автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Научные основы рационального использования энергетических ресурсов в доменном производстве

Уральский государственный технический университет-УПИ

На правах рукописи БОРОДУЛ1М Александр Васильевич

НАУЧШЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО использон/лш ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В ДОМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Диссертация в форме научного доклада на соискаиив ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 1994

"Поскольку любая человеческая деятельность связана с затратой эноргии, значит, мерой возможности общества мокь-т служить его энергетический бюджет"

С.А.Подолинский, 1880 г. "Только энергетическая концепция обладает изоморфностыо независимо от разнообразия явлений и систем"

В.И.Вернадский, 1928 Г.

Работа выполнена в лаборатории металлургической теплотехники Института черной металлургии Академии наук Украины им. З.И.Некрасова.

Научные консультанты:

Заслугенный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор КоСеза И.И. Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Ярошенко Ю.Г. Официальные оппонента:

-доктор технических наук, профессор Гордон Я.И.; -доктор технических наук, профессор Торопов Е.В.; -доктор технических наук, профессор Федулов Ю.В. Ведущая организацая-Заладно-Сибирский металлургический комбинат

Защита состоится _ 1994 года на заседании

специализированного совета Д.063.14.01 по присуждению ученой степени доктора^ технических -наук при Уральском государственном техническом университете - УПИ по адресу:620002,'г.Екатеринбург, К-2. УГТУ-УГО?.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке УГТУ-УЖ. Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверений1, гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

2994

Ученый секретарь специализированного /-}

совета Д.063.14.01, доктор технических

наук, про1ессор ' Н.С.Щумаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация в форме научного доклада выполнена на основе исследования автора, опубликованных 8 1968-93 гг . Актуальность работа. Горно-металлургический комплекс, занимал домштруадее положение в Приднепровье-Донбассе , Кузбассе , Урала • оказывает на природную среду безпрецепдянтноэ по своему масятабу влияние. Кроме этого, острейший энергетический кризис подвел к необходимости составить в кратчайшие сроки баланс всех энаргорэ-сурсов я рассмотреть энергосбережение и знерготехнологическое комбюшрова:гао кв:: мгащша альтернативный источник зпзргкя .

Особое место в этой проблеме принадлежит производству чугуна, как наиболее энергоемкому , с высоким экологическим воздействием на окружающую среду и существенно определяющему интегральные параметры функционирования горно-металлургического комплекса.

Жизнь требует решения энергетических и порожденных имя экологических проблем в короткие сроки и при гесточайшем дифщтэ з людских, материальных и финансовых ресурсах. Зйектавное решение этих проблем возможно лияь при наличии четкой концепции а теории оптимального природопользования при производстве металла в изменяющихся коньюктуршх условиях как то энергии и сырью, так п то готовой продукции.

Работа выполнялась по планам МЧМ СССР 2 УССР. АН Украины, Минпром* Украины и программе ГЮГГ Методы н способа практической реализации направлений энергосбережения в экономике Украина". Цель работы. Разработка научной концепции к теоретических основ по оптимальному использовании ресурсов в доменном производстве, обеспечивающих совершенствование существующих и перспективных технологии выплавки чугуна, выбор рациональной энергетической базы и структуры доменного производства с сопутствующим пологи-тельным экологическим эффектом и снижением энергоемкости производства металла.

Идея работа. Технологические, теплофазпческяэ я экологичвекяз аспекты оптимального использования ресурсов в доменном производстве системно рассмотрены с единой позиции ведулей роли энергетических процессов при производстве металла .

(¿атсда исследования. Опираясь на методологию системного анализа, проблему оптимального природопользования репали с учетом трех взаимосвязанных сторон металлургического производства - технологии, энергетики, экологии, в творческом сочетании на разных стадиях исследования математических методов оптимизации с невполне формализованными процедурами с обязательным участием человека .

ОтличительнаЯ чертой данной работы является исследование кс- ' пользования ресурсов в агрегатах и металлургических комплексах с привлечением методов термодинамического анализа и оптимизации технических систем. Другая особенность заключается в использова-лии для описания доменного процесса идей, закономерностей и критериев, ранее выявленных в агрегатах иного технологического назначения (газогенераторах, методических печах, конвертерах, химических реакторах а др. )

Представленное исследование отражает преемственность научно-техническое мысли и является логическим развитием работ , начатых под руководством И. Д. Семикина .

Научная новизна. Разработано новое научное направление рационального природопользования в доменном производстве, включающее энер-го-аколоппескую концепцию развития черной металлургии, его логико-аналитические основы, пути и методы практической реализации. Отличительные стороны научного направления заключаются в выделении доменного производства как доминирующего, центрального эвена в горг^-металлургическом комплексе, системном рассмотрении вопросов экологии - энергетики - технологии с учетом внутренних закономерностей изучаемых процессов и внешшх связей со смежными переделами. Ш рассматриваем научное направление не как сумму знаний, а преаде всего, как позицию, набор методов, позеолягеих преодолевать любые трудности на пути к поставленной цели рационального природопользования в горно-металлургическом регионе . Практическая давность . Научные результаты работы использовзлись: При освоении и совершенствовании режимов с центральным газораспределением, элементов конструкций и параметров работы систем охлаждения в доменных печах большого объема на металлургических комбинатах ШШ и "Кривороксталь" {15-22];

при разработке программа модернизаций и технического перевооружения 8СШ (материалоемкость, энергоемкость, экология ),

предпроектных изысканиях и разработке программного обеспечения для энергоэкологического центра комбината (27,41,44,49);

при совершенствовании технологии, элементов конструкции а режимов работы системы охлаждения при подаче природного газа в доменные печи ЗСЖ, разработке и авторское надзору тешературно-теплового режима задувки доменной печн на высокомагнезиальных плахах с применением азота по технологии Н. Д. Неибуса 137-39,44,48,49};

при тепловом регулировании доменного процесса и выбора оптимальных температурно-тепловых режимов в докенных печах п воздухонагревателях Донецкого металлургического завода при вдувания угольной пыли [26,31,53];

для анализа энергопотребления я прогноза развития энергетической сазы на металлургическом комбинате ли. Дзерашскаго, заводе км. Петровского и разработке энерго-экологической концепция развития черной металлургии [29,32-34,4&-49];

при обучении студентов и переподготовка специалистов в области доменного производства, теплотехники и энергетики та курсам металлургии чугуна, металлургических печей и промышленных теплоэнергетических систем в УПИ, ДИетАУ, НЭП и НИСИСв {1-31. Осеонешз положения, шкосогаг на згггпу:

"' научные основы оптимального использования ресурсов в дсггзнноц производстве, представляющее собой комплекс взаимосвязанных иате-ыатических моделей и интегральных показателей, ииитирущих функционирование металлургических агрегатов доменного и сяегных производств, в том числе при использования нетрадиционных энергетических и сырьвых ресурсов, позволяющее проводить оптимизации и принимать управленческие решения с учетоа интересов шзтанх производств и предприятия в целом (1,2,41-433:

пнформационно-матеыатический фувдаззвят разработанных научных основ, вклотащий теплоэнергетическую модель доменного процесса, ее функциональные и методические преимущества перед аналогичными моделями [3-10], результаты уникального экспериментального исследования тепловых потерь действувдийх доменных печей объемом 1805000 ы куб.[13-22], установленное аналитически явление инверсия температурного поля в доменной печн [12,23], эксегетические модули в математических моделях агрегатов доданного и смежных производств [24-27];

концепция рационального природопользования в металлургии на основе оптимизации эксергетиче'ского баланса, экологические показатели для оценки металлургичческих технологий л эффективности использования материальных и энергетических ресурсов различной физико-химической иророды [47-49].

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием фундаментальных законов теплофизики при разработке математических моделей (I и II законов термодинамики, теории теплообмена в шахтных почах Б. И. Китаова и др.), сопоставлении результатов математического моделирования тестовых задач, огромным объемом экспериментального материала по заморам тепловых потерь, выполнеными калориметрическим методом (с точностью до 10202), положительными результатами использования теоретических и экспериментальных разработок на производстве. Апробация работы. После защиты кандидатской диссертации основные результаты работы докладывались на научных семинарах и конференциях во ВШИТе И УПИ (Екатеринбург, 1981,83,85,88,90.93 гг.); семинара по автоматизации доменного производства (Киев. 1983 г.); конференции по подготовке сырья к плавке (Днепропетровск, 1935 г.); конференции "Повышение эффективности энергоиспользования в основных металлургических переделах" (Москва , 1983 г.); совещаниях "Применение ЭВМ в научных исследованиях и разработках" (Москва, 1988 г., Днепропетровск, 1989 г.); заседании Совета ГКНТ СССР "Ноше процессы в черной металлургии", 1990 г.; VIII конференции доменщиков в Остраве, 1989 и 2-ой конференциях "Актуальные вопросы охраны окружающей среда от антропогешшх воздействий" (Севастополь, 1989,90 гг.); симпозиуме "Научно-методологические основы Оиосферносовместишх технологий" (Одесса, 1990 г.); конференции "Экология и рынок"(региональный аспект) (Днепропетровск, 1992 г.); конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии" (Иосква, 1990 г.); 3,4,5-ой школах-семинарах "Эксерге-тяческий метод анализа технических систем и экономия энергетических и материальных ресурсов" (Симферополь, Николаев, Запорожье, 1988,90,92 гг.); научно-практической конференции "Теория и практика решения экологических проблем в горнодобывающей и металлургической промышленности" (Днепропетровск, 1993 г.); международном семинаре "Научные основы конструирования металлургических печей: теплотехника и экология"(Днепропетровск, 1993 г. ).

Публикации. Содержание работы опубликовано в 53 научных работах, в т.ч. монографии, учебное пособии, брошюре и 4 авторских свидетельствах. Работе [2] присуждена вторая премия Министерства высшего и среднего образования Украины в 1987 г. Организационно-технические решения, изложенные в работе [45], отмечены бронзовой медалью ВДНХ СССР.

Автор признателен шгодаерам Н.С.Антонову, В.Ф.Белоаалке, В.Т. и Т.А.Бсродулшшм, В.И.Катухову, И. Л. Ко леснику, А.И.Лаптеву, М.Ф.Марьясову, Г.Б.Рабиновичу, а также В.Н.Андронову , А.А.Бачини-ну, Х.Н.Гизатуллину, Л.Д.Готлибу, Г.А.Воловику, Е.Е. Гаврилову, Г.Г.Ефименко. М.Д.Жембусу, Э.М.Голыйярбу, Б.И.Клтаеву, И.И.Кобе-зе, И.Г.Косталькову, И.И.Коробову, Н.И.^рэсавцеву, В.И.Логинову, З.И.Некрасову, Я.М.Ободану, Б.Б.Потапову, А.П.Пухову. А.Н.Похвис-неву, И.Д.Семикину, И.П.Семику, В.С.Степанову, А.Н.Рамму, Ю.И.Ро-зенгарту, Н.Ц.Тайцу, С.М.Тлеагабулову, И.Г.Товаровскому, Н.Н.Чернову, Ю.С.Юсфгагу, А.Т.Яковенко, С.Л.Ярошевскому, Ю.Г.Ярошенко, руководителям школы-семинара "Эксергетический метод анализа технических систем" А.И.Андрщенко, В.М.Бродянскому, Е.И.Янтовскому за формирование гражданской позиции, научного мировоззрения, дискуссии и критику.

