Индустриальные системы и оборудование в металлургии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 209 

Кафедра прикладной экономики

О.И. Шайнович 
 
 

Индустриальные системы
и оборудование в металлургии 

 

Курс лекций 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва 2011 

УДК 669.013.024 
 
Ш12 

Р е ц е н з е н т  
канд. экон. наук, проф. А.Д. Голыжбин 

Шайнович, О.И. 
Ш12  
Индустриальные системы и оборудование в металлургии : курс лекций / О.И. Шайнович. – М. : Изд. Дом МИСиС, 
2011. – 144 с. 
ISBN 978-5-87623-502-2 

Приведены общая характеристика, состав и структура металлургического 
предприятия. Подробно рассмотрено технологическое оборудование основных производственных цехов металлургического завода. Показано назначение и дана характеристика объектов вспомогательного и подсобного назначения. Рассмотрены современное состояние черной металлургии России и 
направления развития отдельных металлургических переделов. Отражено 
влияние технических решений и параметров технологического оборудования 
на экономическую эффективность производства. 
Курс лекций предназначен для студентов экономических специальностей, 
обучающихся по направлению «Металлургия». Может быть полезен студентам других специальностей металлургических вузов. 

УДК 669.013.024 

ISBN 978-5-87623-502-2 
© О.И. Шайнович, 2011 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
Лекция 1. Основные положения..............................................................5 
ПЛекция 2. Первый передел. Собственно доменная печь....................9 
Лекция 3. Объекты комплекса доменной печи....................................22 
Лекция 4. Прямое восстановление........................................................37 
Лекция 5. Второй передел. Сталеплавильное производство..............44 
Лекция 6. Внепечная обработка ............................................................55 
Лекция 7. Разливка. Непрерывная разливка ........................................64 
Лекция 8. Разливка в изложницы..........................................................76 
Лекция 9. Третий передел. Прокатное производство..........................83 
Лекция 10. Четвертый передел..............................................................94 
Лекция 11. Объекты вспомогательного и подсобного 
назначения.............................................................................................105 
Лекция 12. Генплан. Транспорт ..........................................................113 
Лекция 13. Интегрированная автоматизированная система 
управления (ИАСУ)..............................................................................121 
Лекция 14. Современное состояние предприятий 
черной металлургии России ................................................................125 
Лекция 15. Направления технического развития 
по основным металлургическим переделам ......................................135 
Лекция 16. Особенности цветной металлургии.................................140 
Библиографический список.................................................................143 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Цель учебного курса состоит в том, чтобы научить студентов ориентироваться в производственно-технической среде металлургических предприятий, понимать взаимодействие между отдельными 
объектами металлургических заводов, усвоить основные принципы 
организации металлургического производства, назначение и технические характеристики основного технологического оборудования, 
учитывать влияние параметров технологического оборудования и 
особенностей технологических процессов на экономическую эффективность производства. 
В рамках данного курса основное внимание уделяется указанным 
выше аспектам металлургического производства, вопросы технологии рассматриваются в самом общем виде. Имеется в виду, что технология производства более подробно рассматривается в других специальных курсах. 
Учебный курс носит описательный характер. Принимая во внимание, что к моменту изучения данного курса студенты мало были на 
металлургических заводах (а некоторые вообще не были), в процессе 
чтения лекций и проведения семинарских занятий предусматривается использование большого количества иллюстраций, позволяющих 
более четко представить себе внешний вид и особенности отдельных 
объектов и видов основного технологического оборудования. С учетом объема данного курса лекций в него включена только небольшая 
часть этих иллюстраций, в подрисуночных подписях которых приводятся только те обозначения узлов и механизмов, которые представляют интерес для данного курса, приведено краткое описание объектов завода и основного технологического оборудования, имея в виду, 
что подробно эти вопросы будут рассмотрены в процессе чтения 
лекций и проведения семинарских занятий. 

Лекция 1 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

В основе данного учебного курса лежит теория индустриальных 
систем, которая означает единство системного подхода, системного 
анализа и управления индустриальной (производственной) системой. 
Именно теория индустриальных систем изучает организацию и 
управление промышленным производством и анализирует условия 
формирования систем управления в промышленности. 
Черная металлургия является базовой отраслью и занимает ведущие позиции в экономике страны. На ее долю приходится более 8 % 
общероссийского объема валютной выручки, 7 % объема промышленного производства, около 5 % численности персонала, около 6 % 
основных фондов. В то же время на производство продукции от общего объема по стране отрасль расходует 7 % топлива, 17 % электроэнергии, 20 % сырьевых материалов, 23 % объема железнодорожных 
перевозок. Предприятия отрасли обеспечивают до 6 % налоговых 
поступлений в бюджетную систему России и уступают только топливно-энергетическому комплексу. По объему экспорта черных металлов (свыше 10 % мирового объема или 28 млн т) Россия занимает 
первое место в мире.  
Металлы – это основной конструкционный материал, который используется во всех отраслях экономики (строительство, транспорт, 
машиностроение, судостроение, авиастроение, производство автомобилей, бытовой техники и др.). 
В соответствии с Периодической системой имеется 109 элементов, из них 80 относятся к металлам. К черной металлургии относится производство следующих металлов и сплавов на их основе: железо, марганец, хром. Производство других металлов и сплавов на их 
основе относится к цветной металлургии. 
Принимая во внимание малую продолжительность курса – один 
семестр, основное внимание уделяется черной металлургии. По 
цветной металлургии указываются лишь некоторые основные положения и основные характерные особенности. 
Основным обобщающим показателем уровня развития черной металлургии в стране является объем производства стали. Производство стали в мире и в отдельных странах приведено в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 

Производство стали, млн т 

Страна 
1990 г. 
1998 г. 
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.
2010 г.

