بررسی شارژ آهن اسفنجی در کوره های قوس الکتریکی از دید انرژی و تولید
در کوره ی قوس برای ذوب فلزات کوره ها را شارژ میکنند به مواردی که برای شارژ کوره های قوس از آنها استفاده میشود بریکت و یا آهن اسفنجی میگویند.
برای این که طی انجام فرآیند ذوب به بهره وری بالا برسیم و یا برای رسیدن به قابلیت تولیدی بالا و همچنین رسیدن به بازدهی بالا، بایستی از درصد های مواد مناسب برای این فرایند استفاده کرد. عوامل مهمی که از آن ها در این فرآیند استفاده میشود در واقع درصد های مناسبی از مواد شیمیایی میباشد و همچنین استفاده از ترکیب شیمیایی به نام DRI عامل مهمی میباشد.
می توان به جای استفاده از ضایعات آهن از آهن اسفنجی نیز استفاده کرد. زیرا آهن اسفنجی از ترکیبات شیمیایی تقریبا یکنواختی تشکیل شده است. نحوه ی عمل با استفاده از این روش به این صورت است که عیار آهنی را که از آن در کوره ها استفاده می شود را افزایش می دهند.
سپس به علت بالابودن عیار آن ترکیبات تقریبا یکنواخت می شود و به علت یکنواختی ترکیبات آهن اسفنجی، غلظت ناخالصی و رسوبات را تا حد زیادی می کاهند. زمانی که از آهن اسفنجی به جای ضایعات در سبد قراضه ی آهن استفاده شود و به دنبال آن غلظت ناخالصی کاهش پیدا می کند.
مقادیر نیتروژن به مقدار زیادی در مواد مذاب کاهش پیدا می کند، زمانی که مقادیر نیتروژن در ذوب به کمترین میزان خود برسد می توانیم بیلت ها و تختال های با کیفیتی را تولید کنیم و از آن ها نیز برای تولید وایر و ورق های گرم و محصولات متنوع دیگری نیز استفاده کنیم.
بیشتر بخوانید:
بررسی شارژ آهن اسفنجی و مصرف انرژی
در رابطه با افزایش مصرف انرژی در این روش چندین فاکتور وجود دارد. زمانی که در یک کوره ی قوس به جای استفاده از ضایعات آهن از آهن اسفنجی استفاده می کنیم. و شاژ کوره به صورت 100 درصدی از آهن اسفنجی باشد. به علاوه از یک سربارهی پفکی خوب نیز استفاده شود.
مصرف انرژی در ذوب یک تن مواد اولیه چیزی حدود 635 کیلووات بر ساعت خواهد بود. اما اگر بخواهیم به جای استفاده از آهن اسفنجی از ضایعات آهن برای شارژ کردن کوره های ذوب به حالت 98 درصدی استفاده کنیم. علاوه بر آن از یک سرباره ی پفکی خوب نیز استفاده کنیم. میزان انرژی ای که مصرف می شود چیزی حدود 400 تا 435 کیلووات بر ساعت می باشد. در مقایسه ای ساده میتوان به این نکته رسید که استفاده از قراضه آهنی برای شارژ کورهها در مقایسه با شارژ توسط آهن اسفنجی میزان انرژی کمتری استفاده می شود.
سنجیدن میزان آهن موجود در آهن اسفنجی:
برای این که بتوانیم به خوبی و دقیق میزان آهن موجود را در آهن اسفنجی اندازه گیری کنیم، شاخصی وجود دارد. این شاخص را با نام های درجه ی آهنی شدن و یا متالیزاسیون نام می برند. درصد این شاخص در فرآیندی که برای تولید فولاد به کار می رود و یا در فرآیند ذوب به کار می رود، بسیار حائز اهمیت است.
زیرا یکی از عوامل مهم در رابطه با میزان مصرف انرژی می باشد. در فرایند فولادسازی زمانی انرژی مصرفی زیاد خواهد بود که شاهد بالا بودن میزان آهن در شاخص DRI و پایین بودن میزان متالیزاسیون باشیم. علت این امر آن است که از لحاظ شیمیایی واکنش احیای FeO یک واکنش گرماگیر می باشد.
