Виталий Александрович Скляр

Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии

Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»

© Виталий Александрович Скляр, 2017

© Виталий Александрович Скляр, иллюстрации, 2017

Иллюстратор Виталий Александрович Скляр

Корректор Ольга Игоревна Бражникова

В учебном пособии представлено описание энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые используются на современных предприятиях во всем мире. Рассмотрены вопросы применения современных технологий, которые позволяют экономить ресурсы и повышают эффективность производства стали и проката.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по металлургическим специальностям.

ISBN 978-5-4483-7624-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Оглавление

1. Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии
2. Предисловие
3. 1. Энерго- и ресурсопотребение на металлургическом предприятии
   1. §1. Потребление энергии в структуре предприятия
   2. §2. Энергоемкость продукции
   3. Вопросы для самоконтроля
4. 2. Вторичные энергетические ресурсы черной металлургии
   1. §1. Классификация вторичных энергетических ресурсов
   2. §2. Вторичные энергетические ресурсы в доменном производстве
   3. §3. Вторичные энергетические ресурсы в коксохимическом производстве
   4. §4. Вторичные энергетические ресурсы в сталеплавильном производстве
   5. §5. Вторичные энергетические ресурсы других производств
   6. Вопросы для самоконтроля
5. 3. Ресурсо- и энергосбережение при производстве чугуна, технологии прямого восстановления железа
   1. §1. Производство агломерата и окатышей
   2. §2. Доменное производство
   3. §3. Способы прямого восстановления железа, характеристика продукции и сырья
   4. §4. Технология Midrex
   5. §5. Технология HYL и ее разновидности
   6. §6. Производство железа в реакторах кипящего слоя
   7. §7. Агрегаты FASTMET и ITmk3
   8. Вопросы для самоконтроля
6. 4. Ресурсо- и энергосберегающие технологии в сталеплавильном производстве
   1. §1. Сравнение энергоэффективности сталеплавильных процессов
   2. §2. Снижение затрат энергии в кислородно-конвертерном процессе
   3. §3. Снижение затрат энергии в электросталеплавильном производстве
   4. §4. Процесс Consteel
   5. §5. Двухкорпусные электросталеплавильные агрегаты
   6. §6. Шахтные электросталеплавильные печи
   7. Вопросы для самоконтроля
7. 5. Процессы внепечной обработки стали
   1. §1. Особенности процессов внепечной обработки стали
   2. §2. Продувка стали инертным газом в ковше
   3. §3. Обработка стали синтетическими шлаками
   4. §4. Агрегат «ковш-печь»
   5. §5. Обработка стали вакуумом
   6. Вопросы для самоконтроля
8. 6. Вопросы ресурсо- и энергосбережения при разливке стали на МНЛЗ
   1. §1. Непрерывная разливка стали
   2. §2. Технологические особенности процесса «мягкого» обжатия
   3. §3. Технология «мягкого обжатия» непрерывнолитых блюмов
   4. §4. Технология «мягкого» обжатия непрерывнолитых слябов
   5. §5. Технология «мягкого обжатия» непрерывнолитых заготовок
   6. Вопросы для самоконтроля
9. 7. Совмещенные металлургические процессы
   1. §1. Преимущества литейно-прокатных агрегатов
   2. §2. Сортовые литейно-прокатные агрегаты
   3. §3. Листовые литейно-прокатные агрегаты CSP
   4. §4. Листовые литейно-прокатные агрегаты ISP
   5. §5. Агрегат ВСТ с ленточной МНЛЗ
   6. §6. Валковая разливка-прокатка
   7. §7. Балочный литейно-прокатный агрегат CBP
   8. Вопросы для самоконтроля
10. 8. Энергосберегающие технологии при нагреве металла под прокатку и термообработку
    1. §1. Методы энергосбережения при нагреве слитков в колодцах
    2. §2. Горячий посад металла и прямая прокатка
    3. §3. Низкотемпературная прокатка
    4. §4. Энергосбережение при нагреве металла в методических печах
    5. §5. Индукционный нагрев металла
    6. §6. Снижение расхода энергии в печах для термообработки
    7. Вопросы для самоконтроля
11. 9. Ресурсо- и энергосбережение при производстве листопрокатной продукции
    1. §1. Производство листового проката на толстолистовых станах
    2. §2. Оптимизация режимов обжатий на толстолистовых станах
    3. §3. Ресурсосберегающие технологии при производстве толстых листов
    4. §4. Широкополосные станы горячей прокатки
    5. §5. Оптимизация режима обжатия полос на ШСГП
    6. §6. Методы энергосбережения на промежуточном рольганге ШСГП
    7. §7. Технология «сухой» прокатки
    8. §8. Асимметричная прокатка
    9. §9. Станы холодной прокатки
    10. Вопросы для самоконтроля
12. 10. Ресурсо- и энергосбережение при производстве сортового проката
    1. §1. Тенденции развития прокатных станов
    2. §2. Проволочные и комбинированные станы
    3. §3. Мелкосортные и среднесортные станы
    4. §4. Крупносортные и рельсобалочные станы
    5. §5. Редукционно-калибровочные блоки
    6. §6. Выбор оптимальной системы калибровки сортового проката
    7. §7. Технология Slit Rolling
    8. §8. Многоручьевая прокатка-разделение
    9. Вопросы для самоконтроля
13. 11. Станы бесконечной прокатки
    1. §1. Особенности использования технологии бесконечной прокатки
    2. §2. Бесконечная прокатка на станах холодной прокатки
    3. §3. Бесконечная прокатка на сортовых станах
    4. Вопросы для самоконтроля
14. 12. Применение технологической смазки при горячей прокатке
    1. §1. Особенности применения смазок при горячей прокатке
    2. §2. Виды смазок для горячей прокатки
    3. §3. Способы нанесения технологических смазок
    4. Вопросы для самоконтроля
15. 13. Косвенные пути экономии металла в прокатном производстве
    1. §1. Производство точного проката
    2. §2. Термообработка проката
    3. §3. Термомеханическая обработка
    4. §4. Совершенствование сортамента проката
    5. §5. Биметаллы и их виды
    6. §6. Способы получения биметаллов
    7. §7. Перекатка изношенных железнодорожных рельсов в сортовой прокат
    8. §8. Снижение энергозатрат за счет повышения качества проката
    9. §9. Экономия энергозатрат путем замены холоднокатаной листовой стали качественной горячекатаной
    10. Вопросы для самоконтроля
16. Список условных сокращений

