автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка на базе концепции интенсивного энергосбережения перспективной модели энергоматериалосберегающего теплотехнологического комплекса черной металлургии

На правах рукописи

КАРТАВЦЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА НА БАЗЕ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ЭНЕРГОМАТЕРИАЛОСБЕРЕГАЮЩЕГО ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Специальность 05 14 04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-2007

003057823

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) в Научно-исследовательской лаборатории проблем энергетики новых теплотехнологических процессов и безотходных систем кафедры энергетики высокотемпературной технологии и Магнитогорском государственном техническом университете им Г И Носова

Научный консультант заслуженный деятель науки и техники РСФСР

доктор технических наук, профессор Ключников Анатолий Дмитриевич, Московский энергетический институт (технический университет)

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Леончик Борис Иосифович

доктор технических наук, профессор Кривандин Владимир Алексеевич

доктор технических наук, Пацков Евгений Алексеевич

Ведущая организация ОАО "Уральская сталь"

Защита состоится 18 мая 2007 года в 15 час 30 мин в аудитории Г-406 на заседании диссертационного совета Д 212 157 10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г Москва, ул Красноказарменная, д 17

Отзывы на автореферат в двух экземплярах заверенные печатью, просим направлять по адресу 111250, г Москва, ул Красноказарменная, д 14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета)

Автореферат разослан г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 157 10 к т н , доцент —@ С К Попов

Ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Объектом данного исследования является теплотехнологический комплекс черной металлургии - один из самых экономически масштабных комплексов промышленности. По объему энергопотребления - это самый крупный среди промышленных комплексов, что и дает первое естественное основание для его системного энергетического исследования Продукция черной металлургии считается весьма энергоемкой, причем фактические затраты энергии на ее производство в несколько раз превышают теоретический минимум энергозатрат, что указывает на крупные резервы энергосбережения в этом самом масштабном промышленном комплексе

Максимальное, среди промышленных отраслей, валовое потребление энергии в сочетании с высокой энергоемкостью продукции и значительными резервами энергосбережения определяет несомненную актуальность системных энергетических исследований крупного промышленного комплекса черной металлургии, направленных на вскрытие и реализацию резервов энергосбережения и достижение масштабного энергосберегающего отраслевого эффекта Цель работы

Разработка энергетического сценария совершенствования теплотехнологи-ческого комплекса черной металлургии на базе концепции интенсивного энергосбережения при комплексном обеспечении предельно высокого уровня энер-гоматериалосберегающего эффекта и высокого уровня экологической защиты Основные задачи работы

Эта цель достигается на базе решения следующих задач

1 Определение структуры и границ объекта теоретического исследования -замкнутого теплотехнологического комплекса производства лидирующего продукта черной металлургии, обеспечивающего наиболее потное и объективное решение поставленных задач

2 Выполнение объективной диагностики энергоиспользования действующих вариантов теплотехнологического комплекса

3 Формирование технологической схемы термодинамически идеальной модели - эталона энергетической эффективности реализации технологии

4 Разработка термодинамически идеальной модели теплотехнологического комплекса с экстремальной тепловой схемой, представляющего образец энергетической эффективности теплотехнологического комплекса "руда-сталь-прокат''

5 Разработка структурной схемы перспективной модели теплотехнологического комплекса

6 Оценка возможных практических энергосберегающих и материалосбере-гающих характеристик перспективной модели

Научная новизна работы заключается в следующих основных моментах Методология интенсивного энергосбережения впервые применена к решению задач энергосбережения и технического прогресса в черной металлургии в границах "руда-сталь-прокат"

Сформирован новый объект системного исследования - замнутый тепло-технологический комплекс производства стального холоднокатаного термооб-рабоганного листа из железных руд 10 конкретных месторождений железорудной базы одного из предприятий, определен состав смеси сырых руд в пропорции, заданной действующим производством, который впервые положен в фундамент сравнительного анализа энергоматериалосберегающих характеристик действующего и перспективного комплексов

Рассчитаны для действующего комплекса энергоемкость производства стального листа, физическое теплопотребление материалов в термодинамически идеальных условиях и эти величины впервые сопоставлены в рамках первичной диагностики энергоиспользования Энергоемкость стального листа впервые использована в качестве масштаба оценки эффектов известных реализованных энергосберегающих мероприятий в черной металлургии

Впервые сформирована, ча основе наиболее эффективных известных технологических решений, безотходная технологическая схема производства стального листа из тех же руд и рассчитано общее ресурсоизвлечение по ней

Предложена классификация вариантов восстановительной плавки железа и установлена ранее неисследованная область жидкофазное восстановление железа на энергетической базе природного газа, впервые поставлена и решена задача ее исследования

Проведены исследования восстановительных и топливных свойств продуктов конверсий природного газа в восстановительной плавке железа и дан сравнительный анализ их характеристик с соответствующими характеристиками чистого углерода и углей Разработан процесс энергохимической аккумучя-ции (ЭХА) высокотемпературных продуктов сгорания природным газом, теоретически и экспериментально изучены его характеристики Природный газ выбран в качестве энергетической базы процессов черной металлургии

Разработана экстремальная тепловая схема безотходного производства листа, на ее основе определен теоретический минимум затрат энергии в термодинамически идеальных условиях и впервые выполнена объективная диагностика энергоиспользования в действующем теплотехнологическом комплексе производства листа

Определен потенциал резерва энергосбережения в ТТК производства листа, а также, впервые - структура его технологической части, определяющая основные направления интенсивного энергосбережения и технического прогресса черной металлургии

Впервые поставлена и решена теоретически и экспериментально задача использования высокопотенциальной теплоты жидкой затвердевающей стали при ее разливке

На основе разработанных технических решений впервые сформирована перспективная модель энергоматериалосберегающего теплотехнологического комплекса производства стальною листа из железных руд и определены ее практические характеристики

Практическая ценность работы

Разработанная методика первичной диагностики энергоиспользования в черной металлургии может быть непосредственно использована в текущей деятельности предприятий черной металлургии, что значительно повысит качество энергетического анализа

Энергоемкость продукции может быть непосредственно использована на промышленных предприятиях в качестве масштаба оценки известных и разрабатываемых мероприятий энергосбережения, что дает дополнительные практические возможности ранжировки их значимости

Полученные потенциал и структура резерва энергосбережения в действующем теплотехнологическом комплексе черной металлургии может стимулировать и интенсифицировать технический прогресс

Вскрытые направления энергетического прогресса черной металлургии могут быть практически использованы научными и проектными организациями для создания металлургической техники нового поколения, способствуя ускоренному техническому прогрессу отрасли

Методика объективной диагностики энергоиспользования в черной металлургии может быть использована в учебном процессе при подготовке специалистов в области энергетики и металлургии, что повысит качество их образования

Предложения по использованию высокотемпературного восстановителя и топлива из природного газа - сажеводородной смеси (СВС), организации жид-кофазного восстановления с применением СВС, охлаждению конвертерных газов путем энергохимической аккумуляции, - могут быть использованы научно-исследовательскими и проектными учреждениями и подразделениями для научных, проектных и экспериментальных работ Основные положения, выносимые на защиту

Методология и результаты объективной диагностики энергоиспользования в теплотехнологическом комплексе черной металлургии

Перспективная модель энергоматериалосберегающего теплотехнотогиче-ского комплекса черной металлургии

Потенциал и структура резерва энергосбережения в черной металлургии Вывод о целесообразности ориентации черной металлургии на топливо -природный газ при жидкофазном восстановлении сырых или слабообогащен-ных руд

Выявленные пределы общего энерго- и материалосбережения в черной металлургии

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на

международных научных конференциях - "Металлургическая теплотехника история, современное состояние, будущее К столетию со дня рождения МА Глинкова", Москва, МИСиС, 1-3 февраля 2006 г , "Рациональное использование природного газа в металлургии", Москва, МИСиС, ВНИИПРОМГАЗ, 13-14 ноября 2003 г; "Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии", Москва, МИСиОТУ), 3-5 декабря 2002 г, "Авто-

матизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века", Москва, МИСиС, 15-17 ноября 2000 г, "Энергосбережение на промышленных предприятиях", Магнитогорск, ОАО ММК, 3-6 октября 2000 г., "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", Москва, МЭИ, 3 -5 октября 1995 г

всероссийских и всесоюзных конференциях -

Седьмой конгресс сталеплавильщиков, Магнитогорск, ОАО ММК, 15-17 октября 2002 г, "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 21 -29 сентября 2006 г; "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 19-21 октября 2004 г, "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 15-18 апреля 2002 г., "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 17-19 сентября 1991 г, "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 1987 г, "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 1983 г, "Состояние и перспективы развития электротехнологии (Вторые Бе-нардосовские чтения)", Иваново, ИЭИ, 1985 г

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения в виде коротких выводов, списка литературы из 262 наименований, изложенных на 306 страницах компьютерного набора, содержит 56 иллюстраций, 58 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели исследования, указано, что работа выполнялась по программам НИР ГКНТ и Госплана, МинЧермет, МинГазпром, МинВУЗ и МЭИ

Отмечено, что вопросам экономии и рационального использования энергии в черной металлургии во второй половине XX века были посвящены работы многих известных энергетиков, теплотехников и металлургов НА Семе-ненко Л А Мелентьева, Н Н Доброхотова, М А Глинкова, Б И Китаева, Н Ю Гайца, Ю Г. Ярошенко, В Г Лисиенко, Г П Иванцова, Ю И Розенгарта и других

В первой главе выполнен литературный обзор истории и состояния вопроса влияния энергосбережения на технический прогресс черной металлургии

Анализ литературных источников показал следующее В течение полувекового развития энергосбережения предпринимались попытки решения этой важной задачи с различных направлений С позиций технологических неизменно предлагается использовать обильные ВЭР отдельных установок С позиций бухгалтерско-экономических предложено составлять и анализировать тепловые и энергетические балансы отдельных установок, систем и предприятия в целом С позиций теплотехнических предлагается рассчитывать и анализировать коэффициенты полезного действия отдельных агрегатов С позиций общей термодинамики предлагается в анализе заменить энергетические величины эксер-^етическими С позиций управленческих предлагается использовать типовые известные энергосберегающие мероприятия С позиций общеэкономических предложено рассчитывать сквозные интегральные фактические затраты энергии на производство заданной продукции С позиций электротехнических предложено заменить рассмотрение физико-химической сущности теплотехнологи-

ческих процессов статистическим анализом входящих потоков энергии в установки, системы и комплексы

В таких постановках задач энергосбережение не влияет непосредственно на технический прогресс теплотехнологических установок, систем и комплексов, а темп и шаг технического прогресса не поддается ни анализу, ни прямому активному воздействию

Наиболее полным и эффективным решением сопряженных задач энергосбережения и технического прогресса представляется методология интенсивного энергосбережения, разработанная в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре энергетики высокотемпературной технологии профессором А Д Ключниковым

Методология интенсивного энергосбережения в значительной степени снимает перечисленные выше проблемы и отличается целостным единством предлагаемых принципов и алгоритмов

Эта методология выбрана для решения задач настоящей работы Во второй главе сформирован замкнутый теплотехнологический комплекс в границах "руда - сталь — прокат" производства лидирующей продукции - тонкого стального термообработанного листа, - в двух вариантах "мартен-изложницы" (рис 1) и "конвертер-МНЛЗ", что открывает возможности определения основных характеристик производства материальных потоков и ресурсопотребления, энергоемкости и удельного физического теплопотребления материалов для одного и того же варианта комплекса

Формализуем структурные схемы комплекса для расчета энергоемкости на примере комплекса ' мартен-изложницы" (рис 2) где 1 — производство железорудного концентрата, 2 - производство окисленных окатышей, 3 - производство агломерата, 4 — производство кокса; 5 — производство чугуна, 6 - подготовка стального лома, 7 - производство мартеновской стали, 8 - производство слябов из слитков, 9 - производство горячекатаного листа, 10 - производство холоднокатаного листа

Многооперационная технология состоит из N технологических операций (переделов) как последовательных, так и параллельных, в которых производятся полупродукты Р„ 1=1 N-1, и продукт Д< Полупродукты Р, параллельных операций поступают в следующую операцию одновременно

В переделы 8,9 и 10 поступает только по одному полупродукту предшествующих переделов Р7, Р8 и Р9 соответственно — это линейный участок последовательных операций

В передел 7 поступают два полупродукта предшествующих операций Р5 и Р6, в передел 5 - три Р2, Рз и Р4

В каждом переделе 1 на производство полупродукта Р, производятся затраты Д материалов, топлива и энергоносителей Кроме первого передела, в каждом последующем в числе затрат материалов имеются от одного до нескольких полупродуктов предыдущих переделов, несущих в себе скрытую энергоемкость В числе материальных затрат имеются продукты внешних производств по отношению к данному

лист х/к 1 ООО

резка рулонов

[холодная прокатка

рутоны х/к

I

1,075

♦¡^термообработк^^|

травление

| обжа гие в слябы ~}-{ резка ;

[ нагрев слитков

слябы 1,115

слитки 1,333

подкат г/к в о I-1 (-

рулонах 1,075 \ НЕрН ГОР343" "Р°катга

->| нагрев стябов Д

лом, скрап 0,593

обозначения

полупродукты и продукты 0,938 —расход, т/т ллста

технологические операции ^ ^ нетепловые

си

руда СтоЛяенская

сталь 1,388

Л.

оккслитетытое рафинирование

, I

чугун 0,938

восстановите тьная пгавка

~П-Г

окатыши 0,844

"Т"

агломерат 0,740

спекание £

ферросплавы

ПРОИЗВОДСТВО окатышей агломерата ыихта олочковаьия

Соколозско-Сарбайская

Руда Михайловская I

Руда Качканарская

Руда Лебединская

Руда I Криворожская{

Руда Лисаковская

Рис 1 Схе^'а производства стального холоднокатаного листа руда - чугун - сталь \«артеновская - слитки - слябы

В каждом переделе число затрат внешних продуктов, собственных полупродуктов, видов топлива и энергоносителей различно и определяется только технологией данного передела

О)

Где Z, — вектор затрат в 1-том переделе, п1, п2, т — количество элементов векторов г,,

Один или несколько векторов могут иметь максимальную длину тах(т). Совокупность векторов Д, вообще говоря, может образовать матрицу затрат размером гхтах(т),

' Z2l V

z,= Zi,2 z2 = Z2,2 Z,2

_Z2 n2 _ m _

(4 J

СМЕИЭ- -GMÏMEHS

(2) Ô

Рис 2 Граф многооперационной технологии

в которой все векторы Z, с m < max(ni) должны быть дополнены нулевыми элементами до размера max(zrn).

Каждому элементу z,j векторов Z, может быть поставлен в соответствие элемент £ч векторов &, представляющий оценку энергоемкости материала, топлива или энергоносителя

(2)

Тогда энер1 оемкость первого полупродукта-

и1

(3)

Если полупродукт Р! поступает в передел 2 и его количество выражается элементом затрат то при расчете энергоемкости второго полупродукта вместо оценки £2,1 учитывается более точная оценка б;, отражающая структуру затрат данного предприятия в первом переделе

Xi" ' e2,l ' 4l"

£I,Z s2 = ¿2,2

Л».

е2 — Z2,\

п2 2

'2 J

(4)

Поскольку полупродукт Р] также поступает в 3 передел, аналогично может быть рассчитана энергоемкость и полупродукта Р3

пЗ

ез=2зл-е1+УЕ2и-£и (5)

В 4 передел не поступают собственные полупродукты, его энергоемкость е4 вычисляется по общеотраслевым оценкам, как и

В 5 передел поступают сразу три собственных полупродукта Р2, Рз и Р4 В соответствии с этим, энергоемкость полупродукт Р; может быть определена следующим образом

и5

б5 = ^5,1 * б2 + 2 ''+ *5,3 " е4 + X ^ ' (6)

)=А

Аналогично, с учетом вхождения собственных полупродуктов в соответствии с расчетной схемой (графом), могут быть рассчитаны энергоемкости всех остальных полупродуктов и конечного продукта

Теплопотребление материалов в ходе их тепловой обработки в /-той технологической операции может быть рассчитано по общей формуле

)/ = X Ку • АК / ('Чу ) + (Яэ-а ) / - )у ] (7)

у

где

(д/р), - теплопотребление в г -той операции, Дж, 1 — номер технологического передела, ] — номер материала в /-том переделе,

тч - масса материала, подвергающегося тепловой обработке, кг, АИ^ - изменение энтальпии материала, подвергающегося тепловой обработке в интервале температур Дж/кг,

А- интервал температур материала, подвергающегося тепловой обработке, К,

(Чзчд),] — теплота эндотермических реакций в интервале температур тепловой обработки А(,0, Дж/кг,

(Чэкз/,] ~ теплота экзотермических реакций в интервале температур тепловой обработки А(,р Дж/кг

Общее теплопотребление на конечный продукт может быть рассчитано с учетом поточных коэффициентов (8)

где

к, - дифференциальные коэффициенты, т/т полупродукта, I - номера Переделов,

К1 - интегральные (сквозные) коэффициенты, т/т конечного продукта Здесь I принимает значения только из подмножества маршрута от N до данного передела Например, для 4 передела в маршрут входят элементы 10-98-7-5-4 (с пропуском 6 передела) и, соответственно, К4 = к4-к5 ку к8 к9- к10

Суммарное извлечение руд всей железорудной базы на 1 т конечного листа.

