Факторы развития металлургической отрасли на протяжении XX века

      титульный 
 

      24. Факторы развития металлургической  отрасли на протяжении XX века. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

План 
 

Введение…………………………………………………………………………..3

I.Черная металлургия в ХХ веке………………………………………………..4

II.Цветная металлургия в ХХ веке…………………………………………..…10

Заключение…………………………………………………………………….…18

Библиография…………………………………………………………………...20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

    Металлургия - отрасль тяжелой промышленности, охватывающая процессы получения (выплавки) металлов из руд и других материалов, производства сплавов, придания нужной формы металлическим заготовкам путем обработки их давлением.

    Металлургия подразделяется на чёрную и цветную.

     Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов.

      К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов.

      С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.

      Цель данной работы рассмотреть факторы развития металлургической отрасли на протяжении ХХ века.

      К задачам относятся изучить историю развития и представить общую характеристику черной металлургии ХХ века и изучить историю развития и представить общую характеристику цветной металлургии ХХ века.  
 
 
 
 

1. Черная  металлургия в  ХХ веке.

      Чёрная металлургия - отрасль тяжёлой индустрии, включающая комплекс взаимосвязанных подотраслей: собственно металлургическое (доменное, сталеплавильное, прокатное), трубное и метизное производства, добычу, обогащение и окускование рудного сырья, коксохимическое производство, производство ферросплавов и огнеупоров, добычу нерудного сырья для черной металлургии и вторичную обработку чёрных металлов. Важнейшие виды продукции черной металлургии: горячекатаный и холоднокатаный прокат, стальные трубы и металлоизделия¹.

      Черная металлургия - ведущая отрасль народного хозяйства, от которой существенно зависит благополучие страны. С позиций сегодняшнего дня, когда новым технологиям уделяется первейшее внимание, посмотрим, какие изменения произошли в XX веке в металлургических технологиях.   

      Установившаяся технология производства чугуна, стали и проката к началу XX века принципиально сохранилась до настоящего времени, хотя агрегатное оформление стало другим. Доменная печь за первые 50 лет XX века приобрела современный профиль, ее объем возрос от нескольких сотен кубических метров до 1-2 тысяч, а за следующие 50 лет до 5 и более тысяч куб. м.. За это время доменная печь получила современную систему загрузки, подготовленное сырье, высокую температуру дутья с добавкой кислорода, природного газа и других заменителей кокса, повышенное давление.    

       Основным сталеплавильным агрегатом была мартеновская печь, работали бессемеровские и томасовские конвертеры, появились электрические печи. В XX столетии мартеновские печи, бессемеровские и томасовские конвертеры были заменены кислородными конвертерами и дуговыми печами. В мире примерно две трети стали выплавляют в конвертерах, а одну треть в дуговых электропечах. В России и других странах СНГ еще сохранились мартеновские печи. Получила широкое применение внепечная обработка жидкой стали, активно расширяется непрерывная разливка стали. Много новых агрегатов появилось в прокатном производстве.

       В начале века черная металлургия в России была сосредоточена на Урале, в центре и на Украине, а подготовка инженерных кадров в Петербурге, Екатеринбурге и Екатеринославле, а несколько позже и в Москве. Металлургическая наука в этот период формируется путем синтеза производственной деятельности и теоретических изысканий - синтеза теории и практики. Во главе ее Михаил Александрович Павлов и Владимир Ефимович Грум-Гржимайло. Грум-Гржимайло В.Е., окончивший Петербургский горный институт, после инженерной деятельности на Урале с 1907 г. заведовал кафедрой металлургии стали в Петербургском политехническом институте. В 1920 г. он создает кафедру металлургии стали и теории печей в Уральском политехническом институте, которой заведовал до 1924 г².

       Научные интересы Грум-Гржимайло В.Е. - выдающегося металлурга теоретика и практика, одного из создателей основ металлургической науки - охватывали весь цикл от производства чугуна и стали до готового проката: в 1908 г. он использовал законы физической химии к объяснению процессов, происходящих в бессемеровском конвертере и в стальной ванне мартеновской печи; 1905-12 гг. - создается гидравлическая теория печей; 1910 г. - он изучает свойства огнеупоров, разрабатывает теорию перерождения динаса; 1925 г. - выходит книга «Пламенные печи», 1933 г. - «Металлургия стали», «Прокатка и калибровка».

       Первая четверть XX века характеризуется успешным развитием металлургической науки и образования в России. Россия занимает ведущее место в мире. Металлургическая отрасль в России и старом мире отстает от американской. Виной тому мировая война, революционные потрясения и гражданская война в России. В 1920 г. чугуна выплавлялось столько, сколько было выплавлено в 1780 г., а в 1946 меньше, чем в 1934.

