بررسي استفاده از شارژ آهن اسفنجي در كوره‌هاي قوس الكتريكي از ديدگاه انرژي و توليد






مقدمه: 

استفاده از شارژ آهن اسفنجي يا بريكت در كوره قوس مي‌تواند تاثيرات مشخصي را در فرآيند ذوب نشان دهد. مصرف انرژي، بهره‌وري يا قابليت توليد و بازدهي مواد متاثر از تركيب شيميايي DRI و درصد استفاده از آن در شارژ است. 

آهن اسفنجي به‌ عنوان جايگزين قراضه و با توجه به تركيب شيميايي تقريبا يكنواخت آن به منظور كاهش غلظت عناصر ناخالصي و رسوبات در ذوب از طريق بالا بردن عيار آهن موجود در شارژ استفاده مي‌شود. 

در حقيقت با شارژ آهن اسفنجي در سبد قراضه آهن، سطح ناخالصي‌هاي موجود در شارژ كاهش يافته و سبب كاهش مقدار نيتروژن موجود در ذوب مي‌شود. 

كاهش نيتروژن در ذوب باعث مي‌شود، تختال‌ها و بيلت‌هاي با كيفيت جهت توليد ورق‌هاي گرم، واير و انواع محصولات ديگر را بتوان توليد كرد.


مصرف انرژي: 

چند فاكتور در استفاده از شارژ آهن اسفنجي باعث افزايش مصرف انرژي مي‌شوند. قابل ذكر است كه در يك كوره قوس با شارژ 100 درصد آهن قراضه سرد و ساخت سرباره پفكي خوب مقدار انرژي مصرفي جهت تشكيل ذوب، حدود 400 تا 435 كيلووات ساعت بر هر تن ذوب صرف‌نظر از ساير انرژي‌ها است و به‌عنوان مقايسه، يك كوره قوس الكتريكي با شارژ 98 درصد آهن اسفنجي و تشكيل سرباره پفكي خوب انرژي مصرفي حدود 635 كيلووات ساعت در هر تن ذوب دارد. 

درصد متاليزاسيون آهن اسفنجي در مصرف انرژي فرآيند ذوب و توليد فولاد موثر است. متاليزاسيون پايين و بالا بودن مقدار FeO موجود در DRI سبب افزايش انرژي مصرفي در فرآيند فولادسازي مي‌شود. (از لحاظ شيميايي احيا Feo يك واكنش گرماگير است). 

قابل ذكر است كه احياي يك تن Feo به حدود 800 كيلووات ساعت انرژي نيازمند است. 

افزايش مقدار Sio2 در آهن اسفنجي نيز سبب افزايش مصرف انرژي مي‌شود، زيرا به منظور حفظ بازيسيته ذوب به شارژ بيشتر آهك نياز خواهد داشت، كه اين باعث توليد سرباره بيشتر خواهد شد و از آنجا كه ذوب هر تن سرباره به حدود 530 كيلووات ساعت انرژي نياز دارد، لذا مصرف انرژي كل را افزايش مي‌دهد. 


فسفر و گوگرد با توجه به اين‌كه باعث افزايش آهك مصرفي در فرآيند مي‌شود، تاثير منفي در انرژي مصرفي دارد، اما در هر حال بسته به گريد فولاد نياز است كه درصد عناصر از جمله فسفر، كربن و ساير عنصرها در حد استاندارد بوده و براي رسيدن به حد مورد نظر نياز به يكسري اقدامات اجتناب‌ناپذير است. جهت حذف فسفر به سرباره اكسيدي نياز است، Cao فسفر موجود در حمام مذاب را جذب مي‌كند و در صورتي كه مقدار ثابت و مشخص از Feo در سرباره مدنظر باشد، لازم است تزريق بيشتر آهك و حذف بيشتر فسفر را داشته باشيم كه بدين ترتيب همان‌طور كه قبلا بيان شد، اين افزايش سبب بالا رفتن مقدار مصرف انرژي و نيز كاهش بازده مواد آهني مي‌شود. براي حذف سولفور به سرباره احيايي نياز است. سرباره كوره‌هاي قوس الكتريكي معمولا سرباره اكسيدي بازي است و با وجودي كه امكان حذف مقداري گوگرد در EAF با افزايش مقدار آهك وجو دارد، اما از آنجا كه واكنش‌هاي فوق باعث افزايش انرژي مصرفي در كوره شده و بهره‌وري را نيز كاهش مي‌دهد و احتمال صدمه به نسوز كوره نيز وجود دارد، لذا با توجه به اهداف فولادسازي در جهت توليد با حداقل انرژي مصرفي به ازاي هر تن فولاد، جدايش گوگرد در EAF انجام نشده، بلكه در كوره پاتيلي انجام خواهد شد كه در زير به آن خواهيم پرداخت. 