Х^+Хтгг^ I

(9)

; ; (n)j у

Суммарный выход хвостов обогащения по всей железорудной базе комплекса

2Х,

г*

\

п

{

7,

Л

Гк

(10)

Суммарные потери железа (окисленного) в хвосты обогащения по всей железорудной базе

л

в,

Fe

— ^

jk

h_

(П)

Где

R — общее извлечение руд железорудной базы, кг/кг листа, 7 — номер технологической операции (передела), J — номер материального потока,

к, - дифференциальный поточный коэффициент в I операции, кг/кг,

r,j - расходы j руд в i - той операции, кг/кг полупродукта,

C,j - расходы концентратов, кг/кг полупродукта,

Ylj - выход концентратов при обогащении j руды, кг/кг руды,

P¡j - расход полупродуктов предыдущих операций, кг/кг г-ro полупродукта,

<7j - расход концентрата на полупродукт предыдущих операций, кг/кг,

Н - общее количество хвостов обогащения, кг/кг листа,

ухв - выход хвостов обогащения, кг/кг руды,

Fen~ суммарные потери железа в хвосты обогащения, кг/кг листа, Ote ~ содержание железа в хвостах j месторождения

Расчетами определено общее извлечение ресурсов для производства листа

Для производства 1 т стального холоднокатаного термообработанного листа в вариантах "мартен-изложницы" и "конвертер-МНЛЗ" соответственно извлекается 3,75 - 4,14 т железных руд, известняка 276 - 374 кг, производится 2,138 -2,359 т хвостов обогащения (разбросанных по 10 месторождениям), в которых теряется 276 - 305 кг железа (в оксидах). Извлечение энергоресурсов составляет 632 - 706 кг углей (преимущественно коксующихся) и около 345 - 287 м3 природных газов

В итоге действующий комплекс производства листа характеризуется значительной энерго- и ресурсоемкостью и отходностью

Результаты расчета энергоемкости представлены в табл 1

Таблица 1

Энергоемкость лидирующего продукта черной металлургии

Наименование варианта комплекса Энергоемкость, кг у т /т листа

Действующий комплекс черной металлургии (мартен-изложницы), на 1 т проката 1365

Действующий комплекс черной металлургии (конвертер-МНЛЗ), на 1 т проката 1481

Таким образом, из анализа энергоемкости стального листа, производимого по различным вариантам, можно сделать следующие выводы

• черная металлургия по-прежнему идет по энергозатратному пути,

• увеличение доли лома в конвертерной шихте - актуально,

• увеличение доли чугуна превалирует над снижением расходных коэффициентов в литейно-прокагной части комплекса

В силу того, что энергоемкость является суммой затрат энергии по отдельным переделам многооперационной технологии, она может выступать мерой, масштабом оценок как энергозатрат в отдельных переделах в форме анализа ее структуры, так и величины энергосберегающих эффектов отдельных энергосберегающих мероприятий

По опубликованным материалам известны энергосберегающие мероприятия и их эффекты Эти эффекты в дотах от энергоемкости конечного продукта могут быть оценены по различным базам сравнения "мартен-изложницы" и "конвертер-МНЛЗ" Полученные результаты показывают, что доли энергосберегающих эффектов не превышают 4% общей энергоемкости листа

В целом, применение энер! оемкости в качестве масштаба энергосберегающих мероприятий показывает, что отдельные мероприятия дают незначительные эффекты, и что, по всей видимости, главный резерв энергосбережения выражается другими научно-техническими проектами

Сводные сопоставительные данные по энергоемкости и теплопотребле-нию, по вариантам производства, представлены в табл 2

Полученные расчетные данные дают основания для первичной диагностики энергоиспользования в действующем теплотехнологическом комплексе про-

изводства стального листа из железных руд и стального лома путем сопоставления величин теплопотребления и энергоемкости

Таблица 2

Вариангы производства Теплопотреб-ление, кг у т Энергоемкость, кг у т

Действующий комплекс черной металлургии (мартен-изложницы), на 1 т проката 553 1365

Действующий комплекс черной металлургии (конвертер-МНЛЗ), на 1 т проката 566 1481

Отношение теппопотребления к энергоемкости производства по тому же варианту может быть определено как коэффициент полезного использования подведенной энергии топлива (табл 3)

Таблица 3

Варианты производства в действующем комплексе Коэффициент полезного использования

(Мартен-изложницы) 0,405

(Конвертер-МНЛЗ) 0,382

Таким образом, эффективность производства стального листа из железных руд и стального лома по рассматриваемым вариантам при указанном подходе получается практически одинаковой и достигает 40% Эта цифра часто встречается в оценках специалистов черной металлургии

Столь высокие показатели не стимулируют в достаточной степени поиски решений, направленных на повышение энергоэффективности металлургического производства

Следует признать, что диагностические свойства энергоемкости производства продукции в замкнутом теплотехнологическом комплексе чрезвычайно ограничены пределами этого комплекса, однако могут быть использованы масштабно и эффективно в сопоставлении с характеристиками другого, перспективного комплекса

Очевидно, что на следующем шаге для решения задач энергосбережения (а именно - интенсивного) и технического прогресса теплотехнологии черной металлургии необходимо сопоставление энергоемкости производства лидирующего продукта в действующем комплексе и в другом комплексе производства этого же продукта, отличающемся максимальной эффективностью, безотходно-стью, высокими энергосберегающими характеристиками, то есть - экстремальными показателями

Разработка такого перспективного теплотехнологического комплекса черной металлургии и определение е1 о основных признаков и характеристик представляет собой фундаментальную задачу энергетики теплотехнологии, вообще, и черной металлургии - в частности

Глава третья

В этой главе ставится и решается задача формирования технологической основы перспективной технологической схемы производства стального листа в замкнутом теплотехн о логическом комплексе черной металлургии на основе наиболее прогрессивных известных технологических решений, доказанных теоретически или экспериментально.

Задача в общем виде может быть сформулирована следующим образом: для заданного состава железных руд и заданного состава стального листа (рис. 3) разыскать такую совокупность и последовательность операций, которая обеспечит без отходно сть переработки руд и минимум потребления энергни внешнею источника.

Область поиска решения задачи ограничим: для восстановления - природными углеводородами (уголь или природный газ), для ошяако-вания - природными карбонатами.

Для обеспечения возможности сравнительного анализа характеристик двух комплексов состав железных руд принят равным составу смеси руд железорудной базы действующего комплекса, а производимый лист отвечает составу и качеству холоднокатаного термообработанного листа.

Необходимость и возможность переработки сырых или слабообогащенкых руд отмечается специалистами черной металлургии, так как она: позволяет полностью ликвидировать отходы обогащения и потери железа (в оксидах); полностью отвечает основополагающему технологическому и экологическому принципу безотходности; открывает возможность комплексной переработки природного минерального сырья в едином технологическом процессе.

При этом полностью сокращаются расходы энергии и материалов на обогащение, но увеличиваются затраты на высокотемпературную переработку минеральной части железных руд. Энергетическое исследование этой дилеммы составляет одну из задач данной работы.

Общие затраты энергии на подготовку окатышей и агломерата, с учетом их расходных коэффициентов на 1 т чугуна (0,899 т окатышей и 0,789 т агломерата), составляют 5523,44 МДж (188,46 кг у.г.). Из них затраты на электроэнергию г/ри обогащении составляют 1733,50 МДж/т чугуна, а затраты топлива на спекание 3005,98 МДж (102,56 кг у.т./т), остаток - Другие расходы.

Теоретические возможности регенерации теплоты охлаждаемых спеков окатышей к агломерата составляют 2526,89 МДж/т чугуна, однако, с учетом уже осуществляемой фактической регенерации части этой теплоты в тепловых схемах обжиговых машин, остаток энергии материалов, сходяших с обжиговых лент, составляет лишь 907,97 МДж/т чугуна (30,98 кг у.т.).

Таким образом, в действующей технологии возможно регенерировать не более 16,44% общих затрат энергии на подготовку железорудного сырья к доменной восстановительной плавке Основная причина этого - невозможность регенерации затрат электроэнергии на размол железных руд, достигающих 140 кВт ч/т чугуна.

Железорудные месторождения Затраты энергии на

'—х /—прямое расплавление ру-

( ... ) ( N ) ды с необходимым количеством известняка (основность 1,0), с учетом экзотермии шлакообразования, теоретически равны 6229,28 МДж/т полупродукта (212,538 кг у т), но значительная часть теплоты расплава может быть регенерирована 4550,91 МДж/т (155,274 кг ут) Тогда минимально необходимый расход энергии составит 1678,37 МДж/т (47,639 кг у т.) В подобном процессе можно регенерировать до 73,06% подводимой теплоты.

Предельное совершенствование регенеративной схемы плавления позволяет снизить энергию внешнего источника на процесс до 1678 МДж/т (47,639 кг у т), тогда как путь обогащение-

окомкование требует минимум 4615 МДж/т чугуна (157 кг у т /т)

Все эти обстоятельства позволяют включить

прямое плавление сырых или слабообогащенных руд в концептуальную базу перспективной модели теплотехнологического комплекса черной металлургии

В плавильно-восстановительной части комплекса формируется схема, включающая переработку сырых или слабообогащенных железных руд в высокотемпературном жидкофазном восстановительном процессе с получением углеродистого полупродукта с регулируемым содержанием углерода, отделе-

Г Окислительное' Лом|~*^ рафинирование

У "

Жидкая сталь

4

1

шлак

Кристаллизация и охлаздение

Непрерывная разливка

I

Цементный клинкер

Непрерывная горячая прокатю

I Непрерывная [холодная прокатк;

-1-

Непрерывная [ термообработка

Прокат

технологические операции

( кетеплозые |

полупродукты и продукты

Рис 4 Технологическая схема идеального комплекса

ние восстановительного шлака, переработку полупродукта в сталь, переработку шлаков на цементный клинкер В перспективную схему отобран непрерывный сталеплавильный процесс, как наиболее прогрессивный вариант сталеплавильного производства Принимается, что все сталеплавильные шлаки перерабатываются с восстановительными шлаками на плавленый цементный клинкер Схема литейно-прокатной части опирается на доказанные технические возможное ги непрерывной совмещенной разливки, горячей и холодной прокатки и непрерывной термообработки в потоке

Перспективная технологическая схема

Итого, с учетом принятых решений, получаем перспективную технологическую схему термодинамически идеального комплекса черной металлургии (рис 4) В концептуальную основу идеального перспективного технологического комплекса включены прямое плавление и жидкофазное восстановление железных руд, непрерывный сталеплавильный процесс, переработка всех шлаков в продукцию, непрерывная совмешенная разливка-прокатка-термообработка стального проката Перспективная доля лома по прогнозам технологов составляет 50% В качестве одного из вариантов переработки шлаков в продукцию может быть принято производство плавленого цементного клинкера.

В четвертой главе проведены исследования энергетической базы для реализации перспективной технологической схемы Последовательность технологических операций восстановления и плавления, а также энергетическое базирование технологий на углях или природных газах, могут служить основанием для классификации известных реализованных процессов черной металлургии

(рис 5) Дня эгих процессов имеются многочисленные теоретические и практические данные по энергомате-риалопотреблению

Однако надо заметить, что по результатам литературного обзора, сочетанию классификационных признаков "плавление - восстановление" с базированием на природном газе не отвечает ни один известный процесс

Эта очевидная неполнота классификации означает, что вопрос о наиболее эффективном процессе черной мегаллургии, в смысле энергоматериалопотребле-

Топливо и восстановитель Последовательность операций

Восстановление-плавление Плавление-восстановление

Уголь ДОМЕННАЯ ПЛАВКА РОМЕЛТ

ПГ МИДРЕКС

Твердофазное Жидкофазное

Тип восстановления

! Рис 5 Классификация рудовосстановитетьных I_процессов___

ния, не может быть решен без исследования характеристик процесса, в котором плавление железных руд предшествует их жидкофазному восстановлению, осуществляемому на энергетической базе природного газа

В ходе исследования проводился сравнительный анализ энергетических характеристик природного газа, четырех видов его конверсии и чистого углерода в процессе восстановления оксида железа при температуре 1600°С

Для обобщенного состава восстановителей - смеси трех основных компонентов Н2, СО и С, а также четырех видов конверсии - результаты расчетов приведены на рис 6

Оксид углерода при максимальной степени использования 16% требует затрат 1,077 кг у т./кг Ие на собственно восстановление, то есть в данных условиях работает наименее эффективно Значительно лучше работает водород (степень использования 51%), которого требуется на восстановление 0,287 кг у т/ кг Бе Наименьший расход восстановителя обеспечивает чистый углерод (при полном его окислении до СО и окислении СО на 16% до СО2) 0,215 кг у т / кг Бе Однако углерод создает и наибольший дефицит теплоты 2553 кДзг/ кг Ре,

тогда как водород - на порядок меньше (332 кДж/ кг Ре)

Условия покрытия дефицита теплоты в расплаве ограничиваются степенью окисления топлива и теплотой отходящих газов с температурой 1600°С Эффективность (максимальная доля теплоты сгорания) углерода и водорода в качестве топлива для восстановительной плавки близка 0,239 и 0,229, соот-

ветственно

Рис 6 Удельный расходы тре\кочпонентнь.х восстановите 1ей в восстановитечьной плавке >че™еза

Ео - удельный расход восстановителя, кг у т /кг Ге,

- массовая доля углерода в восстановите^, кг/кг, 'шНз - массовая доля водорода в восстановителе, кг/кг, УКК - продукты углекчсотьой конверсии, КК - гродуеты кислородной конверсии, ГТВК - гродукты пароводяной конверсии, СВС - сам еводородная смесь

0 0 2 0 4 0,6 0 8 Ш]12

ОБОЗНАЧЕНИЯ

Поэтому чистый углерод в условиях идеального равновесного восстановления оксидов железа при 1600°С, по сумме расходов восстановителя и топлива на покрытие дефицита теплоты, в итоге проигрывает водороду из-за большой эндотермичности прямого восстановления углеродом

(табл 4)

Заметим, что даже в

условиях полного сжигания соответствующего восстановителя для покрытия эндотермии восстановления суммарный расход углерода не ниже суммарного расхода водорода (строка 4) В условиях же неполного сжигания с коэффициентом расхода кислорода 0,56 расход углерода как топлива на порядок превышает расход водорода (строка 6).