       После окончания второй мировой войны бурно развивается черная металлургия России и к началу восьмидесятых годов СССР выходит на первое место в мире. В эти же годы достигают своего максимума США и Япония.

       В годы перестройки производство черных металлов в России сократилось вдвое, а техническое оснащение заводов существенно уступает тому, что появилось на Западе и в Японии за последние 15-20 лет. Если  Грум-Гржимайло В.Е.  и Павлов М.А. были металлургами широкого профиля, то после них стали развиваться теоретические подходы к отдельным частям металлургической технологии. Уже в самом начале века были две кафедры: металлургии чугуна (Павлова М.А. ) и металлургии стали и теории печей (Грум-Гржимайло В.Е. ), а не одна кафедра металлургии, хотя интересы обоих заведующих выходили за пределы их кафедр. Павлов М.А.  все же предпочитает доменное производство, а Грум-Гржимайло В.Е. сосредоточивается на металлургических печах. Их ученики продолжают их основные интересы, углубляя изучение доменного процесса и металлургических печей. Обе ветви развиваются самостоятельно. Кафедра металлургии стали и теории печей разделяется на две, но эти ветви связаны одним агрегатом - мартеновской печью. Возникает вопрос, что главнее - технология (металлургия стали) или теплотехника. Семикин И.Д. , любивший острые афоризмы типа - «Заочное образование все равно, что заочное питание», провозглашал «Теплотехника - мать технологии». Эти споры имели место на конференциях пятидесятых годов. Технологи и теплотехники оставались при своих мнениях. Технологи молятся на физическую химию (Институт металлургии АН СССР постоянно проводит традиционные конференции по физико-химическим основам производства стали, теория металлургических процессов, читаемая в вузах, опирается на физическую химию), а металлурги-теплотехники - в основном на теплообмен, постепенно расширяя свои интересы на печи других отраслей

      Бурное развитие черной металлургии в СССР в 50-60 годах требовало быструю подготовку научных и инженерных кадров. Проводится много научных конференций по доменному производству, сталеплавильному, прокатному и другим производствам, они способствовали развитию науки и образованию, техническому прогрессу в металлургии, но, к сожалению, не обсуждались общие проблемы черной металлургии в целом. В металлургических вузах и на металлургических факультетах политехнических институтов не готовились специалисты широкого металлургического профиля, способных анализировать весь металлургический цикл. Такое положение сохраняется до настоящего времени³.

      Рассматривая историю развития черной металлургии нельзя не остановиться на взаимоотношениях различных научных школ. Теоретические подходы к отдельным частям металлургической технологии стали развиваться еще при жизни Грум-Гржимайло В.Е.. Одним из «виновников» такого подхода был инженер Скаредов Н.Е., предложивший в 1915 г. печь рассматривать, как тепловую машину. Он утверждал, что тепловая мощность является главнейшим фактором, определяющим работу печи, он подчеркивал значение излучения в теплообмене. Позже идеи Скаредова Н.Е. были развиты Семикиным И.Д.. В 1923-27 гг. Доброхотов Н.Н.  подвергает критике гидравлическую теорию печей Грум-Гржимайло, подчеркивая важность теплообменных процессов. Он формулирует положения общей теории промышленных печей, читает соответствующий курс студентам. Как позже отмечал Глинков М.А. , это был период острой борьбы между сторонниками гидравлической теории и общей теории печей, на позициях которой он стоял. Эта борьба имела как положительные, так и отрицательные стороны, она поучительна. Молодой профессор Доброхотов Н.Н.  подвергает критике теорию всемирно известного ученого, которому уже за 60 лет. Это похвально, но тон этой критики недопустим, близок к оскорбительному. Категоричность критики Доброхотовым Н.Н.  теории Грум-Гржымайло В.Е.  была необоснованной - она базировалась на ошибочном представлении, что теплообмен к нагреваемому телу осуществляется конвекцией, а фактически в высокотемпературных печах доля конвекции несущественна.

      В 50-х годах металлурги получают технический кислород и природный газ в больших количествах, мощное средство для радикального изменения металлургической технологии. К этому времени была известна идея замены доменного процесса, высказанная Черновым Д.К.  в 1899 году, им были предложены и твердофазный и жидкофазный прямые способы получения железа из руд. Но в это время не стоял так остро, как сейчас, вопрос об экологическом неблагополучии доменного, агломерационного и коксохимического производства. Была упущена возможность разработать новую технологию без кокса и агломерата. Основное количество кислорода и природного газа было направлено в доменную печь. Сталеплавильщики кислород используют в мартеновских печах, делаются попытки сжигать топливо в чистом кислороде. Основная посылка - интенсификация теплообмена. Металлурги тогда не знали, что они создают мощные генераторы по производству оксидов азота.