Автор считает приятным долгом отметить творческое участка А.Б.Анохина, А.И.Бабича, В.П.Бородулиной, В.В.Канаева, А.Ф.Ковту-нз, Н.М.Можаренко, Л.Я.Плевако, Н.Е.Рехтана, А.С.Янковского в выполнении отдельных фрагментов исследования, и в их лице выражает благодарность соавторам и товарищам по работе за огромную помощь а поддержку при выполнении данного исследования.

Список основных условных обозначений: Мобщ " тепловая мощность печи, МВт; Иуса - усвоенная мощность печи, МВт; т) - коэффициент использования топлива; А1 - тепловой дефицит (тепловая работа) на тонну чугуна, МДз/т? - потери тепла рабочего пространства печи, МВт; ч - тепловой поток от газа к шахте, МВт/м2; р - удельная поверхность нагрева шихты, м2/«3; г4 - степень прямого восстановления железа по М.А.Павлову; ?со, У^- количество

со и водорода, образованных в доменной печи, гР/ч; Р.Р^, ?г - производительность печи и количества чугуна, полученные из велеза, восстановленного соответственно прямым а косвенным путем, т/ч; О -степень окисленности шихта.

- е -

ВВЕДЕНИЕ

Экологические проблемы, охватывающие триа.,у "человек-техноло-гия-окруаащая среда", являются крупнейшей социально-политической проблемой, имеют энергетический базис и характеризуются промышлен-ко-сунитарным и ресурсопотребляпцим аспектами. Если промышленно-санитарное воздействие металлургических технологий проработано достаточно полно, то оценка ресурсопотребления не имеет до насто-ящого времени единой методологии я не играет активной роли в системе рационального природопользования в горно-металлургических регионах .

Трудами выдающихся естествоиспытателей, философов, экологов С.А.Подолинского, Н.Ф.ФедороЕа, В.И.Вернадского, Н.М.Федоровского. Ю.Одума показано, что наличие и использование запасов энергии в конечном счете определяет основу и смысл рационального природопользования. Поэтому обсуждение этой проблемы долгою включать краткое изложение вопроса о ресурсах топлива. Разведанные мировые запасы угля составляют 14 300 млрд тонн, из них на долю бывшего СССР приходится 45Ж, а на Украину - 47 млрд тонн. Уголь и продукты его переработки остаются основной энергетической базой черной металлургии, при этом на Украине резко возрастает роль ресурсосбереке-ния как альтернативного источника энергии .

На Западе направлению*рзсурсосОврекения уделяется особое вни-шпе, ~ сокращение расхода энергии позволило этим странам в значительной мере разрешить экологический кризис, который разразился у них и превлек особое внимание общественности в 70-х годах . И на случайно ряд исследователей предлагают за единый интегральный критерий для экологии взять энергоемкость единицы продукции. Расчеты, шполненныб специалистами, показывают, что экономия единицы энергии на конечной стадии ее потребления обеспечивает экономию трах-чегырех и более единиц первичного энергсросурса, а капитала-блоиэния е энергосберегающие мероприятия на стадии потребления в два-три раза таю капитальных вложений в производство эквивалентного количества энзргоресурсов .

В этом направлении в черной металлургии имеются определенные перспективы. Гак, на одну тонну проката в 1836 года расходовалось условного топлива в США - 677, в Японии - 604, а в бывшем СССР -

1289 кг, из которых доля энергозатрат на производство чугуна составляет более 50Ж общих затрат, достигая в металлургии Японии 753. Имеется целая иерархическая шкала потребителей энергии в металлургии, на верхнем уровне которой находится доменная печь. Этот круп-нейлий энергстехнологический агрегат современности занимает центральное место на металлургическом комбинате, являясь оновным потребителем топлива и прежде всего кокса, одновременно своей продукцией конкурирует с внешними поставщиками энергии. Поэтому комплексные разработки по рациональному природопользовании в металлургии целесообразно начать с системного анализа наиболее энергоемкого производства чугуна .

Совершенствовать технология вшлавкп чугуна, как правило, осуществляется без должного внимания к энергетической и экологической сторонам процесса, к интегральным показателям природопользования и имеются значительные резервы экономя энергии, которые могут бить реализованы с относительно небольшими затратами. Управление энергетическими ресурсами и технологическим топливом находится в различных сферах (технологов и энергетиков), что не способствует рациональному природопользовании. Если проблема разработки, испытания и осуществимости той или иной технологии все более становится вопросом стоимости и сроков, то проблема анализа и оптимального Екбсра мээду несколькими техническими решениями становится все более актуальной научной задачей .

Исходя из анализа состояния и тенднции развития теория и практики доменного производства поставлены следующие задачи исследования:

рассмотрение с единых энергетических позиций проблемы оптимального природопользования при выплаЕке чугуна во взаимосвязи со смежными переделают;

разработка информационно-аналитической базы решения задач оптимального использования ресурсов с применением методов термодинамического анализа и иных достижений науки и техники;

определение области применения, выявление тенденций, методики практического приложения разработанных научных основ к проблемам рационального природопользования в горно-металлургических регионах.

Эффективное решение этих задач и выдача рекомендаций научным, проектным организациям, предприятиям, директивным органам, лицам.

принимающим решения, возможно лишь на основе широкого использования компьтерного моделирования анарготехнологкй производства чугуна.

I. Математическое моделирование рационального использования ресурсов в доменкой производстве

Для решения задач рационального природопользования разработан комплекс математических моделей, основанных на сочетании оценочного и оптимизационных подходов с широким применением современных вычислительных методов и ЭВМ 11-10].

При построении базовой теплоэнергетической модели доменного процесса исходили из опыта своего учителя [3,4], что для удовлетворительного математического описания процесса не требуется необъятное количество информации об огромном множестве переменных, а необходимо еще на концептуальной стадии моделирования выделить главное интегрирующее звено процесса. Затраты энергии в конечном итоге отражаются в количественных показателях - тоннах выплавляемого металла, в показателях качества - сортаменте металла, его химическом составе и физико-химических свойствах, выбросах в окружающую среду, а также в значительной степени и в трудовых ресурсах (деньгах, на которые мы мокем купить общественные затраты энергии). Энергетический подход к изучению процессов доменной плавки весьма полезен, т.к. с точки зрения энергетики технологические процессы в доменкой печи совершенно уникадыш. Физическую основу модели составляют набор энергобалансов отдельных зон и печи в целом, взаимосвязанных между собой и материальными балансами восстановителей, газифицированного кислорода и железа:

Р - V. _ _ ш Цусв1 - 2730 ^ _

18111 Д1 А11 А11 Д11 - 2730

= Р = Рг<1 + Рг1 Р^ ( ! )

("Г + (1-ю, + с^ + спр] : Тс" (3)

"к

Уравнения (1-3) еще раз показывают, что технология и энерге-

тика такого сложного процесса как производство чугуна в доменной печи по существу неотделим - это комплекс. Для замыкания балансовых уравнений (1-3), расширения возможностей и надежности прогноза, адаптации модели к реалышм условиям дополнительно использовались "истинные" теплофазические закономерности доменного процесса и эмпирические взаимосвязи между -входными и выходными переменными. Например, необходимую для расчета КИТ температуру колосникового газа рассчитывали по теории теплообмена в доменной печи, разработанной Б.И.Катаевым, а для спределе!шя степеней использо- . вания оксида углерода и водорода в колошниковом гаге статисткчес-ккми взаимосвязями между этими параметра;® и удельным расходом топлива 12].

Уравнения (1-3) можно рассматривать по терминологии Н.Н.Моисеева, как минимальную модель доменного процесса и являются физико-математической формулировкой теплоэнергетической модели доменного процесса (точнее ее оценочного, расчетного модуля). Она дает достаточно полные представления о теплофизяческих закономерностях выплавки чугуна (рис. I), обеспечивает взаимосвязь с иными сторонами доменного процесса - теплообменом, массообменом, газодинамикой.

Расчетный модуль теплоэнергетической модели дополнен оптимизационным блоком, предназначенным для описания множества допустимых. решений и выбора формализованными методами из них оптимального варианта [I] . Математическую формулировку оптимизационного модуля доменного процесса рассматриваем как задачу нелинейного непрерывно-дискретного программирования, при решении которой требуется определить экстремум целевой функция 31 = 3 ОС^Ь,.....Хц), ( 4 )

учитывая ограничения в Еиде равенства и неравенства

(Х1,22.....V = 0; * 5 >

£ ^ (Х^»....^) £ (6)

Х1 * Х1 * *Г . ' ( 7 >

Функциями цели 3(Х1) в оптимизационной модели доменной печи выбирается ее производительность, расходы материальных и энергетических ресурсов, экологические критерии, приведенные затрата и дате показатели. В зависимости от целей з качестве независимых оптимизируемых переменных х, могут быть выбраны параметры дутья, готре-

бления ресурсов, конструктивные размеры печи и прочее. Совокупность уравнений® (Xj) охватывает ОаЛансы: тепловые, материальные, эксер-гетические, восстановительных газов, шлакообрс^уидих и других элементов. В технологические, энергетические и экологические характеристики печи могут входить данные, отражающие различные стороны доменного процесса, например, температура и иные параметры фурменной зоны и колошниковых газов, показатель теплового состояния и индексы температурного поля в нижней и верхних ступенях теплообмена, газодинамические параметры, возможности шихтоподачи и т.п. Минимально и иаксимально допустимые значения в ограничениях (5-7) учитывают внешние и внутренние взаимосвязи доменного процесса, а также настоящие и перспективные условия работы печи . В общем вида цалевая функция и ограничения нелинейны , а среди независимых параметров xi есть непрерывно и дискретно изменяющиеся.

Аналитические значения для этой функции и ограничений можно получить теоретическим путем, используя расчетный модуль модели, статистической обработкой экспериментальных данных или иными способа-®. При построении оптимизационных блоков весьма эффективными являются метода планирования эксперимента [1,6]. Построенная с использованием этого метода простейшая оптимизационная модель доменного процесса имеет следующий вид.