با توجه به قيمت انرژي و رعايت مسائل اقتصادي توليد، مسئوليت سنگيني بر دوش بهره‌بردار بوده، لذا فولادساز حداكثر استفاده را از واكنش‌هاي موجود در فرآيند كه مي‌تواند در كاهش انرژي مصرفي موثر باشند، مي‌‌كند. در اين راستا يك فرآيند سرباره‌سازي خوب در كوره قوس مي‌تواند بهترين راندمان انرژي را براي كوره داشته باشد. حذف گوگرد لازم است در سرباره احيايي انجام شود، لذا عمليات جدايش گوگرد در مرحله متالورژي ثانويه و در كوره پاتيلي انجام مي‌شود. 

قابل ذكر است، در طراحي يك كارگاه فولادسازي به روش EAF كه از شارژ آهن اسفنجي استفاده مي‌كند، نياز به وجود كوره پاتيلي جهت انجام مرحله متالورژي ثانويه است. 

يكي ديگر از مواردي كه باعث كاهش انرژي مصرفي به ازاي هر تن توليد مي‌شود، ميزان كربن محتوي آهن اسفنجي است. در صورتي كه محدوديتي جهت تامين اكسيژن مورد نياز وجود نداشته باشد با شارژ آهن اسفنجي با كربن مناسب (معمولا بيشتر از 5/1 درصد)، انرژي مصرفي، حدود 4ـ2 كيلووات ساعت بر نرمال مترمكعب اكسيژن كاهش خواهد داشت. (در صورتي كه از مقدار كربن مناسب استفاده شود و يك سرباره پفكي خوب ايجاد شود). 

يكي ديگر از راه‌هاي كاهش انرژي مصرفي به ازاي هر تن فولاد استفاده از شارژ داغ آهن اسفنجي بوده، اما اين موضوع به‌دليل مساله اكسيد شدن سريع آن در حين حمل به كوره، همواره به‌عنوان يك نكته مشكل‌زا هنوز مطرح است. جهت انتقال شارژ داغ آهن اسفنجي به درون كوره، نياز است از يك اتمسفر خنثي با تزريق گاز نيتروژن به منظور جلوگيري از واكنش DRI با هوا استفاده كرد. 

در اين راستا، شركت هيلسا در سال 1998 جهت كاهش انرژي مصرفي ، يك سيستم انتقال شارژ گرم با دماي 600 درجه سانتيگراد به داخل كوره را راه‌اندازي كرد. 

بديهي است، با توجه به مشكلات اجراي چنين خطي، در صورتي استفاده از اين راه‌حل‌ها اقتصادي به‌نظر مي‌رسد كه قيمت انرژي قابل توجه بوده و هزينه توليد را به ازاي هر تن فولاد افزايش دهد، بنابراين استفاده از راه‌هاي كاهش انرژي بسته به محل قرارگيري كارخانه، مسائل فني و مقايسه آنها از لحاظ اقتصادي قابل تصميم‌گيري خواهد بود، اما يكي از مهم‌ترين روش‌هاي اجرايي كاهش انرژي مصرفي و نيز كاهش بهاي سهم انرژي در توليد فولاد، در فولادسازي به روش كوره قوس با شارژ آهن اسفنجي، استفاده از DRI با درصدي از كربن محتوي، با درجه فلزي بالا و سيليس، فسفر و گوگرد پايين و نيز استفاده از تزريق كربن و اكسيژن جهت ساخت سرباره پفكي است. 


بهره‌وري و راندمان توليد: 

تعداد واحدهاي فولادسازي به روش كوره قوس در منطقه آسيا رو به افزايش بوده و اين در حالي است كه امكان تهيه قراضه آهني با كيفيت در منطقه آسيا با توجه به اين‌كه بايد دانسيته حدود يك تن بر مترمكعب داشته باشد بسيار دشوار بوده، لذا استفاده از شارژ پيوسته آهن اسفنجي به‌عنوان بهترين راه‌حل در جهت تامين مواد آهني به‌طور فزاينده‌اي مورد توجه قرار گرفته است. يكي ديگر از مزاياي استفاده از شارژ پيوسته آهن اسفنجي و يا بريكت در كوره، كاهش تعداد سبدهاي شارژ قراضه آهني به كوره است. بديهي است با كاهش تعداد سبدها از زمان آماده‌سازي كم شده و اين نيز باعث بالا رفتن بهره‌وري و افزايش توليد خواهد شد. 

