9•2010

More documents

Recommendations

Info

Таблица 4. Структура энергобаланса ДСП в 2008 г. в энергетическом выражении x2 ≤ 19, м 3 /т; x3 ≤ 65, м 3 /т. (4), (5) Дополнительное ограничение заключается в необходимости двукратного превышения расхода кислорода по отношению к природному газу: 2x2 ≤ x3. (6) Нижние границы расхода природного газа и кислорода примем близкими к средним фактическим за февраль 2007 г.: x2 ≥ 5, м 3 /т; x 3 ≥ 52, м 3 /т. (7), (8) В результате область допустимых решений уравнений (1) и (2), построенная на основе ограничений (3)–(8) и отвечающая условию достаточности суммарных затрат энергоресурсов для расплавления и доводки металла, приведена на рис. 4. Выражения (1) и (2) после преобразований и подстановки численных значений коэффициентов принимают соответственно вид x1 = 510,556 – 2,187x2 – 3,559x3, (9) Зуд = 426,763 – 0,473x2 – 2,114x3 → min. (10) Исследуем полученную область допустимых решений. Из теории математического программирования известно, что наилучшее решение находится на границе области. На рис. 4 исходный режим, характеризуемый средними за месяц фактическими удельными расходами энергоресурсов, соответствует точке И. Возможные решения определяются из уравнения (9) и могут быть представлены семейством параллельных прямых, имеющих наклон влево от оси ординат. Графики допустимых решений смещаются вправо по мере уменьшения пара- НАУК А ТЕХНИК А ПРОИЗВОДС ТВО Ресурс Январь Февраль Март Доля ресурса, % Апрель Май Июнь Июль Август Электроэнергия 53,85 53,08 51,67 51,59 53,65 56,53 55,97 55,79 Природный газ 9,12 8,64 8,60 8,88 9,16 10,36 11,53 11,29 Кислород 21,28 20,89 22,07 22,19 19,73 15,90 15,55 15,02 Лом + чугун 15,75 17,39 17,67 17,34 17,46 17,22 16,95 17,90 Таблица 5. Структура энергобаланса ДСП в 2008 г. в стоимостном выражении Ресурс Январь Февраль Март Доля ресурса, % Апрель Май Июнь Июль Август Энергоресурсы 4,54 4,42 4,51 3,94 3,20 3,12 3,14 3,46 Лом 74,39 71,52 71,09 73,27 77,99 79,01 78,43 75,69 Чугун 21,07 24,06 24,40 22,79 18,82 17,87 18,43 20,85 Расход природного газа, м 3 /т 40 35 30 25 min x 3 max x 3 (O 2 ) O 2 > 2 ·ПГ 20 Д Ж К М max x (ПГ) 2 В 1 5 1 0 х = 309,03 кВт·ч 1 Фактическое решение А Л х = 237,62 кВт·ч 1 Лучшее решение 5 И Б Г Е З min x (ПГ) 2 0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Расход кислорода, м3 /т Рис. 4. Область допустимых решений (данные за февраль 2007 г.) метра x1 по отношению к исходной величине. Удельные энергозатраты, соответствующие точкам возможных решений А–М, определяются из выражения (10). Результаты расчетов приведены в табл. 3. Лучшее решение, которому соответствуют минимальные удельные энергозатраты, находится в точке М, отражающей максимально возможные удельные расходы природного газа и кислорода и наименьшее удельное потребление электроэнергии. Для всех промежуточных решений наиболее целесообразно работать на нижней и правой границах зоны допустимых решений, а именно, в первую очередь повышать расход кислорода до максимально возможного, а затем — природного газа. Аналогичные результаты достигаются и в расчетах для других месяцев. Следует отметить, что теоретически возможно уменьшение удельных энергозатрат для обеспечения работы ДСП на 10 %. Изучение работы ДСП было проведено и на основе статистического анализа производственных и технологических факторов с использованием метода пошаговой линейной корреляции. Базу для исследования составили фиксируемые автоматически параметры, отражаемые количественными характеристиками