Таблица 4

Сравнение энергетических характеристик водорода и углерода

РАСЧЕТНАЯ ВЕЛИЧИНА Размерность j Н2 С

1 Расход на восстановление кг у.т /кг Fe 0,287 0,215

2 Дефицит теплоты в зоне восстановления кДж/кг Fe 332 2553

3 То же, в условном топливе кг у т /кг Fe 0,0U 0,037

4 Сумма строк 1 и 3 кг у т /кг Fe 0,298 0,302

5 Доля теплоты сгорания того же восстановителя, которая может быть передана расплаву в безокислительном режиме - 0,229 0,259

6 Дополнительный расход того же топлива на покрытие дефицита теплоты кг у т /кг Fe 0,0480 0,3359

7 Сумма расходов на восстановление и покрытие дефицита теплоты (строки 1 и 6) кг у т /кг Fe 0,3350 0,5509

В итоге водород обеспечивает меньший расход энергии по сравнению с углеродом (строка 7)

Этот идеальный термодинамический результат лежит в фундаменте энергетических оценок жидкофазного восстановления железа

Соответственно этому результату СВС как механическая смесь чистого углерода и водорода имеет промежуточные характеристики 0,248 кг у т /кг Fe Сравнение расчетных характеристик СВС и чистого углерода с учетом затрат на получение СВС и кислорода для сжигания обоих видов топлива показывает, что СВС обеспечивает суммарные затраты теплоты топлива (природного газа) 12 988 кДж/кг Fe (0,443 кг у т /кг Fe), а углерод (чистый) 16 634 кДж/ кг Fe (0,568 кг у т /кг Fe)

Таким образом, продукты термического разложения природного газа (СВС) могут обеспечивать жидкофазное восстановление железа на минимальном энергетическом уровне, выигрывая по этому показателю, как у всех продуктов окислительных конверсий природного газа, гак и у чистого углерода

Газообразные продукты жидкофазного восстановления железа характеризуются высокой температурой, значительным содержанием горючих компонентов и расплавленным капельным уносом

Все эти характеристики определяют значительные потери энергии технологического процесса и трудности их снижения

Разработанный в МЭИ способ эффективного снижения температуры отходящих газов и одновременного повышения энергоценности газов путем подачи

в высокотемпературный поток природного газа получил название "энергохимическая аккумуляция" (ЭХА)

По ЭХА природным газом высокотемпературных продуктов сгорания (окисления) автором были выполнены в МЭИ теоретические и экспериментальные исследования, обобщенные в монографии, основные результаты которых приводятся ниже

На рис 7 представлены основные зависимости, использовавшиеся при расчетах окислительно-восстановительных реакций в продуктах окисления природного газа, как горения исходного газа, продуктов его неполного окисления, так и ЭХА и горения продуктов ЭХА

Возможные реакции в равновесной системе описаны блоком уравнений (12) и включают, в том числе, реакции диссоциации Н20 и С02

Термохимические данные (13) содержат константы атомизации компонентов продуктов сгорания, по которым вычисляются константы равновесия реакций (4 5), а также зависимости полных энтальпий компонентов от температуры Балансы элементов С, Н и О в системе (14) выражают закон сохранения массы в реагирующей системе

Равновесное распределение массы соединений в систему описывается законом действующих масс (15)

Закон сохранения энергии (16) позволяет вычислить равновесную температуру л:", которую принимает система с начальной температурой х' в результате процессов горения (при добавлении в систему кислорода) или ЭХА (при добавлении в систему метана)

Полагаем, что, в рамках поставленной задачи, азот не образует соединений и участвует лишь в тепловом балансе

Результаты теоретического исследования энергохимической аккумуляции на термодинамической модели представлены на рис 8

Для металлургического реактора восстановительной плавки характерен (теоретически) довольно широкий диапазон возможных степеней окисления отходящих газов о = 0,25 - 0,6 Общая картина возможностей ЭХА для отходящих реакторных газов в этом интервале степеней окисления представлена на рис. 8 На этом рисунке по горизонтальной оси отложены конечные достигаемые температуры продуктов ЭХА, а по вертикальной - их жаропроизводитель-ность при использовании в качестве топлива Характеристики продуктов ЭХА отмечены точками, интервал между которыми составляет 0,1 м3/м3 исходного метана

Из представленных на рис 8 данных видно, что отходящие реакторные газы с низкой степенью окисления (начиная примерно с а = 0,43 и ниже) имеют собственную жаропроизводительность выше, чем у природного газа (отмечена горизонтальным пунктиром на уровне 2317 К) Прирост жаропроизводительно-сти при ЭХА таких газов сравнительно невысок.

Реакции в системе

со2+н2 = со+н2о

СЯ4+#20 = С0 + 3 #2

СО Н20

сн4 н2о

со (Н2У

он2 я2 _ КигоКх)

Н202 Кгон{х) К„Ы)

(Я2)2 о2 _ К2Нг0(х)

(13)

2 Н20 = Я2 + 2 ОН (12)

2 Н20 = 2 #2+<Э2

Термохимические данные

х = Г 1(Г4

</(х) = к0+к 1п(дг) + к_2 х~2 +к_х х'1 + £, + £7 л7

я, м = дя;,298>15+(ЯГ -Я0°)+(Я2°9515 -Я0°) (Яг-Я0°), =41868 (/г0+й., лГ'+й, л'+Тг. *2 + л:8)

Балансы элементов в системе

со+со2+сн4 ~ [с]

■ Н2 + Н20 + 0,5 ОН+ 2 СНА = [я] П4)

С02 + 02 + 0,5 (СО + Я20 + ОЯ) = [о]

Равновесное распределение масс соединений в системе (СО, Н, Ксо(х) КнЛх)

(15)

Н2Ог К^{х) К01{х) Закон сохранения энергии в адиабатной системе

¿>, #,(*') = |>; Н/х") (16)

1=1

Рис 7 Основные зависимости дтя расчета окистительно-восстанэвителььых реакций в газовой системе С-Н-ОА1

Тж,

К

2500

2400

2300

2200

2100

2Л.'"

а=0,3

I тиш 1200 1400 1600 1800

I ОБОЗНАЧЕНИЯ

Т - температура продуктов ЭХА, К, ' Тж - каропроизводитечы'ость продуктов ЭХА, К, | а - начальный коэффициент избытка кислорода в продуктах сгорания, -,

Рис 8 Достигаемая жаропроизводительность и снижение температуры продуктов ЭХА отходящих газов реактора восстановите таной плавки

Так, например, для газов с а = 0,3 собственная жаропроизводительность равна 2487 К, а при добавлении 0,2 м3/м3 метана она возрастает до 2544 К, то есть лишь на 57 К Температура продуктов ЭХА при этом падает до 1272,5 К, то есть на 600 К Данный режим интересен тем, что в нем полностью расходуются все окислители исходного отходящего газа Из рисунка также видно, что из отходящих газов газокислородного источника энергии со степенью окисления а = 0,6 и менее можно путем ЭХА получать топливные газы жаропроизводительностью 2230-2540 К, что сравнимо с жаропроизводительностью исходного природного газа Количество добавочного метана при этом в зависимости от степени

окисления 0,20-0,25 м3/м3

составляет

Из рис 8 также видно, что для достижения конечной адиабатной температуры процесса ЭХА в интервале степеней окисления отходящих газов а = 0,3 -0,6 достаточно добавления 0.20 - 0,25 м3/м3 дополнительного метана, то есть увеличения расхода топлива на 20 - 25 % При этом получается топливо, сравнимое по жаропроизводительности с природным газом, и в количестве, превышающем количество исходного топлива

Экспериментальные исследования ЭХА, проведенные в МЭИ, подтвердили принципиальную возможность осуществления этого процесса с высокой скоростью в ограниченном объеме (рис 9) Условия проведения эксперимента коэффициент расхода окислителя 0,88, содержание кислорода в дутье 25%, температура газов в камере сгорания 1580°С, температура на выходе из экспериментального канала 1400°С

На рис 10 представлены прогнозные и фактические содержания метана в продуктах ЭХА Так, при удельном расходе дополнительного природного газа 0,468 м3/м3 фактическое содержание метана составило 2%, а прогнозное 1,83%,

что на 0,37% меньше В области больших удельных расходов дополнительного природного газа прогнозные характеристики отличаются от экспериментальных не более чем на 1 %

Удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных данных по содержанию метана в продуктах ЭХА позволяет сделать вывод о вероятном протекании реакций аккумуляции на 70% Остальные расчетные характеристики построены в этом же предположении

Содержание азота в продуктах аккумуляции описывается теоретической моделью с достаточной точностью Максимальное отклонение предсказанных характеристик от экспериментальных наблюдается при расходе дополнительного газа 0,327 м3/м3 и составляет 2,14% В области же больших расходов отклонения составляю г 1,37% и 1,31 %

Температуры продуктов ЭХА при различных добавках природного газа достаточно хорошо совпадают с результатами расчетов, особенно при малых и средних расходах природного газа. Так, при расходах 0,163 и 0,245 м3/м3 расхождения по температуре составляют 2-3°С, а при расходе 0,327 м3/м3 температуры в эксперименте и в расчете совпали 1155°С В области больших расходов дополнительного природного газа отклонения расчетных температур от фактических составляют 14- 17°С или всего 1 47%

Таким образом, эксперименты с энергохимической аккумуляцией продуктов сгорания природного газа подтверждают возможность осуществления интенсивною охлаждения продуктов сгорания с достаточной глубиной степени ЭХА

А10 Г9

Лриротный / газ --№—

г2

Г

С

вода 200 500

вода Л 12 ^ ,1 | В°Ва 12 |

Х-=>9

"|'ош Т \_3 4 и 5 ] 6 ] , /вода Т

и

Вода

Природной газ

Кислорог

ОЬОЗЧАЧЬНИЯ

1 камера сгорания

2 газогоре ючное устройство I 3 - газовый кот лектор

4 •экспериментальныйканал, * 5 • оги^порныР высожпииоземисшй б/ок, I 6 - сюП шалотяой И301ЯЦИН | 7 - Еодяное охлаждение 8•выходной экран, 9 регулировочные вентили II) - измерятиные диафразмы, л I • ротамето

12 - каналы доступа в камеру сгорания и экспериментальный канат

Рис 9 Схема экспериментальной установки ЭХА

Повышение начальной температуры продуктов сгорания, увеличение реакционного объема и времени реагирования, повышение обогащения воздуха кислородом и снижение содержания азота в продуктах сгорания открывают возможность получения нового топливного газа с высокими теплотехническими характеристиками

Таким образом, энергохимическая аккумуляция высокотемпературных продуктов сгорания природным газом является мощным энергосберегающим способом, позволяющим решить многие энергетические проблемы высокотемпературных процессов

***

Выполнен сравнительный анализ энергетических характеристик СВС и углей в жидкофазном процессе восстановления железа и показано, что применение рядовых энергетических углей с зольностью около 25% при прочих равных условиях требует минимум на 35% больше суммарных затрат энергии, чем холодная С ВС В случае горячей СВС этот разрыв существенно возрастает Применение энергетических углей для жидкофазного восстановления железа в максимально эффективных условиях неизбежно ведет к лидирующему производству энергетической продукции, и вспомогательному - черной металлургии Эффективное применение природного газа может быть использовано для производства преимущественно металлургической продукции

По технотогическим, энергетическим и ресурсным критериям природный газ может быть избран энергетической базой перспективной схемы тештотехно-логического комплекса черной металлургии (на примере производства стального листа) Природный газ открывает возможности развития черной металлургии в эиергоресурсосберегающую и экологически чистую компактную отрасль.

70 60

э

^»С 1200 1000

Егор % 20 10

-1 --- О'

0 4 ДСН;

м!/м!

ОБОЗНАЧЕНИЯ СН, - содержание метана в продуктах ЭХА, % N2 содержание азота в продуктах ЭХА % I - температура продуктов ЭХА "С, £гор " суммарное содержание горючих ком"онентов

в продуктах ЭХА. % АСШ - количество добавляемого метала м /м1

Рис 10 Состав и температуры гродуктоз ЭХА в завгеи-мости от количества добавляемого метана в физическом эксперименте

Глава пятая

Определен теоретический минимум затрат энергии на производство заданного продукта из заданного сырья, который имеет фундаментальное значение для энергетики теплотехнологии, интенсивного энергосбережения и ускоренного технического прогресса изучаемого теплотехнологического комплекса, так как

• является необходимым условием определения полного резерва энергосбережения в изучаемой теплотехнологии,

• открывает возможность объективной диагностики энергоиспользования в действующей теплотехнологии производства лидирующей продукции,

• открывает возможность установления направлений скорейшего снижения энергозатрат на производство заданной продукции

Определение теоретического минимума энергозатрат энергии внешнего источника возможно только на основе максимально полного использования технологической регенерации, энергосберегающего источника энергии и энергосберегающей тепловой схемы

Построение тепловой схемы включает

1 Выбор источника энергии для основного технологического процесса,

2 Определение расхода восстановителя и топлива на основной технологический процесс и ЭХА отходящих газов, количества и качества вторичного топливного газа,

3 Построение схемы технологической регенерации теплоты охлаждающихся материалов для необходимого нагреза материалов,

4 Распределение физической и химической энергии вторичных топливных газов для необходимого нагрева материалов, оставшихся после построения схемы технологической регенерации,

5 Определение количества и качества энергоносителей, а также необходимого суммарного расхода внешнего источника энергии,

6 Построение энергетической схемы покрытия технологических потребностей за счет энергии внешнего источника,

7 Определение теоретически минимального расхода энергии на технологический процесс Е°

Расчеты теплопотребления в ТДИК проведены по известному материало-потреблению и известным теплофизическим характеристикам материалов

Установлено, что для тепловой обработки материалов и получения конечных продуктов (при доле лома 50%) необходим подвод 8496,6 МДж на совокупный продукт При этом потоки теплоты охлаждающихся материалов составляют 4857,3 МДж/т В термодинамически идеальном комплексе, по I закону термодинамики, теоретически возможен возврат всей энерши охлаждающихся продуктов на тепловую обработку материалов, в этом случае на внешний подвод энергии осталось бы 3639,2 МДж

Однако II закон термодинамики накладывает существенное ограничение на передачу peí енерируемой теплоты в виде обязательного превышения температуры нагревающего тела над нагреваемым Кроме того, технологическую ре-

генерацию существенно осложняют изотермические площадки фазовых переходов и эндотермических реакций

Расчеты технологической регенерации требуют, построения температурно-тепловых графиков всех материалов, распределения греющих потоков по нагреваемым, проверки соотношения начальных и конечных температур тепло-обменивающихся потоков на превышение температур греющего потока, в случае выполнения условий II закона термодинамики - принятия участка теплообмена, фиксации принятого участка теплообмена по регенерированной теплоте и четырем температурам потоков (начальной и конечной для каждого из двух), построения последующих участков теплообмена вне границ принятых.

Такое мозаичное построение теплообмена является многовариантным с целью передать максимум энергии охлаждающихся потоков нагреваемым и одновременно - свести к минимуму количество нерегенерируемой энергии

Определение минимального расхода энергии внешнего источника осуществляется суммированием расходов топлива по отдельным участкам, не закрытым энергией технологической регенерации и ВЭР.

Результаты расчета энергии внешнего источника и теплопотребления в вариантах термодинамически идеального комплекса (ТДИК) сведены в табл 5 (ДЛ - доля лома/ДШ - доля шлака, направляемого на переработку)

Таблица 5

Минимальные затраты энергии на производство листа

Сопоставляемые комплексы1 ДЛ/ ДШ Тепло-потребление, кгут Энергия внешнего источника, кгут

1 ТДИК, доля лома 0%, без шлакопере-работки о/о 385 346

2 1 ДИК доля лома 0%, с полной переработкой шлаков, 2,89 т цемента 0/1 561 252

3 ТДИК доля лома 50%, без шлакопере-работки 0,5/0 207 214

4 ТДИК дотя лома 50%, с полной переработкой шлаков,! ,37 т цемента 0,5/1 290 ....... 126

Полученные данные по минимальным расходам энергии могут быть эффективно использованы для объективной диагностики энергоиспользования в замкнутом теплотехнологическом комплексе производства листа Уравнение вариантов

В действующем комплексе черной металлургии рассматриваются два варианта производство стали в мартеновских печах с разливкой стали в изложницы и производство стали в конвертерах с разливкой на МНЛЗ

В двух вариантах перспективного идеального комплекса используются разные доли лома в сталеплавильной шихте 0% и 50% Это приводит к образованию разного количества шлака и разного количества возможного производства цемента 2,890 т при доле лома 0% и 1,372 т при доле лома 50% Сводные

характеристики комплексов, приведенные к сопоставимому виду при энергоемкости цемента 250 кг у т, представлены в таблице 6

Таблица 6

Сводные характеристики комплексов в сопоставимом виде

Варианты комплексов ШШД Q, кг у т Е, кг у т

ДК 4M мартен-изложницы 0,38/0 553 1365

1 ДК ЦЕМ 1,37 1,37 246 343

2 ДК ЦЕМ 2,89 2,89 518 723

3 ДКЧМ+ДКЦЕМ 1,37 0,38/1,37 799 1708

d ДК ЧМ+ДК ЦЕМ 2.89 0,38/2,89 1071 2088

г ДК 4M конвертер-МНЛЗ 0,20/0 5661 1481

1 ДК ЦЕМ 1,37 1,37 246 343

2 ДК ЦЕМ 2,89 2,89 518 723

3 ДК ЧМ+ДК ЦЕМ 1,37 0,20/1,37 812 1824

4 ДК ЧМ+ДК ЦЕМ 2,89 0,20/2,89 1084 2204

Таким образом, каждому из вариантов теплотехнологических комплексов соответствуют две связанные величины, характеризующие энергопотребление комплексов теплопоглощение и энергоемкость Две жестко связанные скалярные величины представляют собой математический вектор

Это дает возможность графического изображения характеристик энергопотребления отдельных комплексов в виде векторов, что, в свою очередь открывает возможность визуальных векторных методов анализа и диагностики

На рис 11 представлена векторная диаграмма энергопотребления в действующем комплексе "мартен-изложницы" с долей лома 38%.

