Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КРУГООБОРОТА МЕТАЛЛА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Графов А.В. 1 Аврашков Л.Я. 2 Графова Г.Ф. 2 Шахватова С.А. 2
1 ФГБОУ ВПО «Финансовый университет при Правительстве РФ»
2 ФГБОУ ВО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации»
В статье исследуется процесс кругооборота металла в металлургическом производстве. Теоретический аспект исследования представлен комплексом экономико-математических моделей, описывающих распределение металла между готовой продукцией, технологическими отходами и безвозвратными потерями по основным технологическим переделам отрасли черной металлургии – агломерационному производству, доменному, сталеплавильному, производству горячего и холодного проката. Показано, что базовой позицией формирования кругооборота металла является процесс регенерации различных технологических переделов при неограниченном количестве многократно повторяющихся производственных циклов. Расчетами подтверждено, что реализация процесса регенерации отходов при современном уровне техники и технологии отрасли черной металлургии позволяет из каждой тонны металлургического сырья дополнительно получать свыше 180 кг конечной продукции в виде холодного проката, что свидетельствует о целесообразности и необходимости полного использования вторичного металлургического сырья для успешного развития черной металлургии. Показана и негативная сторона процесса реализации – необходимость создания соответствующих производственных мощностей для подготовки и использования всех образующихся металлоотходов. Обосновывается вывод о чрезвычайной значимости кругооборота металла как главного фактора экономии первичных материальных ресурсов для металлургического производства.
кругооборот металла
металлоемкость продукции
коэффициент выхода годной продукции
отходов и безвозвратных потерь металла
регенерация отходов
1. Аврашков Л. Я.Экономические аспекты развития предпринимательства в сфере ломопереработки // Среднерусский вестник общественных наук. – 2012. – № 2. – С. 180–183.
2. Банный Н.П. Технико-экономические расчеты в черной металлургии. – М.: Металлургия, 1968.
3. ГОСТ 2787 – 75. Металлы черные вторичные. – М.: Изд-во стандартов, 1980.
4. Графов А.В. К вопросу об экономической оценке металлоемкости продукции металлургического производства // Предпринимательство. – 2010. – № 4. – С. 142–150.
5. Графов А.В. Металлоемкость продукции металлургического производства и оценка эффективности инновационных технологий переработки лома и отходов черных металлов: монография. – Воронеж: Изд-во НАУКА-ЮНИПРЕСС, 2011. – 93 с.
6. Зусман Л.Л. Народохозяйственные проблемы экономии металла. – М.: Экономикс, 1986.
7. Попов Г.Ф. Ресурсы вторичных черных металлов. – М.: Металлургия, 1996.
8. Аврашков Л.Я., Графова Г.Ф. Графов А.В., Шахватова С.А. Экономика организаций (фирмы): учебное пособие для магистров. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2014. – С. 264.

В общем виде кругооборот металла представляет собой технологический и экономический процесс, в результате которого металл, однажды вступивший в производство, циклически многократно возобновляет свое обращение. Кругооборот металла в металлургическом производстве на комбинатах с полным производственным циклом следует дифференцировать по основным технологическим переделам как агломерационное, доменное, сталеплавильное производство; производство горячекатаного проката и производство холоднокатаного проката. Основой для анализа кругооборота металла на отдельных стадиях его производства и использования служит баланс металла. Баланс металла на первом технологическом переделе – производстве агломерата – формируется данными табл. 1.

Таблица 1

Баланс металла в агломерационном производстве

Показатели

т/т

%

А. Задано в производстве

I. Сырье и основные материалы

1. Концентрат железорудный

2. Отсев агломерата (возвратные отходы)

3. Прочее сырье (окалина, шлам, пыль колошниковая)

Итого сырья

II. Добавочные материалы

Итого задано (I + II)

0,958

0,100

0,049

1,107

0,007

1,114

86,0

8,9

4,4

99,3

0,7

100,0

Б. Получено

1. Агломерат офлюсованный

2. Отходы (отсев агломерата)

3. Безвозвратные потери металла

Итого получено

1,000

0,100

0,014

1,114

89,8

8,9

1,3

100,0

Таблица 2

Баланс металла в доменном производстве

Показатели

т/т

%

А. Задано в производстве

I. Сырье и основные материалы

1. Агломерат офлюсованный

2. Окатыши железорудные офлюсованные

3. Руда железная (концентрат)

