ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ. ИТОГИ ВЕКА

Черная металлургия вчера, сегодня, завтра

Техническая цивилизация человечества развивается преимущественно на основе освоения и производства различных материалов, прежде всего конструкционных, главными из которых являются металлы, а среди них — железо и его сплавы (за всю историю нашей цивилизации потребителям отдано более 12 млрд. т железа). Способы производства и использования металла являются зеркалом мирового техногенного развития. Связаны они и с экономикой: статистически рост валового внутреннего продукта на 2,5 % вызывал рост потребления стали на 3 %, рост ВВП на 4 % — на 6 %. Но, по мнению ряда специалистов, до 2010 г. при умеренном ежегодном росте мирового ВВП на 3—4 % увеличение потребления металла будет отставать от темпов роста экономики, пребывая на уровне 1—1,5 % в год. Ориентация на западный технологический «second hand» может привести к монополизации рынка технико-технологических нововведений промышленно развитыми странами и лишить отечественных металлургов стратегической перспективы.

Производство стали в свое время инициировало индустриальную революцию, что, в свою очередь, породило термин индустриальное общество. Утверждение, что металлы, как основной конструкционный материал, являются не только носителем материальной культуры, но и основой индустриализации общества, справедливо, но в меньшей степени, и для постиндустриального общества. Черные металлы, и особенно качественные (за последние 15 лет мировое производство и потребление нержавеющей стали увеличилось почти вдвое), не утратят своего базисного значения и в уже грядущем информационном, интеллектуально-технетическом, технико-технологическом (технетическом) обществе XXI века.

Мировое производство стали достигло максимума (789 млн т) в 1988 г , но сократилось до 723 млн. т в 1992 г. Затем начался медленный рост (данные по мировой выплавке чугуна и стали в 1999 г. и изменению производства в 2000 г., в сравнении с 1999 г., приведены в табл. 1.1), давший в 2000 г. существенное увеличение выплавки 7,42 % по стали (828478 тыс. т) и 6,04 % по чугуну (569,4 млн. т). В ближайшие годы возможно производство сырой стали в пределах 750—800 млн т/год, что составит 125—135 кг/чел. Металлофонд мира составляет 7—8 млрд. т. Около 80 млн. т ежегодно исчезает, в частности ржавеет, микрораспыляется. Индустриально развитой считается страна, в которой удельный металлофонд составляет 8—9 т на душу населения (коэффициент рециркуляции черных металлов 55 %) Одним из самых критических для металлургии России был период с начала 90-х по 1996 г., когда в условиях общего спада промышленного производства загруженность производственных мощностей составила 50—60 %. Все это было связано как со снижением платежеспособности внутри страны, так и с ухудшением конъюнктуры на мировом рынке. В последние два года начался (незначительный) рост производства, который набирает обороты. В 1999 г. в черной металлургии он составил 14,4 %, в цветной 8,5 % по отношению к 1998 г. Производство стали в России и некоторых странах СНГ в 1999—2000 гг (тыс т) приведено ниже.

С учетом преимущественного роста производства стали в развивающихся странах с низким исходным уровнем производства стали на душу населения и стабилизации этой величины в индустриально развитых странах можно ожидать в перспективе мировой индекс производства стали > 150 кг/чел. Тогда мировое производство стали должно возрасти к 2010—2015 гг. до 1100 млн. т/год. Более осторожный прогноз Международного института чугуна и стали основывается преимущественно на высоких темпах роста производства лишь в новых индустриальных и развивающихся странах, где производство стали составляет в среднем около 50 кг/чел. (до 700 кг/чел. в промышленно развитых странах).

Металлургическое производство в XXI веке должно удовлетворять требованиям рынка к производителям металла по поставкам стали высокого качества при низкой стоимости малыми партиями и в короткие сроки и к металлургическому производству по все большему соответствию предписаниям по защите окружающей среды: сведению к минимуму всевозможных газо- и жидкофазных выделений, рециркуляции ресурсов, эффективному использованию энергии, сопутствующих продуктов и отходов производства.

В этих условиях черная металлургия нуждается не столько в новых технологиях, обеспечивающих дальнейший рост мощностей, сколько в разработках, направленных на повышение производительности агрегатов и качества металла, снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Опасный симптом обнаружился в последние несколько десятилетий, в течение которых закончился шестикратный оборот (с переплавом) европейского металла (90 % мирового его объема получено в текущем столетии). С каждым новым оборотом металла все труднее обеспечивать необходимые его качества и универсальные свойства. Затраты на передел «серой», плохо отсортированной массы металлолома становятся все ощутимее. Видимо, существует предельный уровень загрязнения (и критическая масса оборачиваемого металла), при котором традиционные методы его переработки окажутся бессильными и встанет вопрос о новых технологиях. Пока конструкторы мира следуют принципу создания машин и устройств, исходя из эффективного их производства и эксплуатации, но не регенерации. Ожидается, что в будущем стоимость металлической составляющей в окружающей предметной среде будет опережать остальные. В логистической цепочке «закупка, сборка, доставка, сортировка металла» все большее внимание уделяется переработке его перед плавкой.

В настоящее время в мире определились две основные категории металлургических предприятий:
интегрированные заводы мощностью до нескольких миллионов тонн готовой продукции, как правило листовой, иногда и высококачественной сортовой, включающие доменные печи, конвертеры и последующее оборудование и работающие в цикле «руда-прокат»;
мини-заводы производительностью 1,0—1,5 млн. t/год и менее, ориентированные на производство листового, сортового и профильного проката, работающие в пикле «скрап (окатыши)—прокат».

