Дата публикации: 30.05.2022
Әлімбет Арсен Бақытбекұлы
Магистрант: Карагандинский технический университет имени А.Сагинова
Научный руководитель: Султангазиев Руслан Бауыржанович
Анализ использования вторичных ресурсов железа, как, впрочем, и других металлов, производился уже в первых научных работах в области металлургии. Во второй половине ХIХ века появились первые специальные исследования на эту тем.
Общий смысл изысканий сводился к обоснованию целесообразности максимального использования «свежих» вторичных материалов (то есть текущих отходов или «оборотного» лома) и возможности переработки отвалов металлургических материалов, которые были накоплены за предыдущие периоды работы предприятий (то есть, материалов техногенных месторождений или «отложенного» рециклинга).
В целом, сложившиеся представления (как в нашей стране, так и за рубежом) мало менялись вплоть до последнего десятилетия ХХ в. Их содержание в полной мере характеризуют фундаментальные работы Л.Л. Зусмана (общепризнанные в СССР и РФ), многие положения которых практически полностью совпадают с более ранней аргументацией Стоугтона, Эккеля, Mанлова, Виккерса.
В соответствии с основными положениями упомянутых работ, в процессе переработки на металлургическом предприятии полного цикла железо из вторичных материалов (отходов) распределяется между годной продукцией, вновь образующимися вторичными материалами (вторичными отходами) и безвозвратными потерями.
«При последующем цикле кругооборота оставшихся отходов содержащееся в них железо вновь распределяется по тем же трем направлениям, но так как с повторными циклами кругооборота абсолютное количество остатка первоначальных отходов уменьшается, то и остаток железа последовательно уменьшается и стремится к нулевому значению. Таким образом, кругооборот железа внутри металлургического производства приводит к окончательному распределению железа между годной продукцией и безвозвратными потерями».
Принципиальные изменения в структуре сырьевой базы сталеплавильного производства, связанные с существенным повышением материального к.п.д. технологий чëрной металлургии, выразились в значительном уменьшении количества оборотного лома и лома металлообработки. Это потребовало новых подходов к оценке вторичных ресурсов железного лома. Характерным примером здесь является работа группы исследователей Рейнско-Вестфальдского института экономики (Эссен, Германия) под руководством доктора Г. Винерта [1].
Ресурсы амортизационного лома («старого лома») должны стать основным видом сырья, а природные железные и полиметаллические руды – дополнительным источником железа, «подпитывающим» основной цикл потребления стальных изделий.
«Вследствие значительных затрат энергии производство чугуна и губчатого железа является в принципе дорогостоящим «первичным переделом», в то время как переплав скрапа можно рассматривать как базирующийся на утилизации отходов (рециклинге) сравнительно дешевый «вторичный передел». Поэтому уровень вторичного передела определяется, в конечном счëте, возможностями получения достаточного количества скрапа, а первичный передел по производительности «подгоняют в виде остаточного потребления» [2].
Таким образом, грамотная оценка будущих запасов всех видов металлолома становится определяющим фактором для выбора стратегии развития производственных мощностей по чугуну, губчатому железу и переработке амортизационного лома. Для корректного Анализа будущего потребления лома доктор Г. Винерт обосновывает необходимость предварительного Анализа использования лома в прошлом, то есть составления, так называемого, «ретропрогноза» потребления ресурсов в чëрной металлургии.
Исходным пунктом расчëта потребления скрапа является потребность в железе для мирового производства стальной продукции. Из суммарного потребления железа вычитают железо чугуна и продуктов прямого восстановления, которые определяются статистически или по «надëжным экспертным оценкам». В результате в качестве остатка получается дефицит железа, который покрывается металлоломом (скрапом). Предложение скрапа осуществляется из трех источников: оборотный металлолом («скрап»), лом металлообработки («новый скрап из металлообрабатывающей промышленности»), амортизационный металлолом («старый скрап»).
Kоличество оборотного скрапа зависит от применяемой технологии и степени совершенства еë освоения. Поэтому выход оборотного скрапа представляет собой разность между количеством выплавленной нерафинированной стали и расчëтным количеством проката (что соответствует гипотезе безотходной технологии), причëм при разливке в слитки расход жидкой стали на тонну проката принимается равным 1,35 т, а при непрерывном литье этот коэффициент снижается до 1,10.
Выход нового скрапа в металлообрабатывающей промышленности зависит от выхода годного вырубаемых, штампуемых, прессованных и т.д. деталей из тонны проката. Kачество нового скрапа вследствие обычно используемой в промышленности стали ценных марок является высоким и поэтому в сталеплавильных цехах стараются получить этот скрап у крупных переработчиков, работая с ними в замкнутом цикле.