в паспортах плавок печей. Марки выплавляемой стали были разделены на четыре группы: первая — легированные (Si ≥ 1,0% или Mn ≥ 1,0%), вторая — высокоуглеродистые (C > 0,30%), третья — низкосернистые (S < 0,010%) и четвертая — рядовые (C < 0,30%). Объем выборки ограничен двумя месяцами: с 1 января по 28 февраля 2007 г. Значения параметров усредняли в пределах соответствующих суток для каждой из печей отдельно. Анализ характеристик работы печей проводился раздельно, поскольку сроки эксплуатации печей ко времени проведения обследования измерялись месяцами и значительно различались. Поскольку электроэнергия составляет наиболее значительную долю в энергобалансе ДСП и по энергосодержанию, и в финансовом выражении, то анализ был направлен на выявление факторов, в наибольшей степени влияющих на удельный расход электроэнергии: w2 = 290,7 + 1,05Л – 0,9375П – 1,05Мe4, (11) w1 = 132,8 + 1,48Л – 0,7419П + + 0,03148О + 3,993Me3 + 0,02001T, (12) 3 5 МЕТА ЛЛУРГ • № 9 • 2010
3 6 МЕТА ЛЛУРГ • № 9 • 2010 НАУК А ТЕХНИК А ПРОИЗВОДС ТВО где w2 и w1 — удельный расход электроэнергии для ДСП-2 и ДСП-1, кВт·ч/т стали, соответственно; Л — масса лома в загрузке печи, т; П —масса плавки, т; Me4 и Me3 — количество плавок металла четвертой и третьей групп, шт., соответственно; О — степень окисленности металла, ppm; T — температура металла при сливе, °C. Структура зависимости для ДСП-2 указывает на то, что увеличение загрузки лома определяет возрастание удельного расхода электроэнергии на выплавку стали, увеличение же массы плавки и количества плавок рядовых сталей ведет к уменьшению удельного расхода электроэнергии. Для ДСП-1 первыми двумя наиболее значимыми остаются те же показатели, что и для ДСП-2, и к ним добавляются степень окисленности металла, количество плавок металла третьей группы и температура металла при сливе. Полученные результаты указывают на необходимость расширения перечня анализируемых факторов и безусловную целесообразность включения в число энергоресурсов физического тепла жидкого чугуна и лома, загружаемых в печи. Проработка вопроса показала, что оптимизация энергобаланса ДСП без учета указанных факторов возможна только при стабильном технологическом режиме и устойчивой экономической ситуации. Структура «внешней» части энергобаланса плавки по энергосодержанию носителей (прихода) приведена в табл. 4. Учитываются данные об объемах потребления энергетических (электроэнергии, природного газа и кислорода) и сырьевых ресурсов с существенной энтальпией (жидкий чугун, лом), используемых при выплавке стали в ДСП. Удельный приход тепла в зону плавления ДСП от сырьевых ресурсов, которым дополнен энергобаланс печей, определяется, главным образом, двумя факторами: долей жидкого чугуна в загрузке печи и средней температурой окружающего воздуха, поскольку предварительно можно принять, что температура чугуна при заливке изменяется незначительно, а лом при загрузке в печь находится при температуре окружающего воздуха. Включение в энергобаланс ДСП физического тепла чугуна и лома определяет необходимость более детального рассмотрения их влияния на показатели работы печей. Энергоемкость процесса получения стали в ЭСПЦ в 3,6 раза выше, чем в конвертерном цехе, что объясняется низкой долей жидкого чугуна в загрузке ДСП и необходимостью расплавлять большие массы холодного лома, находящегося при температуре окружающего воздуха. Статистический анализ показателей работы ЭСПЦ (на базе данных с 2006 г. по август 2008 г.) позволяет сформулировать следующую зависимость удельных затрат энергоресурсов по цеху в целом, ГДж/т стали, от производственных показателей: qцех = 6,335 – 9,093·10 –3 mчуг – 1,241·10 –2 tвозд + + 1,399·10 –3 Vст – 4,505·10 –3 Vр.