تا قبل از اين‌كه امكان تزريق كربن و دمش اكسيژن به داخل كوره و ساخت سرباره پفكي و نيز گرم كردن شارژ قراضه امكان‌پذير باشد، بهترين شارژ جهت به‌دست آوردن بيشترين بهره‌وري، شارژ پيوسته 50ـ20 درصد آهن اسفنجي بود (لازم به ذكر است، موارد فوق‌الذكر در مواقعي صحيح است كه شارژ قراضه از لحاظ كيفيت نامناسب و از دانسيته پايين برخوردار باشد كه در اين موارد شارژ DRI مي‌تواند سبب افزايش بهره‌وري شود).
بهره‌وري يك كوره قوس الكتريك كه به‌طور پيوسته با DRI تغذيه مي‌شود، بسيار به تركيب شيميايي DRI، سرباره پفكي و كنترل خوب نسبت شارژ DRI بستگي دارد. (بهره‌وري كوره با شارژ بيش از حد لازم DRI كاهش خواهد يافت). 

راندمان توليد فولاد از طريق شارژ DRI يا HBI تابعي از نسبت متاليزاسيون، گانگ، تزريق كربن و ساير عمليات است. يك نمونه آهن اسفنجي محتوي 93 درصد آهن كل، 86 درصد آهن فلزي و 92 درصد متاليزاسيون را در نظر بگيريد. اگر امكان احياي 100 درصد Feo فراهم بود، با شارژ كامل DRI، 93 درصد بازدهي حاصل مي‌شد، اما اين موضوع عملا در صنعت اتفاق نمي‌افتد و در صورتي كه در يك واحد فولادسازي بازدهي امري مهم و پراهميت براي صاحبان واحد باشد، لازم است نسبت به توليد يا خريداري آهن اسفنجي و يا بريكت با درصد متاليزاسيون مناسب و قابل انتظار اقدام كنند. 

از آنجا كه تركيب شيميايي مواد و وزن سرباره در بازدهي هر كوره قوس الكتريك تاثير دارد، لذا در حين فرآيند ذوب آهن اسفنجي و يا بريكت بايد دقت كافي در ساخت سرباره به عمل آيد، به‌طوري كه يك سرباره پفكي خوب با حداقل وزن و با بازيسيته مناسب ايجاد شود. براي به‌دست آوردن اطلاعات از سرباره ساخته شده، معمولا از طريق نمونه‌گيري و به كمك دستگاه XRF و يا روش شيمي‌ تر اقدام به تست سرباره كرده و در صورت انحراف از وضعيت مطلوب، در جهت اصلاح سرباره به سمت جلوگيري از خوردگي و فرسايش نسوز كوره و افزايش بازدهي كوره برمي‌آيند. 

همان‌طور كه قبلا نيز اشاره شده، انتخاب شارژ DRI به دلايل متعدد نياز به بررسي‌هايي از جمله مسائل اقتصادي، عدم دسترسي به قراضه مطلوب، مصرف انرژي و... دارد، لذا وقتي استفاده از DRI مدنظر قرار مي‌گيرد، بهتر است يك ارزيابي هزينه توليد با درصدهاي مختلف DRI در مقايسه با توليد از طريق قراضه به‌عمل آيد. (لازم به ذكر است در نواحي كه تهيه قراضه سخت و گاهي غيرممكن است، انتخابي جز استفاده از آهن اسفنجي براي روش‌هاي قوس الكتريكي وجود نخواهد داشت). 

به‌طور كلي در صورتي كه بخواهيم از آهن اسفنجي به‌عنوان شارژ در كوره قوس استفاده كنيم، لازم است به چند فاكتور به شرح زير توجه شود: 

ـ قيمت آهن اسفنجي 

ـ بهاي حمل و انبار كردن آن 

ـ سرمايه‌گذاري‌هاي لازم از جمله ايجاد نوار نقاله به منظور برقراري شارژ پيوسته 

ـ فلاكس مورد نياز 

ـ بهره‌وري 

ـ بهاي جمع‌‌آوري و سرمايه‌گذاري جهت فرآوري سرباره 

ـ بازدهي 

ـ امكان برقراري سيستم تزريق كربن و اكسيژن 

ـ ساير موارد 

قابل ذكر است كه استفاده از آهن اسفنجي در كوره خود يك روش است كه نياز به اطلاعات مربوطه دارد، لذا لازم است به بهره‌بردار آموزش كافي داده شود، بنابراين در شروع راه‌اندازي هر واحد فولادسازي به لحاظ وجود منحني آموزش تا رسيدن به حداكثر توانايي بهره‌برداري، نياز به صرف مدت زمان لازم جهت رسيدن به 100درصد توان توليد است.









 
بازدید از این صفحه : 4539
6 دي 1390 ساعت 04:19 ب.ظ