CC BY
45
УДК 332.122 (1-772)
Романова Ольга Александровна Olga Romanova
Сиротин Дмитрий Владимирович Dmitry Sirotin
НОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЛИК МЕТАЛЛУРГИИ УРАЛА: ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
A NEW TECHNOLOGICAL SHAPE FORMATION OF URAL METALLURGY: ECONOMIC ASPECT
Рассмотрены тенденции развития мировой и отечественной металлургии. Выделены современные направления формирования металлургической отрасли Урала как одного из крупнейших металлургических центров России. Установлено, что тенденции развития металлургического комплекса региона аналогичны мировым. Актуализирована проблема повышения требований к качеству металла в условиях новой индустриализации. Обоснована роль металлов редкоземельной группы в становлении VI-го технологического уклада. Проведён анализ перспективных направлений повышения качества стали, обоснована актуальность её внепечной обработки как доминирующего процесса. Дана оценка патентной активности страны в целом и Уральского региона в частности в области внепечной обработки стали и производства РЗМ. Приведена оценка эффективности микролегирования стали различными элементами. Анализ развития отрасли показал наличие потенциала для развития процессов перепозиционирования металлургии Урала и формирования её нового технологического облика
Ключевые слова: технологический облик, перепозиционирование металлургического комплекса, патентная активность, эффективность, микролегирование, редкоземельные металлы
Trends in global and domestic metallurgy are considered. Modern trends in the formation of the Urals metallurgical industry, as one of the largest metallurgical centers in Russia, are highlighted. It was found that the trends of the region metallurgical complex development are similar to the world. The problem of improving the metal quality requirements in new industrialization is actualized. The role of rare-earth metals in the formation of the sixth technological mode is justified. The analysis of the promising ways of steel quality increasing is held, the relevance of ladle treatment of steel as the dominant process is justified. The estimation of country and the Ural region patent activity in the field of ladle treatment of steel and production of rare-earth metals is given. The evaluation of micro-alloying steel various elements is shown. The analysis of the industry development has shown a potential for the development and repositioning processes of Urals metallurgy and formation of its new technological shape
Key words: technological shape, repositioning of metallurgical complex, patent activity, eff iciency, micro-alloying, rare-earth metals
Статья подготовлена при поддержке Программы Президиума РАН № 35, проект «Региональные институты развития экономики науки» №12-П-7-1006
Особенностью национальной экономики России является устойчивое закрепление экспортно-сырьевой модели её развития. На данном этапе экономического
развития важную роль играет проведение такой промышленной политики в России, целью которой является проведение новой индустриализации отечественной экономики [4, 5, 6].
В настоящее время технологический фундамент чёрной металлургии РФ соответствует IV-му технологическому укладу и в незначительной степени — V-му ТУ, к которому данный сектор промышленно развитых стран (США, ЕС, Япония) перешёл ещё в 80-х гг. XX в. Тем не менее, металлургия продолжает играть важную роль в развитии экономики и останется «несущей» отраслью, обеспечивающей становление новейшего технологического уклада. В связи с этим повышается актуальность перепозиционирования металлургического комплекса с целью создания мощной научно-технологической базы, обеспечивающей потребности новых высокотехнологичных и модернизированных традиционных секторов промышленности, отвечающих мировым стандартам энерго- и ресурсосбережения, экологичности производства, производительности труда и обеспеченных высококвалифицированными трудовыми ресурсами.
Отставание чёрной металлургии РФ от развитых стран наблюдается по показателям технологической эффективности, производительности труда и сортаментной эффективности [7]. Причиной отставания по уровню производительности труда служит не только технологический фактор, но и присутствие трудностей организационного плана: социальная ответственность крупных предприятий, проблемы моногородов, недостаточно эффективное управление производством.
Проведённые исследования позволили выявить новые тенденции развития металлургии, оказывающие влияние на процесс формирования нового технологического облика металлургии. К таким тенденциям можно отнести:
1) непрерывное развитие научно-технического потенциала отрасли с усиленным вниманием к проблемам создания высококачественной металлопродукции, энерго- и
ресурсосбережения, экологичности производства;
2) актуализация обеспеченности технологий VI технологического уклада металлами с особыми свойствами; удлинение технологической цепочки за счёт линии дополнительной обработки металла;
3) переход к полной автоматизации производственных процессов; развитие систем на основе машин непрерывного литья заготовки;
4) локальное приближение к конечным потребителям; технологии прямого восстановления железа;
5) повышение значимости компетентности трудовых ресурсов.