Производительность больших интегрированных заводов сильно возросла за последние 10— 15 лет. Опираясь на законы техноэволюпии, можно ожидать затухания этого роста (кривая вышла на насыщение). На интегрированных заводах полностью проявляется масштабный фактор большой массы продукции, что влечет снижение себестоимости. Однако такие крупные заводы могут эффективно работать только при больших заказах на однотипную продукцию. Для России необходимо учитывать проблему существования доменных печей с агломерационным и коксохимическим производствами ввиду выработки срока службы агрегатов. Существует мнение, что при воспроизводстве аглококсодоменной схемы груз экономических затрат будет непосилен для металлургических корпораций. Подобная проблема стоит и перед странами, осваивающими производство металлопродукции. Растет отчуждение от большой металлургии четвертого передела, который становится бизнесом не только все более независимым, но более экономически устойчивым. Потребитель начинает получать металл не от крупных гигантов, а от сервис-центров, которых в Америке, например, 1100.

В экономике России черная металлургия традиционно занимает ведущее место. Общие сведения об экономике России (по данным «Российского статистического ежегодника» за 1998 г).

Металлургический комплекс остается крупнейшим экспортером металлопродукции. Черная металлургия Российской Федерации — это 37 металлургических комбинатов и заводов, 13 трубных, 14 метизных и 5 коксохимических заводов, 14 заводов по производству огнеупоров, 11 предприятий по добыче и переработке железной руды, 20 по добыче нерудных ископаемых и производству огнеупоров, 12 по производству и ремонту металлургического оборудования и транспортных средств, 73 объединения по сбору и переработке вторичных металлов Стоимость (в ценах 1991 г ) ее основных производственных фондов на 01 01 92 около 42 млрд руб , реализованной продукции за 1991 г - 55,7 млрд руб , прибыль - 11,4 млрд руб Отрасль — основной поставщик конструкционных материалов для российских потребителей, на длительный период сохранит свое базовое значение в экономике России Некоторые экономические характеристики 13 крупнейших металлургических заводов России (за 1999 г ) приведены в табл 12.

По оценкам Института экономики черной металлургии России, в настоящее время 70 % валового национального продукта составляют изделия, изготовленные с применением черных металлов, и на их долю приходится 92 % всех конструкционных материалов Такое значение черных металлов в России сохранится и в ближайшей перспективе, во всяком случае, в начале будущего столетия Металлургический комплекс России перед распадом СССР производил свыше 81,5 млн т стали и 60,9 млн т проката, 11,2 млн т труб Существующий потенциал черной металлургии России определяется наличием производственных мощностей, которые по основным металлургическим переделам характеризуются, млн т/год 67 готовый прокат, 94 сталь, 61 чугун, 41 кокс, 103 товарная железная руда В целом потребление металлопроката на внутреннем рынке России сократилось на 72 % В промышленном строительстве сокращение металлопотребления составило 60 %, в машиностроении — 74 % Таким образом, отрасль находилась в тяжелом состоянии, объемы производства упали почти на 30 %, износ основных производственных фондов превысил 50 %, коэффициент их выбытия составляет 0,9 % вместо необходимых 2,5— 3 %, нарушены хозяйственные связи и материально-техническое обеспечение, крайне неудовлетворительна экологическая обстановка практически во всех металлургических центрах Наметившийся рост производства начинает менять ситуацию Для занимающихся инвестиционным проектированием (здесь и далее под проектированием понимается весь комплекс работ по проектному обеспечению всех этапов «жизненного цикла» объектов строительных инвестиции от предпроектных обоснований до ликвидации объекта) это означает необходимость проектно обеспечивать инновационные и иные потребности в строительстве новых агрегатов, в повышении эффективности функционирующих и развитии действующих производств (цехов), в оценке существующих тенденций эволюции производств (технологий), в предложениях на среднесрочную и долгосрочную перспективы, включая технический анализ и стратегическое планирование.

Черная металлургия России имеет объективные предпосылки для устойчивой работы. Она обеспечена собственными видами минерального сырья и топливными ресурсами, в том числе разведанными запасами железной руды на 350 лет, коксующимися углями — на 250 лет. Запасы природного газа, нефти бывшего Союза на 80—90 % находятся в России. Отрасль в малой степени зависит от импорта сырья. Кроме .того, по ряду позиций черные металлы наряду с продукцией нефтехимической и лесотехнической отраслей промышленности пользуются спросом на мировом рынке. Продажа металлургического сырья, полуфабрикатов, а также отдельных видов готовой продукции может быть важнейшим источником поступления твердой валюты в ближайший период как для государства в целом, так и для отдельных предприятий черной металлургии (на их техническое перевооружение).

За последние годы в отрасли улучшается структура металлургического производства, увеличивается выплавка конвертерной стали, литой заготовки и холоднокатаного листа (табл. 1.3).

Наиболее острые проблемы черной металлургии России:
— повышенная материало- и энергоемкость производства;
— несбалансированность отдельных переделов;
— низкий технический уровень производства и связанные с этим недостаточно высокие качество и конкурентоспособность продукции;
— крайне неудовлетворительная экологическая обстановка в зонах предприятий металлургической промышленности.

