CC BY
58
Формирование инновационной составляющей ресурсоотдачи железорудного сырья в разрезе природно-продуктовой вертикали
А. Л. Белоусов, I ^
аспирант Вологодского государственного технического университета, ведущий инженер кафедры экономики и технологии
производственных процессов
Обозначена доминирующая роль ресурсных проблем в черной металлургии, традиционно ориентированной на извлечение железа из природного сырья. Исследовано влияние природного и технологического факторов на формирование показателя ресурсоотдачи железорудного сырья в разрезе природно-продуктовой вертикали. Сформулировано условие и предложен индикатор ресурсной устойчивости развития вертикали. Рассмотрены предпосылки формирования технологических ветвей прямого получения железа из руд.
Особенностью природно-ресурсного потенциала России является его крупномасштабность и комплексность. Ни одно государство не располагает минерально-сырьевой базой такого объема и широкого спектра. Этот мощный экономический рычаг способствует формированию финансовой и технической базы подъема наукоемких отраслей, значительному сокращению импорта высокотехнологичной продукции.
В то же время, минерально-сырьевая база России по качеству целого ряда полезных ископаемых значительно уступает зарубежным аналогам. Занимая первое место в мире по разведанным запасам железных руд, Россия уступает основным продуцентам железорудного сырья (Бразилия, Австралия) по содержанию железа в рудах. В структуре запасов преобладают относительно бедные (около 85%) магне-титовые, гематитовые и титаномагнетитовые руды с содержанием железа от 16 до 40% (рис. 1). Доля руд с 50%-м содержанием металла, не требующих обогащения, — лишь 12%, тогда как среднемировой показатель — 35,9% Мировым стандартам по содержанию железа соответствует единственная в России продукция месторождений Курской магнитной аномалии. Объективно усложняются горно-геологические условия промышленной эксплуатации месторождений минерального сырья, что требует постоянно возрастающих инвестиционных и текущих затрат. Растет глубина разработки месторождений как открытым, так и подземным способом. При открытой добыче глубина карьеров достигает 300-400 м, при подземной глубина шахт — более 700-800 м. Важнейшие месторождения расположены в тысячах километров от основных предприятий-потребителей — транспорт-
The dominating role of resource problems in ferrous metallurgy, traditionally aimed at extraction of iron from the natural materials has been indicated. The influence of natural and technological factors on formation of resource efficiency of iron ore raw materials in the context of nature-product vertical has been studied. The condition has been settled in definite terms and the indicator of resource stability of the vertical development has been suggested. The preconditions of formation of branches for direct obtaining of iron from ore have been examined.
ное плечо достигает 4300 км. Порядка 30% мощностей горно-рудной промышленности, находящиеся в стадии отработки, потребуют замены в ближайшие 5 лет. Горно-рудные комбинаты, на которых ожидается выбытие мощностей ограничены наличием дополнительных резервных месторождений [1].
По мере отработки и истощения крупных месторождений с высококачественными запасами снижается содержание железа в добываемой руде. Если в 1960 г. на 1 т товарной железной руды приходилось добывать 1,3 т сырой руды, то в 2005 г. уже необхо-
Fe, %
41,04
Рис. 1. Среднее содержание железа в рудах РФ по федеральным округам
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
рудо
Добыча-----► Обогащение
концентрат чугун сталь прокат природные ресурсы, Заключается В ТОМ, ЧТО
Доменное __ Сталеплавильное_ Прокатное еСЛИ Возрастает ПрОМЫШЛвННЫЙ Капитал
производство ^ производство ^производство / Ч «
г г г (металлопродукция), то природный капи-
тал (железная руда) при этом уменьшается. Постепенно этот процесс приведет к исчерпанию природного капитала. В связи с этим актуальна проблема поиска решений, способных замедлить процесс износа «природного капитала», не сокращая при этом получение промышленного капитала, т. е. конечной металлопродукции.
Показателем эффективности функционирования природно-продуктовой вертикали является природная ресурсоотдача, отражающая затраты природного ресурса (М) на единицу конечной продукции (У), произведенной на основе этого ресурса:
Рис. 2. Природно-продуктовая вертикаль производства
металлопродукции на основе железорудного сырья
димо было извлечь свыше 2 т руды. В связи с этим все более отчетливо проявляется двусторонняя зависимость: состояние железорудного потенциала зависит от масштабов горно-обогатительного и металлургического производств, и главным образом от уровня технологии, а темпы экономического развития и доходность данных производств — от состояния железорудного потенциала, от уровня его обеспеченности и освоенности.
