Оптимизация состава шихты и технологических параметров аглодоменного производства Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: TexHÏ4HÏ науки Вип. №20

УДК 669.162.2 _

Томаш А.А.1, Кривенко С.В.2, Русских В.П. 3,

Тарасов В.П. 4, Семакова В.Б. 5

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ШИХТЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АГЛОДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Разработана система комплексного анализа аглодоменного производства, которая позволяет оптимизировать расходы компонентов агломерационной и доменной шихт, а также технологические параметры производства. Критерием оптимальности является максимальный суммарный экономический эффект производства.

Ключевые слова: шихта, технологические параметры, оптимизация, себестоимость, чугун.

Томаш О.А., KpieeHKO С.В., Руських В.П., Тарасов В.П., Семакова В.Б. OnmuMi-

заця складу шихти та технологiчних параметрiв аглодоменного виробництва.

Розроблено систему комплексного анал1зу аглодоменного виробництва, яка дозво-ляе оптим1зувати витрати компонент1в агломерацтног та доменног шихт, а та-кож технолог^чш параметри виробництва. Критер1ем оптимальност1 е максима-льний сумарний економ!чний ефект виробництва.

Ключовi слова: шихта, технолог1чт параметри, оптим1зац1я, соб1варт1сть, чавун.

A.A. Tomash, S. V. Krivenko, V.P. Russkyh, V.P. Tarasov, V.B. Semakova. Optimization of composition of charge and technological parameters of sintering and blast productions of production. The system of complex analysis of sintering and blast productions is developed, which allows optimizing the charges of components of sintering and blast-furnace mixes, and also technological parameters of production. A maximal total economic effect of production is the criterion of optimality. Keywords: mix, technological parameters, optimization, prime price, cast-iron.

Постановка проблемы. Высокие технико-экономические показатели работы доменного цеха в значительной мере определяются качеством используемого окускованного сырья, которое должно соответствовать определенным химическим и физическим требованиям. Однако улучшение качества окускованного сырья способствует повышению его стоимости. Введение в аглошихту дешёвых железосодержащих отходов снижает стоимость агломерата и, соответственно, способствует снижению себестоимости чугуна. В то же время относительно низкое содержание железа в отходах приводит к снижению его содержания в агломерате, увеличению выхода доменного шлака и удельного расхода кокса, снижению производительности доменной печи и, в конечном итоге, к повышению себестоимости чугуна. Напротив, введение в состав шихты для производства агломерата дорогостоящих концентратов и руд с высоким содержанием железа способствует удорожанию агломерата и повышению за счёт этого стоимости чугуна, с одной стороны, а с другой стороны обеспечивает снижение удельного расхода кокса и рост производства чугуна со снижением его себестоимости. Таким образом, суммарное влияние состава аглошихты на технико-экономические показатели доменной плавки может оказаться как позитивным, так и негативным, в зависимости от того какая тенденция окажется более весомой. Поэтому в практике аглодоменного производства часто встречаются задачи оптимизации с противоположными тенденциями. Их решение требует выбора одного из двух или нескольких альтернативных вариантов, каждый из которых одновременно оказывает и положительное, и негативное влияние на технологический процесс.

Анализ последних исследований и публикаций. Примерами задач оптимизации с про-

1 д-р техн. наук, профессор, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

2 канд. техн. наук, доцент, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

3 канд. техн. наук, доцент, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

4 д-р техн. наук, профессор, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

