Разработка моделей и алгоритмов анализа и оценки эффективности бескоксовых металлургических производств на примере получения легированной ванадием стали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Ладыгина, Наталья Владимировна

• Ладыгина, Наталья Владимировна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ладыгина, Наталья Владимировна

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МОДЕЛИ И АЛ10РИТМЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОГГ^ВОДС ! В

1.1. Сравнительный анализ суидес гвующих схем получения легированной ванадием стали

1.2. Математические модели опенки эффективности высокотемпературных энер1чггехно.югпчески\ процессов

1.3. Ме'1Ч)лы и алгори'1'мы знер) о-JKO.'IOI ичсско! о anajHrui металлургических пропсссов

1.4. Алгоритмы оценки эффективности 1епломассообмена энерготехнологических процессов

1.5. Требования к разработке математической модели оценки э())фективности нового бескоксового процесса вьтлавки легированной ванадием стали процесса ЛП

1 6. Нск'таповка иттачи исследогитния

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НОВОГО БЕСКОКСОВОГО ПРОЦЕССА ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ BAI1АДИЕМ С ГАЛИ -ПРОЦЕССА ЛП

2.1. ycoBcpujenc'i вование схемы процесса ЛП

2.2. Методика составления материальных и тепловых балансов процесса ЛП

2.2. Г Материальный и тепловой балансы выплавки чугуна в агрегате ПЖВ

2.2.2. Материальный и тепловой балансы металлизации окат1,1шей в шахтной печи 6)

2.2.3. Деванадация чугуна ПЖВ. Материальный и тепловой балансы выплавки стали в дуговой э.'1ек1ропечи

2.3. Выводы

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМОВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЛП

3.1. Структура математической модели OUCFIKH эффективности процесса ЛП

3.2. Разработка алгоритмов и программного обеспечения математической модели оценки эффективности процесса ЛП

3.2.Е Разработка алгоритмов и программного обеспечения расчё1а материальны.х и 1епловы.\ балансов процесса ЛП

3.2.2. Разработка алгоритмов и программного обеспече1Н1я энергоэкологического ана;пгва процесса ЛП

3.2.3. Разработка алгоритмов и програмчшого обеспечения расчет параметро!^ тепломассообмена шахтной печи процесса ЛП

3.2.4. Разработка алгорт1Тмов и програм\ц10го обеспечения расчёта основной (оптимальной) пропорции потоков процесса ЛП

3.3. Оценка адекватное! и математической модели onein<n эффективности процесса ЛП

3.4. Выводы

4. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ЛП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОД1;ЛИ ил 1КИ Е Г О Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т И

4.1. Анализ полных (сквозных) энергозатрат и вредных выбросов в ai мосферу для ЛП-нроцесса

4.1.1. Энерго-экологический анализ процесса ЛП

4.L2. Энерго-экологический анализ традиционной схемы выплавки стали. Сравнительный энерго-экологический анализ процесса ЛП и традиционной схемы выплавки стали

4.2. Анализ процессов тепломассообмена шахтной печи процесса ЛП

4.3. Анализ эффективности использования трубчатой враи^аюшейся печи для процесса металлизации в процессе ЛП

4.4. Анализ эффекта от усовершенствования схемы процесса ЛП и расчёг основной (оптимальной) пропорции по'юков процесса ЛП

4.5. Основные технологические параметры для выполнения техшшеского задания на проектирование опытно-промышленной усгаиовки процесса ЛП

4.6. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка моделей и алгоритмов анализа и оценки эффективности бескоксовых металлургических производств на примере получения легированной ванадием стали»