Требуется определить^минимальный расход кокса

Bjj » 390 - 6.3Xj + 1.8*2 - В5х^ - 64х4 + 0.44х| - 0.1х| - 4.6х| -

- 2.8х^ + + б.5х1х3>?- 4.9XjX4 - 1.3X3X3 - I.XgX^ -

- 7.3igX4 -»-min ( 8 )

при ограничениях на производительность печи

F = 140 i 11Xj + 30Xg - 7.8Xg - 6.2Х4 + 0.076*f - 0.47х| - 0И1х| -

- 0.096*2 - о

- 0.86jgX4 - 0.21ХдХ4 fc 100 Т/час ( 9 ) на теоретическую температуру горения

tk = 2100 + 120Xj + 140Xg - ЗЗОХз - 110x4 - 0.003xf - 0.003*1 -- o.oosxq - 0.002*| - o.ooujxg + 0.001XjX4 + 0.0004*2X4 ( 10 )

1900 & tk £ 2300 (град.С)

на температуру колошникового газа

tKr = 220 - 42Xj - 91*2 + 120^3 + 79z4 + 0.22x^ + 10х| -

- 5.7х| - * S.SXjXg - 0.29XjXg - О.вбз^ + 18X3X3 +

+ 11х,х4 - г 200 (град.С) ' ( II )

на независимые параметры комбинированного дутья

-1.41 х1,х2,х3,х4 & 1.41 ( 12 )

Параметры дутья х^, представлешшэ в переменных условиях, связаны с натуральными следующим образен:

х „ . , - °2'31 .

х- « - , - - ...........- •

1 200 7

в - 0.13 п - 0.2 ( 13 )

*3 =

0.128 ' 0.142

Результата расчета различными методами приведены в таблице I.

Любые варианты снижения расхода кокса в доменной печи имеют ограниченное значение, если одновременно не уменьшаются и общи потребности топлива на выплавку чугуна. Для анализа энергетического совершенства доменного процесса полезно по опыту оценки химических производств использовать понятия действующей (ДТ), предельно эффективной (ПЭТ) а реально достижимой (РДТ) технологий. Под РДТ понимаем технологию , обеспечивающую снижение энергозатрат за счет использования и совершенствования известных, опробировании режимов, конструкций и систем управления. ПЭТ обеспечивает минимальные затраты энергоресурсов на выплавку чугуна. Технологические параметры, при которых достигаются минимальные затраты энергии, определяются законами стехиомтерии, термодинамики и кинетики и могут на обеспечивать одновременно и минимальный расход кокса в доменной печи. Введение понятий ПЭТ и РДТ учитывает возросшие требования по снижению энергозатрат на получение металла, дополняет известные характеристики доменного процесса, обеспечивающие мини-минимальный расход кокса, и являются эффективным инструментом для количественного анализа доменного процесса и ранжировки мероприятий [433.

Для решения задач по рациональному распределении энергетических и материальных ресурсов в груше печей эффективно построе-

Таблица I

Технико-экономические показателей работы доменно:'. печи N 7 ДМК при оптимальных параметрах комбинированного дутья

Показатели

Параметры дутья температура,°С

содержание 02,Х доли:

тприродного газа

Л мазута*'**

Мощность печи, МВт Производительность печи, т/ч Удельные расхода: кокса, кг „

природного газа, к мазута, кг усл. топлива,„кг ' кислорода, ¡г

Степень прямого иос становлепп; Ре, %

Температуры, °С

фурменной зоны колошника

Выход колосникового газа, и^/т

Теплота сгораки колош. газа, кДг/м

Энергопроизводатель ность печи, кг ут/т

Критерии оптимальноси В

и!п

-«л-г

лин нел! нел2 лин нел! нел2

П00 IIOO IIOO IIOO IIOO 1100 31 31 31 31 31 31

0.40 0.40 0.40 0.23 0.20 0.23 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

440 440 436

131 131 130

357 355 356

178 181 179

94 94 94

704 706 706

158 15§ 156

7,4 6,7 бД

1900 1900 1900 292 291 292

2163 2174 2100

1117 1117 ШО

345 347 345

3300 1300 1300 1300 1300 1300 31 31 31 31 31 29

0.40 0.40 0.40 0.28 0.28 0.27' 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

440 440 419

139 139 134

320 320 327

203 203 193

88 88 87

690 691 684

151 151 133

7,5 7,6 9,4

1900 1900 1900 293 290 296

2103 2102 2137

1149 1148 1107

345 345 338

лин нел! нел2

1300 1300 31 31

0.40 0.31

оло

ОЛО 440

1300 1300 1300 1270 31 31 31 30

0.4С 0.31

0.40 0.29

ОЛО ОЛО 0.10 ОЛО

440 419

142 142 135

345 222 43 676 149

346 357

221 207

44 45

676 673

149 132

7,4 7,5 9,3

1900 1900 1900

266 264 272

2049 2046 2093

114 4 1143 1098

335 334 328

нел1 - симплекс-метод Химмельблау, нел2 - метод возмоишх направлений bsfd;

числитель- максимальные значения в ограничениях, знаменатель -оптимальные х**-тп- дом углерода л/з^/ждлего rasa и мазуюс/ С"? ' оёуего череда, csc*/>a£>/v¿>ro «а

ние оптимизационных математических моделей с использованием понятий расходной характеристики печи и относительного прироста расхода топлива (2,101. Расходная характеристика доменной печи представляет зависимость часового расхода топлива Т от производительности печи Р, которая представлена полиномами:

Т = сд + GjP + С^Р + ... или Т = а + оРк < 14 )

где Ск, а, о, к - константы , зависящие от конструкции и условий работы печи .

Относительный прирост расхода топлива (ОПРГ) получен как производная от расхода топлива по производительности печи:

в = g I = c-k.P1"1 < 15 )

Физический смысл ОПРТ заключается в приращении расхода топлива, необходимого для увеличения производительности печи на одну тонну в час. Расходную характеристику и ОПРТ можно построить для отдельных видов топлива, кислорода и испопъзо.гать для ранжирования мероприятий по экономии энергоресурсоз.

На рис.2 показана взаимосвязь энергетичес ->й характеристики доменной печи с классической диаграммой "производительность печи -расход кокса - интенсивность плавки", полученной по данным Г.Г.Щи-менко.

Используя введенные энергетические характеристики, построена

оптимизационная модель группы доменных печей. Пусть в составе цеха

имеется п печей с различными энергетическими характеристиками

Т^). Печи должны обеспечить требуемую производительность цеха

Pj. при минимальном общем расходе условного топлива Tj.

Целевая функция в этом случае имеет вид: п

Ту = Е Т, -min ( 16 )

Уравнение связи, отрахащее условие достижения общей производительности группы доменных печей, можно записать в следующей форме:

В = Рт - Е P« ( 17 )

1» 1

Используя уравнения (13,14), составим функцию Лагранжа:

Ф = Ту + еЕ = £ Тч + е(Рг - Е Р<> (И)

1=1 1 2 1=1 1

Дифференцируя функцию Лагранха по всем независимы перемен-

ным, считая неопределенный множитель постояшшм и приравнивая частные производные нулю, имеем: а® ат,

- = —- е = о ( 19 )

аР1 а?1

Так как частные производные от расхода топлива по производительности есть относительные приросты топлива, то получаем:

= е ( 20 )

Уравнение (20) выражает основное условие оптимизации работы группы печей и показывает, что условием минимума суммарного расхода топлива в груше печей является равенство ОПРТ. В практике встречаются случаи, когда ОПРТ не зависят от производительности и не равны или эти зависимости настолько пологи, что ни при каких значениях производительности печей равенство ОПРТ не достигается. В этих случаях целесообразно интенсифицировать работу той печи, которая имеет меньший ОПРТ. '

Предложенный для решения задач рационального природопользования комплекс моделей, основанный на сочетании оценочных и оптимизационных подходов, имеет определенные функциональные и методологические преимущества [2(сЛ69),П,12]. Использование универсалькь« параметров Ыобщ, т), ¿1, Сщ^, ОПРТ и др., имеющих четкий физический смысл, позволяет свернуть информацию, облегчает обучение, помогает быстрее "добраться "До существа дела", сократив предварительную умственную работу и позволяет проще и быстрее решать формализованными методами конкретные оптимизационные задачи, чем прежними более развернутыми методами. По нашему опыту это обеспечивает эффективную научную поддержку выбора управляющих решений и в конечном итоге определяет дальнейший прогресс науки и техники.

2. Экспериментальное и аналитическое исследование тепловых ' потерь действующих доменных печей

Доменные печи являются крупнейшим потребителем вода на интенсивное охлаждение рабочего пространства, подтверждая образное выражение акад. А.Е.Ферсмана о том, что в процесс получения железа из руды вошел еще один минерал - вода. Нами па II металлургических предприятиях экспериментально измерены тепловые потери 30

агрегатов с различили объемами, состояниями футеровки, системами охлаждения, видами выплавляемого чугуна и другими факторами. Подро-но изучены закономерности тепловой работы систем охлаздения доенных печой > 6 НЛЖ, Л 9 "Кривороксталь" (табл. 2} и Ш 1-3 ЗСМК {16}.

Основные научные результаты, полученные автором:

- экспериментально замерены и обобщены тепловые потери доменных печей объемом 180-5000 м3, подтвердившие прогноз автора (И] об увеличении удельных тепловых потоков на холодильники вахты с увеличением объема печи [14,211;

- впервые выполнено систематическое энерготехнологическов исследован;!1) функционирования систем охлажаения печей большого объема (3200-5000 м3), экспериментально изучено влия1ше газораспределения на тепловые потери и расход кокса (15,17,20,223;

- экспериментально определены тепловые нагрузки на воздушные фурии, работающие на комбинированном дутье высоких параметров, превышающие в полтора раза нормы НПО "Энергосталь" [16]; .

- получены закономерности влияния длительности кампании печи, сорта выплавляемого чугуна и других факторов на величину и распределение тепловых потерь рабочего пространства печи;

- показана взаимосвязь теплосъема з вахте и фурменной зоне с-толщиной футеровки, наличием настылей, оползанием гарниссажа, тепловым состоянием печи и горением воздушных фурм [16].

Для рационального использования такого ценнейшего энергетического и экологического ресурса как вода разработан комплекс технических предложений по совершенствовании конструкций и параметров работы систем охлаждения во взаимосвязи с технологией доменной плавки. Так реализованы рекомендации по сокращению тепловых потерь рабочего пространства печи при центральном газораспределении в доменных печах большого объема, перераспределении расхода воды на охлаждение воздушных фурм я других элементов совместно с оптимизацией теплового и газодинамического режимов в доменных печах ЗСК®, уменьшением высоты охлаждаемой части шахты и расхода вода на охлаждение на доменной печи £ в ШМК и др. [15,16,20-24, 50-52).

Эксперименты показали, что тепловые процессы в периферийной зоне доменной печи являются важнейшими факторами стабилизации и экономичности технологии плавки, надежности и долговечности дома-

Таблица 2

Тепловые потери рабочего пространства доменной печи объемом 5000 м3, кВт

Элементы печи Центральное распределение газа Максимальн. потери периферийного хода печи

перед ремонтом после ремонта

14.9.® 5.8.83 19.12.83 26.1.84

Лещадь: нижняя 354 347 263 475 523

верхняя 632 623 252 298 992

Горн 700 654 1387 1382 1269

Фурменная- зона 281 326 220 212 530

Фурменные приборы, 10244 10296 13290 14129 12000

в т.ч. фурмы 8123 8374 11510 12277

амбразуры 334 365 155 177 -

кадушки 373 394 265 315 -

сопла 1414 1163 1360 1360 -

Заплечники 3298 3034 1692 3259 6285**

Шахта 13595 14172 1233 1490 23432**

Воздушное охлаждение лещади

От кожуха излучением и -конвекцией

442

-I,

2908

233

36Э

825

Итого

29548/ 32360/ 18570/ 22439 45031/ 32802 32756 19395 48150

- капитальный ремонт I разряда выполнялся 7.8.83 - 1.11.83 г.