Китай 
66,3 
114,3 
353,5 
418,8 
489,0 
500,5 
626,7 

США 
89,7 
97,7 
93,3 
98,5 
97,2 
91,4 
80,6 

Япония 
110,3 
93,5 
112,5 
116,2 
120,2 
118,7 
109,6 

Германия 
44,0 
44,0 
44,5 
47,2 
48,6 
45,8 
43,8 

Италия 
25,5 
25,7 
29,4 
31,6 
32,0 
30,6 
– 

Украина 
52,6 
24,4 
38,6 
40,9 
42,8 
37,1 
– 

Россия* 
154,4/89,6 
74,4/43,8 
66,1 
70,8 
72,2 
68,5 
66,3 

Всего в мире 
770,3 
775,9 
1116,6 
1217,4 
1344,0 
1327 
1413,6 

* Числитель – СССР, знаменатель – Россия 

Анализ приведенных показателей показывает, что до конца 90-х годов 
прошлого века объем производства стали в мире постепенно увеличивался, 
приближаясь к 800 млн т в год. С начала 2000-х годов картина стала существенно меняться в связи с резким увеличением объема производства стали в Китае. По сравнению с 1998 г. объем производства стали в этой 
стране возрос в 2005 г. примерно в 3 раза, а в 2010 г. – почти в 5,5 раз. За 
счет влияния Китая мировое производство стали в 2010 г. составило 
1413 млн т и по сравнению с 1998 г. возросло в 1,8 раза, причем почти 
половина общего объема производится именно в Китае. Следует отметить, что такие высокие показатели достигнуты в Китае за счет строительства новых и коренной модернизации существующих металлургических заводов на базе самого современного оборудования и технологий с 
привлечением лучших мировых фирм. Изменение объема производства 
стали в этот период в других странах было относительно небольшим и не 
оказало существенного влияния на мировое производство. 
Представляют интерес приведенные в табл. 1.2 данные о производстве металлопродукции на душу населения, из которых видно, 
что в 2008 г. по сравнению с 1990 г. этот показатель у нас существенно уменьшился с 443 до 250 кг/чел. и в настоящее время заметно 
ниже, чем в промышленно развитых странах.  

Таблица 1.2 

Производство готовой стальной продукции на душу населения, кг/чел 

Страна 
1990 г. 
2008 г. 

Россия 
443 
249,6 

Страны ЕС (27 стран) 
342 
368,9 

США 
347 
315,6 

Япония 
752 
597 

Китай 
46 
318,5 

Всего в мире 
127 
165 (2007 г.) 

Производство черных металлов осуществляется поэтапно. Выделяются следующие основные технологические этапы, которые в черной металлургии принято называть переделами. 
Основные переделы: 
– первый передел – переработка подготовленного железорудного 
сырья с получением исходных материалов для производства стали; 
– второй передел – производство стали; 
– третий передел – производство готового проката; 
– четвертый передел – дальнейшая переработка проката с производством продукции более высокой степени готовности. 
Собственно «большая металлургия», т.е. производство металлопродукции на специализированных металлургических заводах, 
включает три основных металлургических передела и заканчивается 
производством готового проката. (Существует еще «малая металлургия» – производство металлопродукции на машиностроительных заводах, которая имеет определенные особенности и в рамках данного 
курса не рассматривается.) В последнее время на металлургических 
заводах все шире стала применяться дальнейшая переработка готового проката с производством продукции более высокой степени готовности. Такие производства выделены в отдельную группу, получившую название «четвертый передел». 
Заводы черной металлургии делятся на заводы с полным циклом и 
передельные. Заводы с полным циклом – в составе которых имеются 
все три основных металлургических передела. Передельные заводы 
имеют в своем составе один или два металлургических передела. 
Чаще всего передельные заводы включают сталеплавильное и прокатное производства или один из этих видов производств. Встречаются передельные заводы, имеющие в своем составе только первый 
передел. В таком случае единственной металлопродукцией этих заводов является товарный чушковый чугун. Примером такого завода 
является ОАО «Тулачермет». 
В последнее время появилась новая группа заводов – минизаводы. 
Это по существу современные передельные металлургические заводы относительно небольшой мощности (до 2 млн т в год), но построенные с использованием самого современного оборудования на базе 
передовых технологических процессов. Благодаря этому такие заводы имеют очень высокие технико-экономические показатели. 
Объекты четвертого передела могут присутствовать на заводах 
всех трех указанных групп. 

