Энергосбережение и снижение потребления в сталеплавильном производстве Основная страна покупателя

Когда говорят про энергосбережение в металлургии, многие сразу думают о замене оборудования или дорогих системах утилизации тепла. Но на практике часто упускают простой момент: без точного контроля параметров плавки любые инвестиции в 'зелёные' технологии дают половинчатый результат. Вот об этом и хочу порассуждать, опираясь на случаи из практики.

Где теряется энергия в конвертерном цехе

Возьмём типичный кислородно-конвертерный процесс. Температура в зоне горения достигает °C, но если измерить её усреднённо по объёму конвертера, окажется, что реальный КПД использования тепла редко превышает 45%. Почему? Часть тепла уходит с газами через горловину, часть рассеивается через футеровку. Но главное — нет чёткого понимания, как меняется температурный профиль в реальном времени.

Помню, на одном из заводов в Липецке пытались снизить расход кислорода за счёт оптимизации продувки. Рассчитали идеальную кривую по моделям, а на выходе получили перерасход газа на 12%. Причина оказалась в том, что термопары в зоне реакции постоянно 'залипали' из-за брызг шлака, и оператор вёл процесс по усреднённым данным прошлых плавок. Фактически, работа шла вслепую.

Тут важно отметить: современные инфракрасные пирометры могли бы дать непрерывный контроль, но их редко ставят непосредственно в зону наблюдения конвертера — боятся повреждения. Хотя на том же заводе после внедрения выносных ИК-систем от ООО Шэньян Тэнъи Электроникс удалось снизить колебания температуры в пределах ±15°C, что дало экономию природного газа на подогреве лома почти на 8%.

Проблемы измерения в условиях агрессивной среды

Любой, кто работал у мартеновской печи или ЭСПЦ, знает: стандартные термопары в сталеплавильных агрегатах живут недолго. Высокие температуры, химически активные пары, пыль — всё это приводит к дрейфу показаний уже через 2-3 недели. А калибровать ежедневно невозможно.

Мы как-то пробовали ставить дублирующие системы измерения — оптические пирометры и контактные датчики. Выяснилось, что в зоне выхода отходящих газов инфракрасные системы показывают более стабильные результаты, но только если правильно подобрать спектральный диапазон. Для участков с высокой запылённостью, например, подойдут пирометры с длиной волны 8-14 мкм — они 'пробивают' дымку.

Кстати, именно ООО Шэньян Тэнъи Электроникс предлагает решения для таких условий. Их пирометры серии TGY-300 мы тестировали в условиях КМК — выдерживали до 6 месяцев без калибровки даже при постоянном воздействии паров цинка и свинца.

Опыт внедрения систем непрерывного контроля

В 2019 году на одном из уральских заводов запустили проект по снижению потребления электроэнергии в дуговых печах. Основная идея была в синхронизации работы печных трансформаторов с реальным температурным профилем ванны. Раньше операторы включали максимальную мощность сразу после загрузки лома, хотя по факту первые 10-15 минут шёл проглом без активного плавления.

После установки ИК-пирометров с функцией непрерывного измерения (как раз подобных тем, что делает ООО Шэньян Тэнъи Электроникс) удалось построить адаптивную схему управления. Система сама определяла момент начала активного плавления и повышала мощность постепенно. Экономия вышла около 23 кВт?ч на тонну стали — мелочь в масштабах одной плавки, но за год набежало почти 4 млн рублей.

Правда, были и сложности: пришлось переделывать систему водяного охлаждения датчиков — в исходном варианте они перегревались при длительной работе на печах сверх 100 тонн.

Взаимосвязь температуры и химического состава

Часто упускают из виду, что точный контроль температуры напрямую влияет на воспроизводимость химсостава стали. Если в конце плавки температура ванны 'уплыла' на 30-40°C выше расчётной, легирующие добавки могут сгореть или перейти в шлак. Приходится либо добавлять ферросплавы (перерасход), либо доводить сталь в ковше (лишние энергозатраты).

На примере выплавки нержавеющей стали 12Х18Н10Т: при стабильном поддержании температуры выпуска в диапазоне °C удаётся снизить расход феррохрома на 1,2-1,5 кг/т. А это уже серьёзная экономия, учитывая цены на легирующие.

Здесь снова выручают системы непрерывного измерения — они позволяют отслеживать не просто температуру, а её градиент по глубине ванны. Кстати, у Шэньян Тэнъи Электроникс есть многоканальные пирометры как раз для таких задач.

Экономика и окупаемость

Когда предлагаешь руководству завода вложить 2-3 млн рублей в систему контроля температуры, всегда звучит вопрос: 'А когда отобьём?'. Опыт показывает: при грамотной интеграции с АСУ ТП срок окупаемости редко превышает 14 месяцев. Но тут есть нюанс — мало купить оборудование, нужно перестроить технологические регламенты.

На том же Череповецком меткомбинате изначально сэкономили на настройке — поставили пирометры, но не прописали чётких алгоритмов реакции оператора на отклонения. В итоге первые полгода экономия была минимальной. Только после того, как внедрили автоматические корректировки мощности печей, вышли на расчётные показатели по энергосбережению.

Вывод простой: технологии измерения — это лишь инструмент. Без изменения подходов к управлению процессом они дают не более 30% от потенциального эффекта.

Перспективы и ограничения

Сейчас много говорят про 'цифровизацию' металлургии, но на практике внедрение систем типа Industry 4.0 упирается в базовые вещи — тот же точный контроль температуры. Без достоверных исходных данных любые нейросети и предиктивные модели будут строить прогнозы на песке.

Из последнего опыта: пробовали интегрировать данные ИК-измерений в систему прогнозирования износа футеровки. Получилось снизить расход магнезитовых кирпичей на 17%, но только после того, как научились фильтровать помехи от дыма и брызг. Здесь особенно важна стабильность показаний — именно то, на что заточена продукция ООО Шэньян Тэнъи Электроникс.

В целом, тема энергосбережения в сталеплавилке далека от исчерпания. Но теперь акцент смещается с глобальных проектов на точечные решения — там, где точные измерения дают быстрый экономический эффект. И это, пожалуй, самый здравый подход.