- данные НПО "Энергосталь"

- числитель - тепловые потери рабочего пространства печи по замерам, знаменатель - суммарные тепловые потери с учетом потерь тепла конвекцией, излучением от кожуха печи и воздушного охлаждения.

нной печи и ее отдельных элементов. Поэтому аналитически исследованы закономерности теплообмена в периферийной зоне доменной печи [23]. В основу модели положены уравнения теплового баланса шихты и газа, записанные в цилиндрической системе координат, а тайка уравнение баланса количества движения газа, связывающее градиент давления в слое с силой сопротивления, описываемой зависимость» Эргана. Скорость движения шихты и теплофизические свойства шихты и газа, которые расчитывались как средневзвешенные по заданным расходам компонентов материала и составу колошникового газа, пригашались постоянными. На входе в верхнюю ступень теплообмена поддерживались задан,ше объемный расход и температура газа, а на колошнике - начальная температура шихты и давление колошниковых газов. На оси домны ставились условия симметрии профилей скорости газа и температуры шихты (равенство нулю производных по нормали). Искомыми были поля температур, скоростей и давлений в расчетной области.

В такой постановке уравнение сохранения количества движения газа и уравнения энергии газа и шихты имеют вид

- - Г 150 Г * ~ 5 1 ^ ♦ 1.75 р « +

+ (21) У ЗУ ^ ЭУ '

эт

орг.еиг_Х = (Тш - Тг) ( 22 )

Зх ^

ри(1_ V + Ч»^ • ^ ) - 0 ( 23 >

где е - порозность слоя; - средний диаметр и коэффициент

формы материала; - коэффициент теплопередачи; Т. р, р, и, Ср, ц - температура, плотность, давление, скорость, изобарная теплоемкость и динамическая вязкость соответственно; - эффективная теплопроводность шихты. Индекс "г" относится к газу, а "а" -шихте. Граничные условия для уравнений (21-23) записываются следующим образом:

^ = О, Цу! « 0 ( 24 )

37

у=0 1 «у=Н

Тг|х=Н = Тгн» Ти|гхО = Твш' * 25

- О,

( 26 )

ау |у=о

где Чд - удельный тепловой поток к холодильнику.

В соответствии с экспериментальными данными автора, распределение тепловых потоков по высоте зоны печи описывалось параболической зависимостью. Такой способ задания граничных условий более точно соответсвует происходящим на периферии печи физическим процессам, по сравнению с заданием постоянной температуры стенки, что применялось в известных работах Г.И.Кудинова и А.С.Кукаркина.

Рассматриваемая модель процессов теплообмена и газодинамики 121-26] использована для расчета поля температур в верхней ступени доменной печи. Результаты численного моделирования, проведенного методом конечных разностей, показали, что тепловые потоери рабочего пространства печи не оказывают влияния на теплообмен в большей (центральной) части объема верхней зоны доменной печи. При этом профили температур шихты по высоте на расстояниях от оси печи в пределах от 0 до 0.9 ее радиуса совпадают. Рост отношения водяных эквивалентов шихты и газа приводит к формированию более плавного распределения температур шихты по высоте и увеличению протяженности верхней ступени теплообмена, что соответствует закономерностям теплообмена, установленным Б.И.Китаевым.

Качественно иная картина наблюдается в периферийной области, типичное распределение температур в которой представлено на рис.3. Изменения тепдопотерь, которые¿являются малым параметром по сравнению с тепловой мощностью печи, приводят к существенным изменениям температур шихты в периферийной зоне (рис.3),-появлению инверсионного температурного слоя, что может нарушать устойчивость теплового состояния печи в целом. Аналогичное поведение профилей температур в периферийной зоне было обнаружено экспериментально Н.Н.Бабарыкиным и В.АЛйшшм, а профилей С02 - Я.М.Ободаном и З.И.Некрасовым.

Таким образом, впервые аналитически показано существование явления инверсии температур в периферийной области доменной печи, что является дополнительным к ранее установленным факторам, влияющим на устойчивость теплового состояния доменного процесса, и открывает интересные перспективы по развитию теории доменного процесса и практическому использованию этого явления. Так, рассмот-

рение многими авторами доменной печи как двух автономных химико-технологических реакторов нувдается в критическом переосмыслении, особенно при управлении доменной плавкой. Холодильники системы охлаждения являются калориметрическими приборами, несущими огромную информацию о состоянии агрегата и процессах в нестабильной, высокотемпературной зоне пета. Однако, наши ранние и последующие предложения [18,19] не продвинули вопрос о практическом создании системы автоматического контроля тепловых потерь, хотя за рубеаом широко используются аналогичные системы контроля и управления. Результаты исследования тепловых потерь доменных печей вошли в справочную и учес .¡ую литературу, использовались в научно-практической деятельность широкого круга исследователей (П.Г.Васильева, Е.Г.Донскова, И.Ф.Курунова, П.Хайнриха и др.), что подтверждается их ссылками на соответствующие опубликование работы.

3. Термодинамический анализ и оптимизация знергсисподьзования в доменном и смежных производствах

Доменная печь имеет сложные энерготехнологическиа связи с другими металлургическими переделами. Для исследования таких систем. где используются и формируются различные по качеству и количеству энергетические и материальные потока, целесообразно применять термодинамический метод анализа, основанный на понятии эксер-гии. Использование понятия зксергии наиболее эффективно объединяет три аспекта оптимизации: термодинамический, экологический, экономический и, в- конечном итоге, позеолит получить научное решение фундаментальной проблемы по определению рационального соотношения между количеством получаемого металла, его качеством "и затратами энергии на функционирование горнометаллургического комплекса в существующих и перспективных энергетических и экологических условиях. В этом направлении выполнены следующие разработки: термодинамический анализ системы "доменная печь - блок воздухонагревателей", термодинамический анализ работы доменного и сталеплавильного комплекса, разработка способа управления тепловым режимом доменной плавки с применением эксергетических показателей [24-27].

Для этого в теплоэнергетическую модель доменной печи и математические модели воздухонагревателя и сталеплавильных агрегатов.

опираясь ндйдадаменталыше исследования Яна Шаргута и В.С.Степанова, добавлены модули эксергетических балансов и использованы следующие положения, апробированные в структура-вариантном методе термодинамической оптимизации технических систем: при разработке сложной системы на относительно независимые блоки тот элемент, который сильнее всех других влияет на эксергические показатели блока, должен аналогично влиять и на эффективность системы в целом: в сложной системе всегда существует элемент (совокупность элементов), изменение эксергетических потерь, в котором наиболее сильно влияет на эффективность системы в целом.

Эти термодинамические положения еще раз подтверздают правомерность рассмотрения доменной печи, как доминирующего звена, наиболее сильно определявдего эффективность эисргонспользования на металлургическом комбинате. Эксергетические характеристики доменного процесса (табл.3) дают дополнительную информацию и повышают достоверность ранее полученных результатов. Так они подтвер-адают преимущества использования мазута и угольной пыли по сравнению с природным газом для выплавки чугуна, эффект от нагреЕа дутья и, особенно, высокую эффективность подготовки шихты к плавке и важность стабилизации технологического режима в печах. Эксергетические балансы показывают, что сокращение прихода и потерь эксергии, изменение структуры эксергетической производительности доменной печи за счет увеличения доли эксергии целевого продукта ' - чугуна являются важнейшими резервами повышения эффективности использования ресурсов в доменных*печах. Однако изменение энергетической основы не только видоизменяет технологический процесс, но и связано с другими агрегатами, а изолированные реаения по совершенствованию технологий в отдельном агрегате могут не обеспечивать получения оптимума для предприятия, региона и народного хозяйства в целом. Поэтому, эти мероприятия необходимо согласовывать с энергопотреблением в других агрегатах и прежде всего в воздухонагревателях.

После совершенствования технологии выплавки чугуна (выбором рациональной энергетической и сырьезой базы, оптимизацией параметров технологического процесса, разработкой соответствующего оборудования) повышение эффективности функционирования воздухонагревателей является важнейшей задачей рационального использования

Таблица 3

Энергетические и -жсергетические показатели работа доменных печей различных металлургических предприятий

Показатели И 3 зсмк й 5 кмн & 6 шшк 1988 № 3 Фоку- яма Я I Ковер-хар

1Э88 проект 1962 1991

о Объем печи, м 3000 3000 2000 2000- 3200 3233 600

Производитель«.,т/ч 282 283 119 100 321 307 51

Мощность печи, МЬт 778 730 417 358 939 666 155

Температура фурменной зоны, С 2201 '2367 2044 1998 2175 2352 2265 .

Степень прямого восстановления % 28.1 43.1 25.1 22.9 14.2 38.7 41.1

Температура дутья, С 1134 1164 995 991 1226 1316 1072

Содержание 02, % 29.2 27.5 21.0 24.5 31.0 21.8 23.3

Удельные расходы:

кокса, кг/т доподн.топлива дутья, ИГ/"С о кисдорода, м /т усл.топлива, кг/т

Колошниковый газ:

428, 100 386,, 107 524, 99 513, 132 426, 128 365». 63 * 64

995 945 1647 1475 1020 ■ 1002 1099

93 77 7 64 •120 10 32

548 505 644 658 581 433 483

температура, С 167 использование СОД 45.3 выход, м' /т чугуна 1492 тепло сгорания,кДж/т 4112 172 45.0 1481 3908 282 39.5 22В0 ' 3453 271 38.0 2146 4028 123 42.5 1488 4466 89 52.3 1421 2832 47 46.9 1594 3322

Выход шлака, кг/т 334 334 780 440 367 317 274

Содержание % 0.66 0.66 0.79 0.91 0.69 0.35 0.36

Удельный приход эксерг.гл, МДж/т: 17881 16512 21041 21545 18878 15090 16224

в т.ч. кокса доп.топлива дутья 12257 3661 1084 11056 3511 1072 15025 3602 1422 14529 4824 1238 12200 4686 1135 10456 2517 1281 11825 2542 1049

Удельный расход эксергии, МДж/т: 15953 Х5565 18824 18937 16582 13704 14563

в т.ч. чугуна колошн.газа 8873 6096 8873 5708 8770 8192 8925 8814 8838 6629 8745 4042 8622 5317

Потери эксергии 1928 947 2217 2608 2296 1386 1661

Ш ** ***

- природный газ, кг; - угольная пыль, кг; - мазут, кг

ресурсов в доменном производстве. Эксергетическим методом проанализирована тепловая работа воздухонагревателя при отоплении доменным газом, природно-доменной смесью, предвар.-тельно нагретым доменным газом и воздухом горения и обогащения воздуха горения кислородом. Показано, что эксергетические потери в камере горения достигают 75-80% от общих потерь, т.е. камера горения является тем элементом, который наиболее сильно влияет на эффективность функционирования воздухонагревателя. Подогрев газа и воздуха горения является наиболее эффективным мероприятием, уменьшающим энергетические потери (рис.4) и не случайно, что практически все воздухонагреватели доменных печей Японии работают с подогревом газа и воздуха горения.