Предисловие

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

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

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

1. Энерго- и ресурсопотребение на металлургическом предприятии

§1. Потребление энергии в структуре предприятия

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Вторичные энергетические ресурсы черной металлургии

§1. Классификация вторичных энергетических ресурсов

Многие металлургические агрегаты характеризуются не только большим потреблением энергоресурсов, но и имеют при этом низкий коэффициент полезного действия (КПД), из-за больших потерь тепла в окружающую среду, обусловленных особенностью их конструкции. В большинстве случаев эти потери тепла уменьшить нельзя, но можно использовать данное тепло на другие нужды.

В коксовых батареях, доменных печах, кислородных конвертерах и некоторых других агрегатов в процессе основного производства образуются искусственные технологические газы, которые затем можно использовать как топливный ресурс для печей или котлов.

Данные тепловые и топливные ресурсы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР).

Вторичные энергоресурсы — это содержащаяся в продукции или отходах энергия, которая не используется в основном технологическом агрегате, но может применяться в других агрегатах.

Таким образом, к ВЭР не может относиться, например, подогрев воздуха перед подачей в печь с помощью рекуператора, так как тепло отходящих газов будет использоваться в самом агрегате. Но если тепло отходящих газов направить в котел-утилизатор, то такой источник тепла будет относиться к ВЭР.

За счет использования ВЭР на предприятии можно покрыть потребности в тепловой энергии на 30…70%.

Все имеющиеся ВЭР можно разделить на три группы: горючие, тепловые и ВЭР избыточного давления (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — Классификация вторичных энергетических ресурсов

Горючие ВЭР — это отходы основного производства, используемые в качестве топлива для других агрегато