Реализация выявленных тенденций в условиях металлургии Урала — поэтапный процесс, предполагающий организационные и прогрессивные технико-технологические изменения, учитывающие продвижение основополагающих элементов «зелёной экономики», необходимость значительного развития энерго- и ресурсосберегающих технологий, индивидуализацию производства и возможность локального приближения производственных мощностей к источникам сырья и потребителям металлопродукции.
Анализ выпуска продукции чёрной металлургии указывает на снижение объёма производства и сокращение номенклатуры качественных легированных сталей. В частности, наблюдаются малые ( для столь обширных российских территорий с холодным климатом) объёмы выпуска сталей, легированных ниобием и ванадием. Кроме того, во всём мире постоянно ужесточаются стандарты по качеству стали (табл. 1).
Требования к качеству стали растут ежегодно, сопровождаясь необходимостью сокращения материальных и энергетических затрат и снижением вредных выбросов. Отметим, что если раньше при разработке новых марок стали требования предъявлялись преимущественно к одному из свойств, то в настоящее время ставятся задачи повышения целого комплекса свойств, причем не всегда сочетаемых между собой, например: прочность, пластичность и штампуемость; прочность и коррозионная стойкость.
Таблица 1
Эволюция требований к основным служебным свойствам холоднокатаного проката из высокопрочных низколегированных сталей [10]
Показатели 2006-2008 гг. 2009-2011 гг. 2012-2014 гг.
Пластичность. Относительное удлинение, % < 20 20...30 30...35
Прочность. Предел прочности (временное сопротивление), Н/мм2 < 300 400...600 600...1000
Коэффициент деформационного упрочнения < 0,11 0,11...0,17 0,17...0,20
Коррозионная стойкость, гарантийные сроки отсутствия, годы: - косметической коррозии - перфорирующей коррозии Требования не предъявлялись 5 10
Качество металла определяется его чистотой, то есть минимальным содержанием вредных примесей (сера, фосфор, газы, неметаллические включения), а также механическими характеристиками (прочностными и пластическими) и другими специфическими свойствами ( коррозионная стойкость, ваттные потери и др.). При этом неясно, по каким показателям следует оценивать выполнение задачи повышения качества и конкурентоспособности метал -лопродукции в рамках государственной программы развития металлургической промышленности. Улучшение качества стали может происходить как в твердом (термическая и механическая обработка) , так и в жидком состоянии (легирование, модифицирование, рафинирование), тем не менее, почти всегда базовые свойства и направления дальнейшего формирования характеристик конечного продукта формируются в сталеплавильном производстве [8].
Нами сформулирована гипотеза о возможности рассмотрения динамики выдачи патентов РФ на изобретения, полезные модели и промышленные образцы для обоснования выбора приоритетных направлений повышения качества отечественной металлопродукции. По нашему мнению, рост патентной активности может являться одной из характеристик инновационной активности. В рамках этой гипотезы проведено исследование патентной базы на основе зарегистрированных патентов РФ на
изобретения, относящиеся к материалам, техническому оснащению и способам повышения качества стали. Рассмотрены следующие направления: обработка расплавленной стали в ковше (внепечная обработка); обработка металла давлением как в сочетании с термообработкой, так и отдельно; нанесение на поверхность металла покрытий различного содержания в расплавленном и твердом состоянии. Анализируемый период составил 11 лет (с 2003 по 2013 гг.).
В табл. 2 отражена динамика выдачи патентов РФ на изобретения, относящиеся к группе внепечной обработки стали. В соответствии с международной патентной классификацией (МПК-2014.01) изобретения этой группы определяются индексом МПК: С21С 7/00 (обработки расплавленной стали). Открытый реестр изобретений доступен на официальном сайте Федерального института промышленной собственности (ФГБУ ФИПС).
Анализ патентной активности зарубежных стран в области внепечной обработки стали отражает растущую динамику выдачи патентов этой группы в мире. В 2012 г. наибольшее число патентов выдано в Японии (50 ед.), почти вдвое ниже аналогичный показатель у России (29 ед.), в разы меньше патентов выдано Всемирной организацией интеллектуальной собственности - ВОИС (9 ед.), США (6 ед.) и Европейским патентным ведомством — ЕПВ (5 ед.) [1].
