قوس الکتریکی با فناوری جدید

[XMEHRDADX 7,514]

مقدمه

 

دانيلي ، كوروس طرح‌هاي جاه‌طلبانه‌اي براي كوره‌هاي قوس الكتريكي دارد:

 

ـ رسيدن به بهترين شكل بهره‌وري مدرن حدود 30ـ25 درصد.

 

ـ كاهش مصرف انرژي الكتريكي به زير kWh/t350 (بر مبناي بارگيري قراضه).

 

ـ توسعه پايداري و تكرارپذيري (بيشتر از 93 درصد از دفعات به‌كارگيري واحد).

 

ـ كاهش تاثيرات زيانبار زيست‌محيطي.

 

جهت تحقق چنين اهداف جاه‌طلبانه‌اي، فعاليت‌هاي گسترده‌اي در قالب پروژه‌اي تحت نام تجاري ثبت شده Fast Arc در جريان است. اين پروژه براساس تجارب گردآوري شده ساليانه متمادي گروه حمايت‌كننده تحقيقات، آزمايش در مقياس اصلي و همكاري نزديك با مشتريان بنا شده است.

 

Fast Arc داراي خصوصيات ذيل است:

 

ـ كوره با اندازه متوسط نوع AC با ظرفيت حداكثر 120 تن، طراحي شده براي توليد 4/1 ميليون تن فولاد مذاب در سال.

 

ـ بارگيري تك‌باري.

 

ـ منبع تغذيه مخصوص با توان بالا (تا MVA/t4/1 فولاد مذاب).

 

ـ سقف كوره و ديوارها با صفحات ويژه صرفه‌جويي انرژي مجهز شده‌اند.

 

ـ افزايش انرژي شيميايي و كنترل‌هاي پيچيده‌تر.

 

ـ سطح اتوماسيون بالا و تنظيم قابل اطمينان فرآيند.

 

اين مقاله ارائه‌گر طرح مكانيكي، راه‌حل‌هاي فني و پارامترهاي فرآيندي اين فناوري است.

 

 

كوره قوس الكتريكي Fast Art فناوري جديدي است كه توسط شركت دانيلي ساخته شده است. خصوصيات كوره قوس الكتريكي جديد مشتمل بر صرفه‌جويي در مصرف انرژي، پانل‌هاي سقف و ديواره با طول عمر زياد، توان ويژه بالا (تا MVA/t4/1 فولاد مذاب)، مجموعه انرژي شيميايي قوي شامل سامانه‌هاي تزريق اكسيژن، گاز و كربن از ديواره‌هاي جانبي همراه با تزريق آهك، سطح اتوماسيون بالا به همراه سيستم‌هاي غبارگيري كارآمد و ساير تجهيزات زيست‌محيطي است. Fast Arc به بهره‌گيري از تجهيزات فوق‌الذكر و عمل بارگيري قراضه تك باري به زمان تخليه تا تخليه حدود 30 دقيقه و مصرف برق كمتر از kWh/t35 فولاد مذاب نايل شده است. اين مقاله به طراحي، اعداد و ارقام ويژه و جنبه‌هاي بارز فني اين توسعه جديد مي‌پردازد:

ادامه در پست بعدی

[XMEHRDADX 7,514]

طرح مكانيكي

 

به منظور محقق ساختن دو خصوصيت تكنولوژيكي مهم فرآيند Fast Arc بارگيري تك‌باري و منبع توان بالا (MVA/t4/1 فولاد مذاب) با نرخ بالاي انرژي شيميايي، يكسري از به‌سازي‌ها در طراحي مكانيكي كوره قوس طرح Danarc مطرح شد.

 

راهكارهاي فني سبب مي‌شود تا فعاليت‌هاي فرآيندي كه تا به امروز به صورت دستي انجام مي‌گيرند و مستلزم زمان و نيروي انساني هستند، به صورت خودكار انجام شود. به‌طور مثال:

 

ـ تخليه و بستن مجرا از اتاق كنترل به سامانه و رديابي سرباره مجهز شده است.

 

ـ تميز كردن سطح كف دريچه‌ها با استفاده از ربات در خلال كار كوره.

 

ـ نمونه‌گيري فولاد و اندازه‌گيري مداوم دما و كربن در خلال كار كوره.