Характеристика энергопотребления и энергоиспользования этого комплекса в сумме с уравнивающим действующим комплексом, производящим 1,37 т цемента (ДК 0,38/1,37), представлена вектором D с координатами теплопо-требление 799 кг у т и энергоемкость 1708 кг у т на производство совокупного продукта (1т проката и 1,37 т цемента)

База сравнения - перспективный термодинамически идеальный комплекс с долей лома 50% и полной переработкой шлака на 1,37 т цементного клинкера (ТДИК 0,5/1) - представлен векторе?.; Р с компонентами теплопотребление 290 кг у т и энергоемкость 126 кг у т на тот же совокупный прод}кт

Для каждого из векторов отношение энергоемкости к теплопотреблению является величиной, характеризующей эффективность энергоиспользования в данном комплексе, так как показывает соотношение фактических энергозатрат при принятой энергетической схеме комплекса к физически необходимому количеству энергии при принятой тепловой схеме комплекса

Разность векторов D - Р = R представляет собой вектор полного резерва энергосбережения с компонентами резерв теплопотребления (технологический резерв) Rr= -509 кг

Е,

кгут 1500

1250

1000

750

5С0

¿50

3

дк тдил

0 38/1,37 0,5/1

799 290

1708 126

d р

у т. и общий (или полный) резерв Rg= -1582 кг у. т

Таким образом, общие энергозатраты действующего комплекса могут быть снижены на 1582 кг ут, а физическое теплопоглоще-ние материалов при их переработке из сырья в готовый продукт может быть снижено на 509 кг ут на совокупный продукт (1 т проката и 1,37 т цементного клинкера)

Если из общего резерва Rg= -1582 кг ут, содержащего как технологическую, так и энергетическую составляющую, вычесть технологический резерв Rx= -509 кг у т, то разность ге=-1073 кг ут отражает энергетическую часть резерва, то есть возможности понижения энергозатрат в теплоэнергетической схеме комплекса

Таким образом, на векторной диаграмме представлены возможности снижения энергозатрат как в энергопотребляющей (физическое теплопотребление), так и в энергоснабжаю-щей (общая энергоемкость) части теплотехнологического комплекса черной металлургии

Объективная диагностика энергоисполъзовапня

Сопоставление энергоемкости производства 1 т листа и 1,37 т цементного клинкера в действующих комплексах производства металла и цемента и термодинамически идеальном комплексе дает объективную характеристику энерго-использоЕания в действующих комплексах производства совокупного продукта (табл 7)

Таким образом, коэффициент полезного использования энергии в действующем комплексе "руда - сталь конвертерная - МНЛЗ - чист" составляет 6,9% что существенно ниже часто приводимых оценок на уровне 40% Столь низкий показатель энергоиспользования обусловлен угольным источником энергии,

Q, кгут

Рис 11 Векторная диаграмма энергоиспользования

отсутствием технологической регенерации и переработки всех шлаков на энергоемкий цементный клинкер

Таблица 7

Объективная диагностика энергоиспользования в действующем комплексе

ПОКАЗАТЕЛИ Мартен-изложницы Конвертер-МНЛЗ

Энергоемкость производства 1 т листа, кг у.т 1365 1481

Энергоемкость производства 1,37 т цемента, кг у т 343 343

Сумма, кг у т 17 08 1824

Энергоемкость производства 1 т листа и 1,37 т цемента в ТДИК, кг у т 126 126

Коэффициент полезного использования энергии в вариантах действующего ТТК ЧМ, % 7,38 6,91

Потенциал резерва интенсивного энергосбережения Теоретически минимальный уровень энергозатрат в термодинамически идеальной модели теплотехнологического комплекса черной металлургии на производство 1 т листа составляет 96,6 м3 природного газа и 26,25 м3 кислорода (при доле лома 50%)

Потенциал предельно полного резерва равен разности расходов энергии в действующем комплексе и термодинамически идеальной модели металлургического комплекса Поскольку в перспективной технологии дополнительно может быть произведено 1,37 т цементного клинкера, необходимо привести варианты к одинаковым условиям, добавив к затратам действующего металлургического комплекса (1481 кг ут) затраты действующего комплекса производства 1,37 цемента (343 кг у т )

Суммарные затраты энергии в действующем комплексе составят 1824 кг у т на 1 т листа и 1,37 т цемента (совокупный продукт). Соответсгвующие затраты в термодинамически идеальной модели металлургического комплекса составят 126 кг у т на тот же совокупный продукт Таким образом, полный резерв энергосбережения в этом случае составит 1698 кг у т Резерв ресурсосбережения

Рассчитаны минимальные величины ресурсопотребления в энергетически идеальном комплексе при доле лома 50% и соответствующие им ресурсосберегающие эффекты

При переработке всех шлаков в идеальном комплексе, для приведения вариантов в сопоставимый вид, к показателям ресурсопотребления действующего комплекса производства стального проката добавлены показатели ресурсопотребления действующего автономного комплекса производства цемента

Из полученных данных для термодинамически идеальной модели тепло-технологического комплекса и действующего комплекса следует, что прямое жидкофазное восстановление сырых или слабообогащенных железных руд той же железорудной базы, что и для действующего комплекса открывает принципиальную возможность сокращения расхода на 1 т конечного проката желез-

ных руд на 2,342 - 2,731 т, известняка - на четверть, топлива - на порядок, при этом полностью сокращаются отходы обогащения и потери железа с ним

Структура технологического резерва энергосбережения определяется сравнительным постатейным анализом теплопотребления в действующей (ДК) и термодинамически идеальных моделях комплексов (ТДИК)

Исключение затрат энергии на агломерат, окатыши и кокс уже на стадии получения полупродукта может снизить общее теплопотребление на 7829 МДж Сокращение циклических нагревов металла может снизить общее тепло-потребление уже на 10162 МДж Далее, производство цементного клинкера открывает возможность еще большего снижения суммарной энергии на 34923 МДж в расчете на совокупный продукт.

Полученные данные позволяют определить структуру потенциала технологического резерва энергосбережения по отдельным мероприятиям в долях от резерва При полной товарной переработке шлаков и переходе от доменного производства полупродукта к жидкофазному восстановлению сырых или сла-бообогащенных руд возможна реализация 51% технологического резерва энергосбережения (14923 МДж) Переработка шлаков на цементный клинкер может реализовать до 31% этого резерва Непрерывная разливка на близкий профиль, совмещенная бесконечная разливка-прокатка и полное использование теплоты жидкой стали могут реализовать до 18% потенциала резерва энергосбережения Если же не идти на полную переработку всех шлаков, то в восстановительной части комплекса переход на жидкофазное восстановление потенциально реализует до 74% технологического резерва, а предельное совершенствование литейно-прокатной части - до 26% этого резерва, однако сама величина этого резерва значительно меньше (почти вдвое)

Открытая структура технологического резерва энергосбережения позволяет выбрать минимальное количество максимально эффективных мероприятий, ранжировать мероприятия интенсивного энергосбережения в черной металлургии и таким образом определить основные направления эффективного снижения энергетических (и ресурсных) затрат в комплексе

В действующем комплексе черной металлургии наибольший эффект может дать жидкофазное восстановление железа из сырых или слабообогащенных руд (51% резерва), переработка всех шлаков на цементный клинкер (31%) и непрерывная совмещенная разтивка (на близкий к конечному профиль) - прокатка -термообработка, с полным использованием теплоты жидкой стали и термооб-работанного проката (18%)

Эти ресурсосберегающие мероприятия вскрывают резерв материало-энергосбережения в черной металлургии для условий производства стального проката из железных руд и 50% стального лома, применения высокотемпературного восстановления углеводородами (углем или природным газом) и могут служить основой разработки энергетических вариантов сценарич развития черной металлургии

Структура техноло1ического резерва завершает диагностику энергоиспользования и открывает возможности теплотехнической разработки новых процес-

сов и оборудования, реализующих резерв интенсивного энергосбережения в черной металлургии Глава шестая

Полученная ранее структура технологического резерва указывает на основные элементы перспективной модели, жидкофазное восстановление железных руд, полную переработку всех шлаков и непрерывный литейно-прокатный процесс с использованием теплоты охлаждающейся стали.

В соответствии с этим определяются и основные элементы перспективной модели, подлежащие разработке, восстановительный реактор, реактор потуче-ния сажеводородной смеси; реактор окислительного рафинирования; реактор переработки шлаков; устройства реализации технологической регенерации теплоты жидкой стали

Поиск решений теплотехнического оформления основного оборудования для реализации перспективной схемы черной металлургии опирается на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования и патентные разработки кафедры ЭВТ МЭИ, в том числе - и с участием автора

Общее схемное решение задачи жидкофазного восстановления защищено патентом СССР № 1 811 699 коллектива кафедры ЭВТ ПТЭФ МЭИ 1991 года "Способ прямого получения чугуна и энергоценного вторичного газа". В этом способе предусматривается использование специальных видов конверсии природного газа СВС и ЭХА

Основной восстановительный реактор защищен А с 1322681 СССР, МЕСИ5 С 21 В 13/00 Решение относится к области черной металлургии, в частности, к непрерывным способам получения жидкою металла (чугуна, стали) (рис 12)

Цель - обеспечение непре--*- рывной и длительной работы — теплового ограждения ванны, интенсификации процесса тепломассообмена

Высокотемпературная реакционная камера выполнена полностью из искусственно охлаждаемой металлической конструкции с первичной набивкой под гарниссаж Для отвода тепловых потоков от искусственно охлаждаемого ограждения могут быть использованы вода жидкометаллические, органические и прочие теплоносители

Создание однородной шлакометаллической эмульсии обеспечивается путем продувки всего объема металлургической ванны газами со скоростью продувки 6-30 м/с

Рис 12 Металлургический реактор по а с СССР №1322681

Решение, в частности, является частью способа прямого получения металла в системе безотходной переработки жечезных руд на металл и позволяет обеспечить длительную непрерывную работу агрегата

На устройство для получения СВС получено А с СССР № 1 680 759 Анализ возможностей регенеративного использования теплоты жидкой стали привел к техническому решению по разливке жидкой стали на жидкоме-таллическую подложку с непрерывным вытягиванием затвердевающей стальной полосы с поверхности жидкой подложки при их противоточном движении (Патент 2 239515 РФ, МКИ7В 22 И 11/01) (рис 13)

-- -1

— — — — — — —

— — — — — 4 —

Рис 13 Схема способа трехслойной противоточной разливки стали между двумя жидкими слоями

ОБОЗНАЧЕНИЯ 1 - тяжечый теплоноситечь, 2 - сталь, 3 - леютй теплоноситель

При противотоке стали и теплоносителя возможен нагрев его выше температуры плавления стали, что открывает принципиальные возможности плавления таким теплоносителем лома для сталеплавильных процессов и увеличения его доли вплоть до 100% Особо важное значение это имеет в электросталепла-вилышм производстве для предельного сокращения удельного расхода электроэнергии до теоретического минимума При прямоточной схеме движения стали и теплоносителя возможно достижение высоких скоростей разтивки стали и затвердевания полосы порядка п 10° м/с, что имеет исключительно важное значение для прямого совмещения разливки и прокатки и достижения непрерывности производства

Таким образом, технические решения по основным элементам перспективной модели прошли техническую экспертизу и защищены патентными документами

К числу опорных признаков перспективной модели относятся широкое и органичное применение кипящего слоя расплава, как для плавления полидисперсных рудных материалов, так и для обработки расплавов в восстановительных и окислительных процессах с целью достижения высокой объемной удельной производительности, применение систем "много шлака - мало металла" для восстановления и рафинирования полупродукта, организация устойчивого гарниссажного ограждения высокотемпературных плавильных реакторов для

обеспечения длительной непрерывной работы; переработка природного газа на сажсводородчую смесь для наиболее эффективного использования в восстановительной плавке и для энергообеспечения высокотемпературных процессов; непрерывная скоростная разливка стали на жидкую подложку для обеспечения высокой скорости формирования тонкой плоской заготовки {стальной полосы), необходимой для прямого совмещения разливки и прокатки; отвод теплоты жидкой стали с максимально высоким температурным потенциалом для высокоэффективного регенеративного использования полученной энергии.

Общий вид варианта перспективной модели в принципиальных технических решения представлен на рис. 14.

Рис. 14 Перспективная модель черной металлургии в принципиальных технических решениях ОБОЗНАЧЕНИЯ:

1 - прямоточно-вихревой реактор предварительного плавления железных руд; 2 - реактор получения СВС; 3 - основной восстановительный реактор; 4 - рафинировочный реактор; 5 -литейно-прокатный агрегат со скорости им кристаллизатором.

Глава седьмая

Выполнены оценки практических характеристик перспективной модели и определены возможные направления использования результатов работы.

Оценим возможное снижение резерва интенсивного энергосбережения в условиях неидеальности процессов тепломассообмена и их неадиабатности.

При оценке протекания реального процесса восстановления рудного расплава восстановителем СВС в наихудших условиях массообмена можно предположить следующее: углеродная часть СВС, подаваемая в расплав, используется практически полностью; степень использования водорода равна нулю; степень использования оксида углерода (вторичного) равна нулю.

Тогда основные исходные параметры тепловой схемь: принимаются в соответствии с приведенными теплотехническими решениями.

Оценка энергоемкости производства листа только по видимому расходу природного газа и кислорода, без учета возможного покрытия собственных затрат на производство кислорода, дает величину 0,8096 кг у т /т листа (табл 8)

Это - максимальная оценка энергоемкости при работе реактора в предельном углеродном режиме

Таблица 8

Оценка энергоемкости производства листа в комплексе

ПОКАЗАТЕЛИ Ед/кг Л Л - лист Величины

1 Видимый расход природного газа м7кгЛ 0,561

2 То же в условном топливе кг у т /кг Л 0,6861

3 Видимый расход кислорода м3/кг Л 0,398

4 То же в условном топливе кг у.т /кг Л 0,1235

5 Энергоемкость листа (по природному газу и кислороду) кг у т /кг Л 0,8096

Максимальная оценка энергоемкости листа в рассматриваемом комплексе и предельном углеродном режиме и минимальная энергоемкость производства листа в действующем комплексе "мартен-изложницы" дают оценку минимального резерва энергосбережения (табл 9) при работе в принятых условиях Но и в этих условиях резерв превышает 555 кг у т /т листа, и кроме того, в комплексе может быть дополнительно произведено до 1000 кВт ч/т листа

Таблица 9

Оценка минимального резерва энергосбережения _

ПОКАЗАТЕЛИ Ед изм Величины

1 Энергоемкость производства диета в действующем комплексе мартен-изложницы кг у т /кг Л 1,365

2 Энергоемкость листа в рассматриваемом неидеальиом комплексе кг у т /кг Л 0,8096

3 Резерв энергосбережения кг у т /кг Л 0,5554

4 Дополнительные ВЭР кг у т /кг Л 0,3069

5 Возможная выработка электроэнергии на ВЭР при кпд 0,4 кВт ч/кг Л 0,9993

Оценку максимального резерва энергосбережения можно получить, используя в рассматриваемом комплексе компенсацию затрат электроэнергии на производство кислорода за счет собственного производства электроэнергии, с одной стороны, и повышенную энергоемкость комплекса "конвертер-МНЛЗ" -с другой (табл 10) В этом случае резерв энергосбережения достигает почти 800 кг у т /т листа одновременно с возможностью производства электроэнергии до 790 кВт ч/т листа

***

Таким образом, в указанных предположениях незавершенности массооб-мена и потерь энергии в окружающую среду рассматриваемый комплекс позволяет рассчитывать на резерв энергосбережения 500 - 800 кг у т. при производ-

стве каждой тонны листа Одновременно комплекс может производить на ВЭР значительное количество электроэнергии от 500 до 1000 кВт ч/т листа

Таблица 10

Оценка максимального резерва энергосбережения

ПОКАЗАТЕЛИ Ед изм Величины

Энергоемкость производства листа в действующем комплексе мартен-изложницы кг у т./кт Л 1,481

Энергоемкость чиста в рассматриваемом неядеальном комптексе кг у т /кг Л 0,6861

Резерв энергосбережения кг у т /кг Л 0,7949

Возможная выработка электроэнергии на ВЭР при кпд 0,4 кВт ч/кг Л 0,7909

В том числе - только на горючих ВЭР кВт ч/кг Л 0,5434

***

Для модернизации действующего комплекса может быть эффективно применена ЭХА конвертерных газов (Патент 2 002 812 РФ, МКИ5 С 21 С 5/38)

Наиболее целесообразно, с нашей точки зрения, охлаждение конвертерного газа следует вести термохимическим способом путем добавки в него природного газа Эта операция известна под названием "энергохимическая аккумуляция" В результате происходят следующие качественные изменения снижение содержания двуокиси углерода, температуры газа, повышение теплоты сгорания газа и температуры его горения, увеличение его количества Предлагаемый способ повышает эффективность использования химической энергии конвертерного газа.