Итого сырья

II. Топливо и флюсы

Итого задано (I + II)

0,858

0,144

0,001

1,003

0,011

1,014

84,6

14,2

0,1

98,9

1,1

100,0

Б. Получено

1. Чугун

2. Отходы (пыль колошниковая)

3. Безвозвратные потери металла (со шлаком и угаром)

Итого получено

1,000

0,004

0,010

1,014

98,7

0,4

0,9

100,0

Как видно из данных табл. 1, выход годной продукции – агломерата находится на уровне 90 %, около 9 % составляют возвратные отходы (мелкая фракция агломерата) и свыше 1 % металла безвозвратно теряется (угар металла) – выносится в атмосферу с дымовыми газами.

Офлюсованный агломерат является основным видом сырья для производства чугуна в доменном переделе (табл. 2).

Основным видом оборотных отходов в доменном производстве является колошниковая железорудная пыль. Другим видом отходов доменного производства является скрап, состоящий из чугуна, остающегося в выпускных желобах и ковшах при его разливке.

Жидкий чугун из доменных печей поступает в конверторное (или электросталеплавильное) производство, готовой продукцией которого являются стальные слитки (слябы или блюмы). Сталеплавильное производство характеризуется относительно невысоким выходом годной продукции (86,6 %) и значительными безвозвратными потерями металла (табл. 3).

Конвертерный процесс сопровождается интенсивным окислением металла и формированием шлака с высокой концентрацией окислов железа. Потери стали со шлаком – основная часть безвозвратных потерь металла. Кроме того, часть металла угорает, т.е. выносится в атмосферу с дымовыми газами.

Стальные слитки, полученные на машинах непрерывного литья заготовок, из сталеплавильного производства поступают в технологический передел по производству горячекатаного проката (табл. 4).

В прокатном производстве посредством обработки слябов давлением формируется готовая продукция – горячекатаный подкат – в виде листов различных форм и размеров. Получаемые при этом металлоотходы образуются главным образом в процессе механической обработки и представляют собой обрезь горячекатаного листа. Горячекатаный подкат поступает в завершающий технологический предел – производство холоднокатаного проката.

Таблица 3

Баланс металла в конвертерном производстве стали

Показатели

т/т

%

А. Задано в производстве

1. Чугун передельный

2. Металлолом оборотный (собственный)

3. Металлолом покупной (товарный)

4. Ферросплавы

Итого задано

Б. Получено

1. Стальные слитки

2. Отходы (обрезь, скрап, брак)

3. Безвозвратные потери металла (со шлаком и угаром)

Итого получено

0,908

0,094

0,139

0,014

1,155

1,000

0,034

0,121

1,155

78,7

8,1

12,0

1,2

100,0

86,6

3,0

10,4

100,0

Таблица 4

Баланс металла в производстве горячего проката

Показатели

т/т

%

А. Задано в производство

1. Стальные слитки – слябы

1,061

100,0

Б. Получено

1. Горячекатаный лист

2. Отходы (обрезь, брак)

3. Безвозвратные потери металла (окалина и сварочный шлак)

Итого получено

1,00

0,046

0,015

1,061

94,3

4,3

1,4

100,0

Таблица 5

Баланс металла в производстве холоднокатаного проката

Показатели

т/т

%

А. Задано в производстве

1. Подкат горячекатаный

1,091

100,0

Б. Получено

1. Лист холоднокатаный

2. Отходы (обрезь, брак)

3. Безвозвратные потери металла (в процессе травления)

Итого получено

1,000

0,085

0,006

1,091

91,7

7,8

0,5

100,0

Таблица 6

Показатели металлоемкости продукции отдельных технологических переделов металлургического производства без учета процесса регенерации отходов

Технологический передел

Коэффициент выхода годной продукции

Коэффициент перехода металла в отходы

Коэффициент безвозвратных потерь металла

Итого расход металла

условное обозн.

доли ед.

условное обозн.

доли ед.

условное обозн.

доли ед.

условное обозн.

доли ед.