       В 2000 г. состоялась VI научно-техническая конференция «Тепло- и массообменные процессы в металлургических системах» возродившая после девятилетнего перерыва традиционные научные конференции по тепломассообмену. Итогом прошлых конференций, касавшихся в основном сталеплавильных ванн, стало понимание того, что теория тепломассообмена является не только теоретической основой сталеварения, но и других металлургических технологий. Возникла потребность рассмотреть тепломассообмен и в других металлургических системах. За последние 30 лет в работе конференций, кроме металлургов, приняли участие ведущие специалисты в области гидрогазодинамики и общих вопросов тепломассопереноса.

      Параллельно с упомянутыми выше конференциями проводились конференции, семинары, заседания Научного Совета и его секций по проблеме «Массо- и теплоперенос в технологических процессах» Государственного Комитета СМ СССР по науке и технике, Сектора механики неоднородных сред АН СССР (под руководством акад. Струминского В.В.) и др., в которых принимали участие и металлурги, а в 1979 г. в Дубровнике (Югославия) Международным центром по тепло - и массопереносу был проведен 10 Международный семинар, посвященный тепломассоопереносу в металлургических системах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Цветная металлургия в XX веке.

     Цветная металлургия - отрасль тяжёлой промышленности, включающая добычу и обогащение руд, производство и обработку цветных металлов и их сплавов. Попутной продукцией цветной металлургии являются химические соединения, минеральные удобрения, стройматериалы и т.д. Производственный комплекс отрасли состоит из горнодобывающих предприятий, обогатительных фабрик, металлургических и металлообрабатывающих заводов⁴.

    С начала века до 1914-1917 гг. по меди и золоту наблюдается период крупного роста добычи и производства. По свинцово-цинковой промышленности продолжается период застоя, о чем свидетельствуют данные табл. 1⁵.

     Значительное развитие производства меди объясняется ростом внутренних потребностей (применение электричества, железнодорожное строительство), а также повышением таможенных пошлин с 2,5 до 5 руб. золотом за пуд. При этом технический уровень российских медных предприятий был значительно ниже зарубежного. 

Таблица 1

Среднегодовое производство цветных металлов в  начале XX в.

     Золотодобывающая промышленность прогрессирует, однако методы добычи в основном примитивные. Свинцово-серебряная промышленность очень нестабильна.

      В XX в. большинство предприятий отрасли сосредоточено на Урале, хотя такие территории, как Кавказ, Сибирь, Казахстан, а также входящая в состав Российской Империи Польша, тоже вносят значительный вклад в общеотраслевые объемы производства (табл. 2). 

Таблица 2

Географическое  расположение горно-металлургической промышленности цветных металлов в 1913 г⁶.

     Предприятия по обработке цветных металлов были сосредоточены в центре России - Москве и Санкт-Петербурге.

     Ассортимент медьперерабатывающих заводов был достаточно разнообразен: сплавы (латунь, золото, мельхиор), кабели, арматура, проволока, листы, трубы, разное литье, жесть, котлы, самовары, колокола...

      Промышленность цветных металлов к началу первой мировой войны почти полностью находилась в руках иностранцев. Основная роль принадлежала английскому капиталу (112 из 184 млн руб. общих вложений), на втором месте - французский капитал (43,3 млн руб.), на третьем - бельгийский (9,6 млн руб.), на четвертом - германский (8,7 млн руб.)

       В годы первой мировой войны в цветной металлургии России произошли неблагоприятные изменения. Польская цинковая промышленность оказалась в зоне военных действий, Дальний Восток испытывал финансовые и транспортные затруднения, добыча руд на Кавказе снизилась из-за затопления и обрушения подземных выработок в результате землетрясения.

     Сокращение производства меди было вызвано общим расстройством экономики России во время войны (недостаток квалифицированной рабочей силы, транспортные проблемы и в связи с этим недостаток топлива). К 1916 г. стала сказываться изношенность оборудования и исчерпание запасов разведанных руд.

      В 1917 г. цветная металлургия практически перестала существовать. В годы гражданской войны предприятия цветной металлургии пришли в упадок и прекратили работу. Их восстановление и строительство новых предприятий началось сразу же после окончания войны.

