Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование энергетики теплотехнологии охлаждения стали в кристаллизаторе машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ)

Сведения об участнике
ФИО
Аловадинова Хулкар Нуруллоевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Атомная энергетика
Тема
Исследование энергетики теплотехнологии охлаждения стали в кристаллизаторе машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ)
Резюме
Рассматривается использование теплоты разливаемой стали в МНЛЗ, что может позволить вырабатывать электроэнергию по регенеративному циклу. В основном узле - кристаллизаторе, охлаждение стали водой сопровождается повышенными энергозатратами и является ненадежным. Рост перепада температуры воды больше чем на 10 °С вызывает выпадение накипи. Замена теплоносителя позволит полезно использовать теплоту в кристаллизаторе и сократить затраты на циркуляцию. Из множества теплоносителей в промышленности самыми подходящими являются жидкометаллические. Их применение открывает возможность использовать теплоту с высоким потенциалом, что дает существенный энергосберегающий эффект.
Ключевые слова
Жидкая сталь, энергоемкость, машина непрерывной разливки стали, кристаллизатор, теплоноситель, математическая модель, выработка электроэнергии, энергосбережение.
Цели и задачи
Цель: Повышение энергетической эффективности процесса непрерывной разливки стали в кристаллизаторе МНЛЗ
Задачи:
1. Оценка и выявление резерва энергосбережения в сталеплавильном производстве.
2. Анализ энергетической эффективности действующей схемы непрерывной разливки.
3. Исследование возможностей использования теплоты разливаемой стали в кристаллизаторе МНЛЗ, охлаждающейся из жидкого состояния с последующим затвердеванием и охлаждением в твердой фазе.
4. Определение направления использования теплоты.
5. Разработка энергосберегающей схемы.
6. Исследование способов охлаждения стали в кристаллизаторе.
7. Выбор промежуточного теплоносителя.
8. Оценка эффективности предложенной схемы.
9. Разработка математической модели тепловой работы кристаллизатора МНЛЗ.
10. Энергоэкономическая оценка предлагаемой схемы.
Введение

Металлургические предприятия потребляют около 14 % топлива и 12 % всего объёма вырабатываемой в России электроэнергии. Основные затраты энергии на металлургическом предприятии приходятся на производство чугуна и дальнейшую выплавку из него стали, 96 % которой разливается на машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), потребляющие в среднем 1,87 кВт∙ч электроэнергии на тонну стали. Непрерывная разливка является перспективным технологическим процессом, получившим широкое распространение в металлургическом производстве. Вся теплота стали полностью теряется. В основу исследований положено использование теплоты жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ для дальнейшей выработки электроэнергии для собственных нужд в процессе разливки стали.

Методы и материалы

Для решения поставленной задачи будут использоваться следующие методы и подходы:

- научные методы построения и описания схем;

- термодинамический анализ процесса непрерывной разливки;

- выбор критериев подбора теплоносителя;

- сравнительный анализ теплофизических свойств теплоносителей;

- математическое моделирование процесса теплообмена при первичном затвердевании жидкой стали;

- лабораторного физического моделирования.

Описание и обсуждение результатов
  • Предложено энергоэффективное направление использование высокопотенциальной тепловой энергии жидкой стали для генерации электроэнергии на собственные нужды путем замены теплоносителя в кристаллизаторе МНЛЗ. 
  • Оценен и выявлен резерв энергосбережения в конвертерном и электросталеплавильном производстве. Резерв энергосбережения в конвертерном производстве при энергоёмкости производства 1407,04 кг у.т. составил 755 кг у.т. Для электросталеплавильного производства при энергоемкости 769,69 кг у.т. значение резерва равно 591,62 кг у.т. Энергосберегающий эффект при замене теплоносителя в кристаллизаторе МНЛЗ составляет 2,87 кг у.т. на тонну стали. Для конвертерного производства доля экономии составляет 1,47 %. Для электросталеплавильного производства доля экономии составила 2,23 %.
  • Определено направление использования теплоты. Приоритетным направлением использования теплоты жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ является генерация электрической энергии на собственные нужды.
  • Разработана энергоэффективная схема с промежуточным теплоносителем.
  • Разработан критерий выбора промежуточного теплоносителя. наиболее подходящими охлаждающими теплоносителями являются: литий, натрий, эвтектика (натрий 44 %+калий 56 %), галлий, нафталин, дифенил и дифенильная смесь.
  • Оценена эффективность предложенной схемы. При охлаждении одной тонны стали можно нагреть 155,77 кг лития от температуры 220 °С до 420 °С и получить 55 кг насыщенного пара с давлением 13,7 МПа и температурой 335 °С.
  • Разработана математическая модель тепловой работы кристаллизатора МНЛЗ. Рассчитаны температурного распределения по всей высоте кристаллизатора. Полученные значения температур при замене теплоносителя в кристаллизаторе МНЛЗ могут позволить нормальное его функционирование без расплавления и разрушения медных стенок.
  • Модернизации системы охлаждения кристаллизатора МНЛЗ целесообразно с экономической точки зрения. Предложенное мероприятие позволяет произвести экономию электрической энергии на производство стали, тем самым направить ее на собственные нужды предприятия. При КПД паротурбинного цикла 40 % для действующего предприятия экономия электроэнергии составляет до 62 МВт. При потреблении электроэнергии 32 кВт∙ч во всем конвертерном производстве выработанная электроэнергия покрывает 17 % расходуемой на собственные нужды.
Используемые источники
1. Васильев Д. Б., Кузнецов Д. Ю., Куберский С. В. и др. Исследование влияния шлакового режима на дефосфорацию и стойкость футеровки кислородного конвертера. Черная металлургия. № 3. 2009. С. 35-40.
2. Батраева А.Е., Ишметьев Е.Н., Андреев С.М. и др. Динамическое управление температурным состоянием заготовок МНЛЗ. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. № 11.2007. – С. 20-25.
3. Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Газимов Р.Т. и др. Математическое моделирование механизма использования охлаждающей воды в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №3.2010. – С. 59-62.
4. Вдовин К.Н. Точилкин В.В., Ячиков И.М. Непрерывная разливка стали: монография. – Магнитогорск. 2012.-540 с.
5. Люблинский И. Е. Литий в энергетическом термоядерном реакторе. Вопр. атом. науки и техн. Сер. термояд. синтез, 2006, в.3. - С. 3—26.
Information about the project
Surname Name
Alovadinova Khulkar
Project title
The investigation of energy heat technologies cooling steel in the mold continuous casting machine
Summary of the project
Steel industry is the most power-intensive industry. The reason of the main problem is inefficient using of energy resources. Economy will create the huge unused potential of energy saving. The reason of high power consumption in production steel industry is large energy losses in cooling products and semi-products.
The thermal allocation from steel 1600 – 800 °C temperature interval in a crystallizer of continuous - casting machine makes about 30 MW/t3. All this high-potential heating of steel at the present stage is lost almost completely. The energy saving leads to the economy of fuel at various stages of processing.
The scientific novelty of the research is the heat carrier replacement in the continuous casting of steel. Experimental research work of heat exchange was carried out for development of the power effective scheme.
The development of energy effective use of liquid steel is one of the main directions in steel industry.
The proposed method will allow to make energy savings electric in the steel production, thus direct it to their own needs of the enterprise. The steam turbine cycle efficiency is of 40 % for existing businesses to save electricity up to 62 MW. With power consumption of 32 kWh around the converter worked out electricity production covers 17 % of the consumed for own needs.
Keywords
The liquid steel, energy consumption, continuous casting machines, crystallizer, heat transfer fluid, mathematical model, power generation, energy savings.