С 1930-х годов в ходе решения задач индустриализации в советской металлургии преобладала тенденция к гигантомании, опирающаяся не только на экономические, но и на политические соображения (в течение десятилетия общего спада производства в отрасли стали заметны процессы концентрации). В результате на долю девяти металлургических комбинатов в 1997 г. пришлось около 90 % производства стали в стране: «Северсталь» - 18 %, ММК - 16 %, НЛМК - 16 %, НТМК - 9 %, КМК - 7 %, ЗСМК - 7 %, «Мечел» — 7 %, «Носта» — 6 %, ОЭМК — 4 %). Немалую роль в утверждении этой тенденции сыграли и запросы ВПК, а также работы ученых-металлургов, теоретически обосновавших ресурсно-сырьевой. теплотехнический, штатный, экономический и иные выигрыши при строительстве крупных предприятий и эксплуатации крупных агрегатов.

Поставленная цель — выход на первое место в мире по производству чугуна и стали была достигнута, однако в результате этого металлургия бывшего СССР превратилась в своеобразного монстра с самыми большими в мире агрегатами (доменными и мартеновскими печами, конвертерами и т.д.), с огромной концентрацией производства в крупных металлургических центрах, со специализацией металлургических предприятий на выпуске определенных видов продукции. Это привело к необходимости дальних и экономически не обоснованных перевозок, к усложнению энергетических и транспортных коммуникаций, возрастанию сложности обслуживания крупных агрегатов, росту удельной мощности вспомогательного оборудования и увеличению численности обслуживающего его персонала. Лимитирующим звеном оказалась, как показала практика, организация производства, а не объемы агрегатов.

Сосредоточение гигантских металлургических предприятий в относительно небольшом количестве крупных городов повлекло экологическое неблагополучие этих районов. Особенно велико количество вредных выбросов оказалось в пяти металлургических центрах: Магнитогорске - 860 тыс. т/год выбросов от металлургических предприятий при их доле в суммарных выбросах промышленных предприятий 98,4 %; Новокузнецке - 750 тыс. т и 83,2 %; Липецке - 655 тыс. т и 90,3 %; Череповце — 640 тыс. т и 95,5 %; Нижнем Тагиле — 655 тыс. т и 91,3 %, а также в Челябинске - 330 тыс. т, Новотроицке — 265 тыс. т, при доле выбросов предприятий черной металлургии в общегородских от 80 до 98 %.

Развитие металлургии РФ в долгосрочной перспективе исходит из пятикратного роста ВВП и роста потребления стали в расчете на душу населения до 320 кг/чел. (в 1995 г. — 153 кг/чел.). На рис. 1.1 приведена общая зависимость удельного потребления стали от ВВП для ряда стран.

Уровень внедрения новейших технологий определяется фундаментальными исследованиями, производственными технологиями и конечными свойствами металлопродукции.

В области фундаментальных наук исследуются: механизм коксования каменного угля для теоретического обоснования явлений при спекании его частиц с целью массового использования слабоспекающихся углей; физико-химические основы спекания руды для управления структурой рудного сырья с целью освоения технологии окомкования и спекания пылевидной руды для использования в доменных печах; поведение жидкого чугуна, кокса, пылевидного угля в нижней части доменной печи для построения математической модели, обеспечивающей изменение управления процессом; свойства жидкой стали и шлака и их термодинамика для повышения скорости рафинировочных реакций, стойкости огнеупоров, производства стали дисперсно-упрочненной; получение микролегированной стали на стадии непрерывной разливки при непрерывном химическом анализе жидкой стали; кинетика переходных процессов для повышения эффективности инжекционной металлургии перемешиванием и повышением скорости химических реакций, для удаления включений на стадии непрерывной разливки при вдувании газа, для управления структурой кристаллизации на стадии непрерывной разливки при действии электромагнитных сил, для регулирования скорости кристаллизации и скорости разливки перитектической системы при использовании эффекта Марангони; явления при кристаллизации для уменьшения микро- и макроликваций, поверхностных трещин на начальной стадии кристаллизации, расширения возможностей непрерывного литья тонких слябов и полос; процессы деформирования при обработке давлением для расчета процесса калибровки инструмента, управления системой обработки, геометрией и свойствами продукта; структура поверхности на атомном и молекулярном уровнях, следы элементов, процессы электроосаждения и коррозии. В области фундаментального материаловедения изучаются общетеоретические вопросы (расчет диаграмм состояния, управление кристаллическими зернами с помощью дисперсных частиц, имитационное моделирование микроструктур, термодинамика дисперсии тонких частиц), прогнозируются свойства материалов, развивается теория фазового превращения и рекристаллизации для регулирования структуры, выясняется роль микроэлементов, методы измельчения зерен и развивается оксидная металлургия. Конечной целью фундаментальных исследований является разработка «суперметаллов».

В области производственных технологий- получение металлургического сырья должно основываться на применении математических моделей хода доменной печи, вдувании пылеугольного топлива > 200 кг/т чугуна и более, загрузке аглошихты с сегрегацией, использовании неспекающихся и слабоспекаюшихся углей, производстве новых видов металлургического сырья (губчатого и горячебрикетированного железа); на предварительной обработке чугуна для достижения содержания < 0,010 % Р, < 0,003 % S, < 0,02 % Si; достижении при плавке в дуговой печи за счет комбинированной продувки времени от загрузки до выпуска не более 20 мин при попадании в заданные пределы по углероду ±10 %; утилизации отходящего тепла подогрева лома и снижении удельного расхода электроэнергии до 320 кВт/т; использовании кислородно-топливных горелок для сокращения времени между выпусками плавок до 50 мин. При массовом производстве особо низкоуглеродистой стали, сверхчистой стали, заготовок стабильного качества — использование внепечного рафинирования, включая RH-OB, ковш-печь, ASEA-SKJF, подогрев в промежуточном ковше. Получение тонких слябов (толщиной 50—80 мм) и полос толщиной 5 мм на МНЛЗ. Совмещение непрерывной разливки и горячей прокатки (прокатка с горячим посадом, прямая горячая прокатка). Осуществление полной непрерывной прокатки (сварка раскатов плюс прокатка с натяжением). Для редуцирующего пресса — беспрограммная прокатка. Осуществление термомеханической обработки для придания заданных свойств термообработкой в потоке. Для отделки продукта — высокоскоростное травление (противоточное и струйное), совмещение операций (травление, холодная прокатка, отжиг, дрессировка), отжиг (непрерывный и с нейтральной средой), горячее цинкование с обработкой на сплав.