      После 1917 г. цветной металлургии уделялось большое внимание как одной из важнейших отраслей промышленности. Уже план ГОЭЛРО предусматривал увеличение выплавки меди за 10-15 лет до 80 тыс. т/г., производства алюминия - до 10 тыс. т/г., а также значительное увеличение добычи драгоценных металлов. Довоенный уровень производства цветных металлов был достигнут к 1929 г.

       В декабре 1927 г. был принят первый пятилетний план. С 1928 г. началось его осуществление. За годы первых пятилеток были созданы новые подотрасли цветной металлургии: алюминиевая, никелевая, магниевая, вольфрамовая, твердых сплавов, редких металлов. Ранее существовавшие подотрасли: медная, свинцово-цинковая, производство благородных металлов - получили значительное развитие.

        В 1930 г. начал действовать цинковый завод в г. Белово (Кузбасс), в 1931 г. - Красноуральский медеплавильный завод, в 1932 г. - первый в СССР алюминиевый завод - Волховский (Ленинградская область) на базе построенной в 1926 г. Волховской ГЭС, в 1933 г. - первый в СССР никелевый завод - Уфалейский (Урал), в 1934 г. - Чимкентский свинцовый завод (Южный Казахстан), в 1935 г. - Челябинский цинковый завод. В то же время был построен Днепровский алюминиевый завод на базе Днепрогэса. Это был очень мощный для того времени завод. Его мощность равнялась десятой части всего мирового производства алюминия. В 1938 г. выдал первую медь Балхашский медеплавильный завод, начал действовать Южно-Уральский никелевый завод.

      Перед самым началом второй мировой войны были введены в эксплуатацию комбинат "Североникель" (Мончегорск), Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат (Кабардино-Балкария) и многие другие предприятия. Цветная металлургия СССР вышла на одно из первых мест в мире. Появилась возможность полностью отказаться от ввоза алюминия, цинка и частично меди.

        В годы Великой Отечественной войны цветной металлургии Советского Союза был нанесен огромный ущерб. Перестали действовать Днепровский и Волховский алюминиевые заводы, комбинат "Североникель", Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат, заводы "Электроцинк" и "Укрцинк", из-за эвакуации сократили свои мощности Кольчугинский и другие заводы по прокату и обработке цветных металлов. Эти предприятия выпускали более 50 % объема производства алюминия, цинка, никеля, магния, молибдена, вольфрама.

       Новые мощности были созданы в Сибири, на Урале и в Казахстане, в том числе Норильский горно-металлургический комбинат, Новокузнецкий и Богословский (Урал) алюминиевые заводы. Было организовано производство циркониевых и ниобиевых концентратов.

       После окончания войны цветная металлургия продолжала развиваться бурными темпами. Ранее существовавшие заводы были расширены или построены заново. В 1950 г. довоенный объем производства цветных и редких металлов был превзойден. В послевоенные годы начинает развиваться производство титана, германия, полупроводникового кремния, редкоземельных элементов.

       За годы семилетки (1959-1965 гг.) производство цветных металлов увеличилось в 1,8 раза, с 1966-1970 гг. - еще на 52 %, в 1971-1975 гг. производство возросло в 1,32 раза ... Подобные результаты стали возможными на основе сочетания достижений отраслевой науки и приоритетного финансирования отрасли. 

      После 1992 г. цветная металлургия работала в условиях непрерывного спада производства. Особенно эта тенденция проявилась в 1993-1994 гг., когда впервые сложилась ситуация, при которой на внутренний рынок России стало поступать металлов значительно меньше, чем поставляться на экспорт. Внутреннее потребление первичного алюминия с 1991 по 1995 гг. снизилось в 3,1 раза, рафинированной меди - в 3, свинца и цинка - в 2,8 раза, никеля - в 5,5, олова - в 4,3, титана - в 6,4, вольфрамовых и молибденовых концентратов - в 5,3 раза⁷.

       Падение внутреннего спроса практически на все цветные металлы было обусловлено прежде всего глубоким спадом промышленного производства в основных отраслях-потребителях, главными из которых являются машиностроение и ВПК (на их долю приходилось более 75 % общего потребления). Значительное снижение потребления цветных металлов имело место в радиоэлектронной, электротехнической и автомобильной промышленности, что связано с насыщением внутреннего рынка более качественной импортной продукцией (автомобилями, радио- и телеприемниками, видеотехникой и другими товарами).

       Снижение спроса в некоторой степени определило падение производства. Однако спад производства был меньше, чем спад потребления на внутреннем рынке. Темпы падения производства были ниже падения спроса, потому что возросли поставки металлов на внешний рынок.

