- •4. Основы теории управления материальными ресурсами
- •4.1. Основные законы и правила управления ресурсами
- •4.1.1. Закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов («закон Мальтуса»)
- •4.1.2. Правило конкурентного использования ресурсов
- •4.1.3. Закон убывающей отдачи
- •4.1.4. Правило социально-экологического равновесия
- •4.1.5. Закон падения природно-ресурсного потенциала
- •4.1.6. Закон «шагреневой кожи»
- •4.1.7. Закон неустранимости отходов и/или побочных воздействий производства
- •4.1.8. Правила меры преобразования природных систем
- •4.1.9. Качество изделий – важнейший ресурс
- •4.1.10. Закон суммирования ресурсов или интегрального ресурса
- •4.1.11. Закон лимитирующего ресурса
- •4.1.12. Закон согласования управления ресурсами и состояния окружающей среды
- •4.1.13. «Венок законов» б. Коммонера
- •4.2. Проблемы и правила суммирования ресурсов
- •4.3. Природные и техногенные ресурсы
- •4.4. Жизненный цикл изделия
- •4.5. Экобалансы и методика их расчета
- •4.5.1. Принципиальная расчетная схема и исходная информация для составления экобаланса.
- •4.5.2. Пример составления экобаланса
- •4.5.2.1. Расчет количества слябов мнлз
- •4.5.2.2. Расчет количества жидкой стали ккц и необходимого для ее производства первичного металла и лома «со стороны»
- •4.5.2.2.1. Расчет количества жидкой стали для мнлз
- •4.5.2.2.2. Расчет количества ферросплавов
- •4.5.2.2.3. Расчет расхода извести в ккц
- •4.5.2.2.4. Определение состава сталеплавильного шлака
- •4.5.2.2.5. Количество жидкого чугуна, необходимого для производства стали в ккц
- •4.5.2.3 Определение параметров производства первичного металла.
- •4.5.2.3.1 Расчет состава железорудного концентрата.
- •Химический состав исходной руды, концентрата и хвостов, % масс.
- •4.5.2.3.2. Расчет состава агломерата
- •4.5.2.3.3. Расчет параметров производства чугуна
- •4.5.2.4. Расчет количества железорудного концентрата
- •4.5.2.5. Расчет количества угольного концентрата
- •4.5.2.6. Расчет количества электроэнергии и потребности в энергетическом угле
- •4.5.2.7. Расчет потерь металлургических материалов при транспортировке
- •4.5.2.8. Определение показателей добычи железной руды, металлургических углей и флюса
- •4.5.2.9. Определение расхода энергии.
- •4.5.2.10. Расчет баланса железа
- •4.5.2.11. Расчет баланса серы
- •4.5.2.12 Расчет баланса углерода
- •4.5.2.13 Расчет выбросов пыли
- •4.5.2.14. Расчет выбросов газов
- •4.5.2.15 Схема движения основных материалов
- •4.5.3. Показатели, характеризующие структуру экобаланса.
- •4.5.3.1 Показатели расхода природных материальных ресурсов
- •4.5.3.2 Показатели энергосбережения
- •4.5.3.3 Параметры выбросов в окружающую среду
- •4.5.4. Оценка экобалансов производства проката для различных схем подготовки сырья к доменному переделу
- •4.5.5. Оценка эффективности основных технологических схем производства жидкой стали
- •4.5.6. Приложения к расчетам.
- •Продолжение табл. П 2.13
4.5.6. Приложения к расчетам.
Приложение 1.
Таблица П 1.1
Производство основных видов металлургической продукции предприятий отрасли в 1998 г.
Предприятие |
Концентрат и товарная руда, тыс.т |
Окатыши, тыс.т |
Агломерат, тыс.т |
Всего |
65728,8 |
24391,1 |
3637,6 |
в том числе |
|
|
|
ЛГОК |
16021,1 |
6557,0 |
|
МГОК |
9712,0 |
6696,0 |
|
СГОК |
8280,0 |
|
|
Карельский окатыш |
7390,5 |
6940,4 |
|
Качканарский ГОК |
6584,3 |
4197,7 |
1617,5 |
Ковдорский ГОК |
2860,5 |
|
|
Коршуновский ГОК |
2590,0 |
|
|
КМК |
1633,5 |
|
|
КМАруда |
1354,7 |
|
|
ММК |
1339,8 |
|
|
Высокогорский ГОК |
994,8 |
|
1703,6 |
Абаканский рудник |
888,0 |
|
|
Ирбинское РУ |
876,2 |
|
|
ЗСМК |
840,5 |
|
|
Бакальское РУ |
803,2 |
|
310,4 |
Тейское РУ |
783,5 |
|
|
Богословское РУ |
686,2 |
|
|
Краснокаменское РУ |
581,0 |
|
|
Никомруда |
191,0 |
|
|
Таблица П 1.2
Производство кокса в 1998 г.