В области металлопродукции: огнестойкие стали (ов при 600 °С не менее 2/3 показателя при нормальной температуре, проволока для канатов параллельной свивки (ав к 1760 МПа), широкополочные балки постоянного и наружного размера, высокопрочные профили и толстые листы (ов и 490—780 МПа), высокопрочная тонколистовая сталь (1470 МПа), листовая сталь со сверхвысокой штампуемостью, шинный корд (3600 МПа), листовая сталь с высокой способностью к торможению трещин, атмосферостойкие стали с высокой стойкостью к хлоридам, листовая сталь со смазывающими свойствами, с цветным покрытием, ламинированная пластиком; » 0,19-мм жесть высокой жесткости, листовая электротехническая сталь с высокими характеристиками (потери менее 0,8 Вт/кг при 1,7 Тл).

Большие потенциальные возможности черной металлургии и черных металлов как материала, необходимого для непрерывного развития в XXI веке современного цивилизованного общества с высокоорганизованной системой оборотного использования ресурсов, требуют концептуального осмысления в условиях новой социальной обстановки, определяемой изменениями при переходе к информационному обществу. Увеличение населения планеты, глобализация экономики, критическое состояние природных материальных и энергетических ресурсов, обострение глобальных экологических проблем, другие общесоциальные изменения накладываются на специфические изменения, касающиеся металлургии: расширение сырьевой базы и ухудшение качества природных ресурсов, увеличение металлургического производства в развивающихся странах, все более широкое применение материалов — заменителей черных металлов, увеличение разнообразия и повышение уровня требований со стороны потребителей металлопродукции. Наступает эпоха обостренной конкурентной борьбы в мировом масштабе, ее предвестниками служат глобализация ресурсов и продукции, финансов и капитала, сопровождающая их глобализация трудовых и управленческих ресурсов, информации.

Причины широкого распространения черных металлов: во-первых, прочность, дешевизна и удобство обращения с материалами на основе железа (им легко придать любую форму, они сравнительно легко поддаются сварке и обработке давлением; во-вторых, богатые источники сырья для производства черных металлов. В частности, железные руды широко распространены в верхнем слое земной коры. Одно из главных достоинств черных металлов — высокая степень их пригодности к оборотному использованию (рециклингу). Изделия из стали после исчерпания эксплуатационного ресурса становятся ломом, подвергаются переплаву и таким образом многократно используются. При совершенствовании системы сбора и сортировки вторичного сырья можно использовать > 90 % лома. Это в полной мере отвечает и задачам охраны среды обитания.

Современное цивилизованное общество использует конструкционные материалы (для зданий, оборудования и т.д.) и функциональные (для емкостей, деталей электроприборов и других изделий). В отношении конструкционных материалов имеет значение их экономичность, которую можно представить как цену, при которой достигается определенная прочность. Эта относительная цена (стоимость, отнесенная к прочности) составляет: для стали (толстый лист SS41) — 0,9; алюминиевых сплавов (А5052) — 6,1; цемента (товарная бетонная смесь) — 0,6; пластика (полипропилен) — 3,3; древесины (фанера толщиной 9 мм) — 1,2.

Железо (сталь) как конструкционный материал во всех отношениях продолжает оставаться базовым элементом современного цивилизованного общества.

В металлургии продолжаются технические разработки, направленные на снижение себестоимости производства чугуна и основанные на тех или иных схемах и приемах ведения плавки в зависимости от конкретных условий снабжения сырьем и энергоносителями. В особенности большое внимание уделяется снижению затрат на сырье и принятию мер по повышению рентабельности производства в результате массового использования дешевых материалов пониженного качества: железных руд с высоким содержанием кристаллической влаги, неспекающихся и слабоспекаю- щихся углей, пылеугольного топлива (ПУТ), вдуваемого в печи. Рекордные в мировом масштабе удельные показатели при работе доменных печей с вдуванием ПУТ: в течение года 200 кг/т; среднемесячное значение 266 кг/т. Требует завершения оснащение заводов оборудованием, повышающим эффективность использования энергоносителей: установками сухого тушения кокса, утилизационными турбинами, работающими на колошниковом газе.

В конвертерном производстве назрела необходимость оснащенности системами утилизации конвертерного газа, разливки — только непрерывным способом. Качество литых заготовок обеспечивается электромагнитным регулированием режима в кристаллизаторе МНЛЗ (перемешивание, торможение металла). Реализуется технология горячего посада, которая ориентирована на экономию энергии и предусматривает прямую загрузку непрерывнолитых слябов в нагревательную печь стана горячей прокатки. Освоена и технология прямой прокатки с близким расположением МНЛЗ к стану горячей прокатки и подачей заготовок на стан, минуя нагревательную печь.

В электросталеплавильном производстве, где основным сырьем служит лом, энергосбережение и повышение производительности достигается применением печей постоянного тока в сочетании с подогревом лома.

