УДК 669.05
ПРОГНОЗНЫЕ СЦЕНАРИИ ПОТРЕБЛЕНИЯ МЕТАЛЛОЛОМА В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
© Голубев Олег Валентинович, канд. техн. наук; Коротченко Антон Сергеевич; Черноусов Павел Иванович, канд. техн. наук
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Россия, Москва. E-mail: pich@pisem.net Статья поступила 04.08.2010 г.
Проведен анализ развития методологии использования вторичных ресурсов железа в черной металлургии. Рассмотрены основные модели оптимизации обращения с амортизационным ломом, разработанные в странах ЕС и в Японии за последние десятилетия. На современном этапе развития черной металлургии сформировались различные национальные и региональные модели производства и потребления стальных изделий. Оптимизация потребления ресурсов железа и особенно вторичных ресурсов превращается в сложную многофакторную научную задачу. С помощью имитационной модели рециклинга вторичных ресурсов черной металлургии, разработанной в НИТУ «МИСиС», выполнены расчеты по оптимизации сценариев возможного развития отрасли для индустриально развитой страны (на примере Японии).
Ключевые слова: вторичные ресурсы; амортизационный лом; прогноз/ретропрогноз; рециклинг; сценарий.
Анализ использования вторичных ресурсов железа, как, впрочем, и других металлов, производился начиная с первых научных работ в области металлургии (например, «EisenMttenlшnde» К.И.Б. Карстена). Во второй половине XIX в. появились первые специальные исследования на эту тему. Общий смысл изысканий сводился к обоснованию целесообразности максимального использования «свежих» вторичных материалов (т.е. текущих отходов или «оборотного» лома) и возможности переработки отвалов металлургических материалов, которые были накоплены за предыдущие периоды работы предприятий (т.е. материалов техногенных месторождений или «отложенного» рециклинга). В целом, сложившиеся представления (как в нашей стране, так и за рубежом) мало менялись вплоть до последнего десятилетия XX века, и их содержание в полной мере характеризует фундаментальная работа Л.Л.Зусмана [1], многие положения которой практически совпадают с более ранней аргументацией Стоугтона, Эккеля, Манлова и Виккерса [2-5].
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» [1].
В итоге, по мнению авторов [1-5], при повторении циклов кругооборота железа относительное ко-
личество металла отходов должно последовательно сокращаться, соответственно, при неограниченном количестве оборотов должно сокращаться (а в идеале — стремиться к нулю) относительное количество безвозвратных потерь металла.
К сожалению, приведенные выше рассуждения не учитывают ряд очевидных факторов: во-первых, при переработке вторичных материалов имеют место другие коэффициенты распределения железа между готовой продукцией, материалами рециклинга и безвозвратными потерями, во-вторых, если «абсолютное количество остатка первоначальных отходов уменьшается», то общее количество отходов в текущем технологическом цикле может увеличиваться. Поэтому итоговый коэффициент перехода железа в готовую продукцию будет определяться не количеством циклов переработки вторичных материалов, а технологическими параметрами переработки. Аналогично, количество железа амортизационного лома, переработанное в готовую металлопродукцию, в реальных условиях зависит от технологий обращения с металлоломом и структуры его потребления на интегрированных предприятиях и специализированных заводах, перерабатывающих металлолом. В действительности в течение второй половины ХХ в. доля железа, подвергаемого рециклингу, не превышала 70% от его количества, поступающего в сферу потребления, несмотря на постоянный рост производства стальных изделий и повышение степени извлечения железа в готовую продукцию на интегрированных предприятиях.