Предприятие |
Тыс.т |
ММК |
4162,2 |
Северсталь |
3749,2 |
НЛМК |
3305,5 |
ЗСМК |
2269,0 |
НТМК |
1934,8 |
МЕЧЕЛ |
1444,0 |
НОСТА |
1375,6 |
КМК |
1006,2 |
Алтайкокс |
1996,1 |
Кокс (г. кемерово) |
1330,4 |
Московский коксогазовый завод |
949,1 |
Губахинский КХЗ |
65,6 |
Таблица П 1.3
Производство металла в 1998 г.
Предприятие |
Чугун, тыс.т |
Сталь, тыс.т |
Прокат готовый, тыс.т |
Северсталь |
6960,7 |
8505,4 |
7355,0 |
ММК |
6893,9 |
7725,1 |
6860,6 |
НЛМК |
6120,8 |
6593,3 |
5066,2 |
ЗСМК |
3036,5 |
3434,6 |
2742,7 |
НТМК |
2519,2 |
2817,9 |
2143,5 |
МЕЧЕЛ |
2005,5 |
2659,8 |
1973,6 |
НОСТА |
1963,8 |
2617,5 |
1920,5 |
КМК |
1369,6 |
1906,2 |
1433,4 |
ОЭМК |
|
1582,5 |
1457,8 |
ЧусМЗ |
582,9 |
395,5 |
324,4 |
БелМК |
143,0 |
198,6 |
206,1 |
Ашинский МЗ |
|
232,4 |
169,0 |
Тулачермет |
2051,8 |
11,6 |
|
КосМЗ |
531,4 |
|
|
СатМЗ |
242,6 |
|
|
Таблица П 1.4
Производство металл на трубопрокатных заводах
Предприятие |
Сталь, тыс.т |
Трубы, тыс.т |
Челябинский трубопрокатный завод |
167,6 |
479,0 |
Первоуральский новотрубный |
4,3 |
442,3 |
Северский трубный завод |
423,6 |
394,4 |
Выксунский металлургический завод |
288,0 |
341,1 |
Таганрогский металлургический завод |
243,2 |
308,7 |
Волжский трубный завод |
201,0 |
240,7 |
Оинарский трубный завод |
|
218,1 |
Альметьевский трубный завод |
|
69,7 |
Борский трубный завод |
|
29,4 |
Московский трубный завод |
|
27,6 |
Приложение 2
Таблица П 2.1
Параметры работы прокатного производства
Наименование показателя |
1 |
2 |
Количество обрези прокатного производства, кг/т проката |
5-15 |
15 |
Количество замасленной окалины прокатного производства, кг/т проката |
7-12 |
10 |
Количество окалины прокатного производства, кг/т проката |
3-7 |
5 |
Содержание железа в шламах прокатного производства, % масс. |
55-75 |
56,7 |
Содержание железа в окалине прокатного производства, % масс. |
55-75 |
56,7 |
Содержание масел в шламах прокатного производства, % масс. |
13,5-20,0 |
14 |
Расход природного газа на прокатное производство, м3/т проката |
50-100 |
80 |
Количество неуловленной пыли на МНЛЗ и ПЦ, кг/т проката |
н.д. |
0,1 |
Таблица П 2.2
Параметры работы МНЛЗ
Наименование показателя |
1 |
2 |
Количество обрези МНЛЗ, кг/т сляба |
60-95 |
68 |
Количество шламов МНЛЗ, кг/т сляба |
10-20 |
15 |
Количество окалины МНЛЗ, кг/т сляба |
5-10 |
5,1 |
Содержание железа в шламах МНЛЗ, % масс. |
70-87 |
84,4 |
Содержание железа в окалине МНЛЗ, % масс. |
70-87 |
84,4 |
Таблица П 2.3
Параметры работы сталеплавильного производства
Наименование показателя |
1 |
2 |
Соотношение Лом/Чугун |
0,15-0,57 |
0,38 |
Количество шлама в ККЦ, кг/т жидкой стали |
15-35 |
25 |
Количество неуловленной пыли в ККЦ, кг/т жидкой стали |
1-4 |
2 |
Содержание железа в шламе ККЦ, % масс. |
46-62 |
55 |
Содержание железа в пыли ККЦ, % масс. |
46-62 |
55 |
Основность конвертерного шлака (CaO/SiO2), доли ед. |
2,8-3,8 |
3,5 |
Содержание FeO в конвертерном шлаке, % масс. |
16-24 |
18 |
Расход футеровки в ККЦ, кг/т жидкой стали |
2-5 |
3 |
Содержание в футеровке СаО, % масс. |
н.д. |
57 |
Содержание в футеровке MgО, % масс. |
