Виталий Скляр - Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии. Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»

© Виталий Александрович Скляр, 2017

© Виталий Александрович Скляр, иллюстрации, 2017

Корректор Ольга Игоревна Бражникова

ISBN 978-5-4483-7624-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Проблема энерго- и ресурсосбережения с каждым годом становиться все острее и острее. Это связано с истощением топливных ресурсов, постепенным ухудшением качества рудного сырья и ростом цен на некоторые виды ресурсов. Поэтому проблемы рационального расходования топливных ресурсов и эффективного использования готового металлопроката являются одними из самых актуальных мировых проблем в металлургическом комплексе.

При написании данного учебного пособия была поставлена цель собрать информацию о большинстве используемых в мировой практике энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые используют ведущие металлургические предприятия и производители металлургического оборудования.

В данном пособии рассмотрены вопросы ресурсо- и энергосбережения по всей технологической цепочке, начиная от подготовки рудного сырья и заканчивая производством готовой металлопродукции. Широко представлены современные высокотехнологичные процессы, в том числе, которые не используются в отечественной металлургии.

Предприятия черной металлургии потребляют большое количество топлива, тепловой и электрической энергии. В целом в России они потребляют около 90% коксующегося угля, 50% электроэнергии и 25% природного газа от всего объема производимых и добываемых в стране. При этом считается, что более 50% энергоресурсов используются нерационально.

Следует отметить, что из всех видов энергоресурсов наиболее распространенным является использование топлива доля потребления, которого в общем балансе составляет более 90%, в то время как доля электроэнергии и тепловой энергии существенно ниже. Поэтому большинство энергосберегающих мероприятий направлено именно на снижение расхода топлива в различных технологических процессах.

Структуру потребления различных энергетических ресурсов в общем энергетическом балансе плавки стали при использовании доменного производства можно представить в виде диаграммы, изображенной на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Структура потребления энергетических ресурсов в общем балансе плавки стали при использовании доменного производства

Таким образом, первое место в потреблении энергоресурсов занимает кокс, на втором месте идет природный газ, третье место занимает вторичный энергоресурс – доменный газ.

Если же на металлургическом предприятии отсутствует доменный процесс, а в качестве сталеплавильного агрегата используется дуговая сталеплавильная печь (ДСП), то наибольшее место в структуре потребления энергетических ресурсов занимает электроэнергия (см. рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Структура потребления энергетических ресурсов в общем балансе плавки стали при использовании электросталеплавильного производства

Если рассмотреть распределение потребления энергетических ресурсов по цехам металлургического завода (рисунки 1.3—1.5), то, наиболее энергоемким являются доменное и прокатное производства, в которых потребляется и набольшее количество топливных ресурсов (кокс и природный газ, соответственно).

Рисунок 1.3 – Структура потребления энергетических ресурсов на заводе с доменным производством

Рисунок 1.4 – Структура потребления энергетических ресурсов на заводе с электросталеплавильным производством

Рисунок 1.5 – Структура потребления энергетических ресурсов на заводе с установками прямого восстановления железа

Затраты энергии на производство 1 тонны продукции обычно определяются ее энергоемкостью, которая является важнейшим показателем производства, поскольку определяет его эффективность и напрямую влияет на себестоимость произведенной продукции.

Энергоемкость продукции – это комплексный показатель, показывающий суммарный расход энергии на единицу продукции. В энергоемкость входят затраты всех видов энергетических ресурсов, которые были затрачены на производство продукции. Поскольку разные виды энергетических ресурсов имеют разные единицы измерения (кВт•ч, м 3, ккал, т и т.д.) то для удобства проведения сравнительных расчетов все затраты энергии необходимо пересчитать в так называемые в тонны условного топлива или ГигаДжоули – ГДж.

Тонна условного топлива (т у.т.) – является искусственной единицей измерения. За 1 тонну условного топлива принято считать то количество энергии, которое выделяется при сгорании 1 тонны каменного угля с теплотой сгорания 7000 ккал/кг. Это количество равно,93×10 10 Дж.

Средние затраты энергии на производство 1 тонны готового проката составляют: Россия – 1,24; Япония – 0,90; страны Евросоюза – 0,99 т у.т./т.

В целом энергоемкость произведенного проката зависит от способов выплавки стали и ее разливки. Так, в случае производства сортового проката с использованием слиткового передела, затраты на 1 тонну проката составят 1350 кг у.т./т, а при разливке на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) – 1180 кг у.т./т. При производстве же тонколистового проката из мартеновской стали и разливки в слитки, затраты на 1 тонну проката составят 1110 кг у.т./т, в то время как при использовании кислородно-конвертерного способа и разливки на МНЛЗ – 1070 кг у.т./т. Такая небольшая разница объясняется тем, что в мартеновском производстве можно использовать большое количество металлолома, на получение которого практически не надо затрачивать энергию, в то время как шихта для кислородного конвертера состоит в основном из чугуна, производство которого, потребляет много энергии.