В комплексе доменной печи возникла проблема согласования расходов доменного и природного газов, кислорода и других энергоносителей, которую необходимо рассматривать.пе только с точки зрения возможности замены одного вида топлива другим, но и наилучшего технологического его использования в доменной печи и воздухонагревателях. Энергетический анализ работы системы "доменная печь-поз-духонагреватель"показал, что наиболее эффективный вариант работы системы с предварительным подогревом доменного газа и воздуха горения в теплообменнике, работающем на отходящих продуктах горения, а природный газ с отопления воздухонагревателей целесообразно переводить на доменную печь.

С целью минимизации общи! энергозатрат на производство стали, совместно со. специалистами ЗСМК разработана система анализа знер-гоиспользования в комплексе "доменная печь - конвертер". Базовыми блоками этой системы^является материальные и тепловые балансы отдельных агрегатов и комплекса в целом. Эксергетический анализ энергоиспользования в системе "дометая почь-конвертер" при изменении содержания кремния ? физического нагрева чугуна и различных количествах металлодобавки показал, что увеличение содержания кремния и температуры чугуна ведет к росту энергетических и эксер-гетических показателей доменной плавки. Однако, увеличение температуры чугуна повышает долю перерабатываемого лома и эксергетический КПД плавки, а приход и расход эксергии уменьшается, а увеличение-содержания кремния в чугуне также повышает долю лома в конвертере, но приводит к увеличению эксергетических потерь и снижению

эксергетического КПД конвертерного процесса [27].

Методом анализа и синтеза простейших эксергетических балансов в комплексе "доменная печь-конвертер" показано, что- уменьшение содержания кремния и повышение температуры чугуна приводят к снижению зксергетических потерь (2341 МДж/т при 21 = 1.07Ж и *чуг= 1400°С и 1918 МЯж/т при 31 = 0.67% и 1; = 1500°С), уменьшению прихода и увеличению расхода зксергии [27]. Для реализации этих преимуществ целесообразно использовать пути повышения качества шихтовых материалов, стабилизации химического состава шихты, уменьшения колебания химсостава чугуна и др.

Совместно со специалистами ДЛИ [26] предложен комплексный критерий теплового состояния печи, Е= Ех + Еф, по которому можно оценить изменение нагрева горна печи и осуществить необходимые управляющие воздействия. Величина ДЕХ= 0.01.ех 31. Д[Б1 ] показыва-

-Т» , I. - И >

ет изменение химической, а АЕф= СТпд. ^ Ат + то1п _-J изменение физической зическоЗ зксергии от заданных значений содержания в чугуне ШбЦ) и его температуры (АТ). На одной из доменных печей Донецкого завода реализованы АСУ тепловым режимом плавки, в которой управляющие воздействия осуществляются по информации об изменении химической и физической зксергии чугуна [53]. Использование системы -для оценки теплового режима плавки и принятия необходимых управляющих воздействий позволяет стабилизировать ход пэ-чи, улучшить качество чугуна и обеспечить экономию кокса.

4. Области применения, методология и реализация научных основ оптимального использования ресурсов.

Разработанные научные основы являются концептуальной, методологической и информационной базой стратегии энергосбережения как альтернативного источника энергии в металлургии. Ее реализация позволит определить минимальную потребность в коксе и соответственно в коксующихся углях, уточнить целесообразные области применения газообразного, жидкого и твердого топлива, изыскать возможности дальнейшего использования вторичных ресурсов и энерготехнологического комбинирования, в т. ч. на базе новейших технологий.

Представляются целесообразными следувдие направления примене-

вея разработанных научных основ оптимального использования ресурсов:

-при решении задач совершенствования и оптимизации технологий выплавки чугуна, модернизации конструкций доменных печей на стадиях научных изыск шй, проектных разработок и практического внедрения [20-22,28-34,39].

-при решении задач структурной оптимизации в системах планирования и управления производством чугуна, в т.ч. для выбора рациональной энергетической базы производства металла, использования нетрадиционных сырьевых ресурсов, проработки структурной и технологической перестройки аглодомендаго производства [1,36-38,40,42-44].

-при разработке энерго-экологической концепции развития горно-металлургического комплекса, оптимизации энергобаланса и .создания энерго-экологического центра металлургических предприятий [41,43,45-49].

Исследования показали, что снижение расхода кокса и общих энергозатрат на выплавку чугуна являются центральным звеном решения глобальной задачи - рационального природопользования в черной металлургии и включает повышение КИТ топлива в отделышх агрегатах, рациональное распределение тошшвно - энергетических и сырьевых ресурсов между доменными печами и иными агрегатами, замещение кокса более дешевыми и доступными источниками энергии. С применением диаграммы "ДТ-РД'Г-ПЭ'Р (рис.5), расходной характеристики печи и ОПРТ проранжировали влияние основных факторов на показатели доменной плавки. По степени влияния на технико-экономические показатели плавки располагаются подготовка шихты, нагрев дутья и лишь потом применение природного газа и кислорода [3,41,43].

В этих направлениях выполнены разработки по рациональному применению в доменных печах малоокисленной, металлизованной и двухосновной шихты '[7,30], использованию шлаков силико-алшиниевого производства [29], комплекс работ по повышению температурно-теплового потенциала в горне доменной печи [34-36]. Особого енимэяия заслуживают предположения по вдуванию в горн дисперсных, железосодержащих материалов совместно с угольной пылью [28,35]. Спустя два десятилетия японские специалисты выполнили аналогичные разработки . ультра-комбинированного дутья для доменной печи ГРЖМет,1992,1Б129).

Для анализа эффективности применения комбинированного дутья разработан графоаналитический способ контроля газификации допол-

нательного топлива в доменной печи, позволяющий по текущей информации с использованием теплоэнергетической модели оценить область термической диссоциации метана и потеря доменного дутья.

Расчеты показали, что природный газ и кислород в доменном производстве шогах предприятий Украины используются нерационально (рис.6). ,

Технологию использования природного газа н кислорода в доменной в доменной печи, являющуюсязустемишт путем развития доменного производства, можно совершенствовать за счет подогрева газа перед взуванием в дометшую печь [33,43], организации сжигания природного газа и кислорода, рационального распределения кислорода, азота и природного газа, а также сырьевых ресурсов между печами, имеющими различные энергетические характеристики [38,403. Наиболее кардинальное репеш'е - это изменение энергетической базы выплавки чугуна, т.к. п условиях жесточайшего дефицита топлива пра-вильшй выбор энергоносителя в технологическом прцзссе имеет особый о,шел.

Предварительное изучение возможных путей энергосбережения, развития технологий и элерго-технологического комбинирования в металлургии чугуна является одной из основных задач металлургической науки, вместо того, чтобы с опозданием разбираться в последствиях уже принятых реиений для внесения зачастую неэффективных поправок. В период системного кризиса доменный цех превращается в такое производство, режим работы которого необходимо гибко варьировать в зависимости от наличия энергоресурсов, сырья, соотношения цен и иных ксньюктуршх условий. Это требует научно-технических проработок по выбору состава агрегатов, расширению их функционального назначения, изменению конструкций и режимов работы, расширению энергетической и технологической базы производства чугуна, рациональному управлению запасами сырья и топлива.

Разработанные научные основы позволяют формализованными ме-тодаш выбрать оптимальные энергоносители в доменной печи. Так показаны преимущества подачи угольной пыли и мазута по сравнению с восстановительными газами по различным критериям оптимальности: мнимум расхода кокса и условного топлива, максимум производитель-вости печи. Рекомендовано при совместном использовании этих добавок. ориентироваться на повышенные теоретические температура фур-

манной зоны (2000-2100°С и более) при которых доменный процесс до-остигает большей завершенности как с точки зрения использования тепловой энергии, так и с точки зрения использования восстановительного потенциала газового потока- и уменьшения потерь зксергии. Тем не менее, для устойчивого функционирования предприятия доменные П8чи должны использовать различные энергетические ресурсы (твердые, жидкие, газообразные), а в составе цеха необходимо иметь агрегаты, работающие в металлургическом (базовом) и газогенераторном (пиковом и полупиковом) режимах. В базовом режима, обеспечивающем минимальные энергозатраты на получение чугуна, целесообразно работать печам на высокотемпературном воздушном дутье (с добавлением азота или других газов) с вдуванием мазута и угольной пыли. В газогенераторном режиме, обеспечивающем стабилизацию энергоснаб-жзния комбината, работают печи на низкой температуре дутья, с высокой концентрацией кислорода и повышенным расходом природного или коксового газов. Целесообразно на базе доменной печи, выводящей из эксплуатации соорудить опытно-промышленную печь типа ПЖВ, работавшую в режиме парогазсгенератора, для утилизации промышленных и бытовых отходов, а воздухонагреватели использовать для централизованного нагрева воздуха горения .Степень развития технологий, реализующих эти предположения наряду с организационными и экономическими причинами, будет определяться энергетическими балансами предприятия и прилегающего промышленного узла.

Кроме этого, теплоэнергетичеческая модель использована для установления общих и частных закономерностей доменного процесса и решения ряда задач в теории металлургии чугуна [2,3,8]. Аналитически доказано, что наряду с теорией о целесообразности использования максимального количества восстапоЕИтелышх газов (коксового, конвертированного, газогенераторного) более предпочтительна теория привентивпой подачи тепла высокого температурного потенциала в горн доменной пачи. Это обеспечивается дальнейшим нагревом дутья, подогревом природного газа, использованием высокотемпературного азота и применением наиболее эффективных энергоносителей в доменной плавке - мазута и угольной пыли [2,34,41,43].

Ряд результатов применения математически моделей использовались при решении практических задач и выработке рекомендаций, которые применчлись в проектной практике, проведении исследований.

заводских испытаниях. Некоторые задачи использовались в качестве иллюстраций применения разработанных математических моделей, другие же носят постановочный характер и подлежат дальнейшей разработке на стадии детального анализа конкретной технология (например, совместное вдувание .угольной пыли и железосодержащих, порошкообразных материалов).

Математические модели дают наибольший эффект в случае» когда применяются в виде взаимосвязанного комплекса решения задач управления и действуют как стройная временная система органической части АСУ ТП (41). Предлагаемая нами система планирования и управле-}шя производства чугуна [I] не получила практической реализации, а японские специалисты создали аналогичную систему (Нйгэт, 1990, ЗВ18Э ]. В настоящее время совместно со специалистами ЗСМК, !Ш, СЗИ и Сибгипромеза ведутся предпроекткые проработки по созданию эколого-энергетического центра на ЗСМК (49]. Информационно-математическая система энергоисгользования в доменном производства, разработанная автором [41,42], является составной частью математического обеспечения функционирования этого центра.