В настоящее время математическое моделирование применяется для исследований во многих областях науки и техники. Компьютеризация и математическое моделирование энерготехнологических процессов становятся повсеместными. Повышенный интерес к исследованию сложных высокотемпературных энерготехно.'югическич процессов в металлургии, в частности, с помощью аппарата математического моделирования, объясняется гем. Ч10 металлургия в целом является одной и^ наиболее знергоёмких отраслей промышленности и одним из крупнейших источников загрязнения окружаюшей среды.Огромные гемпы роста кочнп.югерных гexпoJIoгий. повьштение погенциалытььх возможностей персона/и^ных компьютеров, их вычислительной мощности, появление огромного количества пакетов прикладных программ, различных по сложности и по назначению, открывают ьювые возможности применения компь!01ерп1>1х техполсчий в caNn^ ix раз.чпчных направлениях.Кроме того, развитие систем управления базами данных (к персональным СУ1э/1 отпосятх^я Paradox, dBase, Г-"охРго, Access и др.) позволяет обеспечивать хранение и обработку всё больших объёмов информации. С появлением вычислительной техники было разработано множество математических моделей различной глубины и сложности для металлургических процессов, [троизводств, отдельных участков гехноло! ических процессов и т.д.Основным направлением в исследованиях эффективности мета]Г1ургических процессов па протяжении многих лет явля.тись, в первую очередь, анализ затрат топлива и энергии и оценка эффективности использования энергии в данном процессе. Следовательно, именно эти аспекты оценки э(|)фективности высоко гемпературньгч энерготехнологических процессов должны в первую очередь учитываться при построении математических моделей.Существует несколько вариантов расчета суммарных энергозатрат процесса: класспческт-1 балансовьц1 метод, расчётно-счатистический метод, методика макрообменного анализа взаимосвязанных физико-химических и теплообменных процессов, расчет технологических топливных чисел (ТТЧ) готовой продукции и др. Каждый из указанных методов имеет свои особенности.Например, отдельно взятый классический балансовый подход не является высокоэффективным методо.м исследования параметров энерготехнологических процессов. Однако анализ взаимосвязанных физикохимических и теплообменных процессов и сквозной энергетический анализ процессов проводятся именно на основе метода сведе}П1я материальных и тспловьтх балансов процесса. Очевидно, что математическая модель оценки эф(|)ективиости процесса будет достаточно полной, если будет учитывать и содержать все вытиеперечисленные подходы и методики исследования металлургических процессов в их тесной взаимосвязи.Разработка методов моделирования процессов с учётом совместного прочекания 1Спловьг\ и с|)изико-химических процессов и их компьютеризация проводится в УГТУ-УПИ, Институте металлургии УрО РАН, МИСиС и ряде других организаций. В С1ПЛ цщроко использую! ся чакие методы математического моделирования при освоении новых видов теплового обор\дова1Н1я, в частое!и, мож1!о о'1ме!И1ь работ1>1 института технологий газа (Чикаго) совместно с научной школой профессора R.Viskanta (Пурдуе Университе'1).Вопрос о том, какие тех1юлогни использует сегодня чёрная металлургия для получения продукции, является немаловажным.Для мировой и российской, в особенности уральской, металлургии наиболее важной является проблема выплавки легированных сталей при комплексной переработке полиметаллических руд.Одним из наиболее псрспект!1вных легирующих элементов является ва!1адий. Особое значение он !!риобрёл как микролегир\101Ций элемент. способный даже в малых концентрациях (0Д)3 - 0,15%) сундественно повышать ряд эксплуатационных характеристик сталей и чугунов.Извест1Ю несколько способов вьшлавки ванадиевых сталей. Их можно разделить условно на две основные rpynm>i по принципу использования или не использования кокса и процессе пол\чсппя crajni. Каждьп"! из способов имеет свои преимущества и недостатки.При электроплавке часто легирование ванадием, как и многими flpyrnNui элементами, проводится через введение ферросплава (в данном случае Ге\').При традиционном способе выплавки легированных ванадием сталей (способ с применением кокса) используется следуюн1ая схема: доменная печь конвертор с получением конверторного ванадиевого шлака (КВШ) \п\п1ческая перерабо1ка ванад|1евого пгзака с получением бО-УО '^о оксида ванадия \:0^ - ферросплавное производство с использованием злекдропечи и иолхчсппем железовападиево10 cnjun^a l-'eV - вьшлавка стали в )лектропечи с использова1П1ем феррованадия. Однако этот процесс очень энергоёмкий, чак Kaiv" он включает 'такие энергос\Н\Л1е процесстл, как дометшый и химической переработки ванадиевого шлака, кроме того, потери ванадия в данной, очень длшнюй цепочке составляют 68-70%.Вторая альтернативная схема производства ванадия, также с HCHOjHHOBaiineM кокса, прсдусмагрпваег сохранение производства ванадиевого чугуна и получение КВШ. Далее из технологической цегючки исключаются два передела - химический передел и выплавка FeV в электропечах. Вместо этих двух переделов предлат^ается проводть вт^тилавку FeV в дометпюй печтт с истюльзовапием njia3MeHHoio нодотрева дутъя или горячих восстаттовителып.тх тазов (ГВГ), получаемых в газификаторе при газификации энергетического утля в печи жидкофазного восстановления. Далее - производство легированной стали в электропечи. Исключение химического передела по даттной схеме позволяет снизить энергоёмкость производства, а также потери ванадия в еталтт.Однако использоваттием кокса приводит к существенным выбросам вредных веществ в атмосферу, поэтому бескоксовые схемы являются «альтернативными» для дальнейшего развития и исследования энергогехнологнческих процессов.Одним из основных преимуществ бескоксовых схем переработки ваиадийсодсржатих гнтанома! нетиговых руд является замена кокса другими видами топлива (природным газом, энергетическими углями) и отсутствие или уменьшение объёма производства на стадиях, загрязняющих окружающую среду (коксохимическое производство, химико-металлургический передел ванадиевого шлака). Очевидно, бескоксовая схема является наиболее экологичной, но за счёт использования природного газа процесс получается энергоёмким и дорогим.Альте]')нативный способ прямого легирования CTajm ванадием процесс ЛП (легирование прямое) разработан в УГТУ-УПИ и Региона;и:.ном уральском о1 делении АИН РФ (Лисиепко В.Г., Пареньков А.Е. и др.) в содружестве с рядом организаций (Институт металлургии УрО РАН, МИСиС, Уральский ипстгут мета.'гчов. Урал1 ипромсз) с целью \'дещс1^ления процесса получения легиро15аиной ванадием ста.чи при том же относи! ельпом расходе иа[1ад1|Г1содержа1Щ1х ма1ерпалов. Предложенный способ отвечает компромиссным требованиям экологичности и экономичное!и, однако также имеег ряд недосгатков. Перв1>1Й из них связан с частичной потерей ванадия в ходе технологичес!<ой цепочки. Второй недостаток связан с недостаточно эффек1ивнь!м ис!10льзованием энер!ии на стадии выплавки стали в электропечи.С цель!о усгрансния Bi>niieonHcaiiHbix недостатков необходимо усовершеисчвовать схе.му процесса ЛП. Для детально!^© исследования указанного процесса необходимо разработать математическую модель оценки его эффективности.Таким образом, автор защищает предложе1^1ную схему усовершенствования процесса ЛП, а та!<же математическую модель оценки эффективности нового альтернативного способа получения легированной ванадием стали (npoiiecca ЛП), с учётом построения математической модели tMicHKii •)(|)(j)eKi ИВН0С1И ка>к,ло1о из aiperaiOB процесса ЛИ, а также созда1П1ые программные средства для расчёта основных параметров ЛП-процесса на основе материальных и тепловых балансов каждого из агрегатов, расчёта параметров тепломассообмена тиахтной печи, а также энер10-экологического анализа указанного процесса.Основное содержание диссертации отражено в 11 статьях, 21 тезисах и дв\х заявках на изобретение.Лт1Ссертационная работа выполнена на кафедре «Лв1'оматика и управление в технических системах» Уральского государственно! о 1ехнпческото университета.Автор выражает глубокую признательность и благодарность научно.му р\ковол1псл10 президент)' РУО ЛИН РФ, действи'1ельпому члеп\' ЛИИ РФ, Заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, док'1ору технических па\к И.Г.Лисиенко и научному кот1сультанту, кандидату 'технических наук 1^.Л.Ровнуип<ииу, а также доценту, кандидату технических наук О.Г.Лр\жип1Ц10Й, доцен'|у, капд!гча!у технических паук В.Л.Морозовой за консультации и ценную практическую помощь в реализапии результатов рабо! 1,1.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Ладыгина, Наталья Владимировна

4.6. Выводы

1. В четвёртой главе с использованием математической модели оценки эффективности процесса ЛП проведён анализ процесса J1H.