***

Проведена оценка возможного энергосберегающего эффекта применения литейно-прокатного комплекса с разливкой жидкой стали на жидкометалличе-скую подложку (по патенту 2 239515 РФ, МКИ7 В 22 Э 11/01) Показано, чю только электрическую мощность прокатных приводов в этом случае можно снизить со 102,39 МВт до 61,72 МВт

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1 Системный анализ энергетики производства стального листа из железных руд в границах сформированного теплотехнологического комплекса "руда - сталь - холоднокатаный лист" с применением методологии интенсивного энергосбережения показал, что при производстве 1 1 листа затрачивается 3,75 -4,14 т железных руд (и производится более 2 г хвостов обогащения, в которых теряется около 300 кг окисленного железа), энергия всех видов (энергоемкость) 39,99 - 43,40 ГДж (1365 - 1481 кг у т), а количество теплоты, воспринятой материалами при переработке в лист, равно 16,215 - 16,592 ГДж (553 - 566 кг у т), что в долях от энергоемкости составляет 0,405 - 0,382 Текущая реконструкция черной металлургии с заменой мартеновского производства стали с долей лома более 40% на конвертерное с долей лома менее 30% ведет к увеличению энергоемкости листа, а переплав недостающего количества лома в электросталеплавильном производстве - к дополнительному расходу энергии

2 Снижение энергорееурсопотреблення возможно в сформированной перспективной безотходной технологической схеме производства стального листа из железных руд, включающая жидкофазное восстановление сырых или слабо-обогащенных руд, непрерывный сталеплавильный процесс с долей лома 50%, переработку всех шлаков на плавленый цементный клинкер, непрерывную разливку на листовой профиль, непрерывную совмещенную прокатку и термообработку полосы

3 Изучение энергетики жидкофазного восстановления железа показывает, что минимальный видимый расход топлива и восстановителя на этот процесс обеспечивает природный газ, конвертированный термическим разложением в горячую сажеводородную смесь (СВС), что позволяет выбрать природный газ в качестве энергетической базы перспективной технологической схемы производства листа Использование энергетических углей для жидкофазного восстановления железа ведет к повышенным видимым расходам энергии и лидирующему производству энергетической продукции - вторичных топливных газов и теплоты. Эффективное использование энергии высокотемпературных отходящих газов возможно разработанным процессом энергохимической аккумуляции (ЭХА), при котором одновременно снижается температура и повышается энергоценность вторичного топлива, и который открывает путь к созданию безотходных установок

4 Разработанная на энергетической базе природного газа (СВС и ЭХА) экстремальная тепловая схема комплекса производства листа из железных руд при доле лома 50% позволила определить теоретический минимум затрат энергии на производство 1 т листа в термодинамически идеальных условиях 3,693 ГДж (126 кг у т), при этом одновременно с листом производится 1,372 т плавленого цементного клинкера Потенциалы полного резерва энергосбережения составляют для вариантов действующих комплексов производства металла и цемента "марген-изложницы" 1572 кг у т и "конвертер МНЛЗ" 1698 кг у т на 1 т листа и 1,372 т цемента В ходе объективной диагностики коэффициент полезного использования энергии в вариантах действующего теплотехнологиче-ского комплекса "руда - сталь - холоднокатаный лист" составил 6,9% - 7,4% для вариантов "конвертер МНЛЗ" и "мартен-изложницы", соответственно, что существенно ниже 40%, определяемых традиционной диагностикой

5 Направления одновременно интенсивного энергосбережения и интенсивного технического прогресса черной металлургии определяются структурой технологической части потенциала резерва интенсивного энергосбережения переход к жидкофазному восстановлению 51%, переработка всех шлаков на цементный клинкер 31%, непрерывная совмещенная разливка, прокатка и термообработка полосы 18%

6 Эффективная теплотехническая база оформления основных процессов производства листа из железных руд включает в себя кипящий слой расплава в системе "много шлака - мало металла", гарниссажное ограждение расплавных систем, применение СВС и ЭХА, технологическую регенерацию

Технологическая регенерация теплоты жидкой стали принципиально может быть реализована разливкой стали на более тяжелый теплоноситель (на-

пример, свинцово-висмутовый сплав) и непрерывное вытягивание затвердевшей полосы При противотоке стали и теплоносителя возможен нагрев его выше температуры плавления стали, что открывает принципиальные возможности плавления таким теплоносителем лома для сталеплавильных процессов и увеличения его доли вплоть до 100% Особо важное значение это имеет в электросталеплавильном производстве для предельного сокращения удельного расхода электроэнергии до теоретического минимума При прямоточной схеме движения стали и теплоносителя возможно достижение высоких скоростей разливки стали и затвердевания полосы порядка п 10° м/с, что имеет исключительно важное значение для прямого совмещения разливки и прокатки и достижения непрерывности производства

На основе разработанных принципиальных теплотехнических решений сформирована перспективная модель безотходного энергосберегающего тепло-технологического комплекса производства стального листа из железных руд и 50% стального лома

7 Оценка практических характеристик перспективной модели показывает, что при производстве 1 т листа возможно получение энергосберегающего эффекта 500 - 800 кг у т по сравнению с действующим комплексом Результаты работы могут быть эффективно использованы в действующем комплексе черной металлургии для умеренной и глубокой модернизации Предложено использовать СВС в процессе переработки жидкого сталеплавильного шлака с возможным развитием этого процесса в универсальный процесс жид-кофазного восстановления железа Энергохимическая аккумуляция может быть эффективно применена для решения проблемы отходящих конвертерных газов в действующем комплексе Решения по использованию высокопотенциальной теплоты жидкой стали могут быть применены для предельного увеличения доли лома в сталеплавильной шихте и снижения энергоемкости стали, а также для разработки и создания кристаллизатора для скоростной разливки стали и прямого совмещения ее с прокаткой

Основные положения диссертации представлены в следующих публикациях:

1 Картавцев С В Энергетические характеристики углеводородных восстановителей в прямом получении железа // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии Межвуз сб тр.- М МЭИ, 1984 - № 29 - С 45-50

2 Ключников А.Д , Картавцев С В Энергоэкономичные тепловые схемы производства восстановителей из природного газа // Материале- и ресурсосбережение в безотходных процессах в теплотехнологии и электромашиностроении' Тематич сб тр - М . МЭИ, 1984 - Вып 624 - С 59-64

3 Картавцев С В , Ключников А Д Энергетические характеристики высокотемпературного восстановительного процесса прямого получения железа при использовании продуктов конверсии метана- М, 1984- 21 с - Деп в ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии 01 12 84, № ЗД'2499

4 Ключников А Д, Картавцев С В Пути повышения энергетической эффективности использования природного газа в высокотемпературном процессе

восстановления оксида железа // Энергосбережение в новых высокотемпературных теплотечнологических процессах Межвуз. тематич. сб тр - М МЭИ, 1985-№66-С 5-9

5 Ключников АД, Картавцев С В Повышение эффективности использования природного газа в восстановительной плавке путем энергохимической аккумуляции // Состояние и перспективы развития электротехнологии (Вторые Бенардосовские чтения) Тез докл Всесоюз науч-техн конф - Иваново, 1985 -Т 2 - С 90-91

6 Картавцев С В Разработка направлений высокоэффективного использования природною газа в восстановительном процессе на основе метода предельного энергосбережения // Энергосбережение в традиционных и новых безотходных высокотемпературных теплотехнологических системах. Сб науч тр -М МЭИ, 1986-№ 105 - С 15-20

7 Картавцев С В , Русов О Л Математическая модель энергохимической аккумуляции высокотемпературных продуктов сгорания // Энергосбережение в высокотемпературной технологии. Сб науч тр - М , 1987 - № 139 - С 53-56

8 Способ непрерывного получения железа А с 1322681 СССР, МКИ5 С 21 В 13/00 / Ключников А Д, Принц С Ф , Картавцев С В (СССР) - 6 с ил

9 Картавцев С В , Константинова Г С , Ипполитов В.А., Русов О Л. Экспериментальное исследование процесса высокотемпературной конверсии природного газа // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии Сб науч тр - М МЭИ, 1988 - № 176 - С 30-3<*

10 Картавцев С В Энергетические характеристики продуктов конверсии природного газа в плавильно-восстановительном процессе // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнолоши Сб науч тр - М' МЭИ, 1990- № 235 - С 60-65

11 Картавцев С В Энергетические характеристики продуктов конверсии природного газа в восстановительной плавке // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов Межвуз сб науч тр - Магнитогорск, 1991 - С 12-17

12 Картавцев С В , Портнова ИВ. Разработка энергосберегающей тепловой схемы использования конвертерных газов // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов Межвуз сб науч тр - Магнитогорск, 1991 - С 143-145

13 Способ прямого получения чугуна и энергоценного вторичного газа Патент 1 811 699 РФ, МКИ5 С 21 В 13/00 / Ключников А Д, Круглов Ю Д, Русов О Л , Ипполитов В А , Горелов А Ф , Смирнов А М , Антонов С В , Картавцев С В (РФ) - 4 с ил

14 Аппарат для пиролиза углеводородного сырья Ас 1680759 СССР, МКИ5 С 10 й 9/34 / Картавцев С В , Портнова И В (СССР) - 4 с ил

15 Картавцев С В , Портнова И В Разработка энергосберегающей тепловой схемы использования конвертерных газов // Теплотехника процессов выплавки стали и ставов. Межвуз сб туч тр - Магнитогорск, 1991 - С 143-145

16 Способ утилизации конвертерных газов Патент 2 002 812 РФ, МКИ5 С 21 С 5/38 I Картавцев С В , Портнова И В (РФ) - 5 с ил.

17 Картавцев С В., Ключников А Д, Евтифеев И А Энергоемкость производства конечной продукции в теплотехнологическом комплексе черной ме-

таллургии II Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики Тез докл II Междун науч.-техн конф., Москва, 3-5 октября 1995 г-М. МЭИ, 1995 - С 175-177.

18 Ключников А Д, Картавцев С В Технологический резерв интенсивного энергосбережения в металлургическом комплексе // Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики: Тез докл II Междун науч -техн конф , Москва, 3 -5 октября 1995 г - M. МЭИ, 1995.- С 172-174

19 Картавцев С В, Ключников АД Структура потенциала технологического резерва интенсивного энергосбережения в металлургическом комплексе // Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики, Москва, 3 -5 октября 1995 г Тез докл II Междун науч -техн конф - М., 1995 - С 177-180

20 Ключников А Д, Картавцев С В Интенсивное энергосбережение в промышленности предпосылки, научно-методическое и кадровое обеспечение // Промышленная энергетика - 1996 - № 8 - С 2-5

21. Картавцев С В Расчет энергоемкости металлургической продукции-Магнитогорск, 1997 - 28 с

22 Картавцев С В Концепция энергосбережения в черной металлургии // Энергопотребление и энергосбережение проблемы, решения. Тез докл Междун науч-практ конф,-Пермь, 1998 -С 58-60

23 Картавцев СВ. Концепция энергосбережения в металлургическом комплексе и защита окружающей среды // Экология промышленных регионов на рубеже XXI Еека Сб науч тр - Магнитогорск, 1999 - С 107-110

24 Картавцев С В Энергосбережение в черной металлургии концептуальные подходы II Теплотехника и теплоэнергетика в металлургии. Сб науч тр - Магнитогорск МГТУ, 1999-С 20-27

25 Картавцев С В , Ключников А Д Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения металлургического комплекса "руда - сталь - прокат" // Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века- Материалы междун науч -практ конф 15-ï 7 ноября 2000 г - М.: МИСиС. 2000 - С 172-174

26 Картавцев С.В Энергосбережение в теплотехнологическом комплексе черной металлургии П Энергосбережение на промышленных предприятиях Материалы II Междун науч -техн конф ,3-6 октября 2000 г - Магнитогорск Магнитогорский Дом печати, 2000 - С 175-179

27 Картавцев С В Резерв энергосбережения в черной металлургии // Моделирование теплофизических процессов и вопросы энергосбережения в тепло-технологии Межвуз сб науч тр - Иваново, 2000 - С 52-60

28 Картавцев С В Совместная задача энергосбережения и технического прогресса черной металлургии // Литейные процессы Межрег сб науч тр -Магнитогорск, 2000 - вып 1 - С. 173-79

29 Картавцев С В Природный газ в восстановительной плавке СВС и ЭХА Монография-Магнитогорск МГТУ, 2000 - 188 с

30 Картавцев С В Научная технология энергосбережения в промышленности для регионального энергетического менеджмента // Энергосбережение и проблемы энергетики Западного Урала - 2001 - № 1 - С 46-51.

31. Картавцев С В. Технический прогресс черной металлургии- возможности интенсивного развития // Современная металлургия начала нового тысячелетия. Сб науч тр-Липецк-ЛГТУ,2001-Ч 1-С 15-19.

32 Картавцев С В Энергосбережение и технический прогресс черной металлургии // Теория и технология металлургического производства Межрег сб науч тр / Под ред В М Колокольцева - Магнитогорск МГТУ, 2001 - Вып 1 -С 160-166

33 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Сравнительный энергетический анализ углей и природного газа в восстановительной плавке железа // Теория и технология металлургического производства Межрег сб науч тр / Под ред ВМ Колокольцева - Магнитогорск МГТУ, 2001 - Вып 1-С 169-175

34 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Сравнительный энергетический анализ углей и природного газа в восстановительной плавке железа II Наука и производство, приложение к журналу "Энергетика региона" - 2001 - № 4 - С 2-4

35 Картавцев С В , Ключников А Д Возможные пределы минимизации ресурсных затрат в теплотехнологическом комплексе черной металлургии // Изв вузов Черная металлургия - 2002 - № 7 - С 43-47

36 Картавцев С В. Энергосберегающие технологии в металлургии и технический прогресс металлургической теплотехники // Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии Материалы 2-й Междун науч -техн конф , Москва, 3-5 декабря 2002 г - М "Учеба" МИ-СиС, 2002 - С 436-438

37 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Энергоэффективный процесс восстановительной плавки железа // Энергосбережение - теория и практика Тр Первой Всерос шк-семинара молодых уч и специалистов, Москва, 15-18 апреля 2002 г - М МЭИ, 2002 - С. 113-115

38 Картавцев СВ, Строганов К В Перспективы снижения мощностей электропривода при создании непрерывных литейно-прокатных комплексов // Электротехнические системы и комплексы Межвуз сб науч тр / Под ред А С Карандаева и К Э Одинцова - Магнитогорск МГТУ, 2002 - Вып 7 - С 212-214

39 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Расчет энергоемкости металлургической продукции - Магнитогорск, 2003 - 21 с

40 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Разработка энергоэффективного металлургического процесса получения железа- Тр седьмого конгресса сталеплавильщиков, Магнитогорск, 15-17 октября 2002 г - Магнитогорск Магнитогорский Дом печати, 2003 - С 47-49

41 Нешпоренко ЕГ, Бурмакина АВ, Картавцев С В Выбор источника энергии для металлургии и энергетики // Энергосбережение, теплоэнергетика и металлургическая теплотехника Сб науч труд - Магнитогорск МГТУ, 2003 -С 88-92

42 Нешпоренко Е Г , Картавцев С В Энергоэффективное использование природного газа в черной металлургии - технология нового поколения // Рациональное использование природного газа в металлургии Сб тез междун науч -практ конф , Москва, 13-14 ноября 2003г - М . МИСиС, 2003 - С. 122-124

43 Картавцев С В. Энергетика жидкофазного восстановления железа на основе природного газа // Изв вуз Черная металлургия - 2004 - № 7 - С 37-39

44 Картавцев С В , Нешпоренко Е Г Интенсивное энергосбережение в те-плотехнологии черной металлургии // Электроэнергетика, энергосберегающие технологии: Сб докл Всерос науч-техн конф , 29-30 апреля 2004 г-Липецк ЛГТУ, 2004 - Ч 1.-С. 143-146

45 Способ производства плоских изделий Патент 2 239515 РФ, МКИ7В 22 О 11/01 / Картавцев С В , Строганов К В (РФ) - 4 с ил

46 Картавцев С.В , Петин С Н, Лемешко С Н Эффективность использования природного газа в металлургическом комплексе // Электроэнергетика, энергосберегающие технологии Сб докл Всерос науч -техн конф, Липецк, 29-30 апреля 2004 г - Липецк- ЛГТУ, 2004 -Ч 1.-С. 151-154

47 Картавцев С В Энергетические оценки прямого плавления железных руд как варианта подготовки к восстановлению // Известия Челябинского научного центра УрО РАН - 2005.- Вып 2(28) - С 48-52

48 Картавцев С В , Строганов К В О возможном расширении класса печей-теплообменников // Металлургическая теплотехника история, современное состояние, будущее К столетию со дня рождения М А Глинкова Тр III Междун науч-практ конф 1-3 февраля 2006 г- М МИСИС, 2006 - С 314-317

49 Строганов К.В., Картавцев С В Жидкая сталь Использование теплоты и скоростная разливка Монография - Магнитогорск, МГТУ, 2006 - 147 с

50 Картавцев С В , Бурмакина А В Разработка условий эффективного использования энергетических углей // Уголь - 2006 - № 9 - С 14

51 Картавцев С В , Бурмакина А В Повышение эффективности использования энергетических углей в промышленности // Промышленная энергетика -2006-№12-С 34-35

Подписано в печать Зак .¡Од Тир. УСС Г1.л.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ)

Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

1.1 История и состояние вопроса.

1.2 Постановка задачи.

1.3 Методы решения поставленных задач.

ГЛАВА 2. ДЕЙСТВУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И ЕГО ЭНЕРГОРЕСУРСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

2.1 Формирование объекта исследования - замкнутого теплотехнологи-ческого комплекса производства лидирующего продукта.

2.2 Материальные потоки в комплексе.

2.3 Материалоемкость производства листа.

2.4 Энергоемкость производства лидирующего продукта.

2.5 Структура энергоемкости и ее анализ.

2.6 Оценка энергоемкости электростали.

2.7 Диагностические свойства собственно энергоемкости.