5 канд. техн. наук, доцент, Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

Серiя: Технiчнi науки

тивоположными тенденциями в доменном производстве являются: замена сырого известняка в доменной плавке конверторным шлаком, выбор состава доменной шихты, замена части кокса природным газом или другими видами топлива и т.д. [1]. Так, в доменном цехе ОАО «ММК им. Ильича» успешно заменяют сырой известняк конверторным шлаком, а на ОАО «МК «Азов-сталь» конверторный шлак не применяют, расходуя до 100 кг/т чугуна сырого известняка. Однако на обоих комбинатах не сделан технико-экономический анализ применения разных флюсующих добавок для ошлаковывания пустой породы железосодержащей части шихты. Часто решение таких задач оптимизации осуществляется специалистами на основании собственного субъективного опыта без количественной оценки суммарного влияния различных компонентов шихты, параметров комбинированного дутья и других факторов на технологию и показатели доменной плавки, а также без расчета суммарных технико-экономических результатов аглодо-менного производства. При этом обычно абсолютизируется только одна тенденция и не принимаются во внимание другие. В результате на разных предприятиях часто принимают противоположные решения по одному и тому же вопросу. Для правильной оптимизации и прогнозирования результатов аглодоменного производства необходимо внедрение системы, осуществляющей комплексный расчет, начиная от выбора параметров окускования сырья и заканчивая выплавкой чугуна.

Цель статьи - разработка системы комплексного анализа аглодоменного производства, позволяющей оперативно выбирать состав агломерационной и доменной шихт, а также технологические параметры с целью достижения наилучших технико-экономических показателей совместно доменного и агломерационного цехов.

Изложение основного материала. Система комплексного анализа аглодоменного производства (СКААДП) состоит из четырёх расчетных модулей: I - состава агломерационной шихты и агломерата; II - технико-экономических показателей агломерационного производства; III -материального и теплового баланса доменной плавки; IV - изменения себестоимости чугуна (рис. 1).

Рис. 1 - Структура системы комплексного анализа аглодоменного производства

Исходными данными для модуля I СКААДП являются исходный химический состав и стоимость компонентов аглошихты, а также требования к химическому составу агломерата. Расчёт производят с использованием разработанного метода линейного программирования [2]. Составляют систему уравнений теплового и материального балансов, основности агломерата, а

Серiя: Технiчнi науки

также балансов химических элементов (соединений). Целевой функцией, которую необходимо минимизировать, является уравнение баланса себестоимости агломерата. Систему уравнений можно дополнять, однако, при этом необходимо учитывать новые компоненты или параметры, чтобы число уравнений в ней было равно количеству рассчитываемых неизвестных значений. В результате определяют расход компонентов аглошихты, соответствующий минимальной себестоимости агломерата.

Ядром СКААД11 является модуль III, в котором расчёт материального и теплового балансов доменной плавки реализован методикой, представленной в работе [3]. По его результатам определяют удельные расходы шихтовых материалов на выплавку 1 т чугуна, удельный расход кокса, затраты тепла на нагрев дутья, выход и состав шлака и колошникового газа.

Расчёты модулей II и IV представляют собой фрагменты соответствующих калькуляций. Оптимальные расходы компонентов агломерационной и доменной шихт, а также технологические параметры производства, полученные в результате расчетов, должны соответствовать максимальному суммарному экономическому эффекту аглодоменного производства.

Для многих задач: выбора состава доменной шихты, замены известняка конверторным шлаком, замены части кокса другими видами топлива - нет необходимости в определении расхода компонентов аглошихты и изменения себестоимости агломерата. В таком случае достаточно выполнения расчётов для исходных данных, непосредственно связанных с доменной плавкой, без использования модулей I и II СКААДП.

Выполнение технико-экономического анализа нескольких альтернативных вариантов, количество которых может составлять 10 и более, весьма трудоёмкая задача. Для ускорения её решения был разработан комплекс компьютерных программ, соответствующих расчётам. Результаты расчёта одной программы становятся исходными данными для последующей. Например, результаты расчёта расхода кокса, флюса, железорудных материалов, производительности доменной печи вводятся в программу расчёта изменения себестоимости чугуна. На рис.2 представлен фрагмент интерфейса программы компьютерного расчёта материального и теплового баланса доменной плавки.