Агломерационное производство

а1

0,898

b1

0,089

c1

0,013

а1 + b1 + c1

1,00

Доменное производство

а2

0,987

b2

0,004

c2

0,009

а2 + b2 + c2

1,00

Конвертерное производство

а3

0,866

b3

0,030

c3

0,104

а3 + b3 + c3

1,00

Производство горячего проката

а4

0,943

b4

0,043

c4

0,014

а4 + b4 + c4

1,00

Производство холодного проката

а5

0,917

b5

0,078

c5

0,005

а5 + b5 + c5

1,00

Сквозное распределение металла

а

0,664

b

0,212

с

0,124

а + b + c

1,00

Баланс металла на этой стадии металлургического цикла представлен в табл. 5.

Основная масса готовой продукции в этом технологическом переделе формируется в виде листа различных марок стали. Отходы на этом переделе образуются в виде обрези холоднокатаного металла, и они используются в сталеплавильном переделе. Цифровая информация табл. 1–5 позволяет сформировать в обобщенном виде распределение металла (металлоемкость продукции) в металлургическом производстве.

Ниже представлены алгоритм и результаты расчетов (табл. 6) сквозного распределения металла при отсутствии процесса регенерации отходов.

1. Сквозной коэффициент выхода годной продукции

а = а1•а2•а3•а4•а5 = 0,848·0,897·0,866·0,943·0,917 = 0,664, (1)

где а1, а2, а3, а4, а5 – коэффициенты выхода годной продукции по соответствующим технологическим переделам.

2. Сквозной коэффициент перехода металла в отходы

b = b5 + b4•a5 + b3•a5•a4 + b2•a5•a4•a3 + b2•a5•a4•a3•a2 = 0,078 + 0,143•0,917 + + 0,030•0,917•0,943 + 0,004•0,917•0,943•0,886 + 0,089•0,917•0,943•0,866•0,987 = 0,212, (2)

где b1, b2, b3, b4, b5 – коэффициенты перехода металла в отходы по соответствующим технологическим переделам.

3. Сквозной коэффициент безвозвратных потерь металла

с = с5 + с4•а5 + с3•а5•а4 + с2•а5•а4•а3 + с1•а5•а4•а3•а2 = = 0,005 + 0,014·0,917 + 0,104·0,917·0,943 + 0,009·0,943·0,866 + + 0,013·0,917·0,943·0,866·0,987 = 0,124 (3)

где с1, с2, с3, с4, с5 – коэффициенты безвозвратных потерь металла по соответствующим технологическим переделам.

Таблица 7

Распределение металла в процессе кругооборота возвратных отходов агломерационного (а1; b1; с1) и сталеплавильного (а3; b3; с3) переделов

Циклы

Коэффициенты, доли единицы

Выход годного

Выход отходов

Безвозвратные потери

Итого

1

а1,3

b1,3

c1,3

1

2

b1,3•а1,3

grafov001.wmf

b1,3•c1,3

b1,3

3

grafov002.wmf

grafov003.wmf

grafov004.wmf

grafov005.wmf

n

grafov006.wmf

grafov007.wmf

grafov008.wmf

grafov009.wmf

Таким образом, из общего количества металла в железорудном концентрате, который поступает на металлургический комбинат в качестве основного сырья, в конечную готовую продукцию – холоднокатаный прокат – переходит всего лишь две трети (0,664), а одна треть металла переходит в отходы и безвозвратные потери. Представленное выше распределение металла отражает единичный цикл производства, при котором не учтены возможность и целесообразность регенерации металла, находящегося в отходах различных технологических переделов. В реальной практике производственной деятельности предприятий металлургического комплекса происходит кругооборот металла и имеют место два варианта регенерации отходов:

I. Отходы используются в том же технологическом переделе, где они образуются. Такие отходы относятся к категории собственных возвратных: это отходы агломерационного и сталеплавильного производств.

II. Отходы формируются в одном, а используются в другом технологическом пределе. К ним следует отнести отходы доменного производства (колошниковая пыль), которые используются в агломерационном переделе, и отходы при производстве горячего и холодного проката (обрезь и брак), которые используются в сталеплавильном производстве.

Экономико-математическая модель кругооборота металла по первому варианту может быть представлена в следующем виде (табл. 7).