 

ـ مشخصات طراحي قطعات مكانيكي مربوطه به شرح ذيل ارائه شده‌اند:

 

 

طراحي پيوسته

شكل كوره و طراحي محفظه ذوب به‌طور كامل اصلاح شده است تا بدين وسيله انتقال حرارت از قوس به قراضه به حداكثر برسد، از فروريختگي‌ها پرهيز شود و ولتاژ و جريان مناسب هر الكترود به صورت پويا انتخاب شود. حركت‌هاي كوره براي فرونشاندن بار، تشديد شده است اما به‌منظور جلوگيري از فرسوده شدن ديناميكي به صورت نرم انجام مي‌شود. كج شدن سريع (بيش از °/s5) همراه با تصويرسازي فولاد با استفاده از امواج مادون قرمز به بهره‌برداران در جلوگيري از ريختن سرباره به پاتيل كمك مي‌كند. كوره در مجاورت تسهيلات نصب و تعمير نسوز ساخته مي‌شود و تعويض سريع پوسته سبب كاهش توقف‌ها به حدود 4 ساعت شده و زمان در دسترس بودن كل بخش فولاد را افزايش مي‌دهد.

 

بخش پاييني مشخصا براي تخليه غيرمركزي از كف با انتقال ملايم به قسمت EBT طراحي شده است. نسبت بهينه شدن بين ارتفاع و قطر حمام مذاب سبب به هم خوردن بهتر و تشديد واكنش متالورژيكي مي‌شود. تحقيق و توسعه گسترده براي بهينه كردن محفظه مذاب سبب ايجاد شكل ايده‌آل براي هر پروژه گشته است.

 

 

پانل صرفه‌جويي‌كننده در انرژي با دوام

 

پانل‌ها صرفه‌جويي‌كننده در انرژي با حق ثبت Danieli & C. در ديواره و سقف كوره نصب شده‌اند تا آن را اثربخش‌تر كنند. قابليت آنها در ايجاد يك لايه سرباره عايق قابل بازسازي بالاي منطقه خنك‌شونده با آب سبب كاهش تلفات انرژي و خطر آسيب ديدن مي‌شود. پانل‌هاي صرفه‌جويي‌كننده در انرژي از دو لايه لوله خنك‌شونده با آب تشكيل شده‌اند كه يكي از آنها كه در معرض تشعشع قوس قرار مي‌گيرد، فاصله بيشتري بين لوله‌ها دارد تا سرباره بيشتري را بين خود به دام اندازد. اين سرباره نقش يك زره حرارتي و عايق الكتريكي و حرارتي را ايفا مي‌كند. پوشش سرباره در مرحله اوج شار حرارتي به صورت موضعي ذوب مي‌شود و سبب پايين آوردن تنش‌هاي حرارتي بر روي لوله‌هاي فولاد مي‌شود. در خلال مرحله كف كردن سرباره، لايه ضخيمي از سرباره مجددا به صفحات مي‌چسبد. طراحي دولايه‌اي همچنين از بروز مشكلات ايمني و توقف كار در صورت شكستگي و يا نشت آب از لوله‌ها جلوگيري مي‌كند. طي تنها چند دقيقه، لايه شكسته شده (كه معمولا لايه داخلي است) مي‌تواند بدون توقف توليد از جريان آب منفك شده و آب آن تخليه و جدا شود. لايه خارجي مي‌تواند عمل حفاظت ديواره را به عهده گيرد. پانل در خلال تعويض محفظه با اضافه كردن يك لايه جديد را به راحتي قابل تعمير است.

 

در يك زمان واحد، تفاوت بين مقادير ميانگين مربوطه حدود 10 درصد است. پانل‌هاي صرفه‌جويي در انرژي منجر به كاهش نقطه اوج شار حرارتي و در نتيجه افزايش عمر پانل مي‌شود. مزاياي اصلي پانل‌هاي صرفه‌جويي‌كننده در انرژي عبارتند از:

 

ـ افزايش توان قوس

 

ـ كاهش تلفات انرژي

 

ـ افزايش بهره‌وري

 

ـ افزايش عمر پانل

 

ـ كاهش توقفات توليد ناشي از آسيب‌ديدگي

 

ـ افزايش قابليت اعتماد به توليد

 

 

طراحي سقف كوره

 

سقف كوره قوس Fast Arc از نوع صرفه‌جويي‌كننده در انرژي با طول عمر زياد بوده و از سيستم يك نقطه‌اي براي بلند كردن بهره مي‌برد. اين سقف داراي مزاياي ذيل است:

 

ـ وزن كمتر نسبت به سقف‌هاي معمول

 

ـ امكان بهره‌برداري اطمينان‌بخش‌تر

 

ـ زمان تعويض دلتاي كوتاه‌تر

 

