Оценка и пути достижения экологически чистого металлургического производства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

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

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2026 

Кафедра металлургии стали и ферросплавов

Л.М. Симонян 
К.Л. Косырев 
А.И. Кочетов 

Оценка и пути достижения
экологически чистого 
металлургического производства

 

Курс лекций 

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
Металлургия 

Москва  2011 

УДК 504 
 
С37 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. А.Г. Фролов 

Симонян, Л. М. 
С37  
Оценка и пути достижения экологически чистого металлургического производства : курс лекций / Л. М. Симонян, К. Л. Косырев, А. И. Кочетов. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2011. – 92 с. 
ISBN 978-5-87623-408-7 

Курс лекций по дисциплине «Оценка и пути достижения экологически 
чистого металлургического производства» разработан на основе курса «Экологически чистая металлургия», МИСиС, 2005 г. (авторы Л.М. Симонян, 
А.И. Кочетов), но в сокращенном варианте и с новыми данными. Приложение заменено в соответствии с новыми нормативами плат за загрязнение окружающей среды. Дана характеристика воздействия металлургического производства на окружающую среду, рассмотрены способы экономии материалов и энергии, проведен сравнительный анализ существующих в мире малоотходных и экологически чистых технологий производства стали. Рассмотрены принципы и процедура создания экологически чистого производства, 
показаны различные подходы в решении экологических проблем. Даны методы оценки эколого-экономической эффективности разрабатываемых технологий. Приведены основные положения систем экологического мониторинга и менеджмента. Рассмотрены основные положения Международного 
стандарта ИСО 14000. 
Курс лекций предназначен для подготовки бакалавров по направлению 
«Металлургия» профиль «Металлургия техногенных и вторичных ресурсов». 

УДК 504 

ISBN 978-5-87623-408-7 
© Л.М. Симонян, К.Л. Косырев, 
А.И. Кочетов, 2011 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение..................................................................................................5 
1. Воздействие черной металлургии на окружающую среду.............7 
1.1. Характеристика черной металлургии в мире ............................7 
1.2. Производство основных видов продукции в россии................8 
1.3. Основные факторы воздействия на окружающую среду.........10 
1.3.1. Загрязнение окружающей среды..........................................11 
1.3.1.1. Выбросы в атмосферу ....................................................11 
1.3.1.2. Сбросы в водоемы ..........................................................13 
1.3.1.3. Загрязнение почвы..........................................................15 
1.3.2. Потребление ресурсов...........................................................15 
1.3.3. Образование отходов ............................................................17 
1.3.3.1. Твердые отходы ..............................................................17 
1.3.3.2. Металлоотходы...............................................................18 
1.3.3.3. Энергетические отходы..................................................22 
2. Общие принципы создания экологически чистой металлургии ....25 
2.1. Тенденции развития металлургического производства ...........25 
2.1.1. Общая характеристика различных схем 
производства стали..........................................................................27 
2.1.2. Перспективы развития мини-заводов..................................27 
2.2. Пути снижения нагрузки на окружающую среду.....................29 
2.2.1. Создание эффективных производств...................................29 
2.2.1.1. Экономия материалов и энергии...................................29 
2.2.1.2. Минимизация выбросов, сбросов, отходов..................31 
2.2.2. Потребление вторичных ресурсов.......................................31 
2.2.2.1. Вторичные материальные ресурсы ...............................31 
2.2.2.2. Вторичные энергетические ресурсы.............................32 
2.3. Основные требования к экологически чистому 
производству .......................................................................................33 
2.3.1. Понятие промышленной экосистемы..................................35 
2.3.2. Системный подход и экологическая стратегия ..................37 
2.4. Процедура создания экологически чистой металлургии .........42 
2.4.1. Планирование и организация...............................................43 
2.4.2. Предварительная оценка и анализ .......................................44 
2.4.3. Общая экологическая характеристика производства.........46 
2.4.4. Разработка вариантов и изучение их выполнимости.........48 
2.4.5. Реализация выбранного варианта и дальнейшее 
развитие............................................................................................60 

2.5. Перспективы создания экологически чистого 
металлургического производства......................................................61 
3. Система экологического мониторинга.............................................63 
3.1. Основные задачи экологического мониторинга .......................63 
3.2. Классификация экологического мониторинга ..........................64 
3.3. Объекты и методики мониторинга.............................................67 
4. Система экологического менеджмента ............................................71 
4.1. Экологическая сертификация .....................................................71 
4.2. Основные положения серии стандартов ISO 14000..................71 
сертификация на соответствие стандартам ISO 14000....................77 
Библиографический список...................................................................79 
Приложения ............................................................................................81 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Основным содержанием концепции устойчивого развития применительно к промышленности является Ecologically Sustainable Industrial Development (ESID) – модель устойчивого экологически безопасного промышленного развития, разработанная ЮНИДО и утвержденная резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН в 1992 г. ESID – 
это промышленное развитие с целью удовлетворения роста потребностей человека и будущих поколений без нарушения основных 
природных процессов (устойчивости биосферы). Ключевые положения этого направления:  
• цель – удовлетворение потребностей человека и будущих поколений; 
• средство достижения цели – промышленное развитие; 
• граничное условие – сохранение устойчивости биосферы. 
Одним из основных принципов ESID является Life Cycle Analysis – 
анализ жизненного цикла изделия. Он заключается в учете суммарного расхода потребляемых ресурсов и выбросов в окружающую 
среду: от добычи сырья и источников энергии до переработки изделия, вышедшего из потребления. Технология, не прошедшая комплексной экспертизы на соответствие принципам ESID, не получает 
лицензии и не может быть использована. 
Технологии должны быть ориентированы на производство «социальных товаров», т.е. лучшего качества, с более продолжительным 
сроком службы, способствовать сохранению и укреплению ресурсной базы, исключению из технологической цепочки опасных веществ. При этом общество должно быть готовым платить за предотвращение ущерба, который может быть нанесен будущим поколениям.  
Международной организацией по стандартизации – International 
Standard Organization for Standartization (ISO) – разработана серия 
экологических стандартов ISO 14000∗, содержащих основные требования к системе экологического менеджмента (управления окружающей средой), призванная помочь предприятиям в постановке и решении экологических проблем.  
В процессе принятия решений предприятия должны ориентироваться на наилучшую из существующих технологий (BAT – best 

_________ 
∗ ИСО 14000 принят и введен в действие постановлением Госстандарта России 
от 21 октября 1998 г. № 378. 

aviable technology), учитывать критерии не только экономического, 
но и экологического и социального характера. Этому должны способствовать новые принципы планирования, материального и законодательного стимулирования, мониторинга и оценки эффективности результатов любой деятельности. 

1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 

1.1. Характеристика черной металлургии в мире 

Черная металлургия в последние годы демонстрирует высокие 
темпы роста. Показатели 2003 г. составили 109 % к уровню 2002 г. 
(рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Производство основных видов продукции 

За короткое время мировая добыча товарной руды достигла 
1 млрд т/год, коксующихся углей – 600 млн т, кокса – 370 млн т, чугуна – 540 млн т, окатышей – 240 млн т, стали – 780 млн т. Из рис. 1.2 
видно, что в декабре 2004 г. производство стали достигло 1 млрд т. 

 

Рис. 1.2. Мировое производство стали (2004 г.) 

Мировое производство стали в 2008 г. составило 1,33 млрд т (на 
1,2 % ниже уровня 2007 г.). Основные производители стали – Китай, 
Япония и США, на долю которых приходится более половины выплавленной стали. Россия произвела 68,5 млн т стали, что также ниже, чем в 2007 г. Выплавка стали основных стран-производителей в 
2008 г. составила, млн т: 

Китай – 502 (37,8 %);  
Япония – 118,7;  
США – 91,5 (7,2 %);  
Российская Федерация – 68,5;  
Индия – 55,1;  

Южная Корея – 53,5;  
Германия – 45,8;  
Украина – 37,1;  
Бразилия –33,7;  
Италия – 30,5. 

Спад производства стали в отдельные годы не повлиял на общую 
тенденцию роста металлургического производства. Потребность в 
металле продолжает расти, и в перспективе можно ожидать дальнейшего роста металлургического производства.  

1.2. Производство основных видов 
продукции в России 

В начале 1990-х г. добыча товарной руды в России составляла примерно 100 млн т, коксующихся углей – 40 млн т, чугуна – 65 млн т, стали – 90 млн т (мартеновской – 47,8 млн т, конвертерной – 28,4 млн т, 
электростали – 13,4 млн т).  
После спада металлургического производства в середине 1990-х г. на 
40 % вновь начался динамичный рост производства стали и к 2000 г. он 
достиг 60 млн т/год. Мартеновский процесс сократился до 30 % (в мире 
используется только в Китае и Украине), доля электростали составила 
13…14 % (в 3 раза ниже, чем в США), непрерывной разливки – 50 % 
(в мире – более 80 %). Увеличилась доля конвертерной стали.  
Производство основных видов металлургической продукции в 
России в 2007 г., млн т: 
готовый прокат – 59,6 
сталь: 
 