Возникает объективная необходимость рассматривать производство железоуглеродистых сплавов как функционирование сложной эколого-экономи-ческой системы. Эколого-экономическая сбалансированность предполагает радикальную перестройку технико-технологического базиса промышленного производства на основе системного анализа динамичного во времени и пространстве природно-сырьевопродуктового процесса по конкретным видам ресурсов. Это предполагает построение для рассматриваемого ресурса природно-продуктовой вертикали (ППВ), соединяющей природные ресурсы с конечной продукцией.
Движение природного вещества и продуктов его обработки в данной вертикали осуществляется с помощью интегрированной цепочки промышленных производств, принадлежащих к разным отраслям, но объединяемых технологически для изготовления продукции. Построение такой цепочки позволяет оценить резервы ресурсосбережения в каждом ее звене, оценить приоритетность направлений инвестиций по технологическим переделам, выявить предпочтительные направления технологического развития промышленных производств с учетом их природно-ресурсных параметров.
В природно-продуктовой вертикали по производству продукции черной металлургии исходным материалом служит минеральное сырье — железная руда (рис. 2). Природный капитал, который предоставляет экосистема, проходя цепочку технологических переделов, обеспечивает получение металлопродукции, т. е. создается промышленный капитал. Но особенность данной природно-продуктовой вертикали, опирающейся на невозобновимые исчерпаемые
Коэффициент Сквозной коэффициент
природной использования полезного
продуктивности компонента руды (железа)
железной руды в технологических переделах
Ресурсоотдача собственно природного ресурса (железной руды), или природная ресурсоотдача
Рис. 3. Схема формирования показателя ресурсоотдачи природно-продуктовой вертикали по железорудному сырью
2 =М/У, т/т.
Величина природной ресурсоотдачи зависит от эффективности использования природных ресурсов во всей цепи, соединяющей первичные природные ресурсы, продукцию, получаемую на их основе, и непосредственно конечные стадии технологических процессов, связанных с преобразованием природного вещества.
Природная ресурсоотдача является одним из критериев рационального природопользования и результативности действия закона эколого-экономическо-го равновесия. Репрезентативность показателя проявляется при его исследовании в динамике или при сравнении с другими экономическими структурами и технологиями.
В то же время, недостатком показателя является то, что он не дифференцирует составляющие вклада в формирование его величины природного и технологического факторов.
Схема формирования показателя ресурсоотдачи природно-продуктовой вертикали по железорудному сырью представлена на рис. 3.
Воздействие природного фактора на показатель ресурсоотдачи связано со снижением концентрации железа в руде и способностью руды к обогатимости. Влияние технологического фактора связано с освоением в производствах вертикали продуктово-процессных инноваций, обеспечивающих снижение безвозвратных потерь железа. Простое увеличение ре-сурсоотдачи за счет природного фактора или повышения доли использования вторичных ресурсов, но без роста инновационной составляющей, не обеспечивает ресурсную устойчивость развития вертикали. Об устойчивости развития ППВ можно судить на основе анализа всей совокупности составляющих показателя ресурсоотдачи в динамике.
В этой связи сформулируем необходимое условие ресурсной устойчивости развития рассматриваемой вертикали: инновационное технологическое развитие природно-продуктовой вертикали должно обеспечивать такую динамику снижения безвозвратных потерь полезного компонента ^е) в технологических переделах, которая позволяет компенсировать фактор снижения продуктивности железной руды. При этом индикатором устойчивого развития при-
родно-продуктовой вертикали является обеспечение следующего соотношения:
где Кб п ф — коэффициент безвозвратных потерь на г-ом технологическом переделе; г — порядковый номер технологического передела природно-продуктовой вертикали; щ — коэффициент приведения массы полезного компонента в продукции г-го передела к массе полезного компонента на входе в природнопродуктовую систему; С — коэффициент концентрации полезного компонента ^е) в руде; £ — поправочный коэффициент, учитывающий способность руды к обогатимости.
Сравнительный анализ коэффициентов изменения природной продуктивности (К^) и ресурсоотда-чи железных руд в разрезе природно-продуктовой вертикали (К2) за период 1960-2005 гг. свидетельствует о вкладе инновационной составляющей в формирование показателя ресурсоотдачи (рис. 4).
Снижение потерь полезного компонента ^е) в последовательных переделах природно-продуктовой вертикали обеспечено, в частности, на основе таких технико-технологических решений, как: оптимизация параметров и технологических схем горно-обогатительных работ и оборудования; комбинирование схем обогащения; использование колошниковой пыли в агломерационной шихте; замена мартеновского способа производства стали кислородно-конвертерным; непрерывная разливки стали и др.
