Підвищення ефективності споживання електроенергії руднотермічними печами

Abstract

Метою дисертаційної роботи є розробка заходів щодо підвищення енергоефективності роботи руднотермічної печі при одержанні феросплавів. Проведений аналіз існуючих математичних моделей круглої трьохелектродної руднотермічної печі, який виявив що кожна з них враховує тільки електричні або теплові процеси, тобто при моделюванні не розглядається питання їх безпосередньої взаємодії. Запропонована структура математичної моделі, яка складається з окремих логічно завершених блоків, що безперервно взаємодіють між собою, враховуючи протікання всіх фізичних процесів у ванні руднотермічної печі. Математичні розрахунки в них основані на законі Ома та лінійних рівняннях теплопередачі згідно гіпотези Фур’є, що значно спрощує розрахунки. Для вирішення поставлених задач синтезована динамічна комплексна математична модель роботи круглої руднотермічної печі, що реалізована сучасними програмними засобами. Вона дає змогу визначати температурне поле ванни, обсяги споживаної електричної енергії та кількість утвореного розплаву і шлаку впродовж всієї плавки. Налаштування запропонованої комплексної алгоритмічної моделі на роботу конкретної трьохелектродної руднотермічної печі здійснюється за її геометричними та електричними параметрами, а також за фізичними властивостями шихти. При проведенні розрахункових експериментів на моделі руднотермічної печі РКЗ-2,5 виявлено, що регламентована кількість розплаву утворюється раніше ніж за існуючої умови завершення плавки, а тому має місце невиправданий його перегрів. Запропоновано у відповідності до результатів розрахунків скоротити тривалість плавки, що дасть змогу в залежності від компонентно-кількісного складу шихти зменшити обсяги споживання електричної енергії в межах 184,8–417,2 тис.кВт·год (2,6–5,9%) на рік. Проведені дослідження щодо впливу зміни діаметра розпаду електродів на обсяги споживання піччю електричної енергії. Виявлено, що при розведенні електродів в горизонтальній площині зазначений показник зменшується, однак існують конструктивні обмеження, що пов’язані з максимально допустимою температурою футеровки печі. Якщо конструкція РТП дозволяє змінювати положення електродів, і виставити їх у відповідності до результатів розрахунків, то це призведе до зменшення обсягів споживання електричної енергії ще майже на 20%. За результатами досліджень сформульовані організаційні та технічні рекомендації, які розглянуті на підприємстві ТОВ «Запорожспецсплав» та взяті ним до впровадження, очікується економічний ефект в межах 1071–9256 тис.грн на рік в залежності від кількості реалізованих заходів енергозбереження.

The aim of the dissertation is to develop measures to increase the energy efficiency of the ore thermal furnace in the production of ferroalloys. An analysis of the existing mathematical models of a circular three-electrode ore-thermal furnace was carried out, which revealed that each of them takes into account only electrical or thermal processes, that is, the question of their direct interaction is not considered during modeling. The proposed structure of the mathematical model, which consists of separate logically completed blocks that continuously interact with each other, taking into account the flow of all physical processes in the ore-thermal furnace bath. Mathematical calculations in them are based on Ohm's law and linear equations of heat transfer according to Fourier's hypothesis, which greatly simplifies calculations. To solve the problems, a dynamic complex mathematical model of the operation of a round ore thermal furnace was synthesized, which is implemented with modern software tools. It makes it possible to determine the temperature field of the bath, the amount of consumed electrical energy and the amount of formed melt and slag during the entire melting. Setting up the proposed complex algorithmic model for the operation of a specific three-electrode ore thermal furnace is carried out according to its geometric and electrical parameters, as well as according to the physical properties of the charge. During calculation experiments on the model of the RKZ-2.5 ore-thermal furnace, it was found that the regulated amount of melt is formed earlier than under the existing condition of completion of melting, and therefore unjustified overheating of it takes place. In accordance with the results of calculations, it is proposed to reduce the duration of melting, which will make it possible, depending on the component-quantitative composition of the charge, to reduce the amount of electrical energy consumption in the range of 184.8–417.2 thousand kWh (2.6–5.9%) for a Studies have been conducted on the influence of the change in the diameter of the breakdown of electrodes on the amount of electric energy consumed by the furnace. It was found that when the electrodes are separated in the horizontal plane, the specified indicator decreases, however, there are design limitations associated with the maximum permissible temperature of the furnace lining. If the design of the OTF allows you to change the position of the electrodes, and set them in accordance with the results of the calculations, then this will lead to a reduction in the amount of electrical energy consumption by almost 20%. Based on the results of the research, organizational and technical recommendations were formulated, which were considered at Zaporozhspetssplav LLC and taken by it for implementation, the economic effect is expected in the range of 1,071–9,256 thousand UAH per year, depending on the number of implemented energy saving measures.