне становище в СНД за постав­ками цирконового, рутилового та ільменітового концентратів і сполук цирконію.

Специфікою металургійного комплексу є непорівнянний з іншими галузями масштаб виробництва і складність техно­логічного циклу. Для виробництва багатьох видів продукції не­обхідно (15... 18) переділів, переробок починаючи з видобутку ру­ди й інших видів сировини. При цьому передільні підприємства мають тісні зв'язки між собою не тільки в межах країни, але й за її межами. Так, у виробництві титану і титанового прокату скла­лася стійка міждержавна кооперація підприємств Росії, України, Казахстану і Таджикистану.

Найбільш поширеними супутниками металургійних підпри­ємств є: теплоелектроенергетика, металоємне машинобудування (металургійне і гірське устаткування, важке верстатобудування), виробництво металоконструкції, металовиробів, тощо

Основою чорної металургії є один з найпоширеніших еле­ментів в природі (5,1%) залізо поступаючись тільки кисню, крем­нію та алюмінію. Залізо входить до більшості гірських порід. Гу­стина заліза 7,87 т/ а температура плавлення — 1539 °С.

У металургійний комплекс входять чорна і кольорова мета­лургія, що охоплюють всі стадії технологічних процесів: від видо­бутку і збагачення сировини до одержання готової продукції у виді чорних і кольорових металів і їхніх сплавів. Металургійний комплекс — це взаємообумовлене сполучення технологічних про­цесів: видобуток і підготовка сировини до переробки (видобуток, збагачення, агломерування, одержання необхідних концентратів і ін.); металургійний переділ — основний технологічний процес з одержанням чавуна, сталі, прокату чорних і кольорових металів, труб, тощо; виробництво сплавів; утилізація відходів основного виробництва й одержання з них побічних видів продукції.

У залежності від сполучення цих технологічних процесів виділяються такі типи виробництв у металургійному комплексі. Виробництва повного циклу, що представлені, як правило, комбі­натами, у яких одночасно діють усі переліченя стадії технологіч­ного процесу.

Виробництво неповного циклу — це підприємства, у яких здійс­нюються не всі стадії технологічного процесу, наприклад, у чор­ній металургії виробляється тільки сталь і прокат, але відсутній випуск чавуну, чи виробляється тільки прокат. До неповного

циклу відносяться також електротермія феросплавів, електроме­талургія й ін. Підприємства неповного циклу, чи "малої мета­лургії" називаються передільними, представлені у виді окремих дільніць по виробництву ливарного чавуна, сталі чи прокату в складі крупних машинобудівних підприємств країни.

Технологія чавуну

Виробництво чавуну є найважливішою галузею промисло­вості України. Відомо, що продаж металу був і залишається голо­вною статтею експорту нашої держави. З чавуну відливають ста­нини верстатів, супорти, зубчасті колеса, циліндри, корпуси еле­ктродвигунів, плити, деталі швейних, друкарських, лічильних, сільськогосподарських, текстильних та інших машин. Чавуном називають сплав заліза з вуглецем більше ніж 2,14%.

Чавун виробляють у домнових печах розплавленням шихти, яка складається із залізної руди, палива та флюсів, з використан­ням гарячого повітря. З руди відновлюється залізо і сполучається з вуглецем та іншими елементами.

Рудою називають мінеральні утворення, що складаються зі сполук одного або кількох металів, які економічно вигідно добу­вати промисловим способом. Основними залізними рудами є магнітний залізняк (магнетит)

червоний залізняк (гематит) бурий залізняк або шпатовий залізняк (сидерит) .

Відрізняють руди багаті та бідні (залежно від кількості рудної складової), легко- та важковідновлювані. Відновлення руд залежить від густини та хімічного складу мінералів. Легковіднов-люваними є руди, які мають крихку дірчасту структуру; щільні руди належать до важковідновлюваних. Пуста порода не вносить технологічних ускладнень у переробку. Такі елементи, як фос­фор, сірка, арсен ускладнюють переробку і забруднюють метал.

У металургійному виробництві застосовують тверде, рідке й газоподібне паливо — кам'яне й деревне вугілля, кокс і торф, нафту, мазут тощо. Газоподібне паливо — це різні горючі гази: природний, генераторний, коксувальний, оксид вуглецю, гази, що утворюються внаслідок підземної газифікації вугілля, тощо. Для домнових печей паливом є кокс — продукт сухої перегонки кам'яного вугілля, домновий, коксувальний і природний газ, а також деревне вугілля.

Флюсами називають матеріали, які вступають у взаємодію з пустою породою і золою, утворюючи з ними легкоплавкі ком-

плексні сполуки (шлаки). Флюси в залежності від хімічного скла­ду поділяють на основні й кислі. До основних флюсів належать вапняк, доломіт, основні мартенівські шлаки. Кислими є кварц,

пісковик, бідні залізні руди з піщано-глинистою породою та інші речовини, що містять кремнезем.

Для стабілізації домнового процесу перед плавкою руди флюс і кокс попередньо обробляють: сортують за хімічним складом (усереднюють, змішуючи руди різного хімічного складу), роздрібнюють, сортують за розміром, збагачують, випалюють, брикетують або агломерують, обкочують.