В составе металлургического завода могут быть выделены две 
большие группы объектов: цехи основного производственного назначения и цехи и хозяйства вспомогательного и подсобного назначения. 
Состав цехов и производств металлургического завода: 
– цехи основного производственного назначения (доменные, сталеплавильные, прокатные и т.п.); 
– цехи и хозяйства вспомогательного и подсобного назначения: 
– специфические для основных производственных цехов, например, доменного (бункерная эстакада, воздуходувная станция, разливочная машина и др.); сталеплавильного (подготовка 
скрапа, производство извести и др.); прокатного (станция защитного газа, подготовка, использование и регенерация травильных растворов и др.); 
– общезаводские (переработка шлака, энергетическое, складское, транспортное хозяйства и др.). 
Цехи основного производственного назначения, а также цехи и 
хозяйства вспомогательного и подсобного назначения будут рассмотрены в последующих лекциях. 

Лекция 2 

ПЕРВЫЙ ПЕРЕДЕЛ. 
СОБСТВЕННО ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ 

Назначение первого передела – переработка подготовленного железорудного сырья с получением исходных материалов для производства стали. Следует отметить, что подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу (дробление, помол, обогащение, 
окускование) не относится к собственно металлургическому производству, а соответствующие технологические объекты, как правило, 
располагаются на горнообогатительных комбинатах. (Исключение 
составляют агломерационные фабрики, которые, как правило, входят 
в состав металлургических заводов с полным циклом и предназначены в основном для переработки железосодержащих отходов собственного металлургического производства.) 
В составе первого передела имеются два вида производств: 
– доменное производство; 
– прямое восстановление. 
Структура переработки железорудного сырья в мире, млн т (%) 
приведена далее: 

Производство чугуна..........................................................................940,0 (93,3) 
Производство продуктов прямого восстановления.........................67,2 (6,7) 

Из приведенных данных видно, что основное количество железорудного сырья в мире (более 93 %) перерабатывается доменным процессом. На долю прямого восстановления приходится около 7 %.  
Рассмотрим более подробно доменное производство. 
В мире выплавляется около 950 млн т чугуна, почти половина 
этого количества производится в Китае. Россия занимает третье место 
в мире по объему производства чугуна. Основные металлургические 
комбинаты – производители чугуна в нашей стране, млн т в год – Магнитогорский – 9,5; Новолипецкий – 9,0; Череповецкий (Северсталь) – 
8,8; Западносибирский – 5,2; Нижнетагильский – 5,3.  
Основной технологический агрегат доменного производства – доменная печь. Доменная печь – агрегат непрерывного действия шахтного типа с противотоком шихтовых материалов и горячих восстановительных газов. Доменные печи с использованием каменноугольного кокса существуют с 1735 г. Технологический процесс производст

ва и доменные печи хорошо изучены и отработаны, они характеризуются гибкостью в отношении используемых шихтовых материалов, обладают высокой единичной мощностью, что очень важно для 
современных крупных металлургических заводов. В настоящее время находятся в эксплуатации доменные печи полезным объемом до 
5600 м3, мощностью до 4,5 млн т чугуна в год, температурой дутья 
до 1300 °С, давлением газа на колошнике до 250 кПа, обогащением 
дутья кислородом до 40 % и возможностью использования различных топливных добавок. 
Доменная печь может быть отнесена к агрегатам непрерывного 
действия, поскольку в верхнюю часть печи непрерывно осуществляется загрузка шихтовых материалов, а в нижней части печи постоянно производится выпуск жидких продуктов доменной плавки (или 
выпуск продуктов плавки может выполняться периодически, но происходит постоянное накопление жидких продуктов плавки в горне 
доменной печи). 
Доменная печь как агрегат шахтного типа характеризуется большой высотой по отношению к размерам поперечного сечения.  
Противоток шихтовых материалов и горячих восстановительных 
газов обеспечивается за счет газопроницаемости шихты. В свою очередь, газопроницаемость создается вследствие кусковатости шихтовых материалов, при этом между отдельными кусочками шихты образуются каналы, через которые проходят газы. Важным показателем 
качества шихты является минимальное содержание мелочи, поскольку мелочь может забивать каналы и препятствовать прохождению 
газов. 
Противоток шихтовых материалов и горячих восстановительных 
газов создает благоприятные условия для тепловой работы доменной 
печи, благодаря чему обеспечивается исключительно высокий тепловой коэффициент полезного действия (85…87 %), высокое использование восстановительного потенциала доменного газа и низкая температура газов на выходе из печи (около 100 °С). 
Основные технологические узлы доменной печи (сверху вниз): колошник, шахта, распар, заплечики, кольцевой воздухопровод, фурменные приборы и воздушные фурмы, горн, литейный двор (рис. 2.1). 
Рассмотрим более подробно технологические узлы доменной печи, в 
составе которых имеется специфическое технологическое оборудование. 
Колошник – верхняя часть печи, где располагаются технологические металлоконструкции и оборудование различного назначения. 
Рассмотрим некоторые основные элементы (рис. 2.2, 2.3). 

Рис. 2.1. Технологическая схема и основные узлы доменной печи 

 

Рис. 2.2. Доменная печь (а) и колошниковое устройство (б) 

а 
б