Технология горячей прокатки определяется показателями точности толщины и ширины листового проката, величиной утонения кромки, что достигается благодаря разработке и применению способов регулирования толщины, ширины и формы листа. При горячей прокатке освоена промышленная технология сварки раскатов и полностью непрерывной прокатки в чистовой группе.

Технология холодной прокатки опирается на внедрение непрерывной прокатки, полностью реализованный непрерывный цикл, включающий травление, прокатку и отжиг. В производстве автолиста, электротехнической стали и другой продукции из листовой стали с металлопокрытием следует использовать совершенные технологии, в том числе горячее цинкование с обработкой на сплав.

При сохранении нынешнего уровня потребления ископаемых энергоносителей, без которых невозможно производство черных металлов, в отношении каменного угля ситуация не вызовет беспокойства еще около 200 лет, но разведанные запасы нефти окажутся исчерпанными уже через 40, а природного газа — через 60 лет. Запасы железной руды достаточно велики Но значительно уменьшилось число месторождений, легкодоступных для разработки, а также богатых руд и руд с низким содержанием фосфора, серы и других примесей. Сократились и запасы коксующихся углей для доменного производства. Масса же образующегося лома черных металлов увеличивается. Важная роль, которую должна сыграть черная металлургия, относится к области регенеративной переработки, т. е. использованию отходов, масса которых непрерывно растет, как вторичного сырья.

Наконец, в связи с повышением уровня и увеличением многообразия требований со стороны отраслей — потребителей продукции черной металлургии область применения алюминия, титана, пластиков и других материалов расширяется, захватывая область традиционного применения стали. Можно ожидать, что конкуренция материалов будет и впредь усиливаться, а это потребует дополнительного повышения функциональных свойств черных металлов и поиска новых областей их применения.

Новые требования к производству черных металлов, систематизированные с позиции стратегического планирования и изложенные в сопоставлении с ситуацией в обществе и вокруг металлургической отрасли, представлены далее.

В условиях роста потребности в металлическом сырье неизбежно применение разных способов переработки железных руд, среди которых наиболее типичным является доменный процесс. По оборотным ресурсам и скрытым источникам энергии эффективны способы переработки лома (наиболее типичный — плавка в дуговой печи). Оба эти способа — доменный и электродуговой составляют основу технологии металлургического производства. Считают, что нынешняя схема доменная печь — конвертер останется преобладающей в металлургии России и в ближайшем будущем. Но если принять во внимание экологические проблемы, снижение качества железорудного сырья и каменного угля, то следует признать необходимым внедрение технологии прямого использования низкокачественных железных руд и углей, реализацию процессов с ограниченным выбросом углекислого газа, в частности жидкофазного восстановления, рассчитанного на прямое использование руды и угля и позволяющего снизить выброс С02 на несколько процентов по сравнению с доменным. В США активно развивается производство на мини-заводах с дуговыми печами и тонкослябовыми МНЛЗ, связанными или соединенными напрямую с прокатным станом для получения конечной продукции.

Таким образом, в металлургическом производстве возможны разнообразные технологические схемы в зависимости от ситуации с ресурсами. Выбирают оптимальный процесс соответственно заданным свойствам продукта, а также экономической обстановке и другим условиям Рассмотрим, например, схему производственного процесса в черной металлургии (производство тонколистового проката): сырье; восстановительный агрегат; сырье для выплавки стали; сталеплавильный агрегат; разливка; железная руда; рудовосстановительная печь (доменная печь); агрегат жидкофазного восстановления; установка прямого восстановления; передельный чугун; лом; губчатое (горячебрикетированное) железо; кислородный конвертер; дуговая сталеплавильная печь; непрерывная разливка; разливка на слитки; обжимной стан; разливка на МНЛЗ (толсто- и тонкослябовой, полосовой); горячая черновая прокатка; сварка раскатов; горячая чистовая прокатка; процесс травления (высокоскоростное травление); холодная прокатка (высокоскоростная прокатка); отжиг, металлопокрытие, непрерывный отжиг и др.; например, производство с полным металлургическим циклом или процесс с полным циклом для мини-завода (схема с прямым восстановлением). Можно составить разные маршруты (разные составы завода).

В электросталеплавильном производстве, где в качестве сырья используется лом, решаются задачи специализации дуговых печей на выполнении только плавильной функции, дальнейшего повышения производительности и эффективности использования электроэнергии, а также утилизации отходящего тепла. Важнейшая задача на ближайшее будущее — внедрение печей постоянного тока и подогрев лома. Вопросы теории и расчета дуговых печей на постоянном токе разработаны пока в недостаточной степени, отработка промышленных режимов плавки также еще не завершена. В ближайшее время эти направления должны получить дальнейшее развитие.

Подогревом лома теплом отходящих газов занимаются и за рубежом, например в Японии. Уже разработаны разные схемы, в числе которых процесс «Констил», двухванная печь, печь с шахтной загрузкой. Тем не менее достигнутые успехи нельзя считать достаточными, и многие вопросы технологии еще требуют решения. В ближайшем будущем необходимы сравнительная оценка существующих способов и разработка процесса, учитывающего природоохранный аспект и обеспечивающего более эффективное использование отходящего тепла.

Как реакция на значительные колебания состояния рынка лома и необходимость использовать низкокачественное сырье для производства продукции высокого качества усилилось использование рудного сырья в электросталеплавильном производстве. Одно направление — использование продуктов прямого восстановления (губчатое или горячебрикетированное железо), другое — электрометаллургическое производство на основе переработки доменного чугуна.

Уже построены мини-заводы для прямого восстановления железа и мини-заводы с переработкой жидкого чугуна, которые можно назвать мини-заводами с полным металлургическим циклом. В ближайшем будущем это направление, несомненно, будет развиваться.

