От карьера до стали: полный разбор чёрной металлургии — добыча, производство, рынок

В документах горнодобывающих предприятий полно замысловатых обозначений и сокращений — порой разобраться в них непросто. В этом материале мы без сложных терминов объясним, что всё это значит. Ещё расскажем, как добывают уголь и железную руду, куда их потом используют и сколько это стоит. Статья будет полезна тем, кто хочет лучше ориентироваться в делах чёрной металлургии.

Два мира металлургии: чем отличаются направления

Отрасль делят на два больших направления — чёрную и цветную металлургию.

Цветная металлургия занимается производством меди, никеля, алюминия и прочих цветных металлов. К этому же направлению относят добычу драгоценных металлов: процессы во многом схожи, да и на рудниках нередко извлекают сразу несколько видов сырья.

Чёрная металлургия связана с производством стали и добычей угля. Многие предприятия совмещают обе задачи: уголь — важнейший компонент в изготовлении металла.

Чёрная металлургия в России: кто на бирже

Сегодня сосредоточимся на чёрной металлургии и компаниях из РФ, чьи акции можно купить на Московской бирже. Среди ключевых игроков:

• «Стальной горизонт» (бывшая «Северсталь»);
• НЛМК («Новолипецкий металлургический комбинат»);
• ММК («Магнитогорский металлургический комбинат»);
• «Уральская сталь» (бывший «Евраз»);
• «Сибирский металл» (бывший «Мечел»).

Как добывают железную руду: от карьера до концентрата

Крупнейшие страны-добытчики железной руды — Австралия, Бразилия, Индия, Иран, Китай и Россия. Разберём, как именно получают сырьё.

Есть два способа добычи:

1. Открытый (в карьерах) — подходит для неглубоких залежей. Сначала убирают верхний слой пустой породы: его раскапывают или взрывают. Затем с помощью спецтехники извлекают руду. Этот метод дешевле.
2. Закрытый (в шахтах) — дороже, требует строительства тоннелей и подземных выработок. Его используют, когда руда залегает глубоко.

После добычи руду нужно подготовить:

1. Дробление и измельчение. Сырьё пропускают через разные дробилки (щековые, конусные) и мельницы (шаровые или стержневые). В итоге получают порошок с частицами до нескольких миллиметров.
2. Магнитная сепарация. Железный порошок отделяют от примесей с помощью мощных магнитов. Устройство для этого напоминает огромный барабан — иногда его так и называют.

Формирование полуфабрикатов. Очищенную руду (железорудный концентрат) превращают в удобные для транспортировки и переработки формы:

Окатыши — комки из железорудной пыли со связующими добавками.

1. Агломерат — запечённая в печи смесь из более крупных частиц (до 3 мм).
2. Горячебрикетированное железо (ГБЖ) — спрессованные брикеты. Это ещё один вид сырья для металлургии.
3. Полученные окатыши, агломерат и ГБЖ — финальный продукт на этапе добычи и переработки. Именно они идут на производство стали.

Уголь: состав, виды и особенности

Мировой лидер по добыче угля — Китай. Страна не только использует своё сырьё, но и закупает дополнительное. Следом по объёму импорта идут Индия, Япония и Южная Корея. Главные экспортёры — Индонезия, Австралия, Россия и США. По запасам угля лидируют Россия и США.

Ископаемый уголь (не путать с древесным!) образовался из остатков древних растений более 200 миллионов лет назад. Он состоит на 65–95 % из углерода, остальное — примеси. Чем их больше, тем выше энергетическая ценность угля и его стоимость.

Уголь, как и нефть, бывает разных марок. Их различают по ключевым параметрам:

1. Калорийность — количество тепла при сгорании 1 кг топлива. Чем выше показатель, тем лучше. Например, марка с калорийностью 6000 ккал/кг способна нагреть 1 тонну воды на 6 °C.
2. Зольность — доля негорючих минеральных примесей. Чем она ниже, тем эффективнее и экологичнее сжигание.
3. Влага — содержание воды в угле. Избыток влаги утяжеляет сырьё, мешает транспортировке и хранению (зимой такой уголь может смерзаться).
4. Летучие вещества — влияют на воспламеняемость. Чем их больше, тем легче загорается уголь, но тем меньше тепла он даёт.
5. Сернистость — содержание серы. При выплавке стали она может ухудшить свойства сплава. Уголь делят на: многосернистый, сернистый, среднесернистый и малосернистый (по убыванию).