2. Проведён анализ полных (сквозных) энергозатрат и вредных выбросов в атмосферу для Jill-процесса, а также сравнительный энерго-экологический анализ процесса ЛП и традиционной схемы выплавки стали.

3. Анализ полных энергозатрат и вредных выбросов в атмосферу для ЛП-процесса показал следующие результаты. ТТЧсоставляет 1111 кг у.т./г чугуна, ТТЭЧ1|ЖИ составляет 1164 кг у.т./т чугуна, что характерно для процессов плавки в жидкой ванне (в частности. ТТЧ чугуна процесса РОМЕЛТ составляет ~ 1000 кг у.т./т чугуна). ТТЧ1]М| составляет 807 кг у.т./т металлизованных окатышей, ТТЭЧИ||1 составляет 893 кг у.т./т металлизованных окатышей, что свидетельствует о снижении энергозатрат на металлизованные окатыши процесса ЛП по сравнению с другими процессами металлизации. В частности, ТТЧ металлизованных ванадиевых окатышей, полученных в шахтной печи с паровой конверсией природного газа составляет ~ 1574 кг у.т./т металлизованных окатышей. Снижение энергозатрат достигается за счёт использования ГВГ процесса ПЖВ (338 кг ул./ 1000 м ) вместо энергоёмкого природного газа (1270 кг- у.т./ЮОО м ). ТТЧПО] рафинированного полупродукта (после деванадации чугуна ПЖВ) составляет 1228 кг у.т./ т полупродукта, ТТЧ]Ю| составляет 1285 кг у.т./ т полупродукта.

1ГЧМ1, составляет 824 кг у .т./ г стали, ТТЭЧ,1П составляет 949 кг v.t./i стали. По процессу ЛП процент ванадия в стали 'зависит от состава металлизованного сырья, которое поступает в ЭДП из ШП. При увеличении процента ванадия в стали по процессу ЛП показатели энергозатрат и вредных выбросов (ТТЧ и ТЭЧ) изменяются незначительно в зависимости от ванадиЛсодержагцего сырья ШП. Энергозатраты и вредные выбросы на выплавку ванадиевой стали по традиционной схеме значительно увеличиваются с ростом содержания ванадия в стали. В частности, при содержании в стали ванадия 0,35% энергозатраты составляют 1983 кг у.т./т стали (ТТЭЧ стали по традиционной схеме 24X(i ki v.i.M стали) и превышают энергозатраты на выплавку стали по процесс)' ЛП почти в два раза.

Энергетические затраты на погашение экономического ущерба от загрязнения окружающей среды но традиционной схеме составляют 20% от ТТЭЧ, что существенно превышает процент ТЭЧ от ТТЭЧ по процессу Л11 ( 13%). Это свидетельствует о снижении энергоёмкости и вредных выбросов в атмосферу для процесса ЛГ1.

Проведён анализ тепломассообменных процессов ШП процесса ЛГ1. Для процесса характерно высокое значение прямого массообменного КПД (физико-химической завершённости) т|М1Ч = 0,79, однако физико-химический (массообменный) КПД находится на сравнительно низком уровне: используется только около трети химического потенциала восстановителя (г| „Ч11Ч = 0,34). Анализ теплообменных процессов указывает на низкую степень завершённости процесса г|и = 0,33. Одной из причин является небольшое значение соотношения теплоёмкостей потоков п = W|/W2 (0,336). Это объясняется небольшой величиной соотношения удельных теплоёмкостей потоков с|/с2 (0,65 для ШП процесса ЛП). Это связано с меньшей величиной теплоёмкости С] за счёт отсутствия кокса (например, по сравнению с верхом доменной печи) и с большей величиной С2. Поэтому теплообменный КПД процессов восстановления окатышей низок: г|и = 0,33 для LJJII процесса JIII. Реальным способом увеличения теплообменного КПД является тепловая регенерация, то есть использование теплоты отходящих газов. Для процесса ЛП наблюдается снижение теплообменного КПД ШП по сравнению с геплообменным КПД ШП процесса Мидреке из-за отличия составов восстановительных газов, что не является в данном случае существенным недостатком, так как при этом резервы тепла ЭГ ШП процесса ЛГ1 полезно используются для нагрева энергоносителей, что снижает расход топлива в целом на процесс ЛП.

Проведён анализ эффективности использования трубчатой вращающейся печи для процессов металлизации применительно к газификации ПЖВ в процессе JI11. Рассчитаны шсрго затрат ы на выплавкч стали при использовании ТВГ1 применительно к процессам i азификации ПЖВ. Проведён сравнительный анализ эффективности использования ГВГ] и ШП (в рамках исследования процесса ЛГ1).