1* Химсостав компонентов доменной шихты

Файл Правка Расчет Помощь

ЛШ1

ЩЦ у8® | шз ящ ] дп5 |

Ннн^ь ыУУуу1 Ь'йТу г к - а |

ШШ; ЕЬ^Ьдащ;ЩТЁЕИАЯ.ОЕ-

Ш&рбриап кг Йодёрж йпагиМ- 1'ьшУи: пь'.плуУ: в печв^

52.35 4,30 1,00 55,12

Т-'.у.у .сятш ШМо 1,0« 168.90

'Марг. руда э-щ 7,00 1.0® 3,41

^вёс'ткяк 11,36 рщ 11,47

234.10 23В;?0 Ш.80

мдтййиайш! шшшрйщшщййр

ТТ:'I: [ .'[[у:': _ ''У урЧууу!':'.:

ж.р. сулу'и 167,30 '''.ту::

¿■¿Ш&'У^Щг 52,35 ~7.г -I

V ''. : '.¿Л' 3,16 ко^арн, г^йа'иф;

ИЗ^е^ТЙ^а,- 11,36 Р.ГЛТЧ ^угУуТТу У,'33

п'..,:рууу':. 9,96

л ,ууТ":У1и" 4,37

.УУУ.'ТУ ^'/ЧЬ.Ч

¡Ьше 434^90

100 45,36 276,20 12,88

Х56

17,46 38«

20,48 45,14

2,63 5,80

Вр5 РеЙ

2,28 5,02

Ш2

0,27

ШЯШ ЕЛАЖНОГОЖ"© Л01ШШЕ0.8©Е©, Г43А-

С.Ш Ш Н2 Я®

14,56 24,32 | 177 1 6,83

-йшпайёвай скШвйЙешоМа; :ш№аг-

Ш)2 &ё Й2 ши ■уумм:.

мЗ щм 57,08 0,67 18,23 108,50

Зй гаг, ю сри 8,34 4||Д Ш.М

©.клил.'Ууу 1!е п.т:.г.:ргпи::пу:-:р г :■.:■:.

:3>епло окисл;>Н2 Еуг :и:ц::л:: вшзя№ксндов

Ф.ИЗИЧ. ууд:1:

¡ЩИ®- О

УУУ ■ :1у::уд — е.

мДж_ в_^

:у:У! тепла. Уу р.;.:,.

568,10 20,25 230,90

1311о 208.80 5,02

В®,50

ДнСС. .'Ь'Л.Ди-: ЛуЛл:у.ПЬС -:','1'/Н<1

ЩЯ 11: п:.р влаги :"л::::ы и.разл.влаги дутья

15,71 11,81

17,83

о>Й

1171,00 1 ШвЛ

и те я т у ::: м ~:'я:''':. шлэкфда

колошн. газош Т^'тгри тепла

710,10 30,87 11,4® 1ф]0 63.51 91,59 128.90

60,62: 2,'64 0,98

5"М 7,82 11.0»;

1171,00 100,00

дазаффидиеит-использования углер&да^океа|59,1'5

ЛШ1 23,61

: Су.'Г'М.уП'Т 1101:0 .

йуЩ^ШявН':у:ьу:|' 13,8

у ту у Г:'ГЧ; *::: : г.':1: л; у: ¥ у .. 2 :

Рис. 2 - Программа расчёта материального и теплового баланса доменной плавки

С использованием разработанного программного обеспечения осуществлен выбор оптимального варианта технологии при подаче в шихту аглофабрики ОАО «МК «Азовсталь» руды КЖРК украинского производства и аглоруды, поставляемой из Бразилии. Их сравнительная

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: Технiчнi науки Вип. №20

характеристика приведена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика бразильской и украинской аглоруды

Железорудный материал Содержание, % Стоимость, грн/т

Fе SЮ2

Аглоруда бразильская 67,5 1,09 464,19

Аглоруда КЖРК (У краина) 62,4 8,39 188,85

Содержание Fe в бразильской руде значительно больше, чем в украинской, но она дороже в 2,5 раза. Во время опытного периода подачи бразильской руды в шихту аглофабрики «МК «Азовсталь» действовало множество сопутствующих факторов, искажавших результаты испытаний. Из-за простоев в кислородно-конверторном цехе сократилось производство чугуна. Одновременно с бразильской рудой в аглошихту вводили пиритные огарки, снижавшие содержание железа в рудной смеси. В результате испытаний на комбинате сложилось мнение, что стоимость импортной руды сильно завышена, а её применение экономически не оправдано.