2.8 Технологически необходимое теплопотребление материалов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ТТК ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНОГО ЛИСТА.

3.1 Формулировка основной технологической задачи черной металлургии.

3.2 Переработка сырых или слабообогащенных руд.

3.3 Жидкофазное восстановление железа.

3.4 Переработка минерального расплава.

3.5 Непрерывный сталеплавильный процесс и увеличение доли лома

3.6 Непрерывная разливка, прокатка и термообработка.

3.7 Формирование перспективной модели.

3.8 Материалопотребление в перспективной технологической схеме . 128 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ВЫБОР ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ТОПЛИВА И ВОССТАНОВИТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОТЕХ

НОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

4.1 Классификация известных энергетических решений основной технологической задачи черной металлургии.

4.2 Природный газ в восстановительной плавке железа: СВС и ЭХА

4.3 Проблема отходящих реакторных газов процесса жидкофазного восстановления железа.

4.4 Сравнительный анализ углей и природного газа в восстановительной плавке железа.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. ДИАГНОСТИКА ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТТК ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НА ОСНОВЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МИНИМУМА ЭНЕРГОЗАТРАТ И ПОЛНОГО РЕЗЕРВА ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.

5.1 Общие вопросы построения энергетической схемы.

5.2 Теплопотребление в идеальном комплексе.

5.3 Построение схемы технологической регенерации и ВЭР.

5.4 Минимальные затраты энергии.

5.5 Определение потенциала полного резерва энергосбережения.

5.6 Резерв ресурсосбережения.

5.7 Структура технологического резерва энергосбережения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 6. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЧЕРНОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ.

6.1 Общие вопросы теплотехнической реализации.

6.2 Жидкофазное восстановление железа на базе специфических кон-версий природного газа СВС и ЭХА.

6.3 Основной восстановительный реактор

6.4 Реактор предварительного плавления

6.5 Реактор получения СВС.

6.6 Реактор окислительного рафинирования.

6.7 Технологическая регенерация теплоты жидкой стали 216 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 7 ОЦЕНКИ ПРАКТИЧЕСКИХ ХАРКТЕРИСТИК ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ И ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

7.1 Оценки практических характеристик перспективной модели

7.2 Применение СВС

7.3 Использование ЭХА.

7.4 Использование теплоты и скоростная разливка жидкой стали.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Объектом данного исследования является теплотехнологический комплекс черной металлургии - один из самых экономически масштабных комплексов промышленности. По объему энергопотребления - это самый крупный среди промышленных комплексов, что и дает первое естественное основание для его системного энергетического исследования. Продукция черной металлургии считается весьма энергоемкой, причем фактические затраты энергии на ее производство в несколько раз превышают теоретический минимум энергозатрат, что указывает на крупные резервы энергосбережения в этом самом масштабном промышленном комплексе.

Максимальное, среди промышленных отраслей, валовое потребление энергии в сочетании с высокой энергоемкостью продукции и значительными резервами энергосбережения определяют несомненную актуальность системных энергетических исследований крупного промышленного комплекса черной металлургии, направленных на вскрытие и реализацию резервов энергосбережения и достижение масштабного энергосберегающего отраслевого эффекта.

Материалосбережение, малоотходные и безотходные технологии служат естественным и единственным основанием для построения предельно энергосберегающих теплотехнологических комплексов. Поэтому материалосбережение и энергосбережение в промышленных технологиях органически связаны в общее основание энергетической и общей ресурсной эффективности промышленного производства.

Вопросам экономии и рационального использования энергии в черной металлургии во второй половине XX века были посвящены работы многих известных энергетиков, теплотехников и металлургов: Н.А. Семененко, JI.A. Ме-лентьева, Н.Н. Доброхотова, М.А. Глинкова, Б.И. Китаева, Н.Ю. Тайца, Ю.Г. Ярошенко, В.Г. Лисиенко, Г.П. Иванцова, Ю.И Розенгарта и других.

Ускоренное развитие общего энергосбережения начинается примерно с 1982 г. и продолжается по сей день. Принятие в 1996 г. Закона РФ об энергосбережении значительно усилило внимание к этому вопросу и породило лавинообразный рост публикаций по общему энергосбережению.

Интенсивное энергосбережение - качественно новая научная методология энергосбережения, разрабатываемая в Московском энергетическом институте (техническом университете) проф., д.т.н. А.Д. Ключниковым и, под его руководством, - сотрудниками кафедры энергетики высокотемпературной технологии. Эта методология направлена на вскрытие полных резервов энергосбережения в промышленных теплотехнологиях и разработку мероприятий и оборудования, их реализующих.

Концепция интенсивного энергосбережения (в формулировке А.Д. Ключникова) - это научно обоснованный взгляд на проблему энергосбережения, устанавливающий способы: объективного отражения масштаба и качества использования топливно-энергетических ресурсов в объекте энергетического анализа; выявление предельно полного состава энергосберегающих мероприятий; установления уровней предельно полного и практически возможного энергосберегающих эффектов; прогнозирования опорных признаков перспективных моделей энергоматериалосберегающих и экологически безопасных объектов будущего; стимулирования поисков энергосберегающей техники нового поколения; формирования программы конкретных мероприятий глубокой энергетической, технической и экологической модернизации действующих объектов.

Одним из первых объектов этой новейшей научной технологии стал тепло-технологический комплекс черной металлургии - один из крупнейших промышленных комплексов.

Теплотехнологический комплекс черной металлургии - это системный технический объект, включающий в себя полную совокупность установок и систем тепловой переработки исходного сырья и материалов в готовую продукцию черной металлургии, а также полную совокупность направленных связей между элементами системного объекта, выражающих направление, количественные и качественные характеристики потоков сырья, полупродуктов и энергоносителей всех видов.

Перспективная модель теплотехнологии есть целостное, концептуальное представление основных технологических и энергетических процессов данной теплотехнологии в их полной взаимосвязи, принципиальные энергетические и теплотехнические решения, реализующие эти теплотехнологические процессы, а также основные энергетические и технические характеристики отдельных процессов и всей теплотехнологии в целом, доказывающие эффективность решения поставленной задачи в смысле заданных критериев. Группа энергетических критериев включает в себя: общий расход энергии на теплотехнологиче-ский процесс в целом (минимум), расход энергии внешнего источника на реализацию теплотехнологического процесса (минимум), эффективность использования энергии первичного топлива (максимум).

Перспективная модель теплотехнологии открывает возможности: ускоренной разработки установок и систем нового поколения по доказанным наиболее эффективным направлениям технического прогресса с выходом на предельно энергоматериалосберегающий и экологически безопасный теплотехнологиче-ский комплекс данной технологии; разработки мероприятий, установок и систем модернизации действующего теплотехнологического комплекса с абсолютной оценкой достигаемых энергоматериалосберегающих эффектов в долях полного резерва энергоматериалосбережения данной теплотехнологии.

Перспективная модель теплотехнологии может служить, с одной стороны -ускоренной разработке установок и систем нового поколения по наиболее эффективным направлениям технического прогресса, а с другой стороны - задачам наиболее эффективной технической реконструкции действующего теплотехнологического комплекса.

Этим определяется чрезвычайная актуальность разработки такой модели.

Место выполнения и соответствие государственным НИР

Данная работа выполнялась в Московском энергетическом институте (техническом университете) в 1980 - 1998 г.г., в формах аспирантской и докторантской диссертационных работ автора, госбюджетных и хоздоговорных работ кафедры ЭВТ, научно-исследовательских работ по гранту МЭИ (ТУ) 1996 - 1998 г.г., на факультете промышленной теплоэнергетики (ПТЭФ), на кафедре энергетики высокотемпературной технологии (ЭВТ), в рамках следующих государственных и отраслевых научно-технических программ научно-исследовательского отдела (НИО) МЭИ (ТУ) "Энергетика высокотемпературной технологии" (научный руководитель проф., д.т.н. А.Д. Ключников).

Программа работ по проблеме 0.01.11 (Постановление ГКНТ и Госплана СССР № 491/244 от 07.12.1981 г.): «Разработать и внедрить новые методы и технические решения высокоэффективного использования топлива, электрической и тепловой энергии и вторичных энергетических ресурсов в промышленности, создать оптимальные системы надежного и эффективного энергоснабжения промышленных предприятий».

Наименование заданий и этапов их выполнения Министерства и ведомства, ответственные за выполнение основных заданий; головные организации и основные исполнители Срок выполнения (год, квартал)

01 Разработать и внедрить новые методы и технические решения высокоэффективного использования топливно-энергетических ресурсов в технологических процессах промышленности. Минэнерго СССР Минчермет СССР Миннефтехимпром СССР Мингазпром СССР Минмонтажспецстрой СССР Минвуз СССР 1985

HI Исследовать тепловые схемы, теплотехнические способы и конструктивные схемы оформления высокотемпературных теплотехнологических установок в мало-и безотходных системах переработки сырьевых материалов (железных, медных, фосфорсодержащих руд и концентратов, сульфидного сырья, минерального сырья в производстве строительных материалов) и промышленных отходов; выдать рекомендации по выбору источников энергии, рациональных тепловых схем, требования на разработку аппаратурного оформления установок и процессов. МЭИ СПИ ВНИПИэнергопром КазНИИЭ 1985

Hla Провести анализ топливоэнергоиспользо-вания в технологическом комплексе «руда-сталь», определить направление и выдать рекомендации по разработке энергосберегающих тепловой схемы, источников энергии и основного теплотехнического оборудования для прямого, непрерывного, бескоксового процесса переработки руды на сталь при реализации принципов безотходной технологии. МЭИ 19831985

Научно-исследовательские работы по программам XII пятилетки: 1. Общесоюзная научно-техническая программа ГКНТ СССР на 1986-1990 гг. 0.01.11 «Разработать и внедрить новые методы и технические решения межотраслевых проблем промышленной энергетики, направленные на энергосбережение» (Постановление ГКНТ и Госплана СССР № 555 от 30.10.1985 г.).

Задание 03.03.Д.: «Разработать научные основы построения энергосберегающих тепловых схем и создания энергосберегающего экологически совершенного оборудования для теплотехнологических установок и систем, реализуемых на принципах безотходной технологии». Этапы:

03.03.Д.01: «Разработать рекомендации по структуре и параметрам энергосберегающих тепловых схем оформления теплотехнологических процессов переработки сырьевых материалов и промышленных отходов (руд, концентратов, шихт, шлаков, лома и др.), обработки полуфабрикатов; выбрать эффективные источники энергии для этих процессов»;

03.03 .Д.02: «Выдать технические требования на разработку энергосберегающего экологически совершенного теплотехнологического оборудования».

2. Координационный план научно-исследовательских работ Академии Наук СССР на 1986-1990 гг.

Направление 2.26 «Физико-химические основы металлургических процессов». Раздел 2.26.2 - «Металлургия». Подраздел 2.26.2.2 - «Энергетика в металлургии». Задание 2.26.2.2.2: «Разработка научных основ построения энергосберегающих тепловых схем и создания энергосберегающего и экологически совершенного оборудования для теплотехнологических установок и систем черной и цветной металлургии, реализуемых на базе безотходной технологии, эффективных источников энергии и теплотехнических принципов».

3. Программа научно исследовательских работ МЭИ «Повышение эффективности и надежности энергоснабжения г. Москвы» на период 1986-1990 гг.».

Направление 7: «Разработка и внедрение энергосберегающих технологий в промышленных теплотехнологических и теплоэнергетических системах».

НИР: «Анализ энергобаланса металлургического завода «Серп и Молот» и прогноз перспектив его развития на основе энергоматериалосберегающих мероприятий и рекомендаций по созданию мало- и безотходных тепло-технологических и энергетических систем».

4. Отраслевая программа Министерства газовой промышленности СССР на XII пятилетку: «Разработать научно-технические решения по повышению эффективности использования газа основными отраслями промышленности и в сельскохозяйственном производстве» (Постановление Коллегии Мингазпром СССР № 1-17 от 07.01.1986 г.).

После 1998 года работа завершалась в Магнитогорском техническом университете им. Г.И. Носова в период 1999 - 2005 годов в части публикаций основных результатов, полученных в МЭИ (ТУ) в период 1981 - 1998 годов.

Результаты работы могут быть эффективно использованы в действующем комплексе черной металлургии для умеренной и глубокой модернизации. Предложено использовать СВС в процессе переработки жидкого сталеплавильного шлака с возможным развитием этого процесса в универсальный процесс жид-кофазного восстановления железа. Энергохимическая аккумуляция может быть эффективно применена для решения проблемы отходящих конвертерных газов в действующем комплексе. Решения по использованию высокопотенциальной теплоты жидкой стали могут быть использованы для предельного увеличения доли лома в сталеплавильной шихте и снижения энергоемкости стали, а также для разработки и создания кристаллизатора для скоростной разливки стали и прямого совмещения ее с прокаткой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Системный анализ энергетики производства стального листа из железных руд в границах сформированного теплотехнологического комплекса "руда -сталь - холоднокатаный лист" с применением методологии интенсивного энергосбережения показал, что при производстве 1 т листа затрачивается 3,75 - 4,14 т железных руд (и производится более 2 т хвостов обогащения, в которых теряется около 300 кг окисленного железа), энергия всех видов (энергоемкость) 39,99 - 43,40 ГДж (1365 - 1481 кг у.т.), а количество теплоты, воспринятой материалами при переработке в лист, равно 16,215 - 16,592 ГДж (553 - 566 кг у.т.), что в долях от энергоемкости составляет 0,405 - 0,382. Текущая реконструкция черной металлургии с заменой мартеновского производства стали с долей лома более 40% на конвертерное с долей лома менее 30% ведет к увеличению энергоемкости листа, а переплав недостающего количества лома в электросталеплавильном производстве - к дополнительному расходу энергии.

2. Снижение энергоресурсопотребления возможно в сформированной перспективной безотходной технологической схеме производства стального листа из железных руд, включающая жидкофазное восстановление сырых или слабо-обогащенных руд, непрерывный сталеплавильный процесс с долей лома 50%, переработку всех шлаков на плавленый цементный клинкер, непрерывную разливку на листовой профиль, непрерывную совмещенную прокатку и термообработку полосы.

3. Изучение энергетики жидкофазного восстановления железа показывает, что минимальный видимый расход топлива и восстановителя на этот процесс обеспечивает природный газ, конвертированный термическим разложением в горячую сажеводородную смесь (СВС), что позволяет выбрать природный газ в качестве энергетической базы перспективной технологической схемы производства листа. Использование энергетических углей для жидкофазного восстановления железа ведет к повышенным видимым расходам энергии и лидирующему производству энергетической продукции - вторичных топливных газов и теплоты. Эффективное использование энергии высокотемпературных отходящих газов возможно разработанным процессом энергохимической аккумуляции

ЭХА), при котором одновременно снижается температура и повышается энергоценность вторичного топлива, и который открывает путь к созданию безотходных установок.

4. Разработанная на энергетической базе природного газа (СВС и ЭХА) экстремальная тепловая схема комплекса производства листа из железных руд при доле лома 50% позволила определить теоретический минимум затрат энергии на производство 1 т листа в термодинамически идеальных условиях: 3,693 ГДж (126 кг у.т.), при этом одновременно с листом производится 1,372 т плавленого цементного клинкера. Потенциалы полного резерва энергосбережения составляют для вариантов действующих комплексов производства металла и цемента "мартен-изложницы" 1572 кг у.т. и "конвертер MHJI3" 1698 кг у.т на 1 т листа и 1,372 т цемента. В ходе объективной диагностики коэффициент полезного использования энергии в вариантах действующего теплотехнологического комплекса "руда - сталь - холоднокатаный лист" составил 6,9% - 7,4% для вариантов "конвертер МНЛЗ" и "мартен-изложницы", соответственно, что существенно ниже 40%, определяемых традиционной диагностикой.

5. Направления одновременно интенсивного энергосбережения и интенсивного технического прогресса черной металлургии определяются структурой технологической части потенциала резерва интенсивного энергосбережения: переход к жидкофазному восстановлению - 51%, переработка всех шлаков на цементный клинкер - 31%, непрерывная совмещенная разливка, прокатка и термообработка полосы -18%.

6. Эффективная теплотехническая база оформления основных процессов производства листа из железных руд включает в себя: кипящий слой расплава в системе "много шлака - мало металла", гарниссажное ограждение расплавных систем, применение СВС и ЭХА, технологическую регенерацию.

Технологическая регенерация теплоты жидкой стали принципиально может быть реализована разливкой стали на более тяжелый теплоноситель (например, свинцово-висмутовый сплав) и непрерывное вытягивание затвердевшей полосы. При противотоке стали и теплоносителя возможен нагрев его выше температуры плавления стали, что открывает принципиальные возможности плавления таким теплоносителем лома для сталеплавильных процессов и увеличения его доли вплоть до 100%. Особо важное значение это имеет в электросталеплавильном производстве для предельного сокращения удельного расхода электроэнергии до теоретического минимума. При прямоточной схеме движения стали и теплоносителя возможно достижение высоких скоростей разливки стали и затвердевания полосы порядка п-100 м/с, что имеет исключительно важное значение для прямого совмещения разливки и прокатки и достижения непрерывности производства.