5. Концепция и критерии рационального природопользования на предприятии и в горно - металлургическом регионе

Проблему рационального природоиспользования в металлургии целесообразно решать, учитывая единство следующих трех элементов программно-целевого метода управления: выбор цели, разработка программы и создание механизма управлени. Первый этап - это формирование концепции, целей и предварительной схемы ее реализации с учетом людских и материальных ресурсов. Выбор целей и критериев, а не решение задачи формализованными методами, является центральной проблемой оптимизации природоиспользования. Неудачно поставленная цель, сползание на решение текущих вопросов направляют ресурсы и усилия людей не в то русло с негативными социально-экономическими последствиями. Экологические проблемы в металлургических регионах не сводятся к реализации локальных технических задач в области строительства очистных сооружений с последующим суммированием природоохранных мероприятий по защите атмосферы, гидросферы и литосферы. Стратегическое решение этой проблемы должно быть

-зо -

направлено на прекращение нерационального использования природных ресурсов, которое и имеет своим следствием загрязнение окружающей среда.[47].

На основе аналогического обзора существующих экологических подходов, формирующихся на основе показателей ЦЦК и ШШ, безотход-ности технологи?,материально-токсикологического баланса и иных, в основу предлагаемой концепции положение идея оптимизации материально-энергетического баланса в ее наиболее совершенной форме-эк-сергетической [503. На гумманитарном уровне формулировка энерго-акологического концепции рационального природопользования в горнометаллургическом комплексе звучит следующим образом: минимизация затрат эксергии при получении необходимого количества металлопродукции требуемого качества и допустимом воздействии на окружающую среду (в критериях риска или показателях ГЩК, ЦЦВ). Для ее формализованной оценки использованы следующие интегральные критерии взаимодействия производства с окружающей средой: показатель эколо-гоемкости продукции i: показатель ресурссемкости процесса п показатель ресурсоемкости процесса п: коэффициент аналогичности объекта е. Показатель экологоемкости процесса i характеризует величину вредных воздействий на окружающую среду £ Z в расчете на единицу полезной продукции V:

i = -ILL < 28 )

У

Показатель ресурсоемкости процесса п', состоящий из показателя энергоемкости и материалоемкости п", отражает расход энергии £ W, а таксе воды, воздуха, земельных и иных природных ресурсов. £ П на единицу полезной продукции:

£ П + £ W £ W £П

п = _ = - + - = п' + п" ( 60 У

V V V

Коэффициент экологичности объекта характеризует отношение чистого полезного эффекта к израсходованию природным ресурсам:

е = 7~ S 2_ = 1 ~ * = _i( 30 )

£ П + £ W n п'+п"

Экологические проблемы являются предметом комплексных, системных исследований и разработок специалистов различного профиля. Так величины V, £ П и технологическое топливо, входящее в состав £ w, есть объект традиционных и первоочередных забот технологов:

это конечная продукция, ее количество и качество, расходные коэффициенты сырья и топлива. Общеэяергетическиа затраты на производство металла £ я - это предмет исследования металлургических теплотехников и энергетиков. Лишь величина £ г - выбросы в окружающую среду (атмосферу, гидросферу, литосферу) является, в основном, прорегативой специализированных организаций типа "Энергосталь", а также медиков, биологов и других специалистов.

В табл. 4 приведены расчетные экологические и эксергетичес-кие показатели различных химико - металлургических технологий. Значения суммарного потребления материальных ресурсов, энергии, выбросов выражены в эксергетических величинах, что наиболее инфор-' мативно при решении задач рационального природопользования. Оценка эксергетической эффективности металлургических технологий по величинам I, п, е позволяет оцепить и "вредную работу" совершаемую производством над окружающей средой (чем ваше химическая эк-сергия производственных отходов и выбросов, тем большую работу над окружающей средой они могут совершать). Интегралышо показатели еще раз подчеркивают, что экологические и энергетические проблемы металлургии должны решаться в рамках единой научно- технической программы "Рационализации природопользования в горло- металлургическом регионе" объединенными усилиями специалистов различного профиля. По мнению независимого эксперта развиваемой автором термодинамической подход к экологии металлургических процессов совместно с концепцией экологических эквивалентов и научной классификацией технологий может стать основой теории рационального природопользования [Гоголев И.Я. Ресурсосбережение и переработка отходов. Серия - Охрана окружаю- щей среда и рациональное использование ресурсов, вып.16, Ы.ВНИТИ Центр, 1991,132с.].

Научные подходы к составлению этой программы могут быть различные. Наиболее распространенный в развитых странах классический метод основан на оптимизации энергосберегающих мероприятий на базе экономико-математических моделей энергобаланса металлургического предприятия. Другой, традиционно технократический подход базируется на совершенствовании отдельных технологий, оборудования, агрегатов с последующи суммированием энергосберегающих и природоохранных мероприятий. Учитывая, что врем и ресурсы ограничены, мы считаем, что весьма эффективно развивать программу природопользо-

Тебяят 4

Экологические и энергетические параметры xrormw-металлургических производств

Показатель 24 "т i V. ^экс. i 1 | 6 г---- "i....... "» 4-1 1 I

кБг.ч JkDT.4 кВт. ч |п№. ч 1 I 1 Г) 1 п' 1 n" 1 t 1 1 1

Агломерация жяеатя руд 1280 1 362 292 1 333 | 17,8 J-0.03 1 5,62 1 4,33 | 1,24 1 1,14 I

Доменное производство 7ша | 623 15637 i 1.107 69,3 1 0.56 1 1.44 1 1.3R 1 0,09 1 0,20 |

Производство стали: 1 1

в мартеновских печах 1ШЗ | 1434 1420 \ 279 } 58,3 1 0,47 J 1,72 I 0,70 | 1,02 1 0,20 |

8 конвертерах 8 1 2088 1043 j 343 | 80. Б I 0,66 t 1.08 I 0,005| 1,07 1 0,18 I

Производство горячего проката 1269 J 2412 2283 1 191 62,6 1 0,57 1 1,61 1 0.Б5 | 1,06 1 0,08 1

Теплосиловое хозяйство 4062 ) о 1120 I 204 ! 27,6 | 0,23 J 3,63 1 3.63 | 0 1 0,18 I

Производство меди 8830 J 6510 034 I 60S0 I 6,0 J-0,33 116,48 I 0,51 | 6,07 1 6,51 1

Агломерация свинцовых руд 558 I 1960 367 f в51 | 14,6 1-0.23 } 6,86 I 1,52 | 5,34 f 2,69 |

Сытная плавка свинца 3535 J 799 1825 | 425 | 42.1 | 0,32 1 2,37 1 1,03 1 0,44 1 0,23 |

Рафиьчроваяиа свинца 142 J 635 480 1 0 { 70.8 Г 0,71 1 1.41 1 0,29 i 1,12 ! 0 |

Обжиг ц.чтовых руд ез | Б280 2341 J 1240 | 43,6 1 0,20 | 2,29 f 0,04 1 2,25 1 0,63 |

Произволе!' 1 1

серы и оквед кальция 1220 | 62 630 1 134 | 49,6 1 о.со 1 2,02 1 1,04 I 0,08 1 0,21 1

цементного кякякера я 1 1

сернистого газа £168 J 86 1085 1 347 t 45.5 I о.го 1 2,20 1 2.12 i 0,08 1 0,34 |

сульфата аммония ......................... Ги04 | 831 > ______ 735 i. . , I гбэ | 1______________l 49,6 1 0,31 I 2,02 i 1 0,83 I .i...________x 1,13 1 0,37 | • «

*) Организованные выбросы; **) Энергетические ГЩ производства

вания, основанную на последовательном выделении доминирующего звена в технологии, производства и предприятии в делом [43,44]. Для металлургического предприятия - это доменное производство, а в доменном производстве - это технология выплавки чугуна. Это позволит в кратчайшие сроки выбрать верше стратегические направления рационального природопользования в металлургии, на которых необходима концентрация сил и средств с учетом эффекта "первого шага".

Несмотря на различные методологические подхода рассмотренные направления юлеют много общего. Так, на первом этапе комплексной программы рекомендуется сфокусировать усилия по борьбе с традиционными выбросами: плавильной пылью, соединениями серы, оксидами углерода, азота и некоторыми веществами. Другие токсичные вещества, их изменения, контроль и управление составляет предмет дальнейшего изучения. Проблему рационального природопользования целесообразно решать на нескольких уровнях [47]. На первом уровне выполняется работа, связанная с защитой окружающей среды по отдельным агрегатам, установкам, технологическим участкам и линиям. На этом уровне особое внимание уделяется анализу причин источников выбросов, углубленному физико-математическому описанию технологического процесса. На втором уровне исследуется экологическая характеристика производств: доменного, сталеплавильного, прокатного и др., являющихся наиболее характерным звеном, определяющим технико-экономическую сторону взаимодействия человека с окружающей средой. На этом этапе целесообразно определение необходимых параметров экологоемкости различных стадий металлургического передела И общих энергозатрат на производство: металла. Сложные вопросы оптимизации металлургического комплекса и прилегающего промузла, связанные с производством, распределением и потреблением различных видов продукции и ресурсов с учетом социально-экономических факторов составляет третий уровень исследования.

Решая задачу сбалансированности потребления энергии в горнометаллургическом комплексе целесообразно рассмотреть полярные варианты: с высоким потреблением энергии - допущение о сохранении существующего уровня технологии, объема производства и ограничений по выбросам и с низким потреблением энергии - допущение о максимальном развитии и использовании технологии с ограниченным количеством отходов, уменьшении объема производства. В рамках этой

программы целесообразно оценить и минимальные энергозатраты на выпуск металлопродукции идеального металлургического предприятия.

Эффективность природопользования существенно определяется механизмом управлении, который системой процедур связывает программные установки директивных органов с конкретными организационно-техническими решениями. Учитывая, что основой управления является информация, поэтому экологический паспорт предприятия должен иметь многоиерархическую структуру и состоять из существующего информационного (констатирующего), анализирующего и оптимизирующего блоков. С этой целью в экологическом паспорте должны входить математические модели функционирования отдельных агрегатов и про- • иэводства в целом, т.е. паспорт должен быть компьютизирован и является важнейшим элементом безбумажной технологии сбора информации управления природоохранной деятельностью на металлургическом предприятии [47].

Энергоэкологические центры, а также стенды, тренажеры, реализующие математические модели оптимального использования ресурсов, не принимают непосредственного участия в производстве продукции, но являются важнейшими элемента™ современных человеко-машинных систем управления и получили развитие в смежных отраслях и за рубежом. Оптимизация энергобаланса является важным направлением совершенствования природопользования в горно-металлургических регионах. Так, анализ существующего и перспективного энергобалансов ЗСМК показал, что после выполнения программы работ по модернизации на осноЕе ресурсосберегавдих технологий с вдуванием угольной пыли в доменные печи, установкой МНРС и листового стана и других возможно снижение расхода топлива на 1т стали и проката соответственно С 817 ДО 642 кг И с 1368 ДО 876 КГ[49].