زمانی که بخواهیم یک تن FeO را طی یک واکنش شیمیایی احیا کنیم به انرژی در حدود 800 کیلووات بر ساعت نیاز داریم تا این واکنش به انجام برسد. همچنین عامل دیگری نیز وجود دارد که باعث افزایش میزان مصرف انرژی می شود. افزودن مقدار ترکیب شیمیایی SiO2 در آهن اسفنجی می باشد.
علت این امر آن است که در این فرآیند برای اینکه بتوانیم بازیسیته ی ذوب را حفظ کنیم بایستی کوره را با آهک بیشتری شارژ کنیم. افزایش آهک در کوره باعث افزایش تولید سرباره می شود و برای این که بتوانیم هر یک تن سرباره را ذوب کنیم به انرژی ای در حدود 530 کیلووات بر ساعت احتیاج داریم. پس استفاده و افزایش ترکیب SiO2 باعث مصرف انرژی به صورت کلی می شود.
رابطه میان فسفر و گوگرد با آهک:
فسفر و گوگرد به خودی خود با افزایش میزان آهکی که طی فرآیند مصرف می شود در انرژی مصرفی تاثیری منفی می گذارد. در حالت کلی گرید فولاد تعیین کننده ی این امر است که از هر عنصر به چه میزانی مصرف کنیم.
مثلا درصد عناصری مثل فسفر, کربن و سایر عناصر موجود را در حالت استاندارد در نظر بگیریم و هم چنین برای اینکه بتوانیم به سطح مورد نیازی برسیم. نیاز داریم تا یک سری اقداماتی که اجتناب ناپذیر است را به انجام برسانیم.
مثلا برای حذف عنصر فسفر نیاز داریم تا از نوع ویژه ای از سرباره استفاده کنیم که به آن سرباره ی اکسیدی می گویند. همانطور که ذکر کردیم درون حمام مذاب، ما با عنصری به نام فسفر مواجه هستیم. برای اینکه بتوانیم این فسفر را جذب کنیم بایستی از ترکیب CaO استفاده کنیم.
اما برای حذف مقداری مشخص از عنصر FeO در سرباره باید میزان بیشتری از فسفر را حذف کنیم و علاوه بر آن نیز باید آهک بیشتری را نیز به درون حمام مذاب تزریق کنیم. در بالا نیز ذکر کردیم که با افزایش هایی که صورت میگیرد تاثیر زیادی در افزایش مصرف انرژی دارد و همچنین اثرات بیشتری هم در تقلیل بازدهی که توسط مواد آهنی ایجاد می شود, دارد.
کاهش سولفور
در رابطه با این موضوع که اگر بخواهیم سولفور را نیز از بین ببریم و یا باعث کاهش مقدار آن در این فرآیند بشویم. باید از سرباره ای استفاده کنیم که احیایی باشد.
در کوره های قوس الکتریکی از نوعی سرباره استفاده می شود که معمولا اکسیدی بازی می باشد چون معمولا با افزایش میزان آهک میتوان گوگرد را در EAF حذف کرد. اما همانطور که در بالا ذکر کردیم افزایش میزان آهک در کوره ها باعث افزایش مصرف انرژی مصرفی می شود و باعث کاهش بهره وری می شود.
مشکلات جبران ناپذیر افزایش آهک:
علاوه بر آن ممکن است این فرآیند منجر به صدمه زدن به بدنه ی نسوز کوره شود. بنابراین چون هدف اصلی در فرایند فولاد سازی تولید محصولات فولادی با کمترین میزان مصرف انرژی می باشد. به همین دلیل تفکیک گوگرد با استفاده از EAF انجام نمی دهند و تفکیک گوگرد در فرآیندی که در کوره ای به نام کوره ی پاتیلی نام دارد صورت می گیرد که نحوه ی انجام این فرآیند را در پایین خواهیم دید.
برای این که بتوانیم مسائل اقتصادی را در امر تولید رعایت کرده و تولیدی با کمترین مصرف انرژی و هزینه ایجاد کنیم مسئولیت سنگینی را بر دوش خواهیم داشت.
لذا افرادی که مسئول فولاد سازی هستند واکنش هایی را برای فرایند فولاد سازی انتخاب می کنند تا در کاهش مصرف انرژی موثر واقع شوند. به همین منظور یک فرآیندی وجود دارد که باعث ایجاد بیشترین بازدهی انرژی در کوره می شود.
