鋼鐵生產(chǎn)過程中物質(zhì)流與能量流協(xié)同關(guān)系的研究.pdf

1、鋼鐵生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗工作可歸納為三個(gè)方面:追求“資源效率”的物質(zhì)流優(yōu)化，追求“能源效率”能量流優(yōu)化，以及物質(zhì)流與能量流的協(xié)同優(yōu)化。目前，前兩個(gè)方面的研究工作已取得較好的成果，而關(guān)于物質(zhì)流與能量流協(xié)同關(guān)系的研究卻較少。鋼鐵生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流與能量流之間存在著諸多的不協(xié)同現(xiàn)象，如:物質(zhì)流長，能量流短;鐵素產(chǎn)品流長，非產(chǎn)品流短;鐵前各工序之間為冷銜接，而鐵后各工序之間為熱銜接;物質(zhì)流與能量流時(shí)合時(shí)分，互不協(xié)同。為此，本文綜合了冶金過程工程學(xué)

2、、協(xié)同學(xué)和系統(tǒng)節(jié)能基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，開展鋼鐵生產(chǎn)過程中物質(zhì)流與能量流協(xié)同關(guān)系的研究，構(gòu)建物質(zhì)流與能量流的協(xié)同評(píng)價(jià)機(jī)制。本文的主要研究工作如下：
　　(1)認(rèn)識(shí)了鋼鐵生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)-運(yùn)行過程的物理本質(zhì)
　　從熱力學(xué)角度上看:鋼鐵生產(chǎn)過程是一類開放的、非平衡的、不可逆的、由不同結(jié)構(gòu)-功能的單元工序通過非線性耦合所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程的性質(zhì)是耗散過程。在生產(chǎn)過程中，物質(zhì)流的有序化過程往往需要能量流的推動(dòng)。物質(zhì)流與能量流相互配

3、合、相得益彰，產(chǎn)生“1+1＞2”的效果即為協(xié)同效應(yīng)。
　　(2)辨識(shí)了物質(zhì)流、能量流以及二者相互作用大系統(tǒng)的序參量
　　由于企業(yè)各部門追求目標(biāo)的差異，本文分別從“資源效率”優(yōu)化、“能源效率”優(yōu)化、“協(xié)同優(yōu)化”的角度出發(fā)，通過分析辨識(shí)，確定了系統(tǒng)的序參量:對(duì)于物質(zhì)流子系統(tǒng)，其序參量為噸產(chǎn)品外加廢品流、廢品率和廢棄物循環(huán)率;對(duì)于能量流子系統(tǒng)，其序參量為單位產(chǎn)品供入能量流、單位產(chǎn)品余熱余能生成量和余熱余能回收率;對(duì)于物質(zhì)流與能量流

4、相互作用的大系統(tǒng)，其序參量為噸產(chǎn)品供入能量流、依附于產(chǎn)品的能量流、余熱余能回收量和連續(xù)化程度。
　　(3)構(gòu)建了物質(zhì)流與能量流協(xié)同評(píng)價(jià)模型
　　協(xié)同度為物質(zhì)流和能量流表現(xiàn)出來的整體協(xié)調(diào)匹配程度。序參量對(duì)系統(tǒng)有序度或協(xié)同度具有正負(fù)兩種功效。序參量貢獻(xiàn)的大小用功效系數(shù)EC表示:當(dāng)目標(biāo)最滿意時(shí)，EC=1;當(dāng)目標(biāo)最差時(shí)，取EC=0。子系統(tǒng)的有序度OD或大系統(tǒng)的協(xié)同度SD被定義為各個(gè)序參量功效系數(shù)的線性加權(quán)。基于所建立的協(xié)同評(píng)價(jià)模型，

5、本文提出了物質(zhì)流或能量流邊際有序度和邊際協(xié)同度的概念，根據(jù)解析式，可清晰地看出各個(gè)序參量的變化對(duì)子系統(tǒng)有序度或大系統(tǒng)協(xié)同度的影響。
　　(4)分析了鋼鐵生產(chǎn)工藝的協(xié)同演化進(jìn)程
　　選取連鑄與模鑄、轉(zhuǎn)爐與平爐、熱裝熱送等典型的演化過程，分別計(jì)算了各自的物質(zhì)流有序度、能量流有序度以及物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度。結(jié)果顯示，連鑄工藝的物質(zhì)流有序度為0.840，能量流有序度為0.374，物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度為0.452，分別優(yōu)于模鑄工藝

6、的水平0.438，0.288和0.304。轉(zhuǎn)爐工序的物質(zhì)流有序度為0.840，能量流有序度為0.739，物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度為0.688，分別優(yōu)于平爐工序的水平0.397，0.191和0.219。熱裝溫度為1050℃的物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度為0.954，分別優(yōu)于熱裝溫度為900℃、500℃的0.812、0.436。
　　對(duì)某先進(jìn)生產(chǎn)過程協(xié)同分析的結(jié)果顯示，物質(zhì)流有序度為0.705，能量流有序度為0.452，物質(zhì)流與能量流協(xié)同度為

7、0.539?？梢?，其物質(zhì)流處于中級(jí)有序階段，而能量流處于低級(jí)有序階段，究其根本原因就是余熱余能回收利用率低。
　　(5)煉鐵工序、熱軋—冷軋區(qū)段及煉鋼—連鑄—軋鋼流程的協(xié)同優(yōu)化
　　煉鐵工序的物質(zhì)流有序度為0.840，能量流有序度為0.374，物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度為0.45。當(dāng)連續(xù)化程度每增加0.100時(shí)，物質(zhì)流與能量流協(xié)同度增加0.050。提出CDQ燒結(jié)礦余熱回收技術(shù)，其物質(zhì)流與能量流協(xié)同度是傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)的1.957倍。<

8、br>　　熱軋—冷軋區(qū)段軋制溫度可調(diào)范圍大，基于協(xié)同的思想，本文提出了溫軋工藝。當(dāng)軋制溫度提高到200℃時(shí)，溫軋工藝協(xié)同度是傳統(tǒng)冷軋工藝協(xié)同度的1.378倍。為提高物質(zhì)流與能量流協(xié)同度，除200℃的熱量依附于物質(zhì)流進(jìn)入溫軋外，剩下的熱量可進(jìn)行余熱余能回收利用，每當(dāng)余熱余能回收量提高3 kgce/t產(chǎn)品時(shí)，物質(zhì)流與能量流協(xié)同度就會(huì)相應(yīng)提高0.030。
　　煉鋼—連鑄—軋鋼協(xié)同優(yōu)化:SD模鑄—鋼錠紅送流程=0.214，SD連鑄—冷裝=