Таблица 2
Динамика выдачи патентов РФ на изобретения, относящиеся к внепечной обработке стали по федеральным округам РФ
Федеральный округ* Год публикации патента
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Всего за 11 лет
Всего по РФ 26 21 11 14 14 20 34 21 10 29 14 214
ЦФО 12 4 6 7 3 6 18 6 7 9 5 83
СЗФО 5 1 2 2 2 12
ЮФО 1 1 1 3
СКФО 0
ПФО 1 2 1 1 2 1 1 9
УрФО 7 15 2 4 4 11 11 9 2 14 8 87
СФО 1 1 1 4 1 3 5 3 1 20
ДВФО 0
Условные обозначения: ЦФО — Центральный федеральный округ; СЗФО — Северо-Западный федеральный округ; ЮФО — Южный федеральный округ; СКФО — Северо-кавказский федеральный округ; ПФО — Приволжский федеральный округ; УрФО — Уральский федеральный округ; СФО — Сибирский федеральный округ; ДВФО — Дальневосточный федеральный округ
На основании проведённого анализа патентной активности в России можно сделать следующие выводы.
1. Достаточно высокая патентная активность в развитии процессов внепечной обработки стали характерна как для РФ в целом, так и для таких федеральных округов, как ЦФО и УрФО. Повышенный интерес к этому направлению можно объяснить тем, что в ковше задаются базовые свойства твердого образца. Следовательно, сталь после такой обработки, имея улучшенные свойства, отвечает разносторонним требованиям потребителей по качеству металла.
2. Наибольшую активность в развитии технологий обработки жидкой стали демонстрирует Уральский федеральный округ, где патентообладатели сосредоточены преимущественно на территории Челябинской и Свердловской областей. Доля округа в РФ составляет около 30 %. По количеству полученных патентов за рассмотренный период УрФО опережает ЦФО на 5 %.
Одним из перспективных методов обработки металла вне печи является мик-
ролегирование. Технико-экономическая состоятельность замещения рядовых углеродистых сталей микролегированными сталями более высокого качества доказана как в практике работы уральских металлургов и машиностроителей, так и в мировой практике. В частности, в США осуществлён проект по разработке сверхлёгкого стального автомобильного кузова. Успешность проекта определялась в значительной мере за счёт замены рядовых углеродистых сталей с низкой прочностью на более высокопрочные. Этот демонстрационный проект предопределил возможность поднятия микролегированных сталей на уровень особо перспективного материала для автомобильной промышленности, которая является в значительной степени, зависимой от стоимости и качества используемого металла.
В условиях Урала, проведённое нами исследование по оценке эффективности микролегирования стали различными ферросплавами свидетельствует об экономической эффективности внепечной обработки стали (табл. 3) [8].
Таблица 3
Сравнение стоимости микролегирования стали взаимозаменяемыми
легирующими элементами
Показатель Легирующие элементы
ниобий ванадий бор ^еЬ)* бор^Ь) *
Цена 1 кг элемента в ферросплаве на российском рынке, руб. 1583 1250 1235 791
Среднее содержание элемента в стали, % 0,04 0,07 0,003 0,003
Коэффициент усвоения сталью легирующего элемента 0,83 0,83 0,70 0,92
Средний расход и стоимость элемента на 1 т стали: кг 0,48 0,84 0,043 0,033
руб. 760 1050 53 26
Средние показатели улучшения предела прочности при среднем расходе элемента** 6-8/7 5-17/11 3-10/6 3-10/6
Расход элемента на единицу увеличения предела прочности, кг 0,069 0,076 0,007 0,0055
Стоимость увеличения единицы предела прочности микроэлементом, руб. 109,2 95 8,6 4,35
* Бор рассматривается нами как в составе традиционного ферросплава ^еВ), так и в новом сплаве — ферросиликоборе ^еЯ1В)
** числитель — предельные значения, знаменатель — среднее значение
По нашим расчётам, микролегирование стали ванадием, ниобием и бором в целях повышения прочностных характеристик металла выглядит экономически эффективным. При этом удельные затраты в случае использования бора при одинаковом воздействии на свойства стали будут в десятки раз меньше по сравнению с применением ниобия и ванадия. В качестве бор-содержащего ферросплава экономически выгоднее использовать ферросиликобор, стоимость бора в котором значительно ниже. Таким образом, микролегирование сталей широкого сортамента борсодержа-щими сплавами выглядит экономически привлекательным.
