§ 20. Металургійне виробництво

• До змісту відповідей

ПРАКТИКУЙМО

Поясніть, чому металургію часто називають «хребтом індустріального суспільства».

Металургія виробляє основний конструкційний матеріал для всього господарства. Без сталі та кольорових металів неможливо побудувати верстати, машини, рейки, транспорт, мости, заводи й житлові будинки.

Розв’яжіть задачу. Якщо доменна піч щодня виплавляє 10 тис. т чавуну, скільки сталі можна отримати з нього за рік (вважайте, що при переробці вихід сталі становить 80%)? Який середній щомісячний обсяг продукції?

✏️ Дано:
Добова виплавка чавуну = 10 тис. т
Кількість днів у році = 365
Вихід сталі = 80% (0,8)
Кількість місяців у році = 12

Знайти:
Річний обсяг отриманої сталі — ?
Середній щомісячний обсяг сталі — ?

Розв’язання:

1. Річний обсяг виплавки чавуну:
   10 тис. т × 365 = 3650 тис. т (або 3,65 млн т).
2. Річний обсяг сталі при виході 80%:
   3650 тис. т × 0,8 = 2920 тис. т (або 2,92 млн т).
3. Середній щомісячний обсяг виробленої сталі:
   2920 тис. т : 12 ≈ 243,33 тис. т.

Відповідь: за рік можна отримати 2920 тис. т (2,92 млн т) сталі; середній щомісячний обсяг продукції становить близько 243,33 тис. т.

Проаналізуйте карту «Чорна металургія» в атласі. Покажіть на карті країни-лідери за обсягами виробництва сталі.

Це Китай (виплавляє понад половину світової сталі), Індія, Японія, США, Південна Корея, Росія та Німеччина.

Знайдіть на карті країни з високим виробництвом сталі, які не мають значних запасів залізної руди.

До таких країн належать Японія, Південна Корея, Німеччина, Італія та Тайвань. Їхні металургійні заводи працюють на імпортній сировині біля морських портів або на власному металобрухті.

Оцініть, які материки є найбільш і найменш «металургійно активними». Поясніть чому.

Найбільш активним материком є Євразія (особливо регіон Азії, де зосереджено понад 80% світової виплавки сталі через масштабне будівництво, розвиток промисловості та дешеву робочу силу).

Найменш активними є Африка (через слабкий розвиток обробної промисловості та бідність економіки) та Австралія (вона видобуває найбільше залізної руди у світі, але переважно експортує її як сировину, а не виплавляє метал у себе).

Дослідіть, які переваги має використання вторинної сировини (металобрухту) для виробництва чорних і кольорових металів порівняно з видобутком і переробкою первинної руди. Врахуйте економічні переваги, енергетичні витрати, екологічні аспекти, соціальний і просторовий вплив на господарство, глобальні тенденції.

Використання металобрухту має такі переваги:

1. На виплавку сталі чи алюмінію з брухту витрачається у кілька разів менше електроенергії та палива, ніж на видобуток і повну переробку руди.
2. Собівартість готового металу суттєво знижується, бо відпадає потреба витрачати гроші на гірничодобувні шахти, кар’єри та коксохімічні заводи.
3. Різко зменшуються викиди парникових газів і шкідливого пилу в повітря, а також не утворюються велетенські відвали порожньої породи та шлаку.
4. Електрометалургійні мінізаводи можна будувати прямо біля великих міст і машинобудівних центрів, де накопичується брухт і є споживачі готового металу.
5. Світова металургія активно переходить на «зелені» технології та вторинну переробку, щоб зберігати природні копалини й зупинити зміну клімату.

РОБОТА В ГРУПІ

Проведіть дискусію «Металургійний комбінат повного циклу чи мінізавод з переробки металобрухту: що доцільніше для сучасної економіки та екології?». І група. Назвіть переваги і недоліки металургійного комбінату.

Переваги металургійного комбінату повного циклу:

1. Може виплавляти величезні обсяги сталі й забезпечувати потреби наймасштабніших інфраструктурних проектів.
2. Використовує власні відходи (коксовий і доменний гази, шлаки) для супутнього хімічного виробництва та виготовлення будматеріалів.
3. Має низьку собівартість одиниці продукції за рахунок гігантських масштабів виробництва.

Недоліки металургійного комбінату повного циклу:

1. Дуже сильно забруднює повітря, воду й ґрунти викидами доменних і коксових печей.
2. Потребує колосальної кількості первинної сировини, вугілля, прісної води та складних транспортних магістралей.
3. Будівництво комбінату коштує мільярди доларів і вимагає багатьох років для запуску.

ІІ група. Назвіть переваги і недоліки мінізаводу.