ـ كاهش سرعت دود و مكش كمتر ذرات غبار

 

 

عمل بارگيري تك‌باري

 

يكي از خصوصيات بارز كوره قوس Fast Arc عمل بارگيري تك‌باري است. دانيلي در سال 1997 هنگامي كه از بارگيري تك‌باري پيش گرم شده براي نخستين بار در مقياس صنعتي استفاده كرد نتايج خوبي گرفت. در اختلاف بين پارامترهاي فرآيند اصلي روش‌هاي بارگيري تك‌باري و دوباري ديده مي‌شود. مزاياي كمي شده فوق و ساير مزاياي عمل بارگيري تك‌باري را مي‌توان به صورت ذيل خلاصه كرد:

 

ـ كاهش زمان خاموش بودن كوره

 

ـ كاهش اتلاف تشعشعي حمام مذاب در خلال بارگيري قراضه

 

ـ بيشتر بودن پس‌سوزي و راندمان انتقال حرارت ناشي از زمان توقف بيشتر دود در كوره

 

ـ پيش‌گرم شدن موثرتر قراضه در كوره به‌دليل بازيابي بيشتر حرارت از دود

 

ـ بازده بيشتر قوس در خلال كار طولاني قوس به‌دليل استحفاظ بيشتر قراضه نسبت به پانل‌هاي ديواره

 

ـ كاهش آسيب‌هاي زيست‌محيطي به‌دليل انتشار كمتر CO از كوره قوس ناشي از باز بودن سقف و كمتر بودن انتشار گرد و غبار در كانال دود ناشي از قابليت؟؟؟ *****كنندگي قراضه

 

ـ افزايش بهره‌وري و كاهش هزينه توليد

 

 

تجهيزات مديريت فرآيند نوين

 

جهت رسيدن به عملكرد اعلام شده، كوره قوس Fast Arc به تعدادي از تجهيزات فراهم‌كننده مديريت انرژي شيميايي كارآمد مجهز شده است. كل واحد با استفاده گسترده از ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)، آزمايش در مقياس اصلي و با هدف آميختن كارآمدي با اطمينان‌بخشي مورد بررسي قرار گرفته است.

 

 

مشعل Dan Helix

 

اين مشعل يك مشعل نوع اكسيژن ـ سوخت با شعله تخت چرخشي با اندازه خاص است. شيب مشعل توسط چهار مشعل مجزا توليد مي‌شود كه دو تا از آنها به سمت محور مشعل و دوتاي ديگر با زاويه زياد از آن مستقر شده‌اند. بنابراين شعله در يك منطقه وسيع تخت از قراضه در جلوي مشعل بسط داده شده و توان بيشتري در واحد سطح نسبت به مشعل‌هاي معمولي ايجاد مي‌شود.

 

طراحي ويژه نوك مسي مشعل با استفاده از آناليز دامنه‌دار با استفاده از CFD انجام شده است.

 

اين مشعل خصوصيات ذيل را دارد:

 

ـ توان نامي مشعل MV5/6 بر واحد

 

ـ اختلاط بهينه اكسيژن و سوخت جلو نوك مشعل كه سبب حصول به راندمان بيش از 97 درصد مي‌شود.

 

ـ دارا بودن پتانسيل كم براي اكسيداسيون مستقيم آهن به‌دليل استفاده از نسبت استوكيومتري و نبودن اكسيژن آزاد در شعله

 

ـ قابليت انتقال حرارت به دليل بالا بودن قابليت نشر شعله

 

ـ بزرگتر بودن حجم برخوردكننده شعله ناشي از طراحي خاص نوك مشعل (مخروط شعله تقريبا با زاويه مخروطي 35 درجه گسترده مي‌شود.)

 

ـ توزيع شار حرارتي در ناحيه وسيعي از قراضه

 

ـ پايداري بالاي شعله از 10 درصد تا 150 درصد توان نامي و از 5/0 تا 2 برابر نسبت استوكيومتري مشعل‌هاي Dan Helix براي استفاده در موارد ذيل ايده‌آل هستند.

 

ـ نقاط سرد در كوره‌هاي ذوب سريع (امكان افزايش توان ويژه در واحد وجود دارد.)

 

ـ در كوره‌هايي كه اكسيداسيون زياد بار دارند (شامل كليه كوره‌هاي مورد استفاده در توليد فولاد ضدزنگ يا فولاد پرآلياژ)

ـ نقاط سرد كوره‌هاي با ظرفيت بالا براي تضمين تميز شدن ديواره‌ها

 

ـ كوره‌هاي با توان پايين كه در معرض بارگيري بسته‌هاي قراضه سنگين يا فشرده شده قرار دارند.