В тоже время, необходимо констатировать, что совершенствование базовых технологий не обеспечивает ресурсную устойчивость развития рассматриваемой вертикали, так как в полной мере не компенсируется фактор снижения природной продуктивности железной руды. В связи с этим необходим «симбиоз технологий», основанный на комбинации технологических усовершенствований с принципиально новыми технологическими преобразованиями и
технологическими ветвями. Позитивной предпосылкой активизации процессных инноваций является формирование новой экономической роли природно-продуктовой вертикали как субъекта крупного бизнеса на основе вертикально-интегрированных бизнес-групп с ядром в виде металлургических комбинатов, включая рудные активы.
Новые технологии характеризуются не только усложнением технологических режимов и параметров процессов, но и принципиально новым воздействием на вещество, сокращением числа операций в производственном процессе (малооперационностью), малоотходностью, наименьшей продолжительностью производственного цикла (непрерывностью), наиболее высокой степенью превращения вещества. Исследование основных направлений инновационного развития в металлургических переделах показывает, что имеет место долгосрочное совершенствование базовых вариантов технологий [2]. Это связано с инерционностью рассматриваемой системы. Выбранный вариант базовой технологии в определенной мере становится препятствием для внедрения альтернативных перспективных технологий, так как базовая технология сопряжена со смежными производствами, профессиональным опытом работников.
К новым методам малооперационной технологии относится прогрессивный способ восстановления железа из его руд, что позволяет исключить доменный процесс производства чугуна. Доменное производство имеет существенные недостатки: необходимость использования каменноугольного кокса; использование железорудного сырья в виде достаточно прочного кускового материала (агломерата). Таким образом, для функционирования доменного производства необходимы добыча коксующихся углей, коксохимическое производство, обогащение железных руд, агломерационное производство и т. д. Все это, помимо чисто производственных затрат, связано с решением серьезных экологических проблем. При восстановлении металла из руды в твердой фазе без расплавления традиционная двухступенчатая схема металлургического процесса сводится к одноступенчатой. Решение проблемы получения (в промышленных масштабах) железа, минуя доменный процесс, осуществляется, в основном, следующими способами:
> восстановление железа из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями;
> восстановление железа в кипящем железистом шлаке (жидкофазное восстановление);
> получение из чистых железных руд карбида железа по реакции
3Fe2O3+ 5Н2+ 2СН4= 2Fe3C + 9Н20.
г2
4
Рис. 4. Коэффициенты изменения природной продуктивности (К1) и ресурсоотдачи железных руд (К2) за период 1960-2005 гг.
При этом способ восстановления железа из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми (термоштыб) или газообразными (водород) восстановителями реализуется в технологических процессах получения железного порошка (рис. 5). Порошковая металлургия является одним из приоритетных ресурсосберегающих направлений в обла-
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
руда концентрат чугун
Добыча —► Обогащение —► ■—►
м производство
концентрат |железный порошок
восстановление оксидов железа
Сталеплавильное
производство
прокат
Прокатное
производство
Рис. 5. Природно-продуктовая вертикаль производства металлопродукции на основе технологий плавильной и порошковой металлургии
сти современного производства. В ее основе лежит ряд перспективных теоретических разработок, технических и технологических решений.
Мировой объем продаж конструкционных деталей, изготовленных методами порошковой металлургии в 2006 г. составил свыше $6 млрд. Средний ежегодный прирост производства этой продукции в Европе составляет порядка 15%. Прогнозируется сохранение динамики роста порошковой продукции за счет увеличения использования порошковых деталей в автомобилестроении [3].
В РФ производство железных и легированных порошков освоено на следующих предприятиях: ОАО Сулинский металлургический завод, ОАО Северсталь, ОАО Полема (Тула), ЗАО Инвест-технологии (Москва). Однако уровень развития порошковой металлургии в РФ еще не удовлетворяет потребности экономики, хотя, как считают специалисты, научный потенциал отрасли достаточно высок. В то
же время, производство высокотехнологичной продукции — широкого ассортимента металлических порошков, возможно только как ответ на соответствующий запрос рынка. Организация участков по производству спеченных изделий в условиях неспециализированных машиностроительных предприятий позволит повысить запрос рынка на ассортимент металлических порошков, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению доли производства продукции на основе технологических ветвей прямого восстановления железа из твердых железорудных материалов, и, соответственно способствовать снижению ресурсоемкости природно-продуктовой вертикали.
Литература
1. Менеджмент в природопользовании: Монография/Под ред. проф. А. Н. Шичкова.Вологда: ВоГТУ, 2003.
2. А. Л. Белоусов. Инновационный фактор в обеспечении устойчивого развития природно-продуктовых систем на основе железорудного сырья//Проблемы управления экономикой в трансформируемом обществе: сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции. Пенза, 2006.
3. В. П. Белоусова, А. Л. Белоусов. Природоохранный и ресурсосберегающий потенциал продуктово-процессных инноваций на основе методов порошковой металлургии//Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов: материалы II Международной научно-технической конференции. Вологда: ВоГТУ, 2003.