Постиндустриальное (информационное) общество и принятие документальных решений

Концепция индустриального общества (термин введен А. Сен-Симоном) была сформулирована Р. Ароном и У. Ростоу и наполнилась конкретным содержанием в 50—60-е годы XX века Индустриальное общество при своем возникновении имело конкретные технологические показатели (уголь, сталь, цемент, нефть), и для быстрого их наращивания требовалась централизация сил и средств. Основные его компоненты — национальная система экономики со свободной торговлей и общим рынком, машинное производство и фабричная организация труда. Происходит отделение собственности от процесса управления, в результате чего возникает своеобразное сообщество (социоценоз), специфичная социальная организация, состоящая из ученых, инженеров, техников, специалистов-гуманитариев и технариев, которые осуществляют менеджмент, маркетинг, инжиниринг, мониторинг, лизинг, консалтинг, фиксинг, паблисити и другие виды деятельности, обеспечивающие производство — работу завода с техноце- нологических позиций. Зарождение материальной основы индустриального общества можно отнести к концу XIX — началу XX веков (1886 г. — доклад Г. Тауна «Инженер как экономист» на собрании Американского общества инженеров-механиков; работы классиков менеджмента: Ф. Тейлор, 1903; Г. Эмерсон, 1912; А. Файоль, 1916; Г. Форд, 1924). Это было время создания промышленных шводов и фабрик, опиравшихся на машинный парк и требовавших для своего функционирования все большего количества энергии, сырьевых и топливно-энергетических ресурсов (а сейчас — немыслимых без электроэнергии).

Начало создания индустриального общества в СССР может быть связано с индустриализацией в 1929— 1940 гг., заключавшейся в процессе создания крупного машинного производства, опиравшегося прежде всего на металлургию. С 50-х годов до 1985 г. создание машинной индустрии осуществлялось на базе новой техники и технологии, под лозунгами о научно-техническом прогрессе, научно-технической революции. Урбанизация и стандартизация стали стилем жизни Именно в эти годы сформировался нынешний облик металлургии страны.

Техническое мировоззрение этого периода основывалось на классических представлениях физики (химии), а само мышление стало характеризоваться рационализмом и индивидуализмом Все технические науки и практически все решения административно-командной системы, касавшиеся проектирования технологии и техники строившихся металлических заводов (так тогда называли заводы тяжелой промышленности), опирались на утверждение, что мир причинно обусловлен и всё техническое описывается открытыми к тому времени законами (закономерностями). Поэтому все поддается расчетам (все считается и все может быть учтено), и при определенных исходных данных результат однозначен. Идеалом для завода как целостного объекта, подобно идеальным объектам механики, стало выражение: «завод работает как часы», а расхожим штампом «завод — единый организм» (на самом деле завод есть техноценоз, проявляющий при выделении соответствующего объекта классические или вероятностные свойства).

Само проектирование как создание документального прообраза предполагаемого к строительству и эксплуатации завода (или его части, выделяемой по уровням иерархии, — агрегат, участок, отделение, производство, цех, или по специализации, например технологическая, электрическая, строительная) стало пониматься в период индустриализации различно: 1) документально оформляемые замысел, соображения, основные очертания, контуры прообраза завода и отрасли в целом; 2) предварительные варианты — документы как на замысел (с документальным сопровождением в виде разрешений и согласований), так и на последующую документацию, по которой технико-экономически обосновываются создание, построение завода или его части (в идеальном виде таким документом стало проектное задание); 3) совокупность документов (пояснительных записок, заданий, расчетов, согласований, рабочих и иных чертежей, спецификаций и смет), по которым осуществляется строительство завода, отдельного здания или сооружения. Сюда, очевидно, входит документация на разработку единицы оборудования (техники), единичной технологии, создание конкретного материала, получение единичного продукта или их системы (это иная — конструкторская, НИОКР — документация, даже если речь идет о технике, технологии, материале) и, наконец, документация, связанная с экологическими ограничениями.

В 70—80-е годы стала происходить трансформация индустриализации. Д. Белл (1973) ввел термин постиндустриальное общество, основным ресурсом которого является информация. Стало возможным говорить об информационном обществе (Ф. Машлуп, 1962). Рассматривая основные принципы композиции грядущего, Е. Масуд (1983) синонимировал понятия постиндустриального и информационного общества, сделав иной, ставший очевидным вывод, что основой нового общества станет компьютерная технология, ведущей отраслью экономики — интеллектуальное производство. Была поставлена проблема синергетического производства.

Для России главная экономическая задача состоит в обеспечении ускоренной постиндустриализации, что требует разработки проектов, как технических, так и политических. Задача постиндустриализации (информатизации) по своим масштабам сопоставима с проблемой ускоренной индустриализации, которую должна была решать Россия в начале XX века. Настал век гибких технологий, меняющихся буквально ежегодно. Можно поставить задачу превзойти весь мир по производству компьютеров и даже решить её, но к моменту решения может выясниться, что компьютеры уже никому не нужны.

В постиндустриальных обществах решение задачи «Догнать и перегнать» должно ориентироваться на создание максимально благоприятных условий для интеллектуальной деятельности. Проектная деятельность, ставшая необходимой, безусловно способствует переходу к постиндустриальному обществу, к решению стратегической задачи — догоняющей постиндустриализации. Понятны и краткосрочные задачи - создание инвестиционного климата, благоприятного для проектной деятельности, и укрепление политических институтов.