н.д. |
35 |
Количество загрязнений в ломе, % масс. |
1-3 |
2 |
SiO2 загрязнений лома, % масс. |
н.д. |
75 |
Al2O3 загрязнений лома, % масс. |
н.д. |
25 |
Расход извести в ККЦ, кг/т жидкой стали |
54-95 |
80 |
Расход кислорода в ККЦ, м3/т жидкой стали |
50-90 |
60 |
Степень перехода серы в газ в ККЦ, % |
н.д. |
10 |
Степень перехода серы в шлак в ККЦ, % |
н.д. |
50 |
Степень дожигания конвертерного газа, % |
95-98 |
95 |
Таблица П 2.4
Параметры работы доменного производства
Наименование показателя |
1 |
2 |
Количество утилизируемой пыли ДЦ, кг/т чугуна |
2-15 |
15,00 |
Количество безвозвратных потерь пыли ДЦ, кг/т чугуна |
1-5 |
2 |
Содержание железа в пыли ДЦ, % масс. |
45-48 |
48 |
Состав получаемого чугуна, % масс.: |
|
|
Si |
|
0,5 |
Mn |
|
0,04 |
P |
|
0,05 |
S |
|
0,02 |
C |
|
4,52 |
Основность доменного шлака ([CaO+MgO]/[SiO2+Al2O3]), доли ед. |
0,90-1,25 |
1,05 |
Температура дутья, С |
950-1200 |
1030 |
Влажность дутья, доли ед. |
0,01-0,05 |
0,01 |
Содержание О2 в сухом дутье, доли ед. |
0,21-0,30 |
0,21 |
Степень непрямого восстановления, доли ед. |
0,52-0,67 |
0,64 |
Степень использования Н2, доли ед. |
0,35-0,45 |
0,4 |
Температура колошникового газа, С |
120-250 |
150 |
Температура чугуна, С |
1450-1550 |
1510 |
Температура шлака, С |
1500-1600 |
1560 |
Тепловые потери, ккал/кг углерода кокса |
300-500 |
400 |
Расход доменного газа на нужды ДЦ, % |
30-50 |
40 |
Потери доменного газа, % |
3-10 |
5 |
Степень перехода серы в газ в ДП, % |
5-15 |
10 |
Степень перехода серы в шлак в ДП, % |
80-90 |
85 |
Технический анализ кокса, % масс.: |
|
|
Снел. |
83-89 |
86,41 |
Ас |
10,0-13,0 |
11,9 |
S |
0,50-1,50 |
0,68 |
Vлет |
0,90-2,0 |
1,01 |
W |
3,0-7,0 |
3,5 |
Таблица П 2.5
Параметры работы агломерационного производства
Наименование показателя |
1 |
2 |
Содержание FeO в готовом агломерате, % масс. |
8-20 |
12,0 |
Основность агломерата ([CaO+MgO]/[SiO2+Al2O3]), доли ед. |
1,1-2,4 |
1,71 |
Расход топлива в шихту, кг/100 кг агломерата |
4-10 |
6 |
Степень удаления сульфидной серы, доли ед. |
0,93-0,98 |
0,95 |
Степень удаления сульфатной серы, доли ед. |
0,55-0,75 |
0,6 |
Количество возврата при агломерации, кг/т агломерата |
20-50 |
50 |
Количество безвозвратных потерь пыли, кг/т агломерата |
3-8 |
5 |
Содержание железа в пыли А/Ф, % масс. |
25-45 |
40 |
Количество аглогаза (с учетом вредных прососов), м3/т агломерата |
2000-3500 |
2700 |
Выбросы углерода на в виде СО2, % масс. |
75-85 |
80 |
Состав агломерационных газов, % объемн.: |
|
|
CO |
|
1 |
CO2 |
|
4 |
H2 |
|
0,1 |
H2O |
|
5 |
N2 |
|
75,9 |
O2 |
|
14 |
Таблица П 2.6
Параметры работы горно-обогатительного комбината
Наименование показателя |
1 |
2 |
Количество безвозвратных потерь пыли ГОК, кг/т концентрата |
4-10 |
5,0 |
Расход природного газа на ГОК, м3/т концентрата |
н.д. |
50 |
Выход концентрата из исходной руды, % |
17,1-67,5 |
36,6 |
Извлечение железа в концентрат, % |
56,0-93,8 |
76 |
Таблица П 2.7
Параметры работы коксохимического производства
Наименование показателя |
1 |
2 |
Выход годного при коксовании, т кокса/т угольного концентрата |
|
0,77 |
