鋼鐵生產過程中物質流與能量流協(xié)同關系的研究.pdf

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

2、、協(xié)同學和系統(tǒng)節(jié)能基礎學科的知識，開展鋼鐵生產過程中物質流與能量流協(xié)同關系的研究，構建物質流與能量流的協(xié)同評價機制。本文的主要研究工作如下：
　　(1)認識了鋼鐵生產過程動態(tài)-運行過程的物理本質
　　從熱力學角度上看:鋼鐵生產過程是一類開放的、非平衡的、不可逆的、由不同結構-功能的單元工序通過非線性耦合所構成的復雜系統(tǒng)，其動態(tài)運行過程的性質是耗散過程。在生產過程中，物質流的有序化過程往往需要能量流的推動。物質流與能量流相互配

3、合、相得益彰，產生“1+1＞2”的效果即為協(xié)同效應。
　　(2)辨識了物質流、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，確定了系統(tǒng)的序參量:對于物質流子系統(tǒng)，其序參量為噸產品外加廢品流、廢品率和廢棄物循環(huán)率;對于能量流子系統(tǒng)，其序參量為單位產品供入能量流、單位產品余熱余能生成量和余熱余能回收率;對于物質流與能量流

4、相互作用的大系統(tǒng)，其序參量為噸產品供入能量流、依附于產品的能量流、余熱余能回收量和連續(xù)化程度。
　　(3)構建了物質流與能量流協(xié)同評價模型
　　協(xié)同度為物質流和能量流表現(xiàn)出來的整體協(xié)調匹配程度。序參量對系統(tǒng)有序度或協(xié)同度具有正負兩種功效。序參量貢獻的大小用功效系數(shù)EC表示:當目標最滿意時，EC=1;當目標最差時，取EC=0。子系統(tǒng)的有序度OD或大系統(tǒng)的協(xié)同度SD被定義為各個序參量功效系數(shù)的線性加權?；谒⒌膮f(xié)同評價模型，

5、本文提出了物質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，可清晰地看出各個序參量的變化對子系統(tǒng)有序度或大系統(tǒng)協(xié)同度的影響。
　　(4)分析了鋼鐵生產工藝的協(xié)同演化進程
　　選取連鑄與模鑄、轉爐與平爐、熱裝熱送等典型的演化過程，分別計算了各自的物質流有序度、能量流有序度以及物質流與能量流的協(xié)同度。結果顯示，連鑄工藝的物質流有序度為0.840，能量流有序度為0.374，物質流與能量流的協(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。轉爐工序的物質流有序度為0.840，能量流有序度為0.739，物質流與能量流的協(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。
　　對某先進生產過程協(xié)同分析的結果顯示，物質流有序度為0.705，能量流有序度為0.452，物質流與能量流協(xié)同度為

7、0.539。可見，其物質流處于中級有序階段，而能量流處于低級有序階段，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
　　煉鐵工序的物質流有序度為0.840，能量流有序度為0.374，物質流與能量流的協(xié)同度為0.45。當連續(xù)化程度每增加0.100時，物質流與能量流協(xié)同度增加0.050。提出CDQ燒結礦余熱回收技術，其物質流與能量流協(xié)同度是傳統(tǒng)環(huán)冷機的1.957倍。<

8、br>　　熱軋—冷軋區(qū)段軋制溫度可調范圍大，基于協(xié)同的思想，本文提出了溫軋工藝。當軋制溫度提高到200℃時，溫軋工藝協(xié)同度是傳統(tǒng)冷軋工藝協(xié)同度的1.378倍。為提高物質流與能量流協(xié)同度，除200℃的熱量依附于物質流進入溫軋外，剩下的熱量可進行余熱余能回收利用，每當余熱余能回收量提高3 kgce/t產品時，物質流與能量流協(xié)同度就會相應提高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=