Постиндустриальное общество предполагает феномен знания как основу новой технологической структуры, переориентацию экономики от товаропроизводства к сервису, изменение организации технологий в результате превращения их в интеллектуальные технологии и прогностическое планирование, дифференциацию профессий и конфликты профессионализма и некомпетентности, компьютеризацию и сетевое Интернет-общение. Утверждают, что 80 % всего прогресса технологии в ближайшие годы будет связано с развитием компьютерных, информационных технологий. Современная экономика уже оперирует задачами, которые требуют для своего решения быстродействия компьютерных расчетов в 3 трлн. операций/с (США поставили задачу через 10 лет достичь быстродействия в квадриллион (1015) операций/с). Постиндустриальное общество сделало все процессы глобальными.

Суть процесса глобализации заключается в интернационализации взаимозависимости мировой экономики: товары, люди, информация, идеи из страны в страну перемешаются быстро и разными путями; ежесуточно перетекает из страны в страну более 1 трлн. долл. Транснациональные корпорации (ТНК), международные финансовые конгломераты, неправительственные организации, СМИ, особенно электронные, делают будущее всё менее предсказуемым, объяснимым и управляемым (ТНК за 20 лет с 1980 г. увеличили сумму продаж в четыре раза — до 10 трлн. долл. — и контролируют до 40 % мировых средств производства, прежде всего — в высокотехнологических, капитало- и наукоемких отраслях, и 75 % мировой торговли товарами и услугами). Мировая структура приняла иерархический характер. США, опираясь на опережение в области НИОКР, информатики, компьютеризации, Интернета, извлекают выгоду из своего ускоренного развития, вытягивая вверх левую ветвь гиперболического распределения в ранговой форме (см. п. 1.5), теоретически (и практически) ослабляя развивающиеся и слаборазвитые страны. Пока можно констатировать, что Россия сдвигается именно в эту «саранчевую» сторону.

ТНК, международное сотрудничество были проявлением интернационализации мировой экономики и политики в течение ряда десятилетий, что, собственно, и отражало принцип глобализации. Технический прогресс (прежде всего в сфере средств коммуникации и информации) увеличил темпы глобализации. Термины услуги, сервис, обслуживание — те категории, которые не входят непосредственно в производство, но в целом преимущественно обслуживают именно его (индустриальный сектор поглощает ныне до 80 % услуг). Идея сервиса в эпоху глобализации состоит в том, чтобы дать заводу возможность сосредоточиться на своей коренной деятельности. В целом производство материальных ценностей приносит Германии, например, треть, а сервис — две трети ВНП. Передел рынка в XXI веке опирается на эту кардинальную структурную перестройку мирового и национального хозяйства. Сферу услуг называют мотором экономического роста занятости: страна, не использующая потенциал глобализации в сфере услуг, обречена на деградацию до положения третьестепенной экономической державы. Формула процесса глобализации — глобальный экспортер, глобальный производитель, глобальная компания — касается пока классических индустриальных стран Запада, оставляя открытым вопрос о попадании в это число России.

За 20 лет (1965—1985) Япония увеличила свое промышленное производство в 2,5 раза при неизменном потреблении энергии и сырья. В США за одно десятилетие энергоемкость единицы ВНП снизилась на 25 %, а потребление материалов и сырья — на 20 %. По подсчетам, на единицу конечной продукции у нас расходуется больше сырья, чем в США и Западной Европе.

Как соотнести общие изменения в мировом сообществе с конкретными задачами, стоящими перед металлургией, в частности с задачами, стоящими перед проектировщиками? Как перейти от глобальных проблем к частным задачам проектного обеспечения создания или повышения эффективности отдельного агрегата (установки), участка, отделения, цеха, производства, да и завода в целом; как обеспечить неизбежную проблему реконструкции черной металлургии?

Учитывая малые возможности внутреннего накопления в стране, в ближайшие годы массовых инвестиций ожидать не следует. Рост вложений в производство будет носить очаговый характер. При минимальных инвестициях нужно обеспечить максимально высокий, быстрый и сбалансированный для роста производства эффект. А его могут дать не столько инвестиции и новые объекты, сколько проекты, связанные с модернизацией действующих мощностей. Именно на действующих мощностях сегодня концентрируются основные инвестиционные ресурсы. Здесь же концентрируются основные ограничения, связанные с ростом производства за счет дозагрузки мощностей (технологические, ресурсные и др.). Если не устранить эти ограничения, то возможности роста на действующих мощностях быстро исчерпаются. Крайне высокая степень физического и морального износа работающих мощностей создаёт угрозу волны выбытия устаревшего капитала из зоны ныне работающих мощностей. Поэтому без их реконструкции мы можем потерять и этот источник роста. Таким образом, задача точечной модернизации — устранение узких мест в действующем производстве не потребует больших инвестиций, а эффект от роста производительности, удешевления продукции и разогрева внутреннего спроса будет значительным.

Принятие документального инвестиционного решения в условиях перехода к постиндустриальному (информационному) обществу предполагает понимание лицом, принимающим решение, в том числе и проектировщиком, двух основополагающих положений: на какие представления, точнее — постулаты следует опираться и какие из них могут быть использованы как данные для выделения и описания объекта; какова стадия принятия решения. Очевидно, что опытный менеджер и проектировщик не рассуждает о том, какая научная картина мира применена (применима) к рассматриваемому случаю (интуитивно опираясь на свои знания), а выделение объекта, стадия принятия решения (проекта) для него очевидны.