بیشتر بخوانید:
راه حل تفکیک گوگرد:
بایستی برای حذف گوگرد از یک سربارهی احیایی استفاده کنیم پس به این منظور برای تفکیک گوگرد در کوره ی پاتیلی انجام می شود. و در دومین مرحله ی متالورژی نیز صورت میگیرد.
برای این که کارگاهی برای تولید فولاد طراحی کنیم , کارگاهی که از آهن اسفنجی برای شارژ کوره استفاده میکند یعنی به روش EAF فرآیند را به انجام می رساند. به طور کلی در این نوع کارگاه بایسیتی یک کوره ی پاتیلی وجود داشته باشد تا بتوان مرحله ی متالورژی ثانویه را انجام داد.
کاهش میزان کربن و انرژی مصرفی:
عامل دیگری که باعث کاهش انرژی مصرفی در حین تولید یک تن محصول در این فرآیند می شود میزان کربنی است که در آهن اسفنجی وجود دارد اگر در این فرآیند ما محدودیت تامین اکسیژن مورد نیاز را برای انجام این واکنش ها نداشته باشیم.
میتوانیم برای شارژ کوره ها از آهن اسفنجی استفاده کنیم , توجه داشته باشید که درصد مناسب کربنی که در این آهن اسفنجی لازم است وجود داشته باشد به طور معمول باید چیزی حدود بیش از 1ونیم درصد باشد.
در این صورت می توانیم انرژی مصرفی خود را در هر ساعت مقادیری حدود 2 کیلووات کاهش بدهیم زمانی که میزان اکسیژن ما نرمال مترمکعب باشد. علاوه بر آن نیز از مقدار کربن مناسب استفاده شود و سرباره ی پفکی خوبی نیز ایجاد شود.
راه دیگری که می توان از آن برای کاهش مصرف انرژی استفاده کرد، زمانی که قصد تولید یک تن فولاد را داشته باشیم. باید از آهن اسفنجی داغ برای شارژ کوره ها استفاده کنیم.
مشکل استفاده از آهن اسفنجی:
مشکل بزرگ این موضوع هم این است که آهن اسفنجی داغ سریعا در مسیر انتقال به کوره؛ اکسید می شود. برای انجام این کار با کمترین مشکل بایستی از یک اتمسفر خنثی استفاده کنیم. یعنی زمانی که آهن اسفنجی داغ را به درون کوره منتقل می کنیم بایستی از تزریق گاز نیتروژن استفاده کنیم تا مانع واکنش DRI با هوا بشویم.
رفع مشکل اکسید شدن آهن اسفنجی:
برای رفع این مشکل شرکت هلیسا در سال 1998 برای این که مصرف انرژی را در فرآیند مذکور کاهش دهد. سیستمی پیشرفته را طراحی کرد این سیستم برای انتقال شارژ گرم با دمای 600 درجه ی سانتی گراد به داخل کوره را طراحی کرد.
قابل تبیین است برای این که بتوانیم ابن سبک خط تولید را راه اندازی کنیم مشکلاتی در پیش رو خواهیم داشت. زمانی می توان با وجود چنین مشکلاتی این خط را راه اندازی کنیم که قیمت انرژی ای که در این روش مصرف می شود قابل توجه باشد.
و همچنین هزینه ی تولید را به ازای هر یک تن فولاد را افزایش بده در غیر این صورت استفاده از این روش صرفه ی چندانی نخواهد داشت. بنابراین عواملی که در کاهش انرژی مصرف شده ی کارخانه تاثیر دارد به عواملی وابسته است مثل: مکان جغرافیایی کارخانه و مسائل فنی کارخانه می باشد که ما بایستی این عوامل را به همراه عوامل اقتصادی موثر در انجام آزمایش مورد بررسی قرار دهیم سپس تصمیم گیری اصولی در این رابطه داشته باشیم .
یکی از مهم ترین روش هایی که قابل اجرا می باشد و می توان به وسیله ی اجرای این روش تعرفه ی سهم انرژی ای که مصرف میکنیم را تا حدی کاهش دهیم. این است که در فولادسازی سعی کنیم در روش شارژ کوره با آهن اسفنجی , ازDRI استفاده کنیم؛ البته DRI ی که درصد کربن محتوی داشته یاشد درجه ی فلزی آن بالا باشد. همچنین مقدار فسفر, سیلیس و گوگرد آن پایین باشد و علاوه بر آن از تزریق کربن و اکسیژن برای ساختن سرباره ی پفکی استفاده کنیم.