Выход нового скрапа в 1950 г. оценивался примерно в 20 % по отношению к расчëтным объëмам проката. Впоследствии он непрерывно снижался и составил в 1993 г. около 10 %. Если вычесть рассчитанное по этим параметрам количество нового скрапа из расчëтного производства проката, то получится масса произведëнных из стального проката изделий, которую можно считать «потенциальным старым скрапом».
«Выход старого скрапа, зависит от «жизненного цикла» продукции, содержащей сталь, и степени еë рециклинга; последний, в свою очередь, зависит от природных условий, организационных, правовых и прочих рамочных условий рынка, а также от цены скрапа. Kачество старого скрапа ограничено естественными условиями, однако его можно улучшить путëм применения подготовки, которая иногда обходится очень дорого».
Суммарный расход скрапа на выплавку тонны стали на металлургических заводах мира (не считая литейных цехов) снижался в среднем на 0,5 % в год: примерно с 580 кг в 1950 г. до 4б5 кг в 1993 г. Главной причиной этого снижения до 19б5 г. было уменьшающееся удельное поступление скрапа металлообработки. С 19б5 г. это связано с широким внедрением технологии непрерывного литья, что повлекло снижение удельного поступления оборотного скрапа [3].
В абсолютных значениях поступление оборотного скрапа с середины 1970-х гг. постоянно снижалось, а выход нового скрапа остается примерно на одном и том же уровне. Так как поступление старого скрапа за то же время значительно возросло, доли различных сортов скрапа в его общем поступлении существенно изменились. До начала 1970-х гг. доля оборотного скрапа достигла 50 % (вследствие высокого уровня производства стали в слитках), но к 1993 г. она снизилась до 30 %, в то же время доля старого скрапа возросла с 27 до 50 %.
Таким образом, согласно исследованиям Винерта длительность периода эксплуатации стального изделия в среднем составила 9 лет, а уровень сбора амортизационного лома – 33 %. Анализируя полученные данные, автор пришел к выводу о том, что «средняя длительность оборота представляет собой вымышленный параметр, который вообще может быть поставлен под сомнение».
По его мнению, фактический возврат старого скрапа является результатом различных, специфических для каждого вида продукции норм оборота.
«Например, упаковочные материалы из стального листа имеют значительно более короткий срок оборота и намного меньшую норму рециклинга, чем автомобили, а конструкционные стали обладают во многих случаях «ожидаемой длительностью жизни» практически до бесконечности».
В 1970-х гг. общий объëм оборотного скрапа в мире оценивался в 200 млн т, в 1990-е гг. это количество сократилось до 70-90 млн т, то есть составило 9 - 11 % к уровню производства нерафинированной литой стали. В связи с принципиальным изменением структуры потребления металлолома на интегрированных предприятиях в исследованиях была предпринята попытка «уменьшить степень неопределëнности оценки образования и потребления различных видов железного металлолома». Kоличество оборотного скрапа определялось как разница между объемами производства нерафинированной стали и стального проката. Далее предполагалось, что производство и потребление конечной металлопродукции не меняется на протяжении усреднëнных трëхлетних периодов (объëм на складах считался в среднем постоянным). Это позволило определить объëм оборотного скрапа «простым вычитанием, используя данные из официальных статистических таблиц USЕ».
При определении количества скрапа металлообработки приходилось учитывать большое число факторов: масштабы потребления металлопродукции различными отраслями, уровень технологий металлообработки, долю сегментов потребления (промышленное, бытовое, капитальное строительство и т.п.). Было отмечено, что определение объëма скрапа металлообработки на основании данных официальной статистики является существенно более сложной задачей по сравнению с определением объема оборотного скрапа.
Это связано с тем, что первый лишь частично выкупается металлургической компанией – поставщиком металлопродукции, а оставшаяся часть – независимыми сборщиками и переработчиками скрапа, данные по которым не позволяют отделить скрап металлообработки от амортизационного металлолома. В некоторых исследованиях объëм скрапа металлообработки оценивался в 12-14 % от объëма потребляемой стальной продукции.
Чтобы иметь возможность оценить объëм амортизационного лома, необходимо знать срок службы изделий, содержащих стальные компоненты». Этот «диапазон очень широк: стальное изделие может превратиться в скрап уже через несколько месяцев эксплуатации, в то время как срок службы некоторых мостов превышает 100 лет. Точной методики расчëта не существует, поэтому в литературных источниках делаются попытки решить эту задачу, усредняя сроки службы, которые, по данным различных исследований, составляют 15-35 лет.
Список литературы
2 Игнатьева, М.Н. Оценка и пути достижения экологической чистоты металлургического производства / М.Н. Игнатьева, С.В. Карелов, Л.А. Мочалова, Г.Ю. Пахальчак, В.Л. Советкин, Ю.Г. Ярошенко, С.В. Ярушин ; под ред. Ю.Г. Ярошенко. Екатеринбург : УГТУ – УПИ, 2008. 391 с.