Дальнейшее развитие металлургического комплекса Урала возможно лишь при условии его перепозиционирования, связанного с активным внедрением эффективных технико-технологических, социально-экономических и экологических решений [2]. Оценка развития металлургического комплекса Среднего Урала позволяет считать, что наличие ресурсного, научно-технического, технологического, производс-
твенного, кадрового, институционального потенциалов даёт возможность формирования нового технологического облика [6]. Регион обеспечен богатой минерально-сырьевой базой с преимущественно многокомпонентным составом сырья, а также техногенными ресурсами с комплексным составом. Среди разнообразных элементов комплексного сырья Урала необходимо отметить группу редкоземельных металлов (РЗМ), которые имеют стратегическое значение для создания высокотехнологичных продуктов (внедрение 14 из 27 критических технологий возможно только при обеспечении производства РЗМ). Предполагается, что к 2020-2025 гг. нехватка редкоземельных металлов станет основным тормозом развития высокотехнологичных отраслей [3].
Для проверки сформулированной гипотезы проведён анализ патентной базы (ФИПС) изобретений, группы С22В 59/00 — «Получение редкоземельных металлов» ( рис. 1) , в рамках федеральных округов России.
25
20
15
10
всего по РФ
ЦФО
СЗФО
ПФО
УрФО
СФО
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Рис. 1. Динамика выдачи патентов РФ на изобретения, относящиеся к группе получения редкоземельных металлов по федеральным округам РФ, кол-во
Установлено, что если в целом по РФ в 2002 г. выдано лишь 4 патента, то в 2013 г. уже 20. В целом по РФ, с 2010 г. резко набираются темпы роста патентной активности в области получения РЗМ. В 2013 г.,
в сравнении с 2010 г. возрастала патентная активность на территориях Центрального, Северо-Западного и Уральского федеральных округов. В частности, по УрФО она возросла в 7 раз (рис. 2).
2500
2000
1500
1000
500
2010
2011
2012
2013
всего по РФ ЦФО СЗФО УрФО
Рис. 2. Темпы роста патентной активности по получению РЗМ по федеральным округам, %
5
0
0
Результаты ранее проведённых исследований подтверждают наличие в УрФО ресурсного, научно-исследовательского, производственного и кадрового потенциа-
лов для развития редкоземельного производства. Здесь же имеется широкий круг потребителей продукции этой отрасли. В настоящее время на территории Уральско-
го федерального округа сформировались организационные и экономические предпосылки создания кластера по получению и применению редкоземельных химических элементов [9].
Литература_
1. Изобретения стран мира. М.: Патент, 20032013.
2. Леонтьев Л.И., Пономарёв В.И., Селиванов Е.Н., Романова О.А. Перспективные разработки ИМЕТ УрО РАН в области металлургических технологий и материаловедения: матер. междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург: ИМЕТ УрО РАН. 2013. С. 13-22.
3. Похиленко Н.П., Крюков В.А., Толстов А.В., Самсонов Н.Ю. Томтор как приоритетный инвестиционный проект обеспечения России собственным источником редкоземельных элементов // ЭКО. 2014. № 2. С. 22-35.
4. Романова О.А., Акбердина В.В., Брянцева О.С. Потенциал старопромышленного региона в условиях неоиндустриальной парадигмы развития // Вестник ЗабГУ. 2013. № 2. С. 143-151.
5. Романова О.А. Неоиндустриализация как фактор повышения экономической безопасности старопромышленных регионов // Экономика региона. 2012. № 2. С. 70-80.
6. Романова О.А. Стратегический вектор экономической динамики индустриального региона // Экономика региона. 2014. № 1. С. 43-55.
7. Сиваков Д.В., Буданов И.А. Проблемы и перспективы развития отечественной чёрной металлургии: аналитический доклад. Межведомственный аналитический центр, декабрь 2010. 69 с.
8. Сиротин Д. В. Эффективность повышения качества стали за счёт микролегирования: препринт. Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2013. 50 с.
9. Стариков Е.Н., Романова О.А., Лыжин П. С. Концептуальные направления и стратегические перспективы формирования Уральского технологического кластера по получению и применению редкоземельных химических элементов. Использование кластерного подхода в модернизации экономического пространства Российской Федерации / Под ред. акад. РАН А.И. Татаркина. Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2013. 559 с.
Таким образом, в регионе имеется достаточный потенциал, реализация которого может способствовать формированию нового технологического облика металлургии Урала.