 

مزاياي فرآيند عبارتند از:

 

ـ افزايش نرخ ذوب و بهره‌وري كوره

 

ـ كاهش مصرف انرژي ويژه قوس الكتريكي

 

ـ كاهش مصرف زغال‌سنگ

 

ـ كاهش مصرف آهك و نسوز

 

 

مدول‌هاي Dan Helios

 

تامين اكسيژن توسط Dan Helios انجام مي‌شود (حق امتياز دانيلي). اين يك دستگاه چندكاره است كه در فاز اول فرآيند با توان MV5/6 مانند يك مشعل تخت و در فاز دوم مانند يك جت اكسيژن كارآمد عمل مي‌كند. در خلال فاز اول، مشعل دومرحله‌اي امكان تنظيم كردن از حالت شعله بزرگ و تخت تا شعله بلندتر و متمركزتر را فراهم مي‌كند. در حال كار كردن به‌عنوان يك مشعل شعله بزرگ، به سرعت بار فلزي را گرم كرده و يك حفره نسبتا پر شده با مذاب ايجاد مي‌كند. با تغيير دادن ملايم شعله از حالت بزرگ به حالت متمركز امكان ذوب سريع مواد جامد يا موادي كه به حالت متمركز امكان ذوب سريع مواد جامد يا موادي كه به صورت ذوب نشده در حوضچه مذاب قرار دارند فراهم شود. در خلال فاز دوم وقتي كه به‌عنوان يك جهت اكسيژن مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يك نازل سوپرسونيك با شكل آئروديناميكي اكسيژن را با سرعت زياد به كمك يك جت كاملا متمركز شده آزاد كه توسط يك غلاف شعله‌اي هدايت مي‌شود، وارد مذاب مي‌كند.

 

 

EBT Jet

 

يك وسيله چند كاره است كه به‌عنوان يك مشعل (در خلال مرحله ذوب) و يك جت اكسيژن در طي مرحله تصفيه به منظور كربن‌زدايي عمل مي‌كند. اين ابزار مخصوصا براي جلوگيري از هرگونه امكان گير كردن قراضه و يا كانال زدن در خلال تخليه از كف غير هم مركز (EBT) طراحي شده است.

 

 

تزريق‌كننده كربن Deep Jet

 

كربن توسط Deep Jet به كوره تزريق مي‌شود. Deep Jet يك تزريق‌كننده كربن خود تميزشو است كه به‌ويژه براي جلوگيري از كف كردن سرباره طراحي شده است تا كربن را بدون تلف شدن و ورود به واحد غبارگيري دود به سرباره تزريق كند. يك شعله با شكل مناسب كه جت زغال‌سنگ را دربر گرفته است با ايجاد يك پوشش، آن را از محيط كوره جدا كرده و ذرات ريز را توسط اثر انبساطي خود شتاب مي‌دهد. محل‌هاي نصب Deep Jet به‌گونه‌اي انتخاب مي‌شوند كه پس‌سوزي CO در همان زمان تشديد شود.

 

 

Lime Jet

 

سامانه بسيار موثر Lime Jet براي اضافه كردن آهك و ساير مواد سرباره‌ساز به حمام مذاب با دبي تا Kg/min400 در نظر گرفته شده است. اين تجهيز، يك تزريق‌كننده نصب شده در ديوار است كه عمليات حرارت‌دهي را با يك تزريق‌كننده نيوماتيك براي اضافه كردن آهك درشت دانه يا دولوميت با هم انجام مي‌دهد. تزريق‌كننده به يك نوع مسي خنك‌شونده با آب مجهز شده است كه مشعلي قدرتمند (MW5/6) را براي گرم كردن و ذوب قراضه در جلوي دستگاه فراهم مي‌كند. ايجاد سريع حفره در داخل قراضه امكان تزريق مواد را همراه با سرعت عمل تضمين مي‌كند. به علاوه، به كمك طراحي فشرده خود به راحتي در نشيمن‌گاه فولادي خنك شونده با آب، جفت و جور شده و خصوصا مي‌تواند به سمت نقاط داغ هدايت شود تا از نسوز محافظت كرده و به سرعت سرباره را به صورت كف بر روي آن ايجاد كند.