При неограниченном количестве циклов (n → ∞) весь металл, содержащийся в одной единице железорудного концентрата (первый технологический передел) и в единице шихты сталеплавильного производства (третий технологический передел), будет стремиться к распределению только между готовой продукцией (а1,3) и безвозвратными потерями (с1,3) за счет соответствующего постепенного уменьшения величины коэффициента возвратных отходов (b1,3) до нулевого значения.

На основании информации табл. 7 в соответствии с теорией переделов формула суммарного коэффициента перехода металла в готовую продукцию при n → ∞ представляется в следующем виде:

grafov010.wmf (4)

Аналогично, суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла составит

grafov011.wmf (5)

а суммарный коэффициент возвратных отходов, которые проходят процесс регенерации, составит

grafov012.wmf (6)

В соответствии с предложенными формулами и исходной информацией табл. 7 численные значения уровня металлоемкости продукции можно представить в следующем виде:

Агломерационное производство – первый технологический передел:

– суммарный коэффициент выхода годной продукции:

grafov013.wmf

– суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла:

grafov014.wmf

Итого:

grafov015.wmf

Кроме того, суммарный коэффициент выхода возвратных отходов, прошедших процесс регенерации:

grafov016.wmf

Конвертерное производство – третий технологический передел.

– суммарный коэффициент выхода годной продукции:

grafov017.wmf

– суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла:

grafov018.wmf

Итого:

grafov019.wmf

Кроме того, суммарный коэффициент выхода отходов, прошедших процесс регенерации:

grafov020.wmf

Таблица 8

Распределение металла в процессе кругооборота отходов доменного производства при их использовании в агломерационном переделе

Циклы

Коэффициенты, доли единицы

Выход годного

Выход отходов

Безвозвратные потери

Итого

1

a2

b2

c2

1

2

grafov021.wmf

grafov022.wmf

grafov023.wmf

grafov024.wmf

3

grafov025.wmf

grafov026.wmf

grafov027.wmf

grafov028.wmf

4

grafov029.wmf

grafov030.wmf

grafov031.wmf

grafov032.wmf

….

n

grafov033.wmf

grafov034.wmf

grafov035.wmf

grafov036.wmf

Экономико-математическая модель кругооборота металла по второму варианту относительно отходов доменного производства может быть выражена следующими циклами (табл. 8).

После соответствующих математических преобразований расчетная формула суммарного коэффициента выхода годного в доменном переделе представляется следующим образом:

grafov037.wmf (7)

Суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла представляет собой сумму двух частей:

grafov038.wmf (8)

где grafov039.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла в доменном производстве, доли единиц; grafov040.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла при переработке отходов доменного производства в агломерационном производстве.

grafov041.wmf (9)

где grafov042.wmf – суммарный коэффициент выхода отходов доменного производства, прошедших регенерацию в агломерационном переделе.

grafov043.wmf

Следовательно:

grafov044.wmf

grafov045.wmf

Суммарное количество металла, перешедшего в состав годной продукции и безвозвратно потерянного при условии регенерации отходов доменного производства, в агломерационном переделе, составит, доли единиц:

grafov046.wmf

Формирование модели кругооборота металла при производстве горячего проката при условии регенерации отходов в сталеплавильном переделе (второй вариант) представляется в следующем виде.

Таблица 9

Распределение металла в процессе кругооборота отходов горячекатаного проката при их использовании в сталеплавильном переделе

Циклы

Коэффициенты, доли единицы

Выход годного

Выход отходов

Безвозвратные потери

Итого

1

а4

b4

c4

1

2

grafov047.wmf

grafov048.wmf

grafov049.wmf

grafov050.wmf

3

grafov051.wmf

grafov052.wmf

grafov053.wmf

grafov054.wmf

4

grafov055.wmf

grafov056.wmf

grafov057.wmf

grafov058.wmf

….

n

grafov059.wmf

grafov060.wmf

grafov061.wmf

grafov062.wmf

В соответствии с информацией табл. 9 и табл. 6 расчетная формула суммарного коэффициента выхода годной продукции может быть представлена:

grafov063.wmf

а суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла определяется двумя направлениями:

grafov064.wmf

где grafov065.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла в производстве горячего проката.

grafov066.wmf

и grafov067.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла при регенерации отходов горячего проката в сталеплавильном переделе.

grafov068.wmf

где grafov069.wmf – суммарный коэффициент выхода отходов, прошедших регенерацию в сталеплавильном переделе

grafov070.wmf

Тогда grafov071.wmf а сумма и сумма металла, поступившего в состав годной продукции и безвозвратных потерь, при условии регенерации отходов горячего проката в сталеплавильном переделе состоит доли единицы:

grafov072.wmf

Производство холоднокатаного проката является завершающим (пятым) технологическим переделом для металлургических предприятий полного цикла.