_References
1. Izobreteniya stran mira. (Inventions of worldwide countries). Moscow: Patent, 2003-2013.
2. Leontiev L.I., Ponomaryov V.I., Selivanov E.N., Romanova O.A. Perspektivnye razrabotki IMET UrO RAN v oblasti metallurgicheskih tehnologiy i ma-terialovedeniya: mater. mezhdunar. nauch. -prakt. konf. (Prospective developments IMET UB RAS in metallurgical engineering and materials science: materials of the international scientific-practical conference). Ekaterinburg: IMET UrO RAS. 2013. P. 13-22.
3. Pokhilenko N.P., Kryukov V.A., Tolstov A.V., Samsonov N.Yu. EKO. (Eco). 2014. no 2. P. 22-35.
4. Romanova O.A., Akberdina V.V., Bryantseva O.S. Vestnik ZabGU. (Transbaikal State University Journal). 2013. no 2. P. 143-151.
5. Romanova O.A. Ekonomika regiona. (Regional economy). 2012. no 2. P. 70-80.
6. Romanova O.A. Ekonomika regiona. (Regional economy). 2014. no 1. P. 43-55.
7. Sivakov D.V., Budanov I.A. Problemy i per-spektivy razvitiya otechestvennoy chyornoy metallur-gii: analiticheskiy doklad. Mezhvedomstvenny anal-iticheskiy tsentr, dekabr. (Problems and prospects of the domestic steel industry development: analytical report. Interdepartmental Analytical Center, December, 2010).69 p.
8. Sirotin D.V. Effektivnost povysheniya kachestva stali za schyot mikrolegirovaniya: preprint. (Efficiency improvement of steel quality by micro-alloying: preprint). Ekaterinburg: Institute of economy UrO RAS, 2013. 50 p.
9. Starikov E.N., Romanova O.A., Lyzhin P.S. Kontseptualnye napravleniya i strategicheskie pers-pektivy formirovaniya Uralskogo tehnologicheskogo klastera po polucheniyu i primeneniyu redko-zemel-nyh himicheskih elementov. Ispolzovanie klasternogo podhoda v modernizatsii ekonomicheskogo pros-transtva Rossiyskoy Federatsii. Pod red. Akad. RAN A.I. Tatarkina. (Conceptual directions and strategic prospects for the Ural technological cluster formation for the preparation and use of rare earth chemical elements. The cluster approach use in the modernization
10. Углов В.А., Зайцев А.И. Основные направления развития металлургической технологии для обеспечения современных требований по уровню и стабильности технологических и служебных свойств стали. ОАО «Черметинформация // Черная металлургия. 2012. № 3. С. 86.
of economic environment of the Russian Federation. Ed. Acad. RAS A.I. Tatarkin). Ekaterinburg: Institute of economy UrO RAS, 2013. 559 p.
10. Uglov V.A., Zaytsev A.I. Chernaya metallur-giya. (Ferrous metallurgy). 2012. no 3. P. 86.
Коротко об авторах_
О.А. Романова, д-р экон. наук, профессор, зав. отделом региональной промышленной политики и экономической безопасности Федерального государственного бюджетного учреждения науки, Институт экономики Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, РФ [email protected]
_Briefly about the authors
O. Romanova, doctor of economic sciences, professor, head of the Regional Industrial Policy and Economic Security department, Institute of Economics of the Ural Branch, RAS, Ekaterinburg, Russia
Научные интересы: структурная модернизация экономики; региональная промышленная политика; теоретические основы и методология формирования эффективного корпоративного развития и управления; институциональная среда развития региональной экономики; частно-государственное партнёрство; оценка и прогнозирование научно-технологического развития экономики региона
Scientific interests: structural modernization of economy; regional industrial policy; theoretical basis and methodology of building an effective corporate development and management; institutional environment for the development of regional economy; public-private partnerships; estimation and forecasting of scientific and technological development of regional economy
Д.В. Сиротин, аспирант, стажёр-исследователь Федерального государственного бюджетного учреждения науки, Институт экономики Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, РФ
D. Sirotin, postgraduate, trainee researcher, Institute of Economics of the Ural Branch, RAS, Ekaterinburg, Russia
Научные интересы: региональная промышленная политика; теория и методология оценки эффективности; оценка и прогнозирование научно-технологического развития экономики региона, проблемы повышения качества металлопродукции
Scientific interests: regional industrial policy; theory and methodology for assessing performance; estimation and forecasting of scientific and technological development of regional economy, problems of steel quality improving