Принципиальные изменения в структуре сырьевой базы сталеплавильного производства, связанные с существенным повышением материального к.п.д. тех- о нологий черной металлургии, выразились в значитель- ° ном уменьшении количества оборотного лома и лома □ металлообработки. Это потребовало новых подходов а к оценке вторичных ресурсов железного лома. Характерным примером является работа д-ра Г.Винерта, | руководителя исследовательской группы Рейнско- 5 Вестфальского института экономических исследо- г
ваний (Эссен, Германия) [6-8]. Винерт обосновывает необходимость перехода на принципиально новую структуру сырьевой базы черной металлургии: ресурсы амортизационного лома должны стать основным видом сырья, а природные железные и полиметаллические руды — дополнительным источником железа, «подпитывающим» основной цикл потребления стальных изделий. «Уровень вторичного передела определяется в конечном счете возможностями получения достаточного количества скрапа, а первичный передел по производительности подгоняют в виде остаточного потребления» [8]. 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 Винерт указывает на необходимость предварительного анализа использования лома в прошлом, т.е. составления так называемого «ретропрогноза» потребления ресурсов в черной металлургии. Предложена модель для определения мировых запасов скрапа за период 1950-1993 гг. [6-8]. Методика также позволяет рассчитать параметры работы «подгоняемых» к этому количеству скрапа технологических структур производства стали: «Путем варьирования отдельных параметров модели можно просчитывать сценарии будущего развития отрасли».
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» [8].
В 1970-х годах общий объем оборотного скрапа в мире оценивался в 200 млн т, но уже в 1990-е годы это количество сократилось до 70-90 млн т. В связи с принципиальным изменением структуры потребления металлолома на интегрированных предприятиях была предпринята попытка «уменьшить степень неопределенности оценки образования и потребления различных видов железного металлолома» [9]. Количество оборотного скрапа определялось как разница между объемами производства нерафинированной стали и стального проката.
При определении количества скрапа металлообработки приходилось учитывать большое число факторов: масштабы потребления металлопродукции различными отраслями, уровень технологий металлообработки, долю сегментов потребления. Было отмечено, что определение объема скрапа металлообработки на основании данных официальной статистики — существенно более сложная задача 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. При этом данные по ним не
позволяют отделить скрап металлообработки от амортизационного.
Чтобы оценить объем амортизационного лома, необходимо знать срок службы объектов, содержащих стальные компоненты. Точной методики расчета не существует, поэтому в литературных источниках делаются попытки решить эту задачу, усредняя сроки службы, которые, по данным различных исследований, составляют 15-35 лет. В результате был сделан вывод о том, что «объем стали, поступивший в эксплуатацию 15 лет тому назад, оказывает основное влияние на объем скрапа, который используется в настоящее время» [9].
Обширные исследования в рамках программ «Лом и рециклинг» и «Цикл железа» были выполнены группой специалистов Французского института черной металлургии (Arcelor-IRSID, Мезьер-ле-Мец, Франция) под руководством технического директора IRSID д-ра Ж.-П.Бира. Результаты исследований обобщены в цикле статей и докладов [10-14].
Для характеристики процесса образования амортизационного лома, структуры его сбора и потребления были специально разработаны «концепция капитализированной стали» (этот термин практически соответствует устоявшемуся в отечественной литературе понятию «металлофонд») и понятие «ме-таллогенезис лома», которое, по сути, очень близко к получившему широкое распространение понятию «ре-тропрогноз».
Ретропрогнозы формирования металлофонда показывают, что потребление стали в определяющей степени зависит от состояния базовых отраслей экономики. В этой связи такие страны, как США, Германия, Великобритания и Япония, «могут рассматриваться как страны с развитой экономикой, где потребление стали возрастает до максимума, после чего уменьшается, а затем стремится к стагнации» [14].
На рисунке приведена кривая, отражающая взаимозависимость душевого потребления стальной продукции и ВВП на душу населения. Резкий подъем в ходе кривой начинается в точке, где душевое потребление составляет 200 кг, а ВВП на душу населения — 5000 долл. США.
В индустриально развитых странах с экономикой, ориентированной на экспорт, потребление стали «вы-
Динамика потребления стали
ходит на насыщение» или снижается. В Китае, Бразилии, Индии в настоящее время наступает «второй этап развития», когда происходит рост национального богатства, а
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.