Формирование экономико-математической модели кругооборота металла при производстве холоднокатаного проката при условии регенерации отходов проката в сталеплавильном переделе (второй вариант) отражено в табл. 10 и последующих формулах.

Информация табл. 10 может быть преобразована в следующие формулы и численные значения.

Суммарный коэффициент выхода холоднокатаного проката, доли единицы:

grafov088.wmf

Суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла формируется тремя технологическими переделами – конвертерным, производством горячего проката, производством холодного проката.

grafov089.wmf (10)

где grafov090.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла в производстве холодного проката.

grafov091.wmf

И grafov092.wmf – суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла при регенерации отходов холодного проката через сталеплавильный передел и производство горячего проката.

grafov093.wmf (11)

где grafov094.wmf – суммарный коэффициент выхода отходов холодного проката, который определяется как:

grafov095.wmf

Таблица 10

Распределение металла в процессе кругооборота отходов холоднокатаного проката при их использовании в сталеплавильном переделе

Циклы

Коэффициенты, доли единицы

Выходы годного

Выходы отходов

Безвозвратных потерь

итого

1

а5

b5

c5

1

2

grafov073.wmf

grafov074.wmf

grafov075.wmf

grafov118.wmf

3

grafov076.wmf

grafov077.wmf

grafov078.wmf

grafov079.wmf

4

grafov080.wmf

grafov081.wmf

grafov082.wmf

grafov083.wmf

….

n

grafov084.wmf

grafov085.wmf

grafov086.wmf

grafov087.wmf

Таблица 11

Показатели металлоемкости продукции по технологическим переделам металлургического производства с учетом процесса регенерации отходов

Технологические переделы

Суммарный коэффициент выхода годной продукции

Суммарный коэффициент безвозвратных потерь металла

Итого расход металла

условные обозначения

доли единиц

условные обозначения

доли единиц

условные обозначения

доли единиц

Агломерационное производство

grafov100.wmf

0,986

grafov101.wmf

0,014

grafov102.wmf

1,000

Доменное производство

grafov103.wmf

0,991

grafov104.wmf

0,009

grafov105.wmf

1,000

Конвертерное производство

grafov106.wmf

0,893

grafov107.wmf

0,107

grafov108.wmf

1,000

Производство горячего проката

grafov109.wmf

0,980

grafov110.wmf

0,020

grafov111.wmf

1,000

Производство холодного проката

grafov112.wmf

0,993

grafov113.wmf

0,007

grafov114.wmf

1,000

В целом металлургическое производство

grafov115.wmf

0,849

grafov116.wmf

0,151

grafov117.wmf

1,000

Следовательно,

grafov096.wmf

и сумма

grafov097.wmf

В итоге:

grafov098.wmf

В целом по металлургическому производству сквозной интегральный коэффициент выхода годной продукции представляется в следующем виде:

grafov099.wmf (12)

Исследование кругооборота металла по отдельным технологическим переделам позволяет дать объективную оценку уровня металлоемкости, а следовательно, и эффективности использования металла, как по отдельным производствам, так и по металлургическому производству в целом (табл. 11).

Следовательно, в процессе кругооборота из каждой тонны металла, содержащегося в составе железорудного концентрата и поступившего в качестве основного вида сырья на металлургический комбинат, дополнительно получается 849–664 = 185 кг конечной продукции в виде холоднокатаного проката.


Библиографическая ссылка

Графов А.В., Аврашков Л.Я., Графова Г.Ф., Шахватова С.А. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КРУГООБОРОТА МЕТАЛЛА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 9-3. – С. 571-578;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40786 (дата обращения: 09.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074