Переваги електрометалургійного мінізаводу:

1. Значно екологічніший, оскільки не використовує коксівного вугілля і викидає набагато менше шкідливих речовин.
2. Гнучкий у виробництві, швидко змінює асортимент і може випускати дорогі спеціальні сорти сталі невеликими партіями.
3. Компактний за площею, будується значно швидше і розміщується ближче до споживача металу.

Недоліки електрометалургійного мінізаводу:

1. Повністю залежить від наявності металобрухту та безперебійного дешевого джерела електроенергії.
2. Не здатний одноосібно задовольнити попит гігантських ринків на масовий базовий прокат.
3. Витрати на переплавку можуть різко зростати у разі стрибків цін на електроенергію.

ПРАКТИКУЙМО

1. Опрацювавши текст параграфа, порівняйте виробництво алюмінію у країнах Перської затоки (Бахрейн, ОАЕ, Саудівська Аравія) та в північних країнах (Норвегія, Ісландія, Канада).

Обидві групи країн орієнтуються на енергетичний чинник та імпорт сировини, проте використовують різні джерела енергії:

1. Країни Перської затоки будують алюмінієві комбінати на базі надлишку дешевої електроенергії з газових ТЕС, спалюючи власний попутний природний газ.
2. Північні країни виробляють алюміній завдяки дешевій та чистій гідроенергії великих ГЕС (а в Ісландії — також геотермальній енергії).
3. Обидва регіони розташовані на морських узбережжях, що дозволяє зручно завозити глинозем морем і вивозити виплавлений метал на світовий ринок.

2. Поясніть головну відмінність у виробництві алюмінію цих країн та його спільні риси.

Головна відмінність полягає у джерелі електроенергії: країни Перської затоки використовують теплові електростанції на природному газі, а північні країни — відновлювану енергію річок і надр.

Спільні риси:

1. Орієнтація заводів на джерела дешевої електроенергії через надзвичайно високу енергомісткість процесу виплавки.
2. Робота на привізній сировині (бокситах і глиноземі), яку доставляють морським транспортом.
3. Експортна спрямованість виробництва готового первинного алюмінію.

РОБОТА В ГРУПІ

Проведіть обговорення «Транснаціональні корпорації в Україні: позитивні й негативні економічні, соціальні, екологічні наслідки». І група. Позитивні наслідки. ІІ група. Негативні наслідки.

І група. Позитивні наслідки:

1. Залучення значних іноземних інвестицій, капіталу та передових технологій виробництва в українську економіку.
2. Створення сучасних робочих місць, вищий рівень оплати праці та професійне навчання персоналу за міжнародними стандартами.
3. Використання більш енергоощадного обладнання й сучасних фільтрів порівняно зі старими підприємствами.

ІІ група. Негативні наслідки:

1. Посилення конкуренції, що може призвести до банкрутства українських підприємств, а також виведення прибутків за межі країни.
2. Залежність зайнятості місцевого населення від рішень іноземного менеджменту, включаючи ризик закриття філій під час кризи.
3. Ризик перенесення в країну екологічно небезпечних і ресурсомістких виробництв для економії на природоохоронних заходах.

ПРАКТИКУЙМО

1. Проаналізуйте ситуацію. Вам потрібно розмістити новий завод із виробництва титану. Оберіть одне з місць: А) Західна Канада (поруч із родовищами титанових руд та потужними гідроенергетичними ресурсами); Б) Східна Азія (регіон з великим споживанням титану у військовій та авіаційній промисловості); В) Австралія (родовища титанових руд, стабільна екологічна політика). Поясніть свій вибір.

Найкращим вибором є варіант А (Західна Канада). Виробництво легких металів, зокрема титану, є надзвичайно енергоємним і водночас матеріаломістким процесом, тому поєднання власної рудної бази та дешевої енергії каскадів ГЕС забезпечує мінімальну собівартість готового металу.

2. Який варіант розміщення заводу буде найбільш доцільним з економічної та екологічної точок зору?

Найбільш доцільним є варіант А (Західна Канада).

З економічного погляду скорочуються витрати на далеку доставку важкої руди та споживання електрики, а з екологічного — використання гідроелектростанцій мінімізує шкідливі викиди парникових газів у повітря порівняно з вугільною чи газовою генерацією.

3. Які проблеми або виклики можуть виникнути в кожному з цих регіонів при виробництві титану?

У кожному з регіонів є свої специфічні виклики:

1. У Західній Канаді перешкодами є суворий північний клімат, складний рельєф, віддаленість від основних центрів машинобудування та висока вартість робочої сили.
2. У Східній Азії основними проблемами є значне екологічне навантаження на густонаселені райони, сильна залежність від імпорту сировини та висока конкуренція за електроенергію.
3. В Австралії викликами є дуже суворі екологічні норми, дефіцит водних ресурсів, значна віддаленість від ринків збуту в Європі та Північній Америці, а також висока вартість транспортування.