Из первоочередных организационно-технических мероприятий, направленных на совершенствование природопользования, необходимо реализовать разработки по оптимизации топливного баланса металлургического предприятия и региона за счет перераспределения природного газа, расходуемого на выплевку чугуна и топлива, содержащего серу (мазут, коксовый газ, уголь), расходуемого потребителями, не оборудованными газоочистными установками. Расчеты показывают, что подача в доменные печи 1млн.т мазута взамен эквивалентного количества природного газа экономит от 150 до 250 тыс.т кокса с сопут-

ствупдим положительным экологическим эффектом [45,46,49]. Выбор рациональной энергетической базы максимально способствующей выполнению целевой технологической работы в конкретных агрегетах, сокращение объема и совершенствование структуры производства являются составными частями стратегии энергосбережения и позволят в значительной мере разрешить экологический кризис в горно-металлургических регионах. Попытки практической реализации некоторых хоякрет-шх предложений по энергосбережению показали, что их реализация выходит на межотраслевой, региональный или государственный уровень [49]. Проблема энергосбережения: должна бить в числе государственных приоритетов и иметь соответствующую законодательную базу и экономическую платформу.

ВЫВОДЫ

I. Энергетическая и экологическая ситуация в горнометаллургических регионах настоятельно требует активизация энергосберегающей и природоохранной политики. Стратегическое решение этой проблемы должно быть направлено на прекращение нерационального использования природных ресурсов, которое и имеет своим следствием загрязнение окружающей среды. Рациональное использование ресурсов в металлургии .требует нового метода управления, единой комплексной программы в вида концепции, информационно-технического обеспечения, материально-технической базы, подготовленных кадров и определенного опыта.

* Разработана концептуальная, методологическая и информационная Лаза решения, задач оптимального использования ресурсов в доменном производстве. Аналятиченски показано, что снижение расхода 'кокса и общих энергозатрат на выплаЕку чугуна является центральным звеном решения глобальной задача - рационального природопользования в горно-металлургическом комплексе и включает повы-шет;е КПД использования топлива в отдельных агрегатах, рациональное распределение энергетических и сырьевых ре.сурсов между доменными печами и иными агрегатами, замещение кокса более дешевыми и доступны?® источника!® энергии.

3. За узловую концепцию рационального природопользования в горно-металлургическом комплексе целесообразно взять концепцию

материально-энергетического баланса и его оптимизацию (в ее наиболее совершенной форме - эксергетической). Проблема экологии металлургического производства теснейшим образом переплетается с вопросами технологии, энергетики, экономики, социологии.

4. Выполнено уникальное экспериментальное исследование тепловых потерь рабочего пространства действующих доменных печей объемом 180-5000 ы3. Изучено влияние ряда факторов (длительности кампании работы печи, газораспределения, вида чугуна, стабильности технологического режима и др.) на величину и распределение тепловых потерь по высоте и периметру печи, состояние рабочего про-.филя печи. Аналитически исследования процессов теплообмена в доменной печи показали возможность возникновения явления инверсии температурного толя в периферийной зоне, отмечается взаимосвязь этаг явлений с процессами устойчивости хода, доменной печи, намечаются перспективные практические и теоретические приложения. ■

5. Анзлпз состояния и тенденций развития теории и практики использования ресурсов в доменном производстве показал, что они зачастую используются нерационально. При выплавке чугуна практически не 'применяются наиболее эффективные энергоносители - мазут и угольная пыль, а природный газ на многих предприятиях используется не эффективно, подготовка штаты не достигла уровня качества, требуемого современными металлургическими технологиями. Причины этого явления не только во всевозможных буферах, но и в отсутствии системы поддержки управляющих решений, недостаточной технической ориентации и заинтересованности специалистов.

6. С использованием понятий реально достижимых и предельно эффективных технологий показано, что энергетические затраты па подготовку шихты более чем окупаются в доменном процессе и являются величиной первого ранга в направлении сокращения расхода кокса и общих энергетических затрат на производство металла. С при- • влечением энергетических характристик доменных печей выполнены аналитические исследования эффективности применения различных энергоносителей (природный и коксовый газ, горячие восстановительные газы, пылеугольное тогдаво, мазут, азот, плазма) в технологии выплавки чугуна. Показан? перспективность вдувшшя угольной пыли

и железосодержащих мат^'риалов в горн доменной печи.

7. С использованием методов термодинамического анализа рас-

смотрены пути повышения эффективности функционирования системы доменная псчь-воздухонагревателъ, показаны значительные потери эксер-гии в процессах сжигания холодного топлива и воздуха в воздухонагревателях и высокая эффективность предварительного подогрева газа и воздуха. Привлечешь эксергетического анализа позволяет повысить уровень нэд^мгости и достоверности научных исследований, увязать технологические, энергетические и экологические аспекты выбора рациональной энергетической базы в доменном производстве. ЗкссргетическиЯ метод не может считаться окончательно сформировавшимся, однако он полезен и позволяет более достоверно определить наиболее рациональные направления в топливно-энергетической и экологической политике в черной металлургии.

8. Для ЗСМК выполнен эксергетический анализ доменного процесса при использовании различных энергоносителей, изучены альтернативные пути повышения эффективности работы воздухонагревателей, исследованы параметры работы системы дометшая печь-конвертер. Выполнено научное прогнозирование влияния технологического режима в дометшх печах, состава и состояния доменных печей на энергоемкость конечного продукта и эффективность функционирования предприятия в целом. Ведутся разработки по созданию энерго-эколопиес-кого центра металлургического комбината. Рекомендации учитывались при разработке программы работ по модернизации комбината на основе ресурсосберегающих технологий и охраны окружающей среды.

9. Выполненное исследование эффективности экерго-технологачес-кого функционирования доменного производства по различным направлениям: кокса и топливосбережения, водо- и воздухопотребленкя, использования отходов и энерготехнологического комбинирования, порой выходящее за рамки традиционных изысканий доменщиков, обеспечивало разработку ряда ресурсосберегающих технологических и конструктивных решений, содержащих ноше элементы и защищенных авторскими свидетельствами. Годовой эффект от внедрения указанных разработок составил около I млн. рублей в ценах 1990 г.

10. В период энергетического кризиса возрастает роль структурной оптимизации доменного производства, где важнейшим элементом контроля и управления могут оыть расходные характеристики домешшх^пэтей^двоздухонагревателей. в этот период в составе доменного цеха^кметь агрегаты, работающие в различных энерготехно-

логических режимах. В базовом (металлургическом) режиме, обеспечивающем минимальные энергозатраты на получение чугуна, целесообразно работать печам с вдуванием мазута или угольной шли на высокотемпературном всздушном дутье (с добавлением азота или других других газов). В газогенераторном режиме, замыкающем энергоснабжение комбината, работает печи на низкой температуре дутья с высокой концентрацией кислорода и повышенным расходом природного или коксового газов. Кроме этого, целесообразно на базе доменной печи, выводящейся из эксплуатации, соорудить и испытать низкоаахт-ную печь типа ШШ для утилизации промышленных и бытошх отходов в режиме парогазогенератора.

II. Результаты работы подтверждают, что проблема выбора, проблема оптимизации является ведущей при разработке рационального природопользования в металлургии. Так, в современных условиях перераспределение топлива между потребителями различного технологического назначения с целью замены природного газа в доменном производстве более эффективными энергоносителями и прежде всего мазутом остается важнейшим природоохранным мероприятием. Подача I млн. тонн мазута в доменные печи взамен эквивалентного количества природного газа экономит 150-250 тыс. тонн кокса с сопутствующим экологическим эффектом. Необходимо разработать организационные и технические мероприятия по совершенствованию структуры топливного баланса металлургических комбинатов и предприятий скожных отраслей промышленности с целью приоритетного обеспечения мазутом доменных печей.Сейчас самое время поставить на научную основу стратегию использования'энергетических ресурсов, законодательным образом усилив роль и ответственность государственного сектора управления экономикой, особенно в области регулирования, планирования и рационального использования энергетических ресурсов.

Содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Математические модели оптимального использования ресурсов в доменном производстве/-A.B.Бородулин ,Х.Н.Гизатуллин, А.Д.Обухов и др. - Свердловск, УВД АН СССР, 1985. - 148 с.

2. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах/ В.И.Розен-гарт, Б.Б.Потапов, В.М.Ольшанский, А.В.Бородулин. -. Киев, Донецк: Вида школа, 1986. - 293 с.

3. Бородулин A.B., Семжин И.Д. Тепловая работа доменной печи при кобшгарованном дутье// Изв. вузов, черная металлургия. - 1970.-Я 2. - С. 170-174.

4. Бородулин A.B., Семикин И.Д. Расчет и оценка процессов прямого восстановления железа в доменной печи теплоэнергетическим методом// Изв. вузов, черная металлургия. - 1971. - Я 2, - С. 27-30.

5. Бородулин A.B., CeiiiiKiffl Е.И., Цыганков Г.Т. Теплоэнергетическая модель доменного процесса и ее приложение/ Meztnarodnl konferen-се vycokopecerv "YZKO-1975". Ostrava,1975.- Sbomik 5.-S.173-188.

6. Исследование работы домешюй печи как теплотехнического агрегата / А.В.Бородулин, В.П.Бородулина, В.В.Мадисоп и др./ В сб.: Производство чугуна. Свердловск, 1985. - С. 33-40.

7. Анализ процессов шлакообразования доменной печи при применении шихт различной основности/ В.Н.Андронов, А.В.Бородулин, И.Н.Кра-савцев и др./ Металлургия и коксохимия.- 1977.- JS 53.- С.45-49.

8. Андронов В.Н., Бородулин A.B., Плоткин З.Ш. Аналитическое исследование первичного шлакообразования при различных параметрах дУтья и шихты// Сталь. - 1979. - й 7. - С. 489-492.

9. Бородулин A.B., Семикин И.Д. К расчету технических показателей доменной плавки// Металлургия и коксохимия. - 1977. - й 53. -С. 67-75.

10. Математическая модель оптимизации топливоиспользования в доменном цехе/ А.В.Бородулин, В.И. Соловьев, А.С.Янковский и др./ В сб.: Экономия кокса в доменных печах. Ы.: Металлургия, 1986. - С. 45-50.

11. Тепловая работа фурменных зон доменной печи/ А.В.Бородулин, В.В.Канаев, З.Ш.Плоткин и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1993. - JS 2. - С. 63-66.

12. Закономерности теплообмена в периферийной зона доменной печи/

А.В.Бородулин, H.H.Макаренко, Ф.Н.Москадана в др.// »Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1993.- Я 3,- С. 66-69.

13. Семикин И.Д., Цыганков Г.Т., Бородулин A.B. Тепловые потери и тепловая работа деленных печей// Изв. вузов, черная металлургия. - 1972. - й 8. - С,. I59-IS3.

14. Тепловые потери доменных печей различного объема/ А.В.Бородулин, А.Я.Зусшновский, В.А.Костров и др.// Изв. вузов, черная металлургия. - 1976. - & 7. - С. 28-32.