На основе разработанных принципиальных теплотехнических решений сформирована перспективная модель безотходного энергосберегающего теплотехнологического комплекса производства стального листа из железных руд и 50% стального лома.

7. Оценка практических характеристик перспективной модели показывает, что при производстве 1 т листа возможно получение энергосберегающего эффекта 500 - 800 кг у.т. по сравнению с действующим комплексом.

1. Ляховский А.И. Вопросы теплоэнергетики металлургических заводов. -М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1951. 406 с.

2. Старк С.Б. Теплоэнергетическое хозяйство металлургических заводов. -М.: Металлургия, 1966. 311 с.

3. Теплоэнергетика металлургических заводов / Розенгарт Ю.И., Мурадова З.А., Теверовский Б.З. и др. М.: Металлургия, 1985. - 303 с.

4. Мелентьев Л.А. Основные вопросы промышленной теплоэнергетики. -М. Л.: Государственное энергетическое издательство, 1954. - 427 с.

5. Булгаков К.В. Энергоснабжение промышленных предприятий. М.-Л.: Энергия, 1966.-318 с.

6. Семененко Н.А. Вторичные энергоресурсы промышленности и энерготехнологическое комбинирование. М.: Энергия, 1968. - 296 с.

7. Семененко Н.А. Организация теплоиспользования и энерготехнологическое комбинирование в промышленной огнетехнике. М.: Энергия, 1976. -280 с.

8. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности / Семененко Н.А., Куперман Л.И., Романовский С.А. и др.- Киев: Вища школа, 1979. 296 с.

9. Куперман Л.И., Романовский С.А., Сидельковский Л.Н. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. Киев: Вища школа, 1986. - 303 с.

10. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / А.П. Воинов, В.А. Зайцев, Л.И. Куперман, Л.Н. Сидельковский. М.: Энергоатомиздат, 1979.-272 с.

11. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 304 с.

12. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. М.: Энергия, 1968. - 279 с.

13. Шаргут Я. Теплоэнергетика в металлургии. М.: Металлургия, 1976. -152 с.

14. Михайлов В.В., Гудков JI.B., Терещенко А.В. Рациональное использование топлива и энергии в промышленности. -М.: Энергия, 1978. 224 с.

15. Рей Д. Экономия энергии в промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1983.-208 с.

16. Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -192 с.

17. Бражников Н.В., Рапопорт И.С., Фискинд З.Ю. Снижение энергетических затрат на металлургических заводах. М.: Металлургия, 1968. - 135 с.

18. Щукин А.А. Экономия топлива в черной металлургии. М.: Металлургия, 1973.-272 с.

19. Технический прогресс и топливоэнергопотребление в черной металлургии / Перлов Н.И., Егоричев А.П., Петраковский А.П. и др. М.: Металлургия, 1975.-408 с.

20. Бабошин В.М. Повышение эффективности использования топлива в черной металлургии. -М.: Металлургия, 1986. 194 с.

21. Giftopoulos Е.Р., Lasaridis L.J., Widmer T.F. Potential fuel effectiveness in industry. Cambridge, Massachusets: Ballinger Publishing Company, 1974. -90 p.

22. Melwin H. Chiogioji. Industrial Energy Conservation. New York and Basel: Marcel Dekker inc., 1979. - 603 p.

23. Чоджой M.X. Энергосбережение в промышленности. M.: Металлургия, 1982.-272 с.

24. Степанов B.C. Анализ энергетического совершенства технологических процессов. Новосибирск, Наука, 1984. - 273 с.

25. Макаров А.А., Доброхотов В.И., Вольфберг ДБ. Энергосбережение // Промышленная теплоэнергетика и теплотехника / Под общ. ред. В.А.

26. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991.-С.12-41.

27. Об энергосбережении: Федеральный закон от 03 апреля 1996 г. М.: СЗРФ, 1996.-Кй 15.-ст. 1551.

28. Закиров Д.Г. Энергосбережение. Пермь: «Книга», 2000. - 308 с.

29. Энергосбережение: Справочное пособие / В.Е. Батищев, Б.Г. Мартынен-ко, С.Л. Сысков, Я.М Щелоков. Екатеринбург: Экс-Пресс, 2000. - 340 с.

30. Введение в энергосбережение / Гаврилин А.Н., Косяков С.А., Литвак В.В. и др. Томск: Издательский дом «Курсив», 2001. - 217 с.

31. Данилов Н.И. Энергосбережение от слов к делу. - Екатеринбург: Энер-го-Пресс, 2000. - 232 с.

32. Энергосбережение: введение в проблему / Н.И. Данилов, А.И. Евпланов, В.Ю. Михайлов, Я.М. Щелоков. Екатеринбург: ИД «Сократ», 2001. -208 с.

33. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Энциклопедия энергосбережения. Екатеринбург: ИД «Сократ», 2002. - 352 с.

34. Лисиенко В.Г., Щёлоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2 кн. / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - Кн. 1. - 688 с.

35. Лисиенко В.Г., Щёлоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание: В 2 кн. / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - Кн. 2. - 768 с.

36. ГОСТ Р 51379-99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Основные положения. Типовые формы. М.: Госстандарт, 2000. - 17 с.

37. ГОСТ Р 51380-99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нормативным показателям. М.: Госстандарт, 1999. - 6 с.

38. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. -М.: Госстандарт, 2000. 17 с.

39. ГОСТ Р 51388-99. Энергосбережение. Информирование потребителей об энергоэффективности изделий бытового и коммунального назначения. Общие требования.- М.: Госстандарт, 2000. 14 с.

40. ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения. М.: Госстандарт, 2000. - 9 с.

41. ГОСТ Р 51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды. Типы. Группы. Показатели энергетической эффективности, идентификация. М.: Госстандарт, 2001.-32 с.

42. ГОСТ Р 51750-2001. Энергосбережение. Методика определения энергоемкости при производстве продукции и оказании услуг в технологических энергетических системах. Общие положения. М.: Госстандарт, 2000.-24 с.

43. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов / А.П. Егоричев, В.Г. Лисиенко, С.Б. Розин, Я.М. Щелоков. М.: Металлургия, 1990.-149 с.

44. Сперкач И.Е. Проблемы энергосбережения на предприятиях черной металлургии России // Сталь. 1996. - №4. - С. 73 - 77.

45. Энергосбережение на промышленных предприятиях: Доклады научно-практической конференции / Под ред. Б.И. Заславца и Г.В. Никифорова. -Магнитогорск: Магнитогорский дом печати, 1997. 175 с.

46. Никифоров Г.В., Заславец Б.И. Энергосбережение на металлургических предприятиях. Магнитогорск, МГТУ, 2000. - 283 с.

47. Энергосбережение на промышленных предприятиях: Материалы второй международной научно-технической конференции / Под общей редакцией Б.И. Заславца. Магнитогорск, 2000. - 323 с.

48. Энергетический анализ. Методика и базовое информационное обеспечение / Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., и др. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001.-100 с.

49. Никифоров Г.В., Олейников В.К., Заславец Б.И. Энергосбережение и управление энергопотреблением в металлургическом производстве. М.: Энергоатомиздат, 2003. - 480 с.

50. Ключников А.Д. Теплотехническая оптимизация топливных печей. М.: Энергия, 1974. - 344 с.

51. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения,- М.: Энергоатомиздат, 1986. 128 с.

52. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки / Ключников А.Д., Бровкин Л.А., Розенгарт Ю.И. и др.; Под. ред. А.Д. Ключникова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 336 с.

53. Ключников А.Д. Введение в высокотемпературную теплотехнологию и энергетику теплотехнологии // Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки / Под. ред. А.Д.Ключникова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 8 - 38.

54. Высокотемпературные теплотехнологические установки / Ключников А.Д., Морозов А.П., Сидельковский Л.Н. и др. // Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 42-113.

55. Энергетика теплотехнологии как новое направление в промышленной теплоэнергетике // Перспективы промышленной теплоэнергетики: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. М.: МЭИ, 1977. - С. 7 - 9.

56. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии новая область промышленной энергетики и подготовки кадров // Изв. ВУЗ. Энергетика. - 1978. -№ 9. - С. 3 - 8.

57. Ключников А.Д. Проблемы и задачи энергетики высокотемпературной теплотехнологии // Энергетика высокотемпературной теплотехнологии: Тр. Моск. энерг. ин-т. / Под ред. А.Д. Ключникова. М., 1980.- Вып.476. -С. 3-18.

58. Ключников А.Д. К научно-методическим основам энергетики теплотехнологии // Энергетика высокотемпературных теплотехнологических процессов: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1982. -№ 3. - С. 3-8.

59. Проблемы энергетики теплотехнологии: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции / Под ред. А.Д. Ключникова. -М.: МЭИ, 1983. Т.1. -160 с.

60. Проблемы энергетики теплотехнологии: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции / Под ред. А.Д. Ключникова. -М.: МЭИ, 1983. Т.2. -163 с.

61. Проблемы энергетики теплотехнологии: Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научной конференции / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1987 -195 с.

62. Интенсивное энергосбережение в промышленной теплотехнологии: Тезисы докладов 3-й Всесоюзной научной конференции по проблемам энергетики теплотехнологии, Москва, 17-19 сентября 1991 г. / Под ред. А.Д. Ключникова.-М.:МЭИ, 1991. 196 с.

63. Энергетика новых теплотехнологических процессов и безотходных систем: Сб. тр. МЭИ / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1979. - вып.№ 394. - 122 с.

64. Энергетика высокотемпературной теплотехнологии: Сб. тр. МЭИ / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1980. - вып.№ 476. - 98 с.

65. Энергетика высокотемпературных теплотехнологических процессов: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1982. - №3. -104 с.

66. Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1984. - № 29. - 134 с.

67. Энергосбережение в новых высокотемпературных теплотехнологических процессах: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1985.-№66.- 105 с.

68. Энергосбережение в традиционных и новых безотходных высокотемпературных теплотехнологических системах: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1986. - №105. - 105 с.

69. Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1987. - №139. - 96 с.

70. Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1988. - №176. - 88 с.

71. Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1990. - №235. - 116 с.

72. Ключников А.Д. Энергосберегающая политика и проблемы энергетики теплотехнологии // Проблемы энергетики теплотехнологии: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции / Под ред. А.Д. Ключникова. --М.:МЭИ, 1983. Т. 1. - С. 3 - 4.

73. Ключников А.Д. Энергосберегающая политика и энергетика теплотехнологии / Изв. ВУЗ. Энергетика. 1984. - №6. - С. 56 - 62.

74. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии как инструмент энергосберегающей политики // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д. Ключникова. М., МЭИ, 1984.-№29.-С. 3-8.

75. Ключников А.Д. Основные направления реализации предельного энергосбережения в теплотехнологии // Промышленная энергетика. 1986. -№10. - С.З - 5.

76. Ключников А.Д. Основные направления и предпосылки реализации интенсивного энергосбережения в теплотехнологии // Проблемы энергетики теплотехнологии: Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научной конференции / Под ред. А.Д. Ключникова. М.:МЭИ, 1987. - С.З

77. Ключников А.Д. Основные определения и классификация теплотехнологических процессов // Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.- С. 42 - 46.

78. Ключников А.Д. Методические основы реализации энергосберегающих теплотехнологических установок // Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 52 - 55.

79. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение: предпосылки, методы, следствия // Теплоэнергетика. 1994. - № 1. - С. 12 -16.

80. Ключников А.Д. Концепция интенсивного энергосбережения как база формирования энергоматериалосберегающих и экологически безопасных моделей теплотехнологических систем будущего // Вестник МЭИ. 1996. - № 1.-C.33 -36.

81. Ключников А.Д., Картавцев С.В. Интенсивное энергосбережение в промышленности: предпосылки, научно-методическое и кадровое обеспечение // Промышленная энергетика. 1996. - №8. - С.2 - 5.

82. Ключников А.Д. Методология поиска перспективных моделей ВТУ // Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. М.: МЭИ, 2004.-С. 68-69.

83. Ключников А.Д. Критерии энергетической эффективности и резерва энергосбережения теплотехнологии, теплотехнологических установок, систем и комплексов. М.: МЭИ, 1996. - 38 с.

84. Ключников А.Д. Предпосылки радикального повышения эффективности работ в области энергосбережения // Промышленная энергетика. 2001. -№4.-С. 12-17.

85. Ключников А.Д., Круглов Ю.Д., Смирнов В.М. Прогноз потенциальных возможностей энергосбережения при восстановительной плавке железной руды // Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб.науч.тр. М.: МЭИ, 1987. - №139. - С. 5 - 8.

86. Ключников А.Д., Попов С.К. Повышение уровня энергоматериалосбере-жения при нагреве стали // Энергосбережение в высокотемпературной те-плотехнологии: Сб. науч. тр. / Под ред. проф. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1990. - №235. - С.5 -12.

87. Ключников А.Д., Попов С.К. Использование первичной энергии и интенсивное энергосбережение в производственной системе переработки лома на мелкосортный прокат // Сталь. 1991. - №3. - С. 85 - 89.

88. А.с. 1724970 СССР, МКИ5 С 21 D 9/52. Устройство для термообработки длинномерных изделий / А.Д. Ключников, С.К. Попов, Т.А. Степанова и др. (СССР) // Открытия. Изобретения. 1992. - № 13.

89. Ключников А.Д., Попов С.К. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологической системы. М.: МЭИ, 1999. - 70 с.

90. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение как база разработки концептуальной модели теплотехнологического комплекса черной металлургии // Изв. вуз. Черная металлургия. 1999. - №2. - с.61 - 63.

91. Тяжелые металлы // Основы металлургии: Монография: В 4 т. / Отв. ред. Н.С. Грейвер, Д.Н. Клушин, И.А. Стригин, А.В. Троицкий. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. - 1962. - Т.2. -. 792 с.

92. Ю1.Севрюков Н.Н., Кузьмин Б.А., Челищев Е.В. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1976. - 568 с.

93. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. -М.: Металлургия, 1985. 480 с.

94. Металлургия чугуна / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин, В.М. Клемперт. М.: Металлургия, 1989. - 512 с.

95. Кудрин В.А. Металлургия стали: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1989.-560 с.

96. Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. М.: Металлургия, 1970.-407.

97. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - 544 с.

98. Технология прокатного производства: Справочник: В 2 кн. / М.А.Беняковский и др. / Под ред. В.И.Зюзина, А.В.Третьякова. М.: Металлургия, 1991. - кн. 1 - 438 с.

99. Технология прокатного производства: Справочник в 2х кн. / М.А. Беня-ковский и др. / Под ред. В.И.Зюзина, А.В.Третьякова. М.: Металлургия, 1991.-кн. 2-С443-862

100. Кожевников И.Ю. Бескоксовая металлургия железа. М.: Металлургия, 1970.-336 с.

101. Князев В.Ф., Гиммельфарб А.И., Неменов A.M. Бескоксовая металлургия железа. М.: Металлургия, 1972. - 272 с.

102. Перспективы развития технологии черной металлургии (научные предпосылки) / Голиков И.Н., Губин Г.В., Карклит А.К. и др. М.: Металлургия, 1973.-568 с.

103. Бигеев A.M. Непрерывные сталеплавильные процессы. М.: Металлургия, 1986.-136 с.

104. Развитие бескоксовой металлургии / Тулин Н.А., Кудрявцев B.C., Пчел-кин С.А. и др. М.: Металлургия, 1987. - 328 с.

105. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: В 5 т.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. -Т.1.- 288 с.

106. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: В 5 т.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т.2.- 304 с.

107. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: В 5 т.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. -Т.3.-296 с.

108. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: В 5 т.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994.- Т.4.-166 с.

109. Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: В 5 т.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994.- Т.5. 236 с.

110. Внедрение ресурсосберегающих технологий в черной металлургии / Долгоруков Ю.А., Кацнельсон Г.М., Деревянко В.И. и др. Киев: Техника, 1986.-192 с.

111. Безотходная технология в промышленности / Ласкорин Б.Н., Громов Б.В., Цыганков А.П. и др. -М: Стройиздат, 1986. 158 с.

112. Шпирт М.Я. Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых / Под ред. Б.Н. Ласкорина. М: Недра, 1986.-255 с.

113. Остапенко П.Е., Мясников Н.Ф. Безотходная технология переработки руд черных металлов / Под ред. Б.Н. Ласкорина. М: Недра, 1988. - 271 с.

114. Шульц Л.А. Элементы безотходной технологии в металлургии. М: Металлургия, 1991. -174 с.

115. Роменец В.А. Процесс жидкофазного восстановления железа: разработка и реализация // Сталь. 1990. - №8. - С. 20 - 27.

116. Вегман Е.Ф. О минимальном теоретически возможном расходе топлива в печах жидкофазного восстановления железа // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1992, - №5. - С. 14-16.