Дослідіть і сформулюйте власну думку. Чому Китай став лідером у виробництві рідкісноземельних металів і яку небезпеку це становить для інших держав для розвитку електроніки та оборонної промисловості?

Китай здобув лідерство завдяки поєднанню величезних розвіданих родовищ, десятиліттям державної підтримки галузі, дешевій робочій силі та тривалій відсутності жорстких екологічних вимог, що дозволило максимально здешевити виробництво. Небезпека для інших країн полягає в майже повній монополії Китаю (близько 90% світового ринку): у разі торговельних або політичних конфліктів обмеження експорту цих металів може паралізувати виробництво мікрочипів, акумуляторів, смартфонів, радарів, ракет і військових літаків у країнах Європи, США та Азії.

ЩО КАЖЕ ШТУЧНИЙ ІНТЕЛЕКТ?

Кольорові метали у космосі: майбутнє чи фантастика?

✏️ Це реальність, яка вже активно розвивається, а не фантастика. Легкі кольорові метали (титан, алюміній, магній) є незамінними конструкційними матеріалами для ракет і супутників завдяки міцності, малій масі та стійкості до космічної радіації й перепадів температур. У майбутньому перспективним напрямом стане видобуток кольорових і рідкісноземельних металів безпосередньо на астероїдах та Місяці для будівництва космічних станцій та орбітальних апаратів без потреби дорогої доставки із Землі.

ПРАКТИКУЙМО

1. Опрацювавши текст параграфа та інші джерела інформації, опишіть основні виклики та перспективи, що стоять перед металургією України в умовах сучасних економічних та екологічних змін.

Головними викликами є фізичне знищення та захоплення великих комбінатів на сході («Азовсталь», ММК ім. Ілліча), логістичні труднощі через небезпеку морських перевезень, дефіцит електроенергії та потреба значних інвестицій для переходу на жорсткі екологічні стандарти ЄС («зелена металургія»).

Перспективи полягають у відбудові галузі за найсучаснішими технологіями: переході на електрометалургію та водневе відновлення заліза, розширенні випуску високоякісного прокату з високою доданою вартістю, а також в освоєнні багатих родовищ титану, літію та рідкісноземельних металів.

2. Як вплине розвиток інноваційних технологій на майбутнє металургійної галузі в Україні?

Розвиток технологій дозволить Україні повністю відмовитися від застарілих енергоємних доменних процесів на користь електросталеплавильних заводів і технологій прямого відновлення заліза (DRI). Це зменшить викиди парникових газів, знизить витрати палива й води та дасть змогу виготовляти спеціальні високоміцні сорти сталі й сплавів для авіації, ракетобудування та високоточного машинобудування.

3. Чи можливо зберегти провідні позиції України у світовій металургії, враховуючи втрати через воєнні дії та зміни на світовому ринку?

Так, зберегти важливі позиції можливо, але не за рахунок старих гігантських обсягів валового чавуну, а завдяки якісній модернізації та переорієнтації експорту. Україна має величезні запаси залізної, марганцевої та титанової руди, тому відновлення заводів у вигляді компактних, екологічних електрометалургійних підприємств та інтеграція в європейський ланцюг виробництва «зеленої сталі» забезпечать нашій країні статус провідного технологічного постачальника якісного металу.

Які нові кольорові метали і технології могли б стати перспективними для розвитку металургійної промисловості України?

Перспективними металами для України є літій для виготовлення акумуляторів, титан для авіакосмічної галузі, а також мідь і рідкісноземельні метали для електроніки та військової техніки.

Серед технологій найбільший потенціал мають:

1. Воднева металургія та електрометалургійні печі, які дозволяють плавити метал без використання коксівного вугілля.
2. Глибока вторинна переробка брухту кольорових металів, яка значно дешевша за видобуток руди.
3. Виробництво готового прокату, високоточних сплавів і деталей замість експорту чорнових металів і сировини.

Які екологічні вимоги і стандарти потрібно впровадити, щоб забезпечити сталий розвиток металургії в Україні?

Для сталого розвитку необхідно впровадити європейські норми контролю за викидами парникових газів і стандарти безвідходного виробництва.

Для цього потрібно:

1. Повністю відмовитися від застарілих брудних технологій на користь електропечей із сучасними газоочисними установками.
2. Впровадити замкнений цикл водопостачання, щоб повністю припинити скидання технічної води в річки.
3. Переробляти 100% шлаків та інших твердих відходів на будівельні матеріали чи дорожнє покриття.
4. Поступово збільшувати частку чистої електроенергії під час виплавки металів.