Какие бывают угли: от «молодых» к «старым»

В зависимости от возраста и содержания углерода выделяют три большие группы:

1. Антрациты — самые «старые». Углерода больше 94 %, почти нет влаги и примесей. Калорийность — 8000–8350 ккал/кг. Отличаются металлическим блеском, твёрдостью и высокой температурой воспламенения (свыше 600 °C).
2. Каменный уголь (битуминозный и полубитуминозный) — 75–95 % углерода, около 5–6 % влаги. При сгорании даёт до 7500 ккал/кг. Самый востребованный в топливной промышленности.
3. Бурый уголь (лигнит) — самый «молодой». Образуется из торфа, содержит 65–70 % углерода, много влаги и примесей. Калорийность — 4000–5000 ккал/кг. Имеет бурый цвет, резкий запах и при горении выделяет много дыма.

Энергетический и коксующийся уголь: в чём разница?

С точки зрения экономики уголь делят на две категории:

1. Энергетический (Steam Coal) — используют на электростанциях и ТЭЦ для генерации тепла и энергии. Несмотря на высокий выброс углекислого газа, на угле работает около трети мировой энергетики. Чаще всего берут каменный уголь.
2. Металлургический (коксующийся) (coking coal) — нужен для выплавки стали. При высоких температурах он спекается и превращается в кокс. Такой уголь встречается реже (около 20 % каменного угля подходит для коксования) и стоит дороже энергетического.

Как получают кокс:

1. Уголь мелко дробят и смешивают разные марки: плохо коксующиеся с хорошо коксующимися. Получается оптимальная шихта.
2. Смесь нагревают до 1000 °C без доступа воздуха — спекают.
3. Полученный рассыпчатый кокс охлаждают, просеивают и сортируют. Крупные фракции идут на производство стали, мелкие — на изготовление агломерата.
4. Кокс — итоговый продукт подготовки угля. Он служит сырьём для металлургии.

Производство стали: от руды до заготовок

Процесс выглядит так:

1. В доменную печь слоями загружают железорудное сырьё, кокс и вспомогательные вещества.
2. Смесь поджигают и разогревают до 1500–2000 °C. На выходе — чугун: прочный, но непластичный (при нагрузке скорее расколется, чем деформируется).
3. Чтобы получить сталь, из чугуна удаляют лишний углерод. Для этого его переплавляют в специальной печи с подачей кислорода.

Виды стали

В зависимости от содержания углерода сталь бывает:

• низкоуглеродистая (< 0,2 %);
• среднеуглеродистая (0,3–0,55 %);
• высокоуглеродистая (0,6–2,14 %).

Чем больше углерода, тем прочнее материал, но тем хуже он поддаётся деформации.

Для улучшения свойств в сталь добавляют примеси других металлов — получают легированные марки. Такие сплавы устойчивы к коррозии, жаре и химическим воздействиям. Например, в нержавеющей стали часто есть никель или хром.

Заготовки из стали: что производят?

На продажу выпускают разные виды полуфабрикатов:

1. Слябы — прямоугольные заготовки для проката, труб и штамповок.
2. Сортовой прокат — арматура (ребристые или гладкие прутки), катанка (проволока), прутки разного сечения.
3. Листовой прокат — горяче- и холоднокатанный лист, рифлёный, оцинкованный, профнастил (часто в рулонах).
4. Фасонный прокат — уголок (Г‑образный профиль), швеллер (П‑образный), балка (Н‑образный), рельсы.
5. Метизы — крепёж и другие металлические изделия (гайки, болты, гвозди, саморезы).
6. Трубы, в т. ч. большого диаметра.
7. Отдельно выделяют продукцию с высокой добавленной стоимостью (ВДС) — сложные легированные сплавы для особых задач.