 

 

جعبه خنك‌شونده و بلوك خنك‌كننده

 

توجه خاصي به نصب وسايل فوق شده است. اين تجهيزات بايد در محل‌هاي مناسبي در حوالي پوسته كوره قرار گيرد تا انرژي شيميايي، اكسيژن و كربن را در نقاط سرد توزيع كند و كوره را با توجه به احتياجات اصلي فرآيند متناسب با مواد بار، قدرت ترانس و اندازه كوره متعادل كند. طراحي ويژه و ساختار مكانيكي دستگاه‌هاي تزريق‌كننده، نصب و جايگزيني آنها را بدون نياز به توقف كوتاه‌مدت براي تعميرات فراهم مي‌سازد. اين وسايل در جعبه‌هاي مسي خنك‌شونده با آب كه بدون هيچ‌گونه خطر شكستن بر روي ديواره در نزديكي سطح حمام مذاب نصب شده‌اند، جاسازي شده‌اند و امكان تنظيم دقيق جهت تزريق‌كننده، در صورت نياز براي آنها فراهم شده است.

 

مزاياي اصلي جعبه‌هاي مسي عبارتند از:

 

ـ بالاتر بودن راندمان اكسيژن و زغال‌سنگ

 

ـ تعادل بهتر انرژي در كوره

 

ـ بهره‌وري و توليد بيشتر

 

ـ تعميرات كمتر

 

به علاوه، با نصب بلوك‌هاي خنك‌شونده مسي، عمر نسوز در ناحيه سرباره تا حد قابل توجهي افزايش مي‌يابد.

 

 

موضوعات اصلي اتوماسيون

 

در خلال پروژه نوسازي، با هدف نيل به بهترين راندمان و كارايي، حداكثر ايمني و كنترل كامل آلاينده‌هاي زيست‌محيطي تاكيدات خاصي بر روي سامانه كنترل فرآيند مبذول گشت.

 

اين اهداف با استفاده از موارد ذيل به‌دست آمده است:

 

ـ Hi-reg به اضافه سامانه تنظيم الكترود كه براي به حداكثر رساندن انتقال توان اكتيو به بار، پياده شده و داراي خصوصيات پاسخ‌گويي سريع به كنترل وضعيت الكترودها، بهينه‌سازي مصرف انرژي الكتريكي و كاهش مصرف الكترودها است.

 

ـ سطح 2 جديد اتوماسيون تكميل شده با عامليت نويني كه سامانه اتوماسيون را ابزاري مطمئن براي كنترل فرآيند كوره قوس مي‌كند.

 

ـ تنظيم سريع حركت ستون الكترود

 

ـ حركت سريع كج شدن، با سامانه كنترل تخليه مذاب و سرباره

 

ـ كنترل ارتفاع كف كرون سرباره با تزريق مقدار كافي آهك و زغال‌سنگ

 

ـ اندازه‌گيري مداوم دما در خلال مرحله تصفيه

 

ـ آناليز پيوسته گازهاي زيان‌آور يا بازخور جهت تنظيم تزريق‌كننده‌هاي اكسيژن

 

ـ سامانه تميز كردن دريچه سرباره

 

اتوماسيون سطح دو جامع خصوصا سبب فراهم كردن موارد ذيل است:

 

ـ نمايش مداوم وضعيت فرآيند، وزن مذاب و سرباره، دما و تركيب

 

ـ تجهيزات و فرآيند اتوماتيك، زمان آمادگي براي تخليه را بررسي و كنترل مي‌كند.

 

ـ بازخور داشتن از بررسي پيامد عمليات اجرايي

 

ـ تخمين درون خطي مستقيم از بازده حرارتي

 

ـ ثبت اطلاعات كه سبب بهينه شدن متغيرهاي مدل مي‌شود.

 

ـ نظارت پيشرفته بر هر يك از مراحل فرآيند

 

 

نتيجه‌گيري

 

اين مقادير مهم از طريق نوآوري‌هاي مداوم در طراحي تجهيزات و بهسازي فرآيند در اثر تحقيقات زياد و همكاري با مشتريان بهبود يافته است. طبيعتا چنين سطحي از كارآمدي بستگي به انتخاب قراضه مناسب و نوع مواد بار دارد. بيشتر چنين اصلاحات و تجهيزاتي قابل انجام و نصب بر روي كوره‌هاي قوس الكتريكي موجود هستند تا راندمان كاري و درجه تاثير را افزايش دهند.

 

موفقيت پروژه نهايتا بستگي به پياده‌سازي در واحد فولادسازي دارد. بنابراين دوره‌هاي آموزشي خاص براي نيروهاي فني مشتريان توسط متخصصان دانيلي انجام مