Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современных тенденций развития электросталеплавильного производства. предварительный отбор рациональных вариантов инвестиционных решений 9
1.1. Перспектива наращивания мощности электросталеплавильного производства на заводах различных типов 9
1.2. Анализ предпосылок возникновения новых электросталеплавильных процессов 14
Ї.З. Перспективы электроплавки с использованием жидкого чугуна 20
1.4. Постановка задачи исследования 28
ГЛАВА 2. Разработка методики формирования эффективных инвестиционных проектов отдельных производств и металлургического комбината в целом в условиях перехода к рынку 32
2.1. Алгоритм формирования эффективных инвестиционных проектов 32
2.2. Методы оценки эффективности капитальных вложений. Выбор значения коэффициента дисконтирования 38
2.3. Учет инфляции в расчетах экономической эффективности 46
2.4. Методика расчета затрат в мировых ценах 50
2.5. Имитационная экономико-математическая модель электроплавки стали 55
2.6. Имитационная экономико-математическая модель предприятия 62
2.7. Выводы по главе 2 66
ГЛАВА 3. Экономическая оценка технологии выплавки электростали с использованием в шихте жидкого чугуна 67
3.1. Оценка адекватности экономико-математической модели электроплавки реальному технологическому процессу 67
3.2. Оценка влияния жидкого чугуна на производительность дуговой печи и энергопотребление , 68
3.3. Оценка влияния жидкого чугуна на расход железосодержащих материалов и флюсов 72
3.4. Оценка влияния жидкого чугуна на экономические показатели электросталеплавильного производства 75
3.5 Выводы по главе 3 86
ГЛАВА 4. Выбор рационального варианта реконструкции металлургического комбината, имеющего электросталеплавильное производство 88
4.1. Мероприятия по реконструкции отдельных цехов металлургического комбината 88
4.2. Эксперименты на математической модели по выбору рационального варианта реконструкции металлургического комбината 92
4.3. Выводы по главе 4 101
Заключение 101
Список литературы 104
Приложения по'
- Перспектива наращивания мощности электросталеплавильного производства на заводах различных типов
- Алгоритм формирования эффективных инвестиционных проектов
- Оценка адекватности экономико-математической модели электроплавки реальному технологическому процессу
- Мероприятия по реконструкции отдельных цехов металлургического комбината
Введение к работе
Актуальность проблемы
Сложившаяся ситуация такова, что отечественное металлургическое производство, в том числе и сталеплавильное, требует коренной реконструкции (средний износ фондоп составляет величину превышающую 50 % ). В данном исследовании ставится задача формирования "комплексных" инвестиционных проектов на базе "элементарных", под которыми понимаются проекты реконструкции каких-либо участков отдельного цеха или новые технологические решения (реконструкция электропечи, замена печного трансформатора, внедрение внепечной обработки, использование жидкого чугуна в шихте электроплавки). Решение этой проблемы осуществляется в условиях значительного дефицита средств, инвестируемых в промышленность. Поэтому мероприятия по реконструкции всех цехов не могут быть реализованы одновременно. Возникает ситуация, требующая оптимизации распределения инвестиций.
Следует отметить, что пока еще не накоплен опыт формирования высокоэффективных инвестиционных проектов металлургического производства, что в первую очередь связано с его достаточной сложностью. В связи с этим задача разработки методики формирования высокоэффективных инвестиционных проектов и ее использование применительно к отечественному металлургическому и, в частности, электросталеплавильному производству в условиях перехода к рынку, несомненно, является актуальной.
Цель исследования
Объектом исследования является электросталеплавильное производство, в котором в настоящее время наблюдается существенный технический прогресс. В соответствии с прогнозом фирмы "Мидрекс" доля мирового электросталеплавильного производства в общем объеме выплавки стали возрастет с 30 % в начале 90-х годов до 40 % к 2000 году. Имеется достаточно большое число реконструктивных вариантов как на уровне отдельного цеха (различные типы печей с различной мощностью трансформаторов, новые технологические решения - использование жидкого чугуна в шихте, приемы внепечной обработки и др.), так и на уровне предприятия (вопросы оптимизации всей технологической системы в целом ). Совершенно очевидно, что в данном случае при составлении графика реконструкции необходимо выбрать из большого количества вариантов рациональный.
Задачи такого типа обычно решаются на базе подхода, предусматривающего сочетание известных методик оценки эффективности (например, методики ЮНИДО) с приемами, используемыми при оптимизации сложных систем : имитационного моделирования, организации целенаправленного перебора вариантов.
Научное направление, связанное с использованием имитационных моделей при выборе рациональной структуры металлургических комплексов, разработано в нашей стране во второй половине 70-х годов Институтом проблем управления при участии ряда Гипромезов и ЦНИИчермета.
Разработанные процедуры приспособлены к применению в проектных организациях и позволяют получать множество технико-экономических оценок различных вариантов состава и расположения оборудования, различных вариантов технологических режимов в условиях функционирования различных структур и алгоритмов управления. В рамках указанных процедур разработаны и реализованы специализированные математические модели элементов комплекса сталь-прокат.
В настоящей работе осуществлена попытка развития этих подходов, что вызвано следующими обстоятельствами :
Переходом страны к рыночным условиям, выдвинувшим на первое место ряд новых экономических критериев.
Существенно большему интересу к экономике функционирования металлургических объектов при расчете проектов, что потребовало более детальной проработки математических моделей металлургических комплексов, в частности, разработки балансовых моделей, учитывающих большое количество технологических параметров и позволяющих выполнять расчеты при изменениях коэффициентов использования производственных мощностей.
Появлением принципиально новых металлургических технологий, оказывающих существенное влияние на технико-экономические показатели металлургического производства.
Изменением проектных задач, в частности задачи реконструкции отечественных металлургических предприятий, когда необходимо выбирать не только рациональную структуру всего металлургического комплекса, но и. рациональную последовательность реализации отдельных реконструктивных мероприятий.
Целью настоящего исследования является разработка методики формирования эффективных инвестиционных проектов и приложение ее к задаче выбора рационального варианта реконструкции электросталеплавильного производства, а также металлургического комбината в целом с учетом инвестиционных решений в электросталеплавильном производстве.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи : - анализ технико-экономических тенденций развития электросталеплавильного производства и предварительный отбор рациональных вариантов инвестиционных решений; - разработка методики формирования эффективных инвестиционных проектов реконструкции отдельных производств и металлургического комбината в целом в новых экономических условиях; разработка имитационной экономико-математической модели определения технико-экономических показателей электроплавки и выбор приоритетных вариантов реконструкции электросталеплавильного цеха; формирование эффективных инвестиционных проектов реконструкции металлургического комбината с учетом решений, принимаемых при реконструкции электросталеплавильного производства.
Достоверность полученных решений подтверждена практикой опытно-промышленного опробования некоторых технологий, а также рассмотрением большого количества вариантов проектов на основе расчетов, выполненных на ЭВМ.
Научная новизна исследования заключается : - в разработке методики формирования эффективных инвестиционных проектов реконструкции отдельных производств и металлургического ком- ^ бината в целом * ; ^ - адаптации известной экономико-математической модели электроплав- ки к новым технологическим приемам (использование в шихте жидкого чугуна ) и конкретной ситуации, сложившейся в экономике (прогноз цен с учетом инфляции); - установлении зависимостей технико-экономических показателей исследуемых вариантов производства электростали от доли жидкого чугуна в шихте; - оценке экономической эффективности вариантов использования в . шихте электропечей жидкого чугуна, полученного различными способами; - расчете рационального варианта реконструкции металлургического комбината с учетом инвестиционных решений , принимаемых в электроста леплавильном производстве.
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты исследо- ф вания позволили обосновать рекомендации по внедрению технологии вы- плавки электростали с использованием в шихте жидкого чугуна. Разработанные методики могут быть применены при формировании эффективных инвестиционных проектов реконструкции металлургических
40 комбинатов.
Разработанная модель расчета технико-экономических показателей электроплавки может применяться в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на третьем (1995 год) и четвертом (1996 год) конгрессах сталеплавильщиков и научно-техническом семинаре кафедры экономики и менеджмента ^ МИ Си С (1997 год).
Выполненное исследование является разделом научно-исследовательской работы "Разработка технологии и создание агрегатов различной емкости для получения полупродукта методом плавки в жидкой ванне из комплексного железорудного сырья, шламов, пыли и энергетических углей" по программе
М. ГКНТ "Ресурсосберегающие и экологически безопасные процессы метал- * Разработано с участием А.В.Пятецкой лургического производства (экогорметкомплекс будущего)", выполненной в МИСиС при непосредственном участии автора.
Публикации. По результатам исследования опубликовано 3 статьи.
Структура и объем диссертации. Схема проведения исследования определила следующую последовательность материалов диссертации :
Перспектива наращивания мощности электросталеплавильного производства на заводах различных типов
В мировом производстве стали наблюдается отчетливая тенденция к постоянному росту выплавки стали в электропечах и увеличению доли электростали в общем объеме производства стали ( рис. 1.1 ).
Увеличение доли электростали можно объяснить следующими причинами. Во - первых , на металлургических комбинатах классического типа, включающих агломерационное, доменное, сталеплавильное и прокатное производства ( заводы с полным металлургическим циклом ), с переводом процесса выплавки стали из мартеновских печей в кислородные конвертеры особенно актуальным стало использование внутризаводских ресурсов лома, так как в кислородно-конвертерном производстве предъявляются жесткие требования по размерам используемого в шихте металлолома. В то же время дуговые печи перерабатывают во многих случаях крупногабаритный металлолом типа обрези слитков, боя изложниц и т.п., использование которого в кислородных конвертерах сопряжено с определенными трудностями, хотя и в дуговых печах использование такой шихты нежелательно, так как ведет к снижению производительности агрегатов, повышению расхода электроэнергии и опасности поломки электродов.
В настоящее время предприятия с полным технологическим циклом в США, Канаде, Западной Европе, Японии, а также в странах СНГ сталкиваются с некоторыми из следующих проблем : - влияние на затраты курса национальной валюты; - неспособность полностью концентрироваться на потребностях клиентов; - высокие накладные расходы; - значительные расходы по обслуживанию долгосрочных займов; - устаревшее оборудование; - низкая производительность [ 3 ].
Предприятия с полным технологическим циклом оказались не в состоянии обеспечивать допустимые пределы по выбросам в атмосферу.
В ситуации, когда доступ к кредитам практически имеют только производители, занимающие прочные финансовые позиции, использование дуговых печей становится решением проблемы, так как металлургический комплекс, включающий электропечи, требует меньших капиталовложений, отличается более низкими показателями энергоемкости ( табл. 1.1 ) и в то же время его легче обеспечить средствами ограничения выбросов в окружающую среду. В газах, выделяющихся во время плавки из электропечи, содержание пыли достигает 70-100 r/м3, в то время как в газах, отходящих из кислородных конвертеров содержится до 250 г/м3 пыли [ 4 ]. За последнее время известно несколько случаев , когда были выведены мощности действовавшей ранее технологической цепи доменная печь - кислородный конвертер и взамен введены комплексы, включающие дуговые печи [ 5 ]. Мощность таких комплексов 1,0 - 1,5 MJIILT в год [ 1 ].
Технология электросталеплавильного производства в сочетании с достижениями непрерывной разливки стали и прокатки мелких профилей обусловила возникновение и развитие мини - заводов классического типа. Преимущества мини - завода с производством стали в дуговых печах из металлолома по сравнению с интегрированным заводом очевидны, как с точки зрения энергетических затрат ( табл. 1.1, 1.2 ), так и с точки зрения удельных капитальных затрат ( табл.1.3 ).
Продукция, которую мини - заводы классического типа могут производить, располагая современной технологией, сырьем и заказами составляет 54 % всего рынка проката ( доля сортового проката, доступного для производства на мини - заводах равна 88 %, листового - 40 % ) ( 3 ]. Конкуренция между мини - заводами и заводами полного технологического цикла уже началась, мини - заводы стремятся внедриться в сектор плоского проката, используя электрометаллургическую технологию. Заменителями скрапа при этом являются железосодержащие материалы, из которых железо извлекается без использования кокса : брикетированное железо, карбид железа, продукты процесса жидкофазного восстановления.
Алгоритм формирования эффективных инвестиционных проектов
Необходимо рассматривать две задачи, связанные с реконструкцией: - внутреннюю задачу - реконструкцию собственно рассматриваемого цеха; - внешнюю задачу - реконструкцию всей технологической цепочки, вклю чающей данное производственное звено (от начальных стадий технологическо го процесса до выпуска готовой продукции).
При решении первой задачи предлагаемый вариант реконструкции должен обеспечивать максимально возможное снижение издержек производства внутри цеха, быть наименее капиталоемким, обеспечивать необходимое улучшение качества, позволяющее повысить прибыль за счет приплат к цене готовой продукции.
Необходимость решения второй задачи обусловлена следующими причинами :
1. Главным критерием экономической эффективности в условиях рынка является прибыль, которая появляется только после реализации готовой продукции. Поэтому окончательный вывод об эффективности предлагаемого решения можно сделать, рассмотрев суммарные издержки производства готовой продукции.
2. В общей технологической цепочке производственного процесса может существовать узкое звено, наличие которого сведет на нет эффективность реконструкции конкретного цеха. Например, для получения стали с очень низким содержанием серы необходима не только внеагрегатная десульфурацня самой стали, но и предварительная десульфурацня чугуна. Современную технологию внепечной обработки стали невозможно реализовать без наличия необходимых огнеупоров и т. п.
Понятно, что в условиях существенного износа основных фондов весьма вероятно, что таким звеном становится крупное производственное подразделение.
Например, ставится задача получения новой перспективной продукции, свойства которой могут быть обеспечены путем использования прокатки по, так называемым, "контролируемым режимам" .Это осуществляется на предприятии, где имеет место значительный износ прокатного стана, не позволяющий реализовать указанную технологию. В этой ситуации реконструкция сталеплавильного производства может обеспечить получение улучшенного химического состава стали, некоторое снижение общих издержек, но не позволяет решить поставленную задачу освоения перспективной продукции и в этом смысле она окажется малоэффективной.
3. Всякая реконструкция требует затрат, компенсировать которые можно в основном продажей готовой продукции. Поэтому при рассмотрении всей технологической цепочки в первую очередь следует внедрять те мероприятия, которые приводят к наиболее быстрому увеличению прибыли.
В данном исследовании рассматриваются три группы "элементарных" инвестиционных проектов : - решения, обеспечивающие снижение издержек производства на отдельном технологическом участке; - мероприятия, рассчитанные на выпуск новой, не производившейся ранее продукции; - проекты "наивысшего приоритета" , невыполнение которых может привести через определенное время к остановке всей технологической цепочки.
Исходя из технологических соображений некоторые "элементарные" проекты должны быть укрупнены, то есть объединены в один более крупный "элементарный", если исходные проекты предназначены для решения одной и той же задачи. Например, если речь идет об организации производства новой продукции "элементарный" проект "печь-ковш", обеспечивающий получение низкого содержания серы в металле, должен быть объединен с проектом "реконструкция стана", обеспечивающим получение более высоких механических свойств металла путем реализации режимов прокатки по контролируемым режимам.
Задача формирования "комплексных" инвестиционных проектов формулируется следующим образом. Пусть имеется m "элементарных" проектов lis, s ПЇЇЇ. По каждому "элементарному" проекту заданы показатели (К1, К2, ..., Кп), которые принимаются во внимание при формировании "комплексного" проекта. К указанным показателям относятся : общин объем капитальных вложений, годовой объем капитальных вложений, годовой объем строительно-монтажных работ, чистая современная стоимость проекта, рентабельность инвестиций, период окупаемости и др. Среди заданных показателей внбираетсії главный (Кгл) в качестве критерия экономической эффективности проекта.
Требуется сформировать последовательность времен начала реализации каждого "элементарного" проекта : { Ti« ,T2(D , ... ,Тр(0 } . Здесь Ti s) - момент начала реализации s-ro "элементарного" проекта, осуществляемого в і-ю очередь. Поскольку среди "элементарных" проектов могут быть альтернативные, общее число моментов начала реализации "элементарных" проектов ( р ) не превышает общего числа исходных "элементарных" проектов, то есть р т.Значения показателей (Kt), характеризующих каждый "комплексный" проект, зависит от последовательности моментов начала реализации входящих в него "элементарных" проектов :
Оценка адекватности экономико-математической модели электроплавки реальному технологическому процессу
Оценка адекватности экономико-математической модели, описанной в разделе 2.5,, а также технологической части модели [ 72 ] реальному технологическому процессу проводилась путем сопоставления модельных значений технико-экономических показателей с фактическими технико-экономическими показателями работы электропечей емкость 100 тонн с трансформатором 32 МВА ( табл.3.1. ).
В табл. 3.1. указаны доверительные интервалы для исследуемых параметров с вероятностью 0,95. С помощью пакета прикладных программ Statgraphics была проверена гипотеза равенстве фактических и расчетных значений показателей. Данные табл.3.1. свидетельствуют о том, что данная гипотеза не отвергается.
Себестоимость 1т жидкой стали по расчетам на экономико-математической модели составила 104229 руб. Фактическое значение себестоимости, рассчитанное в ценах на начало 1994 года, равно 104392 руб./т жидкой стали. Расхождение между расчетным и фактическим значениями себестоимости составляет 0,16 %.
Таким образом, из приведенных оценок адекватности экономико-математической модели электроплавки реальному технологическому процессу. Расчетные и фактические значения основных технико-экономических показателей работы 100т электропечи с трансформатором 32 МВА
Накопленный к настоящему времени отечественный и зарубежный опыт использования жидкого чугуна в шихте электропечей показывает, что эта технология позволяет уменьшить энергопотребление и повысить производительность электропечи. Величина указанных показателей в значительной степени зависит от длительности плавки [ 1 ]. Поэтому в настоящем исследовании выполнен анализ зависимости длительности плавки в целом и отдельных ее периодов, расхода электроэнергии и годовой производительности печи от доли жидкого чугуна в шихте электропечей.
Длительность плавки, расход электроэнергии и годовал производительность печи для исследуемых вариантов были рассчитаны с использованием модели [ 72 ]. Рассматривались варианты одношлаковой технологии выплавки конструкционной стали с содержанием углерода 0,2 - 0,4 %. Масса плавки - 100 т. Время работы печи - 7920 часов в год. Доля текущих простоев - 4 %. При выборе рациональных вариантов совершенствования электросталеплавильного производства весьма существенным является вопрос о мощности печного трансформатора, поэтому расчеты выполнены для трех уровней мощности трансформатора : 32, 45 и 84 МВА. Средняя скорость обезуглероживания принята равной 0,4 % в минуту. Доля жидкого чугуна варьировалась от 0 до 50 %.
При меньшей мощности трансформатора влияние доли жидкого чугуна на производительность сильнее. При мощности трансформатора 45 MB А увеличение доли чугуна с 40 до 50 % не дает сокращения длительности плавки, так как принятая скорость окисления углерода оказывается недостаточной. Чтобы удалить углерод до требуемого предела приходится увеличивать окислительный период плавки, поскольку дальнейшее увеличение скорости окисления углерода может привести к тому, что "свободного" объема ванны оказывается недостаточно для нормального хода технологического процесса и возможны выбросы металла.
При мощности трансформатора 84 МВА снижение длительности плавки и, соответственно,рост производительности печи, наблюдается при использовании в шихте 30 % жидкого чугуна. При доле жидкого чугуна 40 - 50 % длительность плавки увеличивается, производительность печи при этом снижается, так как увеличение длительности окислительного периода не компенсируется соответствующим уменьшением длительности расплавления.
Изменение расхода электроэнергии на печах с использованием относительно маломощных трансформаторов зависит от доли жидкого чугуна в шихте п мало зависит от мощности трансформатора (рис.3.5 ).
Мероприятия по реконструкции отдельных цехов металлургического комбината
В настоящее время металлургические предприятия ограничены в финансовых ресурсах, поэтому эффективные варианты реконструкции цехов не могут быть реализованы одновременно. Возникает ситуация, требующая оптимизации распределения инвестиций по отдельным проектам ( вариантам реконструкции цехов и участков ). В соответствии с [ 60 ] можно выделить следующие разновидности оптимизации распределения инвестиций : 1. Пространственная оптимизация; 2. Временная оптимизация; 3. Сложные варианты оптимизации.
В любой их перечисленных выше разновидностей оптимизации общая сумма финансовых ресурсов, доступных для финансирования в планируемом периоде, ограничена сверху. Различия между первой и второй разновидностями оптимизации заключается в том, что пространственная оптимизация - это оптимизация инвестиционного портфеля, расчитанного на один год, а временная оптимизация - это оптимизация инвестиционного портфеля, рассчитанного на несколько лет. Сложные варианты оптимизации предполагают учет ограничений не только на финансовые, но и на другие виды ресурсов.
Поскольку инвестиции в реконструкцию металлургического комбината осуществляются обычно не один год, для их оптимизации следует применять комбинацию пространственной и временной оптимизации или более сложные варианты оптимизации. Алгоритм оптимизации инвестиций в реконструкцию металлургического предприятия описан в разделе 2.1. В разделе 2.6 показано, что в качестве критерия экономической эффективности в подобных задачах целесообразно использовать чистую приведенную стоимость.
При первом подходе ( комбинации пространственной и временной оптимизации) оптимальный "комплексный" проект можно найти путем последовательного просмотра всех возможных сочетаний "элементарных" проектов и рас чта суммарной чистой приведенной стоимости для каждого"комплексного" проекта. Сложные варианты оптимизации инвестиций могут быть решены с помощью методов линейного программирования.
В настоящей работе построение рационального плана реконструкции металлургического комбината осуществляется путем упорядочения отобранных вариантов реконструкции отдельных цехов и участков. При упорядочении решается задача наиболее быстрого получения максимально возможной прибыли от реализации товарной продукции. Выбор лучшего варианта реконструкции металлургического комбината осуществляется на основе анализа следующих показателей : чистой приведенной стоимости, рентабельности инвестиций, срока возврата инвестиций. Существуют различные мнения о том, какой показатель следует выбирать в качестве критерия экономической эффективности [ 77 ]. Однако преобладает подход, при котором наиболее предпочтительным критерием экономической эффективности в задачах подобного типа ( динамических ) является чистая приведенная стоимость ( NPV ) [ 45,58,60 ].
Анализ литературных и фактических данных позволил выбрать (с позиции технической и экономической целесообразности ) следующие мероприятия ("элементарные" инвестиционные проекты ) по реконструкции технологической цепочки доменное производство - сталеплавильное производство - сортовой стан. Производство чугуна : 1. Реконструкция доменных печей, направленная на улучшение технико-экономических показателей, при сохранении традиционной технологии ( реконструкция воздухонагревателей, конвейерной подачи, внедрение АСУ ТП и др. ); 2. Внедрение технологии вдувание пылеугольного топлива в доменные печи ( строительство установок для измельчения утля и вдувания ПУТ ); 3. Строительство цеха жлдкофазного восстановления (ЖФВ); Электросталеплавилыюе производство : 1. Сооружение установки "печь - ковш
2. Реконструкция МНЛЗ с целью повьішенші производительности (замена ряда механизмов и узлов, оснащение системами автоматизации, изменение технологической схемы установки : вместо МНЛЗ радиального типа -МНЛЗ с прямым кристаллизатором );
3.Реконструкция дуговых сталеплавильных печен с целью повышения их производительности при сохранении традиционной технологии ( реконструкция электрической сети, оснащение печей газокислородными горелками, установкой для вдувания порошкообразных материалов, внедрение систем автоматизации );
4. Внедрение технологии выплавки стали в дуговых печах с использованием в шихте жидкого чугуна (установка устройств для заливки чугуна, сооружение миксер но го отделения
Прокатное производство : 1. Реконструкция нагревательных печей сортового стана ( на исследуемом предприятии сортовой стан находится в хорошем состоянии и только по показателям энергоемкости уступает зарубежным аналогам ).
Горизонт расчетов принят равным семи годамЛ асчеты технико -экономических показателей выполнены в мировых ценах и в постоянных ценах ( 1995 года Величина капиталовложений по выбранным мероприятиям приведена в таблАІ., цены на материалы - в табл.4.2. В базовом варианте приняты следующие объемы производства : доменный чугун - 2373 тыс.т, мартеновская сталь - 2000 тыс.т, электросталь - 500 тыс.т, в том числе разливаемая на МНЛЗ - 310 тыс.т, листовой прокат- 824 тыс.т, сортовой прокат - 1302 тысл\ Прогноз объемов сбыта приведен в таб.4.3.