Найефективнішими вихідними матеріалами для домнового процесу є агломерат і обкатиші. Агломерація — процес спікання дрібних фракцій руди, рудного пилу, дрібнороздрібненого коксу та вапняку. Продукт спікання називають офлюсованим агломератом. Виробництво чавуну з застосуванням агломерату підвищує про­дуктивність печей на 12% та скорочує витрату коксу на (3...5)%. Об­катиші відрізняються від агломерату кулеподібною формою, підви­щеною механічною міцністю та більшою концентрацією заліза.

Домнова піч (див. рис. 5.1) — це вертикальна піч шахтного ти­пу, що складається з двох зрізаних конусів, які стикаються своїми основами.

Домнова піч складається з колошника З із засипним апаратом 1 і газовідвідними трубами 2, шахти 4, розпару 5, заплечиків 6, горна 7 і фундаменту 11. Дно горна 10 називається подом, або ле-щаддю. На самому дні горна є отвір, який називають чавунною льоткою 12. Вище від чавунної льотки, але з протилежного боку, є шлакова льотка 9. Льотки призначені для випускання через них з печі чавуну та шлаку. Льотки за допомогою спеціального при­строю забивають вогнетривкою глиною, а коли треба випускати чавун або шлак з печі, в них знову пробивають отвори діаметром (50...60) мм. На верхній частині горна є отвори 8, які називають фурменими. Вони необхідні для розміщення в них мідних або ча­вунних фурм, які сполучені з кільцеподібною трубою та каупера­ми (повітропідігрівниками).

Верхню частину печі, призначену для завантаження, назива­ють колошником. Частину печі, що розширюється, від колошника до найширшої частини конуса називають шахтою, а найширшу частину —розпаром. Конусну частину печі між розпаром і гор­ном називають заплечиками, а горном — нижню циліндричну час­тину доменної печі. Зовнішні стіни кладки печі закриті листовою сталлю — кожухом 15. Внутрішні стінки мають кладку з вогнет­ривкої шамотної цегли 14 і охолоджуються водою за допомогою спеціальних холодильників 13. Таку вогнетривку кладку назива-

ють футеровкою. Вона повинна бути особливо якісною на ділян­ках горна й заплечиків, де досягається найвища температура.

Повітропідігрівник 10 (див. рис. 5.2) будують з вогнетривкої цегли і зовні покривають сталевим кожухом. Це звичайна башта діаметром (6...10) м і заввишки до 60 м з вертикальною камерою горіння та насадкою 11. Насадка нагрівається, коли крізь неї про­ходять розжарені гази, що утворюються від спалювання колошни­кового газу в камері згоряння. Гази, які подаються з колошника, проходять газоочищення 9, нагрівають насадку каупера і виходять через димову трубу 12. При нагріванні насадки до потрібної тем­ператури подавання колошникового газу припиняють і через роз­жарену насадку в зворотному напрямі нагнітають повітря, яке нагрівається і під тиском надходить у доменну піч. Піч обслугову­ють три-чотири повітропідігрівники, які працюють по черзі.

Для виплавлення чавуну залізну руду, паливо та флюси заван­тажують у домнову піч у певному співвідношенні. Таку суміш на­зивають шихтою. Шихту завантажують порціями. Всі операції за­вантажування механізовано й автоматизовано, і шихта надходить через приймальну воронку 5 малого конуса б, воронку 7 великого конуса 8 порціями по (4...8) т у міру плавлення руди та випускан­ня чавуну. Шихту спочатку подають у вагон-терези 1, потім через воронку 2 — у скіпові вагонетки 3, які рейками нахиленого підіймача піднімаються до верхньої точки 4 засипного апарата.

Рис 5.3. Схема технологічного процесу виплавки чавуну

Домнові печі мають підіймальні та завантажувальні ме­ханізми, повітродувні машини, мостові крани, приймальні бунке­ри, ковші, нагромаджувані (міксери), машини для забивання та розкривання ливників, прилади для контролювання та автомати­зованої виплавки.

Виплавка чавуну (див. рис. 5.3) має такі стадії: горіння вугле­цю палива, розкладання компонентів шихти, відновлення заліза з його оксидів, вуглецювання відновленого заліза та утворення чавуну і шлаків. Чавун і шлак, які утворилися в печі, випускають через ливники: чавун — через (1,5...2) год, шлак — через одну го­дину. Чавун виливають у спеціальний ківш місткістю (60... 100) т для вивезення його з домнового цеху на подальшу переробку. Більшу частину чавуну зливають у ковші місткістю (600...2500) т для його стабілізації за хімічним складом і температурою, част­кового вигоряння з нього сірки. Шлак використовують як будівельний матеріал для виготовлення цегли, брущатки, шла­коблоків, шлаковати тощо. Більшу частину його гранулюють і використовують як сировину для виготовлення цементу. Домно-вий колошниковий газ після очищення від пилу використовують як теплоносій. Колошниковий пил використовують для вироб­ництва агломерату.

Головні напрями удосконалення домнового виробництва — збільшення потужності печей, поліпшення їх конструкції та якості шихтових матеріалів, застосування самоплавкого офлюсо­ваного агломерату, зволоженого повітря та збагаченого киснем повітря, природного газу, підвищення температури дуття.