72,4 
мартеновская – 11,9 (16,4 %)  
конвертерная – 41,2 (57,4 %)  
электросталь – 19,3 (26,2 %)  
товарная руда 
– 104,6 
кокс 
– 33,5 

окатыши 
– 38,5 
концентрат 
– 96,8 
чугун 
– 51,5  
Доля металлургии в ВВП страны составляла около 5 %, в промышленном производстве – 17,3 %, в налоговых доходах – превысила 9 %.  
Износ оборудования на предприятиях России в настоящее время 
снизился и не превышает 50 %, что считается хорошим показателем 
даже на фоне развитых стран. С 2000 по 2008 г. доля конвертерного и 
электросталеплавильного производства в общем объеме выпуска 
стали выросла с 73 до 85 % за счет снижения доли мартеновской стали, доля непрерывной разливки стали увеличилась с 50 до 71 %, что 
пока ниже, чем в странах Запада. 
Металлургия является крупнейшим потребителем различных видов ресурсов, в том числе промышленной продукции, что стимулирует развитие разных отраслей промышленности и создание новых 
рабочих мест. Она использует от общепромышленного уровня 32 % 
электроэнергии, 25 % природного газа, 10 % нефти и нефтепродуктов, доля в грузовых железнодорожных перевозках составляет 20 %.  
В то же время на производство 1 т стали затрачивается более 2 т 
различного вида сырья, более половины которого уходит в отходы с 
хвостами обогащения, со шлаком, пылегазовыми выбросами, обрезью и другими отходами. Часть из этих отходов возвращают обратно 
в производство, часть перерабатывают в дополнительную продукцию 
и используют в других отраслях промышленности, а часть складируют на полигонах из-за отсутствия эффективных технологий их переработки и использования.  
В последние годы достигнуты ощутимые успехи в экономии воды, необходимой для производства металлургической продукции. 
Использование на предприятиях новейших маловодных технологий 
производства металла, очистка отработанной воды, внедрение системы оборотного водоснабжения, охлаждение воды до требуемых нормативов, переход на сухие способы очистки газов и др. позволили 
существенно снизить потребление свежей воды (процент оборотного 
водоснабжения — 96 %) и свести к минимуму загрязнение водоемов. 
Дальнейший рост металлургического производства повлечет за 
собой увеличение роста потребления сырья, образования отходов и 
загрязнения окружающей среды. Остановить эту гонку возможно на 
базе анализа существующего положения в отрасли и разработки мер 
по предотвращению усиления нагрузки на окружающую среду. 

Необходимо одновременно осуществить техническое перевооружение, основываясь как на наилучшую металлургическую технологию, так и на самую передовую экологическую стратегию.

1.3. Основные факторы воздействия 
на окружающую среду 

Современное металлургическое предприятие по производству 
черных металлов имеет следующие основные переделы: производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производства. В состав предприятий входят 
также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства.  
Металлургические предприятия занимают большие производственные площади и отвалы, что предполагает отчуждение земель. Они 
являются крупнейшими потребителями природных ресурсов, а также 
источниками загрязнения атмосферы, водоемов и почвы.  
В 1980-е годы экологическим вопросам в отечественной металлургии начали уделять серьезное внимание. Была создана система экологических служб, которая включила в себя следующие элементы: 
• охрана природы – на предприятиях введены должности руководителей этих служб в ранге заместителя главного инженера, организованы 
специальные отделы и лаборатории по защите окружающей среды; 
• централизованная система капитальных ремонтов и модернизации природоохранного оборудования; 
• разработка и изготовления нового газо- и водоочистного оборудования; 
• увеличение капитальных вложений в охрану природы (в отдельные годы они достигали 8…10 % от общих капитальных вложений по отрасли). 
В результате этих мероприятий значительно сократились выбросы 
вредных веществ в окружающую среду. В 1987–1988 гг. была разработана долгосрочная программа по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов в металлургии на период до 
2005 г. Эта программа основывалась на техническом перевооружении 
отрасли, и ее реализация должна была обеспечить нормализацию экологической обстановки на всех предприятиях. Предусматривалось дальнейшее увеличение доли инвестиций на природоохранные цели до 20 %. 
Спад производства, начавшийся в 1990 г., отрицательно сказался 
на вопросах охраны природы. Улучшение экологических показателей достигалось не за счет выполнения природоохранных мероприятий, а в основном в результате сокращения объемов производства.  

1.3.1. Загрязнение окружающей среды 

1.3.1.1. Выбросы в атмосферу 

Все металлургические переделы являются источниками загрязнения атмосферы пылью, оксидами углерода, азота и серы (табл. 1.1). 