Для специалиста, оканчивающего технический вуз, инженерные представления, как правило, опираются на убеждение в существовании законов (формул, правил), которые позволяют выполнить некоторые расчеты и (при одних исходных данных) получить однозначное решение. Лишь поработав на производстве, молодой специалист столкнется (и станет воспринимать как неизбежность) с тем, что время, например, технологических и иных операций «гуляет», уходя от норм. И можно лишь говорить о математическом ожидании и некоторой вероятностно возможной ошибке (конечной дисперсии). И надо долго проработать, точнее, осмысленно набрать множество данных, создать собственный информационно-индивидуальный банк знаний, чтобы стать проектировшиком-профессионалом (а можно не стать им никогда) и начать мыслить образами, принимать интуитивные и правильные решения, тем самым руководствуясь аксиомой — «цифирь», «среднее» работают не всегда.

И если XVIII и XIX века сформулировали и доказали практическую действенность первой научной картины мира, основанной на жесткой причинности (детерминизм) и ставшей теоретической основой индустриализации, завершившейся в 50-е годы XX века, то постиндустриальное общество уже требует не только вероятностно-статистического осмысления происходящих явлений и процессов. Речь идет о третьей научной картине мира, которая рассматривает отрасль, предприятие (завод), производство, цех (в другой классификации: район, город, регион, страна) как некоторое сообщество технических изделий, зданий, сооружений, для которого теоретически отсутствует математическое ожидание (среднее), а ошибка в точке может быль сколь угодно большой. Такое сообщество — технический ценоз обладает, применяя современную терминологию, свойствами самоорганизации (выстраивает структуру, определенную параметрами гиперболического распределения) и фрактальности.

Сейчас отдельное техническое (технологическое) решение, как принято говорить, требует системного подхода, так как связано со множеством связей, причин, условий. Поэтому стали применять термины: технико-технологическое, технико-конструктивное, технико(технолого)-организационное. Будем называть всё это технетическим, применяя термин технетика как объединяющий, единый для тех случаев, когда рассматривается не единичное оборудование (техника), не единичная технология, материал (сырьё), не единичный продукт (продукция), выброс (экологическое воздействие), а их совокупность. Каждый из терминов имеет вполне определённое значение: для инженера-металлурга (но не для гуманитария-философа) очевидно принципиальное различие техники и технологии, технологии и материала, материала как сырья и материала как конечного продукта, отхода (выброса) как полупродукта и как загрязнителя окружающей среды.

Необходимость нового подхода, отличающегося, грубо говоря, от «расчета балки на двух опорах», отразилась в рекомендациях Минстроя России: «Определение и правильное применение современных статистических методов имеют важное значение для инициирования управляющих воздействий на виды проектной деятельности, имеющие значительный фон изменений и/или наличие количественных характеристик Следует обеспечить разработку и реализацию документированных процедур системы качества по выбору и применению статистических методов при анализе рынка, выборе площадки (трассы) для строительства, принятии проектных решений для объектов строительства... Конкретные статистические методы, используемые для организации, регулирования и проверки результатов проектно-изыскательской деятельности, включают (не ограничиваясь): планирование эксперимента и факторный анализ, анализ дисперсии и регрессионный анализ, критерии значимости, карты контроля качества и методы кумулятивных сумм, статистический выборочный контроль». Добавим в этот ряд (техно)ценологический анализ и аппарат гиперболических Н-распределений.

Стадии принятия проектного решения — их количество и содержание — за 75 лет менялись много раз. Но всегда присутствовали три обязательные стадии, части, раздела и т.д. единого целого, заключающиеся в необходимости построения (сооружения, создания, строительства) объекта и оценки последствий его функционирования (эксплуатации) и развития (включая ликвидацию). Так мы приходим к вопросам: 1. Зачем, где и что надо бы построить (сделать)? 2. Какие ресурсы нужны (во что это обойдется) и какая будет отдача (эффективность по-нынешнему)? 3. Где, как и какие уложат кирпичи, забьют гвозди и повесят лампочки?

Говоря о документальных решениях (а других, и это принципиально, и быть не может), следует максимально четко различать, какой из трех вопросов собственно материальной составляющей проектируемого объекта вы решаете. Например, если решено (первый вопрос) установить данную единицу оборудования и определены затраты (второй) и вы выполняете рабочие чертежи строительной части и подвода коммуникаций, то вправе требовать вознаграждения за решение, снижающее стоимость, принятую ранее.

Объемы инвестиций, определенный вначале и окончательный, разнятся значительно (и вдвое не предел). Значительны ошибки и при определении стоимости документальных решений (затрат на создание документа). В мировой практике для прогнозной оценки стоимости проектных работ считается приемлемой точность 30-50 %. Центр методологии, нормирования и стандартизации в строительстве Минстроя России полагает, что его методика (см. гл. 2 и гл. 3), позволяет довести точность оценки до 5—10 %.

Принятие проектных документальных решений не следует, как это было ранее, из стоимости. Это — высококвалифицированная инженерная услуга, и стоимость (по крайней мере - себестоимость) ее во всех случаях определяется рабочим временем проектировщика. Как бы ни были сформулированы условия договора, во внутренних расчетах проектные компании всегда исходят из стоимости часа (например, 10 или 200 долл./ч). Обязательно следует понять, каков тариф того или иного претендента, и сравнивать только этот показатель.

Но не стоит забывать, что у проектных компаний всегда есть специалисты «получше» и «похуже», «опытные» и «новобранцы». Конечно, как правило, у вас не будет сведений о зарплате (доходах) большинства специалистов проектного института (фирмы). Но оценить «расслоение», соотношение высококвалифицированных, классных специалистов на соответствие кривой Я-распределения было бы полезно для вывода об эффективности фирмы (организации) в целом.

В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002