چکیده:
در این پژوهش یک مدل غیرخطی بهینه سازی برای بررسی اثر تغییرات بار مواد اولیه آهن دار کوره بلند روی سود تولید و میزان انتشار گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن ارائه شده است. این مدل، سیستم پشتیبانی برای برنامه ریزی و تصمیم گیری خرید بهینه مواد اولیه و انرژی با توجه به محیط زیست است. مدل با نرم افزار متلب و در نظر گرفتن روابط و محدودیت های فرآیندی، بالانس جرم و انرژی و میزان عرضه مواد اولیه اجرا شده است .علاوه بر محاسبه سود، پارامترهایی نظیر میزان مصرف کک، درجه حرارت گاز جلو فرم ها، دما و ترکیب شیمیایی گاز دهانه، مقدار هوای دم لازم و تاثیر غنی سازی هوای دم با اکسیژن در این مدل ارائه می شود. با استفاده از این مدل نتایج سود حاصل از مدل با نتایج تجربی تولید کوره بلند شماره ۳ ذوب آهن مقایسه شده است. با این مقایسه نتیجه می شود به کارگیری مدل باعث ۱۶% افزایش سود از ترکیب بهینه مواد اولیه آهن دار و ۱۸% سود اضافی از انتخاب بهینه انرژی است. همچنین آثار استفاده از آهن اسفنجی روی سود تولید، مصرف انرژی و میزان انتشار گاز گلخانه ای دی اکسید کربن بررسی شده است.
Abstract: The upward growth of steel industry has led to an increase in demand for raw materials and
the release of about 7% of global greenhouse gases (An et al., 2018; Griffin and Hammond, 2019).
Blast furnace (BF) is the most essential section of a steel company (Liu et al., 2016). Costs of
production in steel companies are contributive to the competitiveness of such plants (Zhang et al.,
2011). Due to the shortage of domestic lump and concerns about CO2 emission, Iranian steel industry
has encountered serious challenges of supplying ferrous raw materials and coke for blast furnaces,
while the overproduced direct reduced iron (DRI) and the vast sources of domestic natural gas and
pulverized coal have made it possible to replace coke with these sources of energy and using DRI as
ferrous raw material in the blast furnaces. High differences in the price of coke with natural gas and
pulverized coal along with big price gap between DRI and lump, the influence of replacing
complexity on the cost of ferrous raw materials, coke, and energy consumption, BF productivity,
technical constraints, and carbon dioxide emissions level are the main reasons for conducting this
research.
Design/methodology/approach: A non-linear optimization model, extracted from thermodynamic
equations, process relations, and mass and energy balances, has been applied in this study. This model
can be applied as a decision support system for purchasing and supplying coke-energy, ferrous burden
materials, and examining the effect of consuming different raw materials on the CO2 emission and
evaluating the production profit.
Findings: Results indicated that this model can decrease CO2 emission and is highly effective in
gaining company benefits. Based on the research sensitivity analysis it was found that despite the
advantages of the model, as long as there are no tough restrictions on CO2 emission like in Japan and
in the developed European countries, and there is subsidized domestic lump charging DRI as BF
burden materials, it is not economic. As a result, it was concluded that available ferrous raw materials
options for Iranian blast furnaces are only lump, sinter and pellet.
Research limitations/implications: BF thermal reserve zone is assumed 1200k, which may vary
from 1100 K up to 1300 K in practice; hot metal and slag temperatures are assumed fixed; chemical
elements distribution is assumed fixed; and the state of gas rising from the bottom segment into the up
segment of BF is ignored.
خلاصه ماشینی:
ir در اين پژوهش يك مدل غيرخطي بهينهسازي برای بررسی اثر تغییرات بار مواد اولیۀ آهندار کوره بلند روی سود تولید و ميزان انتشار گاز گلخانهاي دياكسيدكربن ارائه شده است.
برای نخستینبار در این پژوهش استفادۀ همزمان از هر سه سوخت مازوت، پودر زغال و گاز طبیعی در کنار کک، مدلسازی شده است و آثار استفاده از آنها روی کاهش مصرف کک و افزایش سود تولید با مدل ارائهشده قابل بررسی است.
سود عملياتي ساليانۀ توليد = ( درآمد فروش چدن + درآمد فروش سرباره + درآمد فروش گاز كوره ) – ( هزینۀ مصرف مواد اولیه + هزينۀ مصرف كك + هزينۀ مصرف پودر زغال + هزينۀ مصرف مازوت + هزينۀ مصرف گاز طبيعي + هزينۀ مصرف اكسيژن ) - هزينۀ ثابت توليد )به تصویرصفحه رجوع شود) برای تولید سالیانه کوره بلند 350 روز کاری در نظر گرفته شده است.
)به تصویرصفحه رجوع شود) شكل 7 - تأثیر جایگزینی سنگ آهن با آهن اسفنجی در بار مواد آهندار کوره بلند بر میزان مصرف کک شكل8 نشاندهندۀ نتايج تحليل تأثير ميزان جايگزيني سنگ آهن با آهن اسفنجي بر ميزان سود حاصل از توليد یك كيلوگرم چدن در كوره بلند بهكمك مدل است.
بهکمک مدل این پژوهش هزینۀ کک و انرژی لازم برای کوره بلند و اثر استفاده از قراضه و آهن اسفنجی در کوره بلند باتوجهبه ممیزات محیط اقتصادی کشور روی سود تولید و میزان انتشار گاز دیاکسیدکربن پیشبینی میشود.
Wang Chuan, Ryman Christer, Dahl Jan.