Таблица 1.1 

Удельные выбросы (до очистки) основных переделов 
металлургического производства  

Вещества 
Агломерационное 
производство, кг/т 
Доменное производство, кг/т 
Сталеплавильное 
производство, кг/т 

Пыль 
20...25 
10...20 
13...25 

Оксид углерода 
20...50 
600...605 
0,4...1,6 

Оксиды азота 
– 
– 
0,3...3 

Оксиды серы 
3...25 
0,2...0,3 
0,02 

Сероводород 
– 
10...60 
– 

В доменном производстве выделяются дополнительно сероводород, 
в прокатном – аэрозоли травильных растворов, пары эмульсий. Наибольшее количество выбросов образуется в коксохимическом производстве. Здесь, кроме перечисленных загрязнителей, можно отметить 
ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, 3-4-бензопирен, синильную кислоту и др. При переплаве амортизационного лома в сталеплавильном производстве возможно образование сильных токсичных 
веществ – диоксинов и фуранов. 
Аналитический обзор выбросов вредных веществ в атмосферу по 
металлургическим переделам (после очистки) и уровню прогрессивности, проведенный НПО «Энергосталь», приведен в табл. 1.2. Видно, что наибольшие суммарные выбросы по среднеотраслевым показателям приходятся на агломерационное производство (39,9 кг/т агломерата), затем идет доменное (10,5 кг/т чугуна) и сталеплавильное 
(7,8 кг/т стали) производства. 
С учетом смежных отраслей вредные выбросы, связанные с производством металлов, существенно возрастают. Значительные выбросы связаны также с транспортировкой сырья и металлургической 
продукции. 
Фактические выбросы пыли на многих металлургических комбинатах России составляют 4…11 кг/т стали, т.е. в 2–5 раз превышают 
установленные нормы и в 4–10 раз больше, чем на зарубежных заводах, где эти выбросы не превышают 1 кг/т стали. 

Таблица 1.2 

Удельные выбросы по металлургическим переделам в зависимости от уровня 
прогрессивности производства, кг/т продукции 

 
Из них 
 
Предприятие* 
Всего 
Твердые 
частицы 
Газообразные 
SO2 
NOx 
CO 

1. Коксохимическое производство 

А 
6,7 
2,0 
4,7 
1,8 
0,3 
2,6 

Г 
1,1 
0,54 
0,56 
– 
– 
– 

2. Агломерационное производство (кг/т агломерата) 

А 
39,9 
4,2 
35,7 
5,0 
0,6 
30,0 

Г 
3,0 
0,48 
2,6 
0,08 
0,18 
2,3 

3. Доменное производство (кг/т чугуна) 

А 
10,5 
3,2 
7,3 
0,37 
0,09 
6,8 

Г 
1,5 
0,44 
1,0 
0,14 
0,013 
0,9 

4. Производство стали (кг/т стали) 

А 
7,8 
2,7 
5,1 
0,3 
1,3 
3,5 

Г 
0,85 
0,59 
0,26 
0,01 
0,27 
0,2 

а) мартеновское производство 

А 
9,5 
3,3 
6,2 
0,4 
1,9 
3,9 

Г 
1,9 
0,7 
1,2 
0,02 
0,17 
1,0 

б) конвертерное производство 

А 
4,9 
1,2 
3,6 
0,3 
0,4 
2,9 

Г 
1,4 
0,6 
0,8 
0,01 
0,02 
0,7 

в) электросталеплавильное производство 

А 
8,9 
5,1 
3,8 
0,2 
0,83 
2,8 

Г 
0,8 
0,5 
0,3 
0,006 
0,29 
0,02 
 

5. Прокатное производство 

А 
2,5 
0,2 
2,3 
0,3 
0,3 
1,6 

Б 
1,4 
0,04 
1,4 
0,04 
0,21 
1,18 

_________ 
* А – среднеотраслевой; Б – на передовых предприятиях; Г – минимально достижимый. 

Запыленность газов, выбрасываемых в атмосферу во всех переделах на передовых предприятиях, не превышает 50 мг/м3 (цель – менее 20 мг/м3). Приведенные нормы не только неукоснительно соблюдаются, но и опережают изменение нормативов сверху. Например, 
эмиссия пыли на некоторых предприятиях фирмы «Фест Альпине» 
составляет 10 мг/м3, целью является – 2 мг/м3). 
Другим примером значительного сокращения вредных выбросов в 
атмосферу могут служить предприятия концерна Тиссен Шталь АГ 
(Германия, г. Дуйсбург), где удельные выбросы пыли в 1995 г. составили 0,4 кг/ т стали по сравнению с 5 кг в 1975 г.