117. Роменец В.А., Вегман Е.Ф., Сакир Н.Ф. Процесс жидкофазного восстановления // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. -1993,-№7.-С. 9-19.

118. Роменец В.А., Усачев А.Б., Баласанов А.В. и др. Возможности использования процесса РОМЕЛТ при модернизации завода полного металлургического цикла // Сталь. 1995. - №11. - С. 64-67.

119. Юсфин Ю.С., Черноусов П.И., Травянов А.Я. Расход топлива на жидко-фазное восстановление железорудных материалов // Сталь. 1995. - №5. -С. 20 - 25.

120. Вегман Е.Ф., Жак А.Р., Штукерт И.А., Схема использования печи РО-MEJIT в комплексе с шахтной печью // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №1. - 1996. - С. 70-71.

121. Гиммельфарб А.И., Левин М.Я. Проектирование промышленной установки РОМЕЛТ// Сталь. 1996. - №4. - С. 19-21.

122. Усачев А.Б., Баласанов А.В., Георгиевский С.А. Статистическая модель процесса РОМЕЛТ // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №7. - 1996. - С. 19-22.

123. Валавин B.C. Расчет материального и теплового балансов процесса жид-кофазного восстановления Ромелт // B.C. Валавин, Ю.В. Похвиснев, С.В. Вандарьев и др. // Сталь. 1996. - №7. - С. 59 - 63.

124. Вегман Е.Ф. О показателях процесса жидкофазного восстановления Ромелт // Сталь. 1996. - № 11. - С. 63 - 68.

125. Валавин B.C. К вопросу о методике расчета расхода угля на процесс жидкофазного восстановления Ромелт// Сталь. 1996. - № 12. - С. 62 - 64.

126. Усачев А.Б., Сниткин A.M., Усачев Д.А. Энергоемкость производства железоуглеродистого полупродукта для выплавки стали процессом Ромелт // Сталь. 1998. - №9. - С.65-69.

127. Усачев А. Б., Усачев Д. А., Петрова В. В. Сравнение эффективности производства металла в агрегатах РОМЕЛТ и доменных печах // Бюллетень научно-технической информации. Черная металлургия. 1998. - №11-12. -С 35-38.

128. Товаровский И.Г. Сопоставление расхода топлива в доменной плавке и в процессе жидкофазного восстановления Ромелт // Сталь. № 12. - 1998. -С. 7 -12.

129. Роменец В. A. "POMEJIT" полностью жидкофазный процесс получения металла // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. -1999.-№11. - С.13-23.

130. Буровой И.А., Усачев А.Б. Комплексная математическая модель процесса Ромелт // Сталь. 2000. - № 2. - С.71 - 76.

131. Роменец В. А., Усачев А. Б., Баласанов А. В. и др. Роль угля в процессе жидкофазного восстановления железа РОМЕЛТ // Металлург. 2001. -№3. - С. 26-28.

132. Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Зубарев А.Г. и др. Затраты первичной энергии на получение стали различными способами // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 1984. - №8. - С. 47 - 55.

133. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г. Компьютерный расчет технологических топливных чисел в обобщенной форме и его использование на примере "Мидрекс" // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 1999. - №11. - С. 23 -26.

134. Лисиенко В.Г., Дружинина О.Г., Морозова В.А. Диссипативная методика сквозного энергоэкологического анализа энерготехнологических объектов // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 2000. - №3. - С. 62 - 66.

135. Юзов О.В., Исаев В.А. Анализ расхода основных ресурсов в черной металлургии России // Сталь. 1999. - №10. - С. 72 - 77.

136. Шульц Л.А. Энергоэкологическая оценка металлургического производства// Известия ВУЗ. Черная металлургия. 1999. - №3. - С. 69 - 74.

137. Шульц Л.А., Дорошенко Н.В. Оборот лома черных металлов и его энергоэкологическая оценка // Сталь. 2000. - №7. -С. 80-83.

138. Юсфин Ю.С., Архипов Н.А., Черноусов П.И. и др. Оценка энергоэффективности производства черных металлов в современных условиях // Сталь.-2000.-№5.-С. 88-94.

139. Юсфин Ю.С. Металлургия и окружающая среда // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 2000. - №5. - С. 43 - 49.

140. Баптизманский В.И. Пути развития черной металлургии // Известия ВУЗ. Черная металлургия. №8. - 1993. - С. 1-3.

141. Цымбал В.П. Перспективы развития металлургии (прошлое, настоящее и будущее) // Известия ВУЗ. Черная металлургия. 1993. - №8. - С. 7 -12.

142. Афонин С.З. Черная металлургия России сегодня и завтра // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6-10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т. 1. - С. 69.

143. Шалимов А.Г., Янке Д., Кашин В.И. Перспективные направления научного поиска в черной металлургии // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6- 10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т. 1. - С. 11 - 19.

144. Ниллс Р. Новые тенденции в развитии металлургической технологии // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 610, 1994 г.: Международная конференция. М: Металлургия, 1994. - Т. 1. -С. 19-26.

145. Карабасов Ю.С. Подготовка инженеров-металлургов в условиях перехода к рынку // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 10, 1994 г.: Международная конференция. - М.: Металлургия, 1994.-Т. 1.-С. 30-33.

146. Лякишев Н.П., Цветков Ю.В., Лайонс Р., Фролов В.А. Проблемы металлургического завода будущего // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6- 10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т. 1. - С. 35 - 39.

147. Бродов А.А. Прогноз рынка черных металлов России в началу века // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т. 1. -С. 39-43.

148. Голубченко А.К., Пилюшенко B.JI. Перспективы развития металлургии Украины в XXI веке // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 10, 1994 г.: Международная конференция. - М.: Металлургия, 1994.- С. 44 - 46.

149. Сорокина М.К. Анализ конкурентоспособности продукции черной металлургии в ценах мирового рынка // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6- 10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994,- Т. 1.- С. 51-53.

150. Вайсингер X. Тенденции развития производства чугуна и стали//Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6-10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994.- Т. 1.-С. 104-110.

151. Роменец В.А. Жидкофазное восстановление в черной металлургии // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 -10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994.- Т. 2.- С. 91 - 97.

152. Шахпазов Е.Х., Довлядов И.В., Смирнов В.И., Франтова Е.С. Процесс и агрегат руда сталь // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6 - 10, 1994 г.: Международная конференция. -М.: Металлургия, 1994.- Т. 2.- С. 130 -131.

153. Патон Б.Е. Мировые тенденции развития сталеплавильного производства в XXI веке // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6- 10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994.- Т. 2.-С. 160- 165.

154. Ефименко С.П., Сосковец О.Н. Некоторые проблемы развития прокатного производства // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке, Москва, июнь 6- 10, 1994 г.: Международная конференция. М.: Металлургия, 1994. - Т. 3. - С. 239 - 244.

155. Картавцев С.В. Расчет энергоемкости металлургической продукции: Методические указания. Магнитогорск, 1997. - 28 с.

156. Картавцев С.В., Нешпоренко Е.Г. Расчет энергоемкости металлургической продукции: Методические указания. Магнитогорск, 2003. - 21 с.

157. Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика. М.: Металлургия, 1981. -240 с.

158. Обогатительные фабрики: Справочник по обогащению руд: В 3 т. / Под ред. О.С. Богданова. М.: Недра, 1974. - Т.З. - 408 с.

159. Картавцев С.В., Ключников А.Д. Возможные пределы минимизации ресурсных затрат в теплотехнологическом комплексе черной металлургии // Изв. Вузов. 2002. - №7. - С. 43 - 47.

160. Картавцев С.В. Концепция энергосбережения в черной металлургии // Энергопотребление и энергосбережение: проблемы, решения: Тезисы докладов. Международная научно-практическая конференция, Пермь, 1998. С.58-60.

161. Картавцев С.В. Концепция энергосбережения в металлургическом комплексе и защита окружающей среды // Экология промышленных регионов на рубеже XXI века: Сборник научных трудов. Магнитогорск, 1999. - С.107-110.

162. Картавцев С.В. Научная технология энергосбережения в промышленности для регионального энергетического менеджмента // Энергосбережение и проблемы энергетики Западного Урала. 2001. - № 1. - С. 46 - 51.

163. Картавцев С.В. Резерв энергосбережения в черной металлургии // Моделирование теплофизических процессов и вопросы энергосбережения в теплотехнологии: Межвуз. сб. науч. тр. Иваново, 2000. - С. 52 - 60.

164. Картавцев С.В., Нешпоренко Е.Г. Разработка энергоэффективного металлургического процесса получения железа: Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков, Магнитогорск, 15-17 октября 2002 г. Магнитогорск: Магнитогорский Дом печати, 2003. - С. 47-49.

165. Картавцев С.В. Энергетические оценки прямого плавления железных руд как варианта подготовки к восстановлению // Известия Челябинского научного центра УрОРАН. 2005. - &8470; 2. С.48-52. http://csc.ac.ru/news/20052/200527l.pdf2005, №2 (28).

166. Картавцев С.В. Энергетика жидкофазного восстановления железа на основе природного газа // Изв. вуз. Черная металлургия, 2004. № 7. С. 37 -39.

167. Картавцев С.В. Энергосбережение в черной металлургии: концептуальные подходы // Теплотехника и теплоэнергетика в металлургии. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 1999. - С. 20 - 27.

168. Картавцев С.В. Совместная задача энергосбережения и технического прогресса черной металлургии // Литейные процессы: Межрегиональный сборник научных трудов. Магнитогорск, 2000. - вып.1. - С. 173 - 79.

169. Картавцев С.В. Технический прогресс черной металлургии: возможности интенсивного развития // Современная металлургия начала нового тысячелетия: Сборник научных трудов. Липецк, ЛГТУ, 2001. - 4.1. - С. 15 -19.

170. Картавцев С.В. Энергосбережение и технический прогресс черной металлургии // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2001.-Вып. 1.-С. 160-166.

171. Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты для производства стальных полос / В.М. Салганик, И.Г. Гун, А.С. Карандаев, А.А. Радионов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 506 с.

172. Картавцев С.В. Энергетические характеристики углеводородных восстановителей в прямом получении железа. // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Межвуз. сб. тр.- М.: МЭИ, 1984. № 29. - С.45 - 50.

173. Картавцев С.В., Русов O.JI. Математическая модель энергохимической аккумуляции высокотемпературных продуктов сгорания // Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб. научн. тр. М., -1987 . -Вып. № 139. - С.53 - 56.

174. Картавцев С.В. Энергетические характеристики продуктов конверсии природного газа в плавильно-восстановительном процессе. // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сборник научн. трудов. М.: МЭИ, 1990. - №235. - С.60 - 65.

175. Картавцев С.В. Энергетические характеристики продуктов конверсии природного газа в восстановительной плавке // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов: Межвузовский сборник научных трудов. -Магнитогорск, 1991. С. 12-17.

176. Картавцев С.В., Портнова И.В. Разработка энергосберегающей тепловой схемы использования конвертерных газов // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов: Межвузовский сборник научных трудов. Магнитогорск, 1991. - С. 143 - 145.

177. Картавцев С.В. Природный газ в восстановительной плавке. СВС и ЭХА: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - 188 с.

178. Рыкалин Н.Н., Манохин А.И., Фролов В.А., Цветков Ю.В. Перспективы применения низкотемпературной плазмы для восстановительных процессов в черной металлургии // Сталь. 1977. - № 11. - С. 974-977.

179. Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. М.: Химия, 1972. - 136 с.

180. А. с. 956570 СССР, МКИ3 С 21 С 5/38. Способ утилизации тепла конвертерного газа / Иванов Н.И., Литвинов В.К., Егорова М.Н., Лысенко Л.К., Агапитов Е.Б. Заявл. 03.02.81, - Опубл. 07.09.82 в БИ № 33. - С.117.

181. Картавцев С.В., Портнова И.В. Способ утилизации конвертерных газов Патент РФ № 2 002 812, опубликовано в БИ № 41 42,1993 г.

182. Нешпоренко Е.Г., Бурмакина А.В., Картавцев С.В. Выбор источника энергии для металлургии и энергетики // Энергосбережение, теплоэнергетика и металлургическая теплотехника: Сб. науч. труд. Магнитогорск: МГТУ,2003.-С. 88-92

183. Картавцев С.В., Нешпоренко Е.Г. Сравнительный энергетический анализ углей и природного газа в восстановительной плавке железа // Наука и производство, приложение к журналу «Энергетика региона». 2001. - № 4.-С.2-4.

184. Горелов А.Ф. Анализ топливных и энергетических характеристик природного газа и продуктов его конверсии // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. тр. / Под ред. проф. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1990. - №235. - С.65-72.

185. Образцов С.В., Эдельман В.И. Электроэнергетика России в 1998 году. Основные итоги // Электрические станции. 1999. - №5. - С.2 - 5.

186. Плужников А.И. Природный газ в черной металлургии // Рациональное использование природного газа в металлургии: Сборник тезисов международной научно-практической конференции, Москва, 13-14 ноября 2003г. М.: МИСиС, 2003.- С.8-24.

187. Ипполитов В.А. Физическая модель и расчет теплообмена в системе расплав газ - твердая частица // Энергетика высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. трудов / Под ред. А.Д. Ключникова. - М.: МЭИ 1980.- Вып.476. - С.43 - 47.

188. Ипполитов В.А. Исследование теплообмена при плавлении шара в продуваемом слое жидкости // Энергетика высокотемпературных теплотехнологических процессов: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. -М.: МЭИ, 1982. №3. - С. 30 - 36.

189. Горюнова И.Ю. Экспериментальное исследование процесса теплообмена в ограждении с фильтруемой изоляцией // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1984. - № 29. - С. 89 - 94.

190. Принц С.Ф. Теплообмен в двухфазной жидкостной системе, продуваемой газами // Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1984. - № 29. -С. 96-99.

191. Морозов И.П. Экспериментальное исследование процесса получения фритты на огневом стенде прямоточно-вихревой плавильной камеры /

192. И.П. Морозов, М.С. Коропов, Н.А. Котровский и др. // Энергосбережение в новых высокотемпературных теплотехнологических процессах: Межвуз. темат. сб. / Под ред. А.Д.Ключникова. М.: МЭИ, 1985. - №66. - С. 58 -61.

193. Гохгут А.А. Методика расчетной оценки технологической обработки фосфоритов в кипящем слое расплава // Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1987. - №139, - С. 56 - 60.

194. Чертилов М.К. Толщина гарниссажа донной дутьевой решетки плавильного агрегата // Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1987. - №139. - С. 60 - 64.

195. Ипполитов В.А., Михалев С.В. Экспериментальная оценка теплопроводности однородного шлакометаллического расплава // Энергосбережение в высокотемпературной технологии: Сб. науч. тр. / Под ред. А.Д. Ключникова. М.: МЭИ, 1987. - №139. - С. 64 - 67.

196. Способ прямого получения чугуна и энергоценного вторичного газа: Патент 1 811 699 РФ, МКИ5 С 21 В 13/00 / Ключников А.Д., Круглов Ю.Д., Русов О.Л., Ипполитов В.А., Горелов А.Ф., Смирнов A.M., Антонов С.В., Картавцев С.В. (РФ). 4 е.: ил.

197. Способ непрерывного получения железа: А.с. 1322681 СССР, МКИ5 С 21 В 13/00 / Ключников А.Д., Принц С.Ф., Картавцев С.В.(СССР). 6 е.: ил.

198. Аппарат для пиролиза углеводородного сырья: А.с. 1680759 СССР, МКИ5 С 10 G 9/34 / Картавцев С.В., Портнова И.В. (СССР). 4 е.: ил.

199. Способ утилизации конвертерных газов: Патент 2 002 812 РФ, МКИ5 С 21 С 5/38 / Картавцев С.В., Портнова И.В. (РФ). 5 е.: ил.

200. Способ производства плоских изделий:

201. Патент 2 239515 РФ, МКИ В 22 D 11/01 / Картавцев С.В., Строганов К.В. (РФ). 4 е.: ил.

202. Картавцев С.В., Портнова И.В. Разработка энергосберегающей тепловой схемы использования конвертерных газов // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов: Межвузовский сборник научных трудов. Магнитогорск, 1991. - С. 143 - 145.

203. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энер-гоиздат, 1981. - 416 с.

204. Перелетов И.И., Горюнова И.Ю. Регенерация потока теплоты, рассеиваемого в окружающую среду через ограждение плавильных камер // Энергетика высокотемпературных теплотехнологических процессов: Межвуз. сб. науч. тр. М.: МЭИ, 1982. -№3. - С. 19 - 24.

205. Строгонов К.В., Картавцев С.В. Жидкая сталь: использование теплоты и скоростная разливка: Монография. Магнитогорск, МГТУ, 2006. - 147 с.

206. Картавцев С.В., Бурмакина А.В. Разработка условий эффективного использования энергетических углей // Уголь 2006.- № 9. - С. 14.

207. Картавцев С.В., Бурмакина А.В. Повышение эффективности использования энергетических углей в промышленности // Промышленная энергетика.-2006.-№ 12.-С. 34-35.