15. Тепловые потери доменных печей объемом 3000-3200 м3/ А.В.Бородулин, В.В.Канаев, А.И.Лаптев и др./ В сб.: Опыт эксплуатации доменных печей объемом 3000 м3 и более. М.: Металлургия, 1982.

16. Тепловая работа системы охлаждения доменной печи/ Е.Е.Гаврилов,

A.В.Бородулин, В.В.Канаев и др. // Обзорная информация. Серия подготовь сырья и производство чугуна. ЦНИИ пр. и тех. экон. исслед. черн. кет. М.. 1988. - ЯЗ. - 30 с.

17. Тепловая работа системы охлаждения доменной печи объемом 5000 м3/ В.В.Белов, А.В.Бородулин, Е.Е.Гаврилов и др.// Металлург. - 1986. - & 7. - С. 24-26. •

18. Автоматический контроль тепловых потерь доменной печи/ В.Ф.Бе-лошапка, А.В.Бородулин, В.Н.Денисенко и др.// Бюллетень ЦНИИЧМ,-1974. - й 5. - С. 39-42.

19. Автоматический контроль тепловых потерь в системах охлаждения доменных печей/ В.В.Белов, А.В.Бородулин, Е.Е.Гаврилов и др.// Металлург. - 1985. - £ 3. - С. 8-10.

20. Влияние распределения газового потока на тепловые потери доменных печей/ Н.С.Антипов, А.В.Бородулин, Н.М.Монаренко и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1980. - £ 4.-С. 25-26.

21. Сокращение тепловых потерь доменных печей/ А.В.Бородулин,

B.В.Канаев, И.И.Кобеза и др.// Сталь. - 1984.- й 2. - С. 8-12.

22. Опыт эксплуатации системы охлаждения доменной печи й 6 НЛМК/ Н.С.Антипов, А.В.Бородулин, Е.Е.Гаврилов и др.// Сталь. -1987. - JS 7. - С. 12-15.

23. Те-мпературная инверсия и проблем устойчивости хода доменной печи/ А.В.Бородулин, Н.М.Можаренко, А.П.Пухов и др.// Сталь. -1993. - й I. - С. 16-21.

24. Бородулин A.B., Ковтуп А.Ф., Хенкина O.E. Термодинамический

анализ использования природного газа в доменном производстве// Изв. вузов, черная металлургия. - 1990. - й 8. - С. 104.

25. Бородулин A.B., Ковтун А.Ф., Мартыненко А.И. Термодинамический анализ работы воздухонагревателя// Изв. вузов, черная металлургия. - 1990. - й 12.

26. Бабич А.И., Бородулин A.B. Комплексный критерий теплового состояния доменной печи// Изв. вузов, черная металлургия. - 1991.

27. Анализ и оптимизация энергоиспользования в комплексе "доменная печь-конвертер"/ А.В.Бородулин, И.И.Кобеза, Н.Е.Рехтия а др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1992. - й 2.-С. 56-58.

28. Об утилизации пылеобразных железорудных материалов/ А.В.Бородулин, И.Н.Красавцев, А.Г.Козуб и др./ В сб.: Вопросы химии г химической технология. Харьков, 1974.- Вып. 33. - С. 152-156.

29. Использование шлаков электротермического производства силико-алюминия в домешюй печи/ Г.Л.ГурскиЙ, П.К.Лебедь, А.В.Бородулин и др.// Бюллетень ЦИИЧ?Л. - 1979. - »4. - С. 43-44.

30. Влияние окислепности шихты на показатели работы доменных печей/ А.В.Бородулин, Г.Т.Цыганков, П.К.Лебедь и др./ В сб.: Вопросы химии и химической технологии. • Харьков, 1974. -Вып. 36. - С. 148-153.

31. Аналитические исследования работы домешюй печи при применении пылеугольного топлива, природного газа и кислорода/ А.В.Бородулин, А.М.Камардш, С.Л.ЯроаевскиД и др.// Металлургия и коксохимия. - 1982. - Я 76. - С. 70-78.

32. Тепловая работа доменных печей в рэзлгашх ¡пихтовых и дутьевых условиях/ А.В.Бородулин, И.И.Кобеза, П.К.Лебедь и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1982. - й I. -С. 27-28.

33. О целесообразности подачи подогретого природного газа в доменную печь/ А.В.Бородулин, А.Я.Зусмзновский, П.К.Лебедь и др./ В сб.: Вопросы химии и химической технологии. Харьков, 1973. -Вып. 31. - С. I9I-I97.

34. Теплотехнические аспекты использования в доменном производстве дутья, нагретого до 1700-2000°С/ А.В.Бородулин, В.П.Еороду-лина, Э.М.Гольдфарб а др.// Изв. вузов, черная металлургия. -1984. - й 8. - С. 145-148.

35. Тлеагабулов С.Ы., Бородулин A.B., Алтьшбеков Ж.С, Работа фурменной зоны в условиях вдувания топливных добавок и пылевидных оксидов/ В сб.: Технология производства и обработки черных металлов. Ажа-Ата, 1992. - С. 66-73.

36. Бородулин A.B., Бородулина В.П., Хенкина O.E. Рационализация тошшвоиспользования в комплексе доменной печи/ В сб.: Вопросы теории и практики производства чугуна. М,: Металлургия, 1986. - С. 81-85.

37. Применение азота при раздувке доменных печей/ М.Д.Яембус, А.П.Монаршук, А.В.Бородулин и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1986. - JS 2. - С. 7-9.

38. Работа доменной печи с пониженной концентрацией кислорода в дутье/ И.Д.Кембус, А.П.Монаршук, А.В.Бородулин и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1987.- * 4.- С. И-12.

39. Раздувка доменной печи с применением азота/ А.С.Янковский, М.Ф.Ыарьясов, А.В.Бородулин и др.// Металлург.- 1988.- & И. -С. 29.

40. Рациональное распределение.энергетических и сырьевых ресурсов в доменном цехе/ А.В.Бородулин, К.Е.Никуленков,А.П.Пухов и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1992. -» 3. - С. 57-59.

41. Опыт и проблемы системного анализа использования топлива в доменном производстве/ А.В.Бородулин, В.П.Бородулина, Э.М.Гольд-фарб и др.// Сталь. - 1987. -í!0, - С. I05-II0.

42. Бородулин A.B. Информационно-математическая система энергоиспользования в доменном производстве/ ilezinarodni koníeren-

оз vysokopecerv "Vitkovice-19a9". Ostrava, 1989.- Sbornik 8,- T.2. - S.385-337.

43. Энергоемкость производства чугуна и пути ее снижения/ А.В.Бородулин, Ы.Ф.Марьясов, А.С.Янковский и др./ В сб.: Проблемы энергосбережения. Киев: Наукова думка,1991.- Вш.6,- С.31-42.

44. Пути повышения эффективности использования комбинированного дутья в доменном цехе ЗСМК/ В.С.Плевако, А.В.Полызиков, А.В.Бородулин и др.// Бюллетень ВДИН. - 1989. - Й 2. - С. 52-54.

45. Совершенствование тошшвоиспользования в черной металлургии/ И.И.Кобеза, Ю.Ф.Воронов, А.В.Бородулин и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1981. - Л 3. - С. 35-3S.

4Б. О рациональном топливоиспользовании в технологических процессах черной металлургии/ И.И.КсОеза, В.С.Плевако, А.В.Бороду-ят и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность.. -1938. - Я 3. - С. 62-66.

47. Экологические аспекты функционирования металлургического предприятия/ А.В.Бородулин, А.Ф.Ковтун, И.И.Кобеза и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность.-1990.- 9 1.-С.52-56.

48. Применешк методов термодинамического анализа к разработке природоохранной концепции в горнометаллургическом регионе/

- А.В.Бородулш, И.Г.Костильков, В.С.Степанов и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1992.- * I.- С. 74-76.

49. О научном обеспечении энергосберегающей и природоохранной деятельности в горнометаллургических регионах/ Б.А.Кустов, А.В.Бородулгш, В.С.Степанов и др.// Сталь. - 1992. -'Л 12. -С. 75-81.

50. Фурма'доменной печи/ Б.И.Апиин, А.В.Бородухин, Е.Е.Гзврилов и др. - Авт. свид. СССР И 933710.

51. Устройство испарительного охлаждения доменных печей/ Б.И.Апшин, А.В.Бородулин, И.И.Кобеза и др. - Авт. свид. СССР » 901274.

52. Холодильник доменной печи/ Н.И.Александров, Л.З.Бэрзбаа, А.В.Бородулип и др. - Авт. свид. СССР * 1021177.

53. Споособ управления тепловым режимом доменной плавки/ А.И.Бабич, А.В.Бородулин, .Е.Н.Складоновский "и'др.- Авт. свид. СССР й 1668.402А1.

Рно.1, Дянадака "спора иэ далей" А.Н.Рамга (---), Б.И.Китаева

(—- .-) в теплоэнергетической («-) /1,с.44/.

Здесь расход кокса (I), содержание СОи С02 +С0 (3)

в колосниковом газе, степень прямого восстановления железа 1с1 (4) и производительность печи: действительная Р, т/ч(5), обеспечиваемая железом, восстановленный прямым путем Р^, т/ч (6) в косвенным восстановлением Р щ ,г/ч (V), внешше потери тепла % в процентах ох суммарного пркхода тепла в горы (8)

Рио.2. Сопоставление "К-З -Р" диаграммы а энергетической

характеристика этой хв печи: I - расходная характеристика « 2 - величина относительного прироста расходе кокса; 3 - удельный расход кокса / 2 /

ЮТ 1Ю ЯУ

Рно.3. Графическая Ентерцретацая

явления температурной ккворсзл В ПЗр25«ркйН0а зоне доьэнной печи. Здесь удальныа тепдовнв потера (х) (-—>-) н температура пихта (_) прз топ-

лозых потерях Ои = ШВт н от-

Гге, ноаеша водяных эквивалаытов^ил/Г/ = 0,91

...... - " \

п «^/цм на расстодщщ ог стенка,ш: 1-0(стенка), 2-84,3-145.4-213,5-370 /23 /

Рас.4. Эксергетичвсвяа дзаграша работы донэнного воздухонагревателя прд стоядэнав: а) -донзнкын газом; б) - подогретым дмгэвзш газоа п Еоздухом горенка /25/

«

в* о? в" <м йб (а.у.

Рис.5. Диаграмма энергоиспользования "дТ-РДТ-ПЭТ" в домешюй

лечи & И ЗС1,И (4) при содерслашш 1шслоррда-21 (_)

и 31> (---) и температуре дутья, 1 - 1000,

2 - Х200 , 3 - 1401);

технологии: I - действующая в СНГ, II - реально достзшшая (Япония), Ш - предельно эффективная / 49 /

Рио.6. Диаграммы графоаналитического способа контроля газификации природного газа в доменной печи й 5 ЦК "Краворшсталь" в 1961 (а) и 1<992 (б) годах. Потери доменного дутья, %: 1-0,2-5,3-10,4-15, степень термической дассоциащи метана,%: 5-0, 6-5, 7-10, 8-Х5