Расчётный анализ по разработанной методике со стабилизацией всех посторонних факторов показал результаты, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Результаты сравнительного анализа применения украинской и бразильской аглоруды на агло-

фабрике ОАО «МК «Азовсталь»

Показатель Агломерат из руды КЖРК Агломерат из бразильской руды

Содержание Fе в агломерате, % 59,83 63,26

Стоимость 1 т агломерата, грн. 292,94 359,82

Расход железорудной шихты на 1 т чугуна, кг 1587 1543

Стоимость шихты на 1 т чугуна, грн.* 560,43 575,48

Расход кокса, кг/т чугуна 524 511

Выход шлака, кг/т чугуна 384 332

Производительность печей, % 100 102,5

Себестоимость чугуна, грн./т 1285 1285

* - содержание агломерата собственного производства в доменной шихте составляет 30 %.

При переходе на бразильскую аглоруду стоимость 1 т агломерата возрастает на 66,88 грн. Благодаря увеличению содержания железа в агломерате на 3,43 %, сокращается расход рудных материалов на 1 т чугуна. В результате стоимость доменной шихты, расходуемой на 1 т чугуна, увеличивается на 15,05 грн. Снижение расхода кокса на 13 кг/т чугуна и сокращение условно-постоянных расходов обеспечивает дополнительную экономию. В результате себестоимость чугуна в обоих вариантах остаётся неизменной, 1285 грн/т, и решающим фактором становится увеличение производительности доменной плавки на 2,5 % при применении бразильской агло-руды. При исходной производительности доменного цеха 6,0 млн. т. чугуна в год экономический эффект для доменного цеха составит Эдц. = 193,2 млн. грн, для агломерационного цеха при производительности 2 млн.т/год - Эа.ц. = -133,76 млн. грн. Суммарный экономический эффект аглодоменного производства Эад. = Эдц. + Эа.ц. = 59,44 млн. грн/год. Обычно украинская руда содержит меньше железа, чем указано в табл. 1, т.е. 56 - 59 %. В сравнении с такой рудой отечественного производства эффективность применения бразильской руды не вызывает сомнений. Таким образом, применение богатой, но более дорогой импортной железной руды в шихте аглофабрики ОАО «МК «Азовсталь» предпочтительнее, чем использование отечественной руды с меньшим содержанием железа. Встречающееся мнение о неэффективности применения бразильской руды представляется необоснованным.

В дальнейшем возможно расширение разработанной система комплексного анализа от агломерационного и включительно сталеплавильного производства.

Выводы

1. Разработана и создана система комплексного анализа аглодоменного производства, которая состоит из четырёх расчетных модулей: состава агломерационной шихты и агломера-

Серiя: Технiчнi науки

та; технико-экономических показателей агломерационного производства; материального и теплового баланса доменной плавки; изменения себестоимости чугуна. Оптимальные расходы компонентов агломерационной и доменной шихт, а также технологические параметры производства, полученные в результате расчетов, должны соответствовать максимальному суммарному экономическому эффекту аглодоменного производства.

2. Применение разработанной системы для условий аглодоменного производства ОАО «МК «Азовсталь» показало эффективность замены более дешёвой СтКЖРК = 188,85 грн, но относительно бедной отечественной аглоруды FeКЖРК = 62,4 % импортной с более высокими содержанием железа FeБр = 67,5 % и стоимостью СтБр = 464,19 грн. Согласно расчетам себестоимость чугуна не изменилась, а производительность доменного цеха возросла на 2,5 %.

Список использованных источников:

1. Пути приближения технико-экономических показателей работы доменных печей Украины к уровню европейских стран / А. А. Томаш, Л. В. Быков, А. А. Шокул и др. // Металл и литьё Украины. - 2002. - № 9-10. - С. 28-31.

2. Кривенко С. В. Расчет агломерационной шихты методом линейного программирования / С. В. Кривенко // Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. - Марiуполь, 2008. -Вип. №18. - С. 23-26.

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

Рецензент: П.С. Харлашин

д-р техн. наук, проф. ПГТУ

Статья поступила 01.11.2009