       Несмотря на спад производства, Россия продолжала играть значительную роль в мировой торговле цветными металлами. Ее доля в мировом экспорте цветных металлов возросла с 7 % в 1991 г. до 20,5 % в 1995 г.

       Рост экспортных поставок воспрепятствовал более глубокому спаду производства в цветной металлургии, однако экспорт носил сырьевой характер. На внешние рынки поставлялись в основном первичные металлы и концентраты, а не продукция повышенной технической готовности (прокат, профили, готовые изделия), что резко снижало эффективность экспорта.

       Несмотря на негативные тенденции начала 90-х гг., цветная металлургия стала одной из немногих отраслей промышленности, довольно успешно приспособившихся к рыночным условиям (рис. 1). Причиной тому явилась переориентация на экспорт в условиях резкого спада потребления металлов внутри страны. Экспортная ориентация позволила в наиболее тяжелый период перехода к рынку сохранить производственный потенциал и кадры. Рост экспорта на фоне снижения внутреннего потребления увеличил зависимость от мировой экономики.

Рис. 1 Динамика объемов производства продукции цветной металлургии, % к декабрю 1997 г⁸.

      Удельный вес металлургического комплекса в общем объеме промышленного производства в 2000 г. превысил 16,4 %. В том числе на долю цветной металлургии пришлось 8,7 % от общего объема промышленного производства.

       Металлургический комплекс России является экспортно-ориентированной отраслью промышленности. В 2000 г. за рубеж было поставлено 58,6 % произведенной металлургической продукции. При этом удельный вес экспорта цветных металлов и изделий из них в объеме их производства составил 56 %⁹.

       Несмотря на относительное благополучие, существуют проблемы, которые могут значительно снизить рентабельность, отрасли:

1.Рост цен на продукцию естественных монополий: электроэнергию, природный газ, транспортные услуги.

2.Зависимость от уровня мировых цен на металлы. В 2001 г. отрасль испытала настоящий шок, вызванный падением мировых цен на все основные наименования экспорта продукции цветной металлургии. Так, только в четвертом квартале 2001 г. по сравнению с четвертым кварталом 2000 г. цены снизились на никель (на 33 %), кобальт (40 %), цинк (29 %), олово (26 %), медь (24 %), алюминий (14 %), магний (11 %) и хром металлический (7 %).

3.Постепенное приближение паритета покупательной способности рубля к его обменному курсу. Одним из следствий этого процесса является рост издержек производства металлопродукции в долларовом исчислении, что приводит к снижению рентабельности ее экспорта.

4.Нарастание износа основных фондов металлургии из-за многолетнего недоинвестирования отрасли. Сохранение этой тенденции приведет не только к дальнейшему росту затрат на поддержание оборудования в рабочем состоянии, но и к увеличению технологического отставания отечественного металлургического производства от западного. Как следствие, за рубежом российским металлургам будет все труднее конкурировать на наиболее прибыльных рынках высокотехнологичной продукции, и их будут все больше вытеснять в сферу ресурсоемкого и экологически напряженного производства первичных продуктов и полуфабрикатов. Из общего объема капиталовложений в экономику на долю цветной металлургии в 2000 г. приходится 3 %.

5.Несбалансированность подотраслей и отдельных переделов, вызванная отсутствием эффективных экономических связей между странами СНГ.

6.Неблагоприятная экологическая обстановка в зонах действия металлургической промышленности.

7.Градообразующая роль большинства предприятий.

8.Недостаток финансовых ресурсов - собственных оборотных средств и капиталовложений.

       Сдерживающим фактором в развитии цветной металлургии является тяжелое положение рудной базы, недостаток сырья и высокий удельный вес его импорта, особенно в алюминиевой промышленности. 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Заключение 

           Количество и качество выплавляемого металла во многом определяет экономическую мощь государства. Отрасль включает черную и цветную металлургию.  

    Металлургия сильно загрязняет воздух, воду, и экологический  фактор становится главным для ее размещения.

    Главные базы цветной металлургии — Центральная (вокруг КМА), Уральская и Сибирская (на юге Западной Сибири).

    Для руд тяжелых цветных металлов характерно низкое содержание металла  в руде (для выплавки 1 т меди надо 100 т руды, 1 т олова — 300 т), т. е. главным фактором размещения является сырьевой. Легкие цветные металлы  получают методом электролиза. Поэтому  их производство очень энергоемко (для  производства 1 т алюминия требуется 17 тыс. кВт . ч электроэнергии, а 1 т  титана — до 60 тыс. кВт . ч).