ст, (13) где mчуг — потребление чугуна цехом, т/ч; tвозд — температура воздуха в цехе и лома, °C; Vст — объем стали, выплавленной цехом, т/ч; Vр.ст — объем стали, разлитой на МНЛЗ, т/ч. Зависимость удельной энергоемкости выплавки стали в ЭСПЦ с учетом затрат энергоресурсов предыдущих переделов, ГДж/т стали, от производственных показателей (также на базе данных с 2006 г. по август 2008 г.) выглядит следующим образом: qст = 22,27 – 1,87·10 –2 Vэст + 5,079·10 –2 mчуг – – 5,027·10 –2 Vр.ст – 2,799·10 –2 tвозд, (14) где Vэст — объем электростали, выплавленной в ДСП, т/ч; остальные показатели имеют значения, соответствующие приведенным в выражении (13). Рассматриваемые факторы размещены в порядке убывания степени их влияния на результат. Сравнительный анализ структуры формул (13) и (14) подтверждает противоречивость влияния одних и тех же факторов на энергозатратность ЭСПЦ и на энергоемкость выплавленной в цехе стали. Удельные затраты энергоресурсов в цехе оказываются тем меньше, чем больше используется в загрузке жидкого чугуна и выше температура атмосферного воздуха, т.е. чем больше в печь вносится физического тепла с чугуном и ломом. Удельная энергоемкость выплавки стали с учетом затрат энергоресурсов предыдущих переделов (см. формулу (14)) определяется практически теми же факторами, но меняются степень их влияния и, что самое важное, направленность воздействия на результат. Это обстоятельство также указывает на необходимость выбора рациональных режимов работы ДСП. Однако включение в энергобаланс физического тепла жидкого чугуна и лома заставляет учитывать и стоимость этих сырьевых ресурсов наряду со стоимостью энергетических ресурсов. Структура полных удельных финансовых затрат (энерго- и затрат на лом и чугун) на выплавку стали ДСП помесячно в 2008 г. приведена в табл. 5. Соотношение жидкого чугуна и лома в загрузке ДСП — один из важнейших технологических параметров, определяющих выбор режима работы печи, а также количество вносимого в зону плавления физического тепла с сырьевыми ресурсами. Этот фактор является решающим по влиянию на величину удельных затрат энергоресурсов в цехе, несмотря на то что его значение было относительно стабильным и доля физического тепла сырьевых ресурсов в приходной части энергобаланса составляла только около 17,5% (см. табл. 4). В структуре финансовых затрат сырьевые ресурсы (лом + чугун) составляют 95% и более. Перечисленные выше обстоятельства определяют нецелесообразность оптимизации энергобаланса ДСП как совокупности энергетических ресурсов и энтальпии сырья, поскольку любой оптимизационный алгоритм в приведенных условиях будет предлагать уменьшение до нижней границы доли лома. Но вместе с тем необходимы серии оптимизационных расчетов для различных соотношений чугуна и лома, позволяющих определить критерии для выбора исходных условий и настройки режимов работы печей с целью снижения себестоимости продукции. При этом с учетом степени влияния параметров сырья на необходимую величину затрат энергоресурсов следует уделить особое внимание точности
Page 1 and 2: МЕТАЛЛУРГ № 9, 2010 ■
Page 3 and 4: 2 МЕТА ЛЛУРГ • № 9 •
Page 11 and 12: 1 0 МЕТА ЛЛУРГ • № 9
Page 35: 3 4 МЕТА ЛЛУРГ • № 9
Page 83: 8 2 МЕТА ЛЛУРГ • № 9

9•2010

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?