Расход коксового газа на нужды КХП, % |
30-50 |
40,00 |
Количество неуловленной пыли на КХП, кг/т кокса |
н.д. |
0,6 |
Количество серы, удаляемой с попутной продукцией КХП, кг/т кокса |
2-5 |
3 |
Количество углерода, удаляемого с попутной продукцией КХП, кг/т кокса |
3-5 |
5 |
Количество попутных продуктов, кг/т удаленных летучих компонентов: |
|
|
Смола |
|
100 |
Бензол у/в |
|
33 |
Аммиак |
|
10 |
H2S |
|
15 |
Циан |
|
1 |
Плотность коксового газа, кг/м3 |
|
0,45 |
Состав коксового газа, % объемн.: |
|
|
H2 |
|
58 |
CO |
|
6,5 |
CH4 |
|
24 |
CnHm |
|
2 |
CO2 |
|
1,8 |
O2 |
|
0,7 |
N2 |
|
7 |
Таблица П 2.8
Параметры работы угольной обогатительной фабрики
Наименование показателя |
1 |
2 |
Выход угольного концентрата, % |
н.д. |
85,00 |
Содержание углерода в хвостах углеобогащения, % |
11-14 |
12 |
Количество безвозвратных потерь в виде пыли при обогащении угля, кг/т угольного концентрата |
н.д. |
5 |
Таблица П 2.9
Параметры транспортировки шихтовых материалов
Наименование показателя |
1 |
2 |
Потери угольного концентрата на транспорте, % |
1-2 |
1,50 |
Потери железорудного концентрата на транспорте, % |
3-5 |
4 |
Потери известняка на транспорте, % |
1-3 |
0 |
Среднее расстояние от источника материалов до металлургического предприятия, км |
|
1000 |
Расход дизельного топлива при перемещении 1 т груза, кг/км |
|
0,003 |
Содержание углерода в дизтопливе, % масс. |
83-89 |
87 |
Содержание серы в дизтопливе, % масс. |
1,2-3,5 |
1,5 |
Доля углерода, выбрасываемого в виде СО, при сжигании дизельного топлива % |
н.д. |
2 |
Таблица П 2.10
Параметры добычи
Наименование показателя |
1 |
2 |
Количество вскрышной породы при добыче руды, кг/т руды |
н.д. |
2000 |
Количество вскрышной породы при добыче угля, кг/т угля |
н.д. |
1000 |
Количество вскрышной породы при добыче известняка, кг/т известняка |
н.д. |
500 |
Количество безвозвратных потерь в виде пыли при добыче руды, кг/т руды |
н.д. |
5 |
Количество безвозвратных потерь в виде пыли при добыче угля, кг/т угля |
н.д. |
5 |
Количество безвозвратных потерь в виде пыли при добыче известняка, кг/т известняка |
н.д. |
5 |
Таблица П 2.11
Параметры работы ТЭС
Наименование показателя |
1 |
2 |
Расход условного топлива на производство 1 кВт*ч электроэнергии, кг |
0,30-0,50 |
0,40 |
Степень дожигания угля и газов на ТЭЦ, % |
93-98 |
95 |
Коэффициент полноты сгорания топлива, доли ед. |
н.д. |
0,83 |
Низшая теплота горения коксующегося угля, ккал/кг |
5530-6790 |
6290 |
Количество неуловленной пыли на ТЭС, г/кВт*ч |
|
2 |
Коэффициент избытка воздуха, доли ед. |
1,25-1,65 |
1,35 |
Таблица П 2.12
Параметры работы вспомогательных производств
Наименование производства |
1 |
2 |
Количество неуловленной пыли на ШП, кг/т шлака |
|
3,0 |
Количество неуловленной пыли в КЦ, кг/т лома |
|
0,5 |
Количество неуловленной пыли в ИОЦ, кг/т известняка |
|
2 |
Расход природного газа на ИОЦ, м3/т извести |
30-50 |
30 |
Доля недопала известняка, % |
2-5 |
3 |
Расход огнеупоров (общий), кг/т проката |
|
25 |
Подача в жидкую сталь ферросплавов и степень усвоения сталью легирующих элементов из ферросплавов.