При включении ГВГ] в технологическую цепочку процесса ЛП вместо ШП горячие восстановительные газы печи ПЖВ используются вместо угля в качестве топлива на фурмах ТВ П. С учётом того, что в ТВП на восстановление окисленных окатышей требуются дополнительные затраты угля (тогда как для ШГ1 все расходы на восстановление покрывались ГВГ из ПЖВ), энергозатраты на производство металл пзовапного сырья увеличиваются, так как ТТЧ у\:\я значительно превышает ТТЧ ГВГ (962 кг у.т./т угля и 337,7 кг у.т./тыс. м' соответственно). Для ТВН энергозатраты на производство 1 т металлизованных окатышей составили 1215,3 кг у.т./т металлизованных окатышей, ТТЭЧ составило 1280,2 кг у.т./т металлизованных окатышей. При этом ТТЧ металлизованных окатышей ШП составило 806,8 кг у.т./т металлизованных окатышей, ТТЭЧ составило 892,5 кг у.т./т металлизованных окатышей.

Итоговые энергозатраты (ТТЭЧ) ЭДП на тонну стали при использовании ШП (в оптимальном режиме работы при г)1В1 = 20%) составили 949,1 кг у.т./т стали, а при использовании ТВП итоговые энергозатраты составили 1283,5 кг у.т./т стали, и, таким образом, превысили энергозатраты на выплавку стали с использованием ШП для металлизации сырья. Таким образом, использование ШП для металлизации окатышей в данном конкретном процессе (ЛП - процессе) является более целесообразным, чем использование ТВП.

0. Проведён анализ влияния нагрева дугья и/или кислорода за счёт тепла ГВГ и ЭГ па снижение расхода топлива. При нагреве дутья на каждые 100 °С расход угля снижается примерно на 2,2 % ; при нагреве кислорода на каждые 100 °С снижение расхода угля составляет примерно 0,6 % ; а при нагреве дутья и кислорода на каждые 100 °С расход угля снижается на 2,6 % соответственно. При этом параллельно снижаются расходы дутья и кислорода.

1. Рассчитана оптимальная пропорция потоков при выплавке 1 т стали. При использовании полупродукта в шихте ЭДП в полном объёме (410 кг) выход ГВГ составляет 1942 м7 т стали. При этом общий выход металлизованного сырья 1137,9 кг. Из них 36,15% используется в шихте ЭДП, а оставшиеся 63,84% используются в качестве товарного продукта. Выход ванадиевого шлака на 1 т стали, также используемого в качестве товарного продукта, составил 1 7,3 кг.

2. С использованием данных моделирования и расчётов предложены основные технологические параметры процесса ЛГ1 для составления технического задания на проектирование опытно-промышленной установки процесса ЛП при производительности дуговой электропечи 40 т/ч ёмкостью 40 т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В литературном обзоре выполнено обобщение опубликованных работ по существующим схемам получения легированной ванадием стали, отмечены достоинства и недостатки каждой из них. Проведён анализ основных методов оценки эффективности металлургических процессов. В частности, рассмотрены методы и алгоритмы энерго-экологического анализа металлургических процессов, алгоритмы оценки эффективности тепломассообмена металлургических процессов. С учётом этого сформулированы основные требования к разработке математической модели оценки эффективности нового бескоксового процесса выплавки .тегированной ванадием стали. Выявлены направления усовершенствования исследуемого процесса. Поставлены задачи исследования. Усовершенствована схема процесса ЛП. С целью максимального извлечения ванадия на всех стадиях технологической цепочки процесса ЛГ1 предложено проводить деванадацию ванадийсодержащего чугуна перед подачей его в ЭДП. С учётом специфики процесса ЛП и реализуемости электроплавки состав шихты ЭДП рекомендовано представит ь следующим: 40% рафинированного полупродукта (после деванадации чугуна ПЖВ), 30% металлизованного сырья ШП, 30% лома.

В процессе ЛП выявлены резервы для уменьшения расхода топлива за счёт использования тепла энергоносителей. При использовании тепла уходящих газов (ГВГ из печи ПЖВ и ЭГ шахтной печи) для нагрева дутья или кислорода ПЖВ можно снизить расход топлива на процесс. При нагреве дутья и/или кислорода ПЖВ снижается расход энергоносителей: угля, дутья и кислорода, а также уменьшается выход ГВГ. Усовершенствована схема процесса ЛП с включением двух рекуператоров для нагрева дутья и кислорода за счёт тепла ГВГ ПЖВ и ЭГ шахтной печи.

4. Разработаны методики расчёта материальных и тепловых балансов каждого из агрегатов процесса ЛП в смешанном режиме работы агрегата ПЖВ при степени дожигания ГВГ 20%.

5. Разработана математическая модель и алгоритмы оценки эффективности и оптимизации процесса ЛП. Математическая модель оценки эффективности процесса ЛП состои т из 6 основных блоков: блок задания исходных данных: блок расчёта материальных и тепловых балансов агрегатов процесса ЛП и расчёта состава ГВГ, ЭГ; блок сквозного энерго-экологического анализа ПЖВ, деванадатора, ШП, ЭДП; блок расчёта параметров тепломассообмена ШП; блок расчёта основной (оптимальной) пропорции потоков процесса ЛГ1; блок анализа результатов. СЭЭА отдельных агрегатов процесса ЛП реализован в структурированной форме с получением ТТЧ, ТЭЧ и ТТЭЧ каждого из агрегатов. 11роведена оценка адеква гносч и разработанной модели. В частности, проведён сравнительный анализ расчетных данных по моделям анализа ПЖВ, 11111, ЭДП с экспериментальными и теоретическими данными по каждому из агрегатов (для сравнения использованы данные по процессам РОМЕЛТ, Мидреке и др.). Математическая модель оценки эффективности процесса ЛП является адекватной с учётом особенностей взаимодействия агрегатов процесса ЛП, а также с учётом специфики выплавки стали в ЭДП по процессу ЛП.

7. С использованием математической модели оценки эффективности процесса JIII проведён анализ процесса с точки зрения его mepi ^эффективное! и, анализ параметров тепломассообмена ШП, анализ эффективности использования трубчатой вращающейся печи вместо ШГ1 для процесса металлизации в ЛП-процессе, проанализирован эффект от нагрева дутья и кислорода с целью снижения расхода топлива.

8. Проведён анализ полных (сквозных) энергозатрат и вредных выбросов в атмосферу для ЛП-процесса в форме расчёта ТТЧ, ТЭЧ и ТТЭЧ стали, а также сравнительный энерго-экологический анализ процесса ЛГ1 и Iрадицпопной схемы выплавки стали.

9. Сравнительный энерго-экологический анализ процесса ЛГ1 и традиционной схемы выплавки стали показал следующие результаты. При содержании в стали ванадия до 0,1% энергозатраты на выплавку стали по процессу ЛП и по традиционной схеме отличаются незначительно. По процессу ЛП ТТЧ стали составило 824 кг у.т./т стали. ТТЭЧ составило 949 кг у.т./т стали. По традиционной схеме ТТЧ стали составило 930 кг у.т./т стали, ТТЭЧ составило 1 163 кг у.г./т стали. Однако при увеличении содержания ванадия в стали наблюдается следующее. Но процессу ЛП процент ванадия в стали зависит oi состава металлизованпо1 о сырья, которое поступает в ЭДП из ШП. При увеличении процента ванадия в стали по процессу ЛП показатели энергозатрат и вредных выбросов (ТТЧ и ТЭЧ) изменяются незначительно в зависимости от ванадийсодержащего сырья ШП. Энергозатраты и вредные выбросы на выплавку ванадиевой стали по традиционной схеме значительно увеличиваются с ростом содержания ванадия в стали. В частности, при содержании в стали ванадия 0,35% энергозатраты на выплавку стали по традиционной схеме превышают энергозатраты на выплавку стали по процессу ЛП почт в два раза (ТТЧ стали - 1983 кг у.т./т стали, ТТЭЧ составило 2486 кг у.т./т стали).

10.Энергетические затраты на погашение экономического ущерба от загрязнения окружающей среды по традиционной схеме составляют 20% от ТТЭЧ, что существенно превышает процент ТЭЧ от ТТЭЧ по процессу ЛП (13%). Это свидетельствует о снижении энергоёмкости и вредных выбросов в атмосферу для процесса ЛГ1.

1 1.Тепловой и теплообменный анализ показал, что значительная доля теплоты теряется в процессе ЛП с отходящими газами агрегатов ПЖВ и ШП. Анализ теплообменных процессов ШГ1 указывает на низкую степень завершённости процесса г|„ = 0,33. Одной из причин является небольшое значение соотношения теплоёмкостей потоков n = W|/W2 (0,336). Это объясняется небольшой величиной соотношения удельных теплоёмкостей потоков С|/е2 (0,65 для LIJF1 процесса ЛП). Это связано с меньшей величиной теплоёмкости С| за счёт отсутствия кокса (например, по сравнению с верхом доменной печи) и с большей величиной С2. Поэтому теплообменный КПД процессов восстановления окатышей низок: т|м = 0,33 для I11I I процесса ЛП. Реальным способом увеличения теплообменного КПД является тепловая регенерация, то есть использование теплоты отходящих газов.

12.Проведён анализ эффективности использования трубчатой вращающейся печи для процессов металлизации применительно к газификации ПЖВ в процессе ЛП. При включении ТГ1В в технологическую цепочку процесса ЛП вместо ШП горячие восстановительные газы печи ПЖВ используются вместо \т ля в качестве юн л ива на ф\рмах ТПВ. Рассчтаны энергозатраты на выплавку стали при использовании ТПВ применительно к процессам газификации ПЖВ. Проведён сравнительный анализ эффективности использования ТПВ и ШП (в рамках исследования процесса ЛП).

13.Итоговые энергозатраты (ТТЭЧ) ЭДП на тонну стали при использовании ШП составили 949 кг у.т./т стали, а при использовании ТПВ итоговые энергозатраты составили 1284 кг у.т./т стали, и, таким образом, превысили энергозатраты на выплавку стали с использованием ШП для металлизации сырья. Увеличение энергозатрат при использовании ТПВ является следствием того, что в ТВП на восстановление окисленных окатышей требуются дополнительные затраты угля (тогда как для ШП все расходы на восстановление покрывались ГВГ из ПЖВ), энергозатраты на производство металлизовапного сырья увеличиваются, так как ТТЧ угля значительно превышает ТТЧ ГВГ (962 кг у.т./т угля и 337,7 кг у.т./тыс. м1 соответственно). Поэтому использование ШГ1 для металлизации окатышей в данном конкретном процессе (ЛП - процессе) является более целесообразным, чем использование ТПВ.

14.Проведён анализ влияния нагрева дутья и/или кислорода за счёт тепла ГВГ и ЭГ на снижение расхода топлива. При нагреве дутья на каждые 100 °С расход угля снижается примерно на 2,2 % ; при нагреве кислорода на каждые 100 °С снижение расхода угля составляет примерно 0,6 % ; а при нагреве дутья и кислорода на каждые 100 °С расход угля снижается на 2,6 % соответственно. При этом параллельно снижаются расходы дутья и кислорода.

15.Рассчитана оптимальная пропорция потоков при выплавке 1 т стали. При использовании полупродукта в шихте ЭДП в полном объёме (410 кг) выход ГВГ составляет 1942 м7 т стали. При этом общий выход мечаллизованного сырья 1137,9 кг. Из них 36,15% используется в muxie ЭДП, а оставшиеся 63,84% используются в качестве товарного продукта. Выход ванадиевого шлака на 1 т стали, также используемого в качестве товарного продукта, составил 17,3 кг. Таким образом, в процессе ЛП параллельно производится три вида продукции: легированная ванадием сталь, а также металлизованное сырьё и ванадиевый шлак, пепользчемые в качестве товарных продуктов.

16.С использованием данных моделирования и расчётов предложены основные технологические параметры процесса ЛП для составления технического задания на проектирование опытно-промышленной установки процесса ЛП при производительности дуговой электропечи 40 т/ч ёмкостью 40 т.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ладыгина, Наталья Владимировна, 2004 год

1. Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А., Дерябин А.А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1999. -368 с.

2. Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Носов С.К., Кузовков А.Я., Ильин В.И. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 2000. - 528 с.

3. Филиппенков А.А., Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А. Эффективные технологии легирования стали ванадием. Екатеринбург: УрО РАЕ1. 200 Е С. -211.

4. Бескоксовая переработка титаномагнентитовых руд. Ровнушкин В.А., Боковиков Б. А., Бра1чиков С.Г. и др. М.: Метал л у pi ия, 1998. 247с.

5. Дружинина О.Е. Разработка алгоритмов и моделей энерго-экологического анализа технологических процессов и оценка 'энергозатрат на примере металлургических технологий: Автореф. диссертации канд. техн. наук. Екатеринбург, 1998. 24 с.

6. Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов. Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Шаврин С.В., Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1 990. - 256с.

7. ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Чёрная металлургия». 1. 2004. Способ и устройство для получения чугуна. Паг. 409634. Австрия, МПК С 21 В 5/00, заявл. 15.05.00, опубл. 25.09.02.

8. Патент РФ №2167944. Способ бескоксовой перерабсики ванадийсодержащего руднот сыр|.я с получением легированной ванадием стали / В.Г.Лнсиенко. В.А.Роменец, АЛ:.Пареньков и др. Приоритет от 1 1.08.98 1. Бюл. №15, 27.05.2001.

9. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х китах. Киша 1 / Под ред.

10. B.Г.Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 688 с.

11. А.С.Некрасов, Ю.В.Синяк, В.А.Янпольский. Построение и анализ энергетического баланса (вопросы методологии и методики). М.: Наука. 1974. 72 с.

12. ГОСТ №27322-87. Энергобаланс промышленной) предприятия. Общие положения. С учётом изм. №1.

13. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов (Экономия топлива и электроэнергии) / Егоревич А.П., Лисиенко В.Г., Розин

14. C.F., Щелоков Я.М. М.: Металлургия, 1990. 149 с.

15. В.Г. Лисиенко. Связь степени завершённости физико-химических и теплообменных процессов в металлургических агрегатах и эффекта термохимической автогенерации обменных процессов // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. №2. С. 33-44.

16. В.Г. Лисиенко. Метод обобщённых эффективностей для определения материальных и энергетических потоков. Изв. АН СССР. Металлы 1992. №3. С. 31-47.

17. Рациональное использование газа в промышленных установках: Справочное пособие / Р.А.Ахмедов, О.Н.Брюханов, В.Г.Лисиенко и др.; Под ред. А.С.Иссерлина. С.-По.: Недра, 1 995. - 325 с.

18. Лисиенко В.Г. Методика макрообменного анализа металлургических процессов в режиме управления // Сталь, 1996. №7. С. 72-78.

19. Экономии энергии научную основу / Розин С.Е., Щелоков Я.М. , Лисиенко В.Г. // Экономика и организация промышленного производства, 1984. №3. с. 91-98.

20. Методика расчета и использование технологических топливных чисел / Лисиенко В.Г., Розин С.Н., Щелоков Я.М.// Известия вузов. Черная металлургия, 1987. №2. С. 108-1 12.

21. Ключ к энергосбережению / Лисиенко В.Г., Роит С.Р. Щелоков Я.М. /' Энергия: Экономика, техника, экология. 1987. №5. С. 4-7.

22. Энергетический анализ как метод повышения эффективности энергоиспользования в технологических процессах / Розин С.Е., Щелоков Я.М., Егоревич А.П.// Промышленная энергетика, 1988, №2, С. 2-4.

23. Новые процессы получения металла: Учебник для вузов. Юсфин Ю.С. и др. - М.: Металлургия, 1994. - 320 с.

24. Энергетический анализ общественного производства / С.Е.Розин, Я.М.Щелоков // Проблемы энергосбережения. 199!. Вып.8. С. 49-57.

25. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., Дружинина О.Г. Алгоритмы и сравнительная энергоёмкость процессов выплавки стали // Сталь. 2000. №9. С. 19-23.

26. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Зайнулин Л.А. Программное обеспечение для сквозного энергоанализа энерготехпологически.х процессов как элемент экспертной системы // Известия вузов и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 1998. №2. С. 3-9.

27. Лисиенко В.Г. Основные факторы энергоёмкости // Известия вузов. Энергетика. 1990. №3. С. 3-16.

28. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Морозова В.А. Методика сквозного энерго-экологического анализа энерготехнологических объектов // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1999. №9. С. 61-65.

29. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Компьютерный расчёт технологических топливных чисел в обобщённой форме на примере процесса «Мидрекс» // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1999. №11. С. 23-26.

30. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Пареньков A.L., Скуридин Ф.Л. Расчёт технологических топливных чисел и его использование на примерах производства ванадийсодержащих сплавов // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1998. №7. С. 69-72.

31. Lisienko V.G. The Dissipative Method and Main Factors of Energy Capacity // Ibid. P. 123-142.

32. Щелоков Я.М. Об энерготехнологической производительности сталеплавильных производств// Сталь. 1988. №9. С. 20-21.

33. Розин С.Е. Некоторые проблемы ковшевой металлургии // Промышленность Урала. 2000. №8. С. 12-13.

34. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., Дружинина О.Г. Методоло! ля и информационное обеспечение сквозного энергетического анализа. -Екатеринбург: УГТУ, 2001. 98 с.

35. Лисиенко В.Г., Щелоков ЯМ., Розин С.Е., Дружинина О.Г., Пареньков А.Е. Энергетический анализ. Методология и базовое информационное обеспечение. Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ, 2001. - 100 с.

36. Технологические топливные числа различных методов окусковаиия металлургических шихт / В.Е. Лотош // Известия вузов. Чёрная металлургия, 1994, №2, с. 3-4.

37. Элементы безотходной технолопти в металлурши: Учебное пособие для вузов / Шульц Л.А. М.: Металлургия, 1991. 174с.

38. Направления снижения вредных выбросов в атмосферу при реконструкции сталеплавильного производства АО "Поста" / Д.И. Бородин, Б.Б. Владимировский // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1997. №7. С. 1314.

39. Об областном законе "О бюджете областного внебюджетного экологического фонда на 1997 год*1. Законодательное собрание Свердловской области. Областная дума. Постановление от 12.03.97. №244. Екатеринбург, 15 с.

40. Лисиснко В.Г. Метод массо- и теплообменных эффективностей в построении обобщенной топологии технологических процессов в металлургии // Теплотехническое обеспечение технологических процессов в металлургии / Тез. докл. Свердловск: ВНИИМТ, 1990. С. 44-46.

41. Лисиенко В.Г. Ранни не математического моделирования, показатели и методы ингенсификации тепловой работы теплотехнических агрегатов и печей // Изв. вузов. Энергетика. 1986. №11. С. 49-56.

42. Лисиенко В.Г., Волков В.В., Маликов Ю.К. Улучшение топливоиепользования и управление теплообменом в металлургических печах. М.: Металлургия, 1988. - 232 с.

43. Лисиенко В.Г. Развитие математического многозонального моделирования процессов сложного теплообмена в высокотемпературных теплотехнических агрегатах и печах // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1991. №7. С. 100-103.

44. Лисиенко В.Г. Синхронная интенсификация и зффекг геплообменной авIoi операции в теплотехнических агрегатах и печах // Изв. вузов. Энергетика. 1990. №12. С. 3-18.

45. Лисиенко В.Г., Шимов В.Н., Лисиенко В.В. Стратегические модели управления технологическими процессами // Изв. АН. Металлы. 1993. №1. С. 62-81.

46. Лисиенко В.Г., Маликов Ю.К., Воетротин А.П. Анализ показателей ин I енсивное г и тепловой работы печей-теплообменников с учётом автогенерации по соотношению теплоёмкостей потоков сред // Изв. вузов. Энергетика. 1989. №2. С. 87-92.

47. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1986. -426 с.

48. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. Теория металлургических процессов. Учебник для вузов / Под. ред. Д.И. Рыжонков. М.: Металлургия, 1989. - 392 с.

49. Пригожим И. Неравновесная сгатлогическая механика. М.: Мир, 1904. -314 е.

50. Новые тенденции в выборе шихтовых материалов для электроплавки стали / А.Я. Стомахин // Труды четвёртого конгресса сталеплавильщиков. М.: Ассоциация сталеплавильщиков. ОАО «Черметинформация». 1997. С. 153155.

51. Использование скрапа и металлизованных материалов в производстве стали / М. Читил, Г. Шарф // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков. М.:

52. Ассоциация сталеплавильщиков. ОАО «Черметинформация». 1999. С. 222227

53. Зарубежное и отечественное оборудование очистки газов: Справочное издание / М.Г. Ладыгичев, Г.Я. Бернер. М.: Теплотехник, 2004. - 696 с.

54. В.Г. Лисиенко. Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование: Справочное издание: В 3-х книгах. Книга 2 / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплотехник, 2003.- 832 с.

55. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Пареньков А.Г., Ладыгина II.В. Оценка ТТЧ процесса ЛП на основе материальных и тепловых балансов. Известия ву зов. Черная меiaji.iypi ия. 200 1. № 1 1. С. 9-1 4.

56. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Гордон Я.М., Зоб пин Б.Ф., Казяев М.Д. и др. Учебник для студентов вузов. Изд. 3-е. М.: Металлургия, 1993. 368 с.

57. Возможности использования процесса Ромелт при модернизации завода полного металлургического цикла / В.А. Роменец, А.Б. Усачёв, А.В. Баласанов и др. // Сталь, 1995, № 1 1, с. 64-67.

58. Процесс жидкофазного восстановления железа: разработка и реализация / В.А. Роменец // Сталь, 1990, №8, с. 20-27.72. "РомелТ" полностью жидкофазный процесс получения металла / В.А. Роменец// Известия вузов. Чёрная металлургия, 1999, №11, с. 13-23.

59. Расчёт ма1ериалыюго и еплового балансов процесса жидкофазного восстановления Ромелт / B.C. Валавин, Ю.В. Похвиснев, С.В. Вандарьев и др. // Сталь, 1996, №7, с. 59-63.

60. Процесс жидкофазного восстановления / В.А. Роменец, Е.Ф. Вегман, Н.Ф. Сакир // Известия вузов. Чёрная металлургия, 1 993, №7, с. 9-19.

61. Эффективность использования топлива. Равпч М.Б. М.: Паука, 1979. 344с.

62. Металлургия чугуна. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.П., Похвиснев А.Н. и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.

63. Вегман Е.Ф., Чургель В.О. Теоретические проблемы металлургии чугуна / I (од ред. С.Г. Лазуткина, А.Б. Усачёва. М.: Машиностроение. 2000. - 348 с.

64. Mathematical Modeling, Control and Advanced Technological Processes. Series: Meat and Mass Transfer, Energy and Environment, Collection of Scientific Works, No. 1 / Ed. V.G. Lisienko. Yekaterinburg: USTU, 1999. p. 284.

65. Глинка М.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. 27-е изд., стереотипное / Под ред. В.А. Рабиновича. - Л.: Химия, 1988. - 704 с.

66. Бабошин В.М., Кричевцов Е.А., Абзалов В.М., Щелоков Я.М. Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов чёрной металлургии. Справочник М. Металлургия. 1982 - 152 с.

67. Современный доменный процесс. Рамм А.Н., Металлургия, 1980. 304 с.

68. Воскобойпиков В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия: Учебник для вузов. М., «Металлургия». 1985. 480 с.

69. Ф.П. Еднерал, А.Ф. Филиппов. Расчёты по электрометаллургии стали и ферросплавов. Государственное научно-техническое издательство литературы по чётной и цветной металлургии. Москва. 1962. 230 с.

70. Ромснец В.А., Питателев В.А. Экономика производства и использования металлизованного сырья. М., «Металлургия». 1980. 280 с.

71. Использование качканарских металлизованных окатышей при выплавке ванадийсодержащей стали в ДСП 1 00 И6 / В.А. Ровнушкин, Е.И. Арзамасцев, Н.Г. Тарынин, В.В. Кулаков, С.Г. Братчиков, А.С. Михайликов //Сталь, 1990, №1 1, с. 42-44.

72. Гофман В.О., Хомоненко А.Д. Delphi 6. СПб.: БХВ-Г1стсрбург, 2001. -1 152 с.

73. Еофман В.Э., Хомоненко А.Д. Работа с базами данных в Delphi. 2-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 624 с.

74. Ануфриев И.Е. Самоучитель MatEab 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 736 с.

75. Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, А.В. Малыгин, С.Е. Майзель. Технологические расчёты процессов пирометаллургической переработки руд. Методическое пособие. Екатеринбург. 1998.- 91 с.

76. Шумаков Н.С. Технологические основы получения горячих восстановительных газов в ПЖВ-газификаторе. Деп. ВИНИТИ. 1995. № 3372 - В95. - 18 с.

77. В.Г. Лисиенко, О.Г. Дружинина, Ю.С. Юсфин, А.Е. Пареньков, П.В. Ладыгина. Сравнительный энерго-экологический анализ процесса JI11 (легирование прямое) и традиционной схемы выплавки стали. Известия вузов. Черная металлургия. 2003. №7. С. 14- 19.

78. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Ладыгина Н.В. Энергосберегающий процесс легирования стали ванадием. Энергоанализ и энергоэффективность. 2003. №1. С. 48-51.

79. Лисиенко В.Г., Ладыгина Н.В., Дружинина О.Г. Новый энергосберегающий бескоксовый безотходный процесс получениялегированной ванадием стали. Международный конгресс «300 лет уральской металлургии», ОАО «НТМК», Нижний Тагил, 2001. С. 82.

80. V.G. Eisienko, N.V. Ladigina, O.G. Druzhinina. New Energy Saving Cokeless Without Wastes Process of Production of Vanadium Alloying Steel. Международный конгресс «300 лет уральской металлургии», Каменск-Уральский, 2001. С. 26.

81. Андоньев С.М., Филипьев О.В. Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1979. - 192с.

82. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ, изд.: 2-х частях. 4.2. Пер. с англ.; Под. ред. С. Калварта, Г.М. Инглунда. М.: Металлургия, 1988. - 712с.

83. Юзов О.В., Харитонов 11.А., Гурьев B.C. Эффективность охраны атмосферы от выбросов сталеплавильного производства. М.: Металлургия, 1987. - 103с.

84. Пылеулавливание в металлургии: Справ, изд. / В.М. Алешина, А.Ю.Вальдберг, Н.М. Гордон, и др. М.: Металлургия, 1984. - 336с.

85. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. М.: Mciujuypi ия, 1977. - 328с.1 10. Развитие бескоксовой металлургии. П.А. Тулин, B.C. Кудрявцев, С.А. Пчёлкин и др. М.: Металлургия, 1987. 327 с.

86. B.C. Лисин, Ю.С. Юсфин. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия. М.: Высш. шк., 1998. 447 с.

87. Отчёт по НИР «Расчет энергоемкости готовой продукции НТМК». Свердловск. 1987. 117 с.

88. Казачков Н.А. Расчёты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988.

89. В.Г. Лисиенко, В.И. Лобанов, Б.И. Китаев. Теплофизика металлургических процессов. М.: Металлургия, 1982.

90. Лисиенко В.Г., Ладыгина Н.В., Дружинина О.Г. Процесс ЛП -уменьшение экологического ущерба при выплавке стали. Безопасностьбиосферы: Сборник тезисов докладов / Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. С.

91. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Гордон Я.М., Зобнин Б.Ф., Казяев М.Д. и др. Учебник для студентов вузов. Изд. 3-е. М., «Металлургия», 1993, с. 368. 1 17. Усачёв А.Б., Баласанов А.В., Чургель В.О., Каменецкий А.Е., Пареньков

92. A.F., Малютин А.Н. // Чёрная металлургия. Бюллетень НТИ. 1994. №5. С. 3740.

93. Лисиенко В.Г. Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 2 / Под ред.

94. B.Г.Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 768 с.

95. Быстров В.Г., Салихов З.Г., Щечинин А.П., Прокопенко В.П., Кобелева М.Б. Опытно-промышленный автоматизированный комплекс для плавки окисленной никелевой руды на базе плавки Ванюкова // Цветная металлы. 2003. №11. С. 28-30.

96. Щетинин А.П., Быстров В.П., Салихов 3.1 ., Г'оловлён К).И. Новые подходы к повышению >ффект ивнос i и nepepaooiKii окисленных никелевых руд // Цветная металлургия. Научно-технический бюллетень. 2003. №11. С. 42-45.1. Тепловой баланс ПЖВ

97. РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ РЕАКЦИЙ

98. Как известно, количество теплоты, выделяющееся при реакции, называется тепловым эффектом реакции. Реакции, протекающие с выделением энергии, называются экзотермическими; а реакции, при которых энергия поглощается Эндотермическими 79.

99. В(» расход этого вещества на реакцию, кг.

100. В табл. П !.! приведены теплоты образования некоторых необходимых для расчётов веществ при температуре 298 К (25 °С) 79.