В табл. П 2.13 приведены металлургические и физико-химические свойства основных элементов, применяемых для легирования сталей. Необходимо отметить, что элементы Ca, Mg, Pb имеют малую растворимость в железе. Элементы Ca, Mo, Se, Te имеют температуру кипения ниже температуры плавления стали и, следовательно, высокое давление паров при температуре жидкой стали. Элементы Al, B, C, Ca, Ce, Mg, Ti отличаются высоким сродством к кислороду, т.е. их введение может обеспечить низкое содержание кислорода, но сопровождается повышенным угаром элементов. Плотность Al, B, C, Ca, Mg, Se, Si, Ti заметно ниже плотности железа, т.е. при свободном вводе эти элементы будут находиться на поверхности металла. Необходимо отметить, что пары Pb, Se, Te токсичны. Вышеперечисленные свойства элементов затрудняет их ввод и усвоение сталью.
Существует несколько способов ввода в металл элементов и их сплавов:
В конвертер в кусках в составе шихты;
В кусках на поверхность расплава при сливе металла из конвертера, при продувке газами, вакуумировании, обработке в печи-ковше;
В кусках (слитках) под поверхность металла в ковше;
Под поверхность металла в виде порошков в стальной оболочке (порошковая проволока);
Под поверхность металла выстреливанием гранул, внутри которых находятся порошкообразные элементы или их сплавы;
Под поверхность металла с вдуванием порошкообразных реагентов.
Все элементы можно разбить на три группы. Элементы первой группы – Cu, Co, Mo, Ni, W – практически не окисляемые кислородом, можно вводить в конвертер в составе шихты или в ковш при выпуске металла. Элементы второй группы – Cr, Mn, Nb, V – можно вводить в кусках при выпуске металла или при дальнейшей обработке; к этой же группе с некоторыми оговорками можно отнести Si в составе ферросплавов и углерод. Элементы третьей группы – Al, B, Ca, Ce, Mg, Pb, Se, Ti, Zr – необходимо вводить преимущественно под поверхность металла одним из перечисленных выше способом.
Данные по степени усвоения некоторых элементов, вводимых в ковш на установке с продувкой газами, приведены в табл. П 2.14.
Таблица П 2.13
Некоторые металлургические и физико-химические свойства элементов, применяемых для легирования стали
Свойства |
Al |
B |
C |
Ca |
Ce |
Co |
Cr |
Cu |
Mg |
Mn |
Растворимость в железе при 1600 С (по массе) |
Р* |
- |
5,4 |
0,03 |
Р |
Р |
55 |
Р |
+ |
Р |
Удельная теплоемкость при 20 С, кДж/(кг*К) |
0,90 |
0,99 |
0,69 |
0,65 |
0,23 |
0,42 |
0,45 |
0,39 |
1,02 |
0,48 |
Точка плавления, С |
659 |
2177 |
3800 |
850 |
804 |
1495 |
1903 |
1084 |
650 |
1244 |
Скрытая теплота плавления, кДж/кг |
396 |
(2052)** |
- |
233 |
63 |
260 |
260 |
205 |
373 |
262 |
Точка кипения, С |
2450 |
3860 |
- |
1489 |
3810 |
2901 |
2665 |
2573 |
1105 |
2051 |
Скрытая теплота испарения, кДж/кг |
10541 |
29021 |
- |
4032 |
2181 |
6606 |
5874 |
4795 |
5423 |
4043 |
Энтальпия Н0 при 1600 С, кДж/кг |
2197 |
3559 |
2683 |
5257 |
462 |
1284 |
1021 |
924 |
7368 |
1478 |
Теплопроводность при 0 С, кДж/(м*ч*К) |
850 |
115 |
42-419 |
742 |
39 |
379 |
348 |
1451 |
565 |
28 |
Сродство к кислороду (энтальпия реакции Q при 1600 С), кДж/моль |
-491,1 |
-283 |
-219,8 |
-297,4 |
-756,6 |
94,3 |
-135,8 |
- |
-245,1 |
-45,5 |
Плотность при 20 С, г/см3 |
2,7 |
2,3 |
2,3 |
1,53 |
6,81 |
8,7 |
7,1 |
8,9 |
1,7 |
4,7 |
Твердость НВ |
16 |
- |
- |
13 |
21 |
125 |
70 |
50 |
- |
- |
Диапазон легирования, % (по массе) |
0,020-5 |
0,002-4,7 |
0,05-1,0 |
- |
0,1-0,5 |
0,1-35 |
0,1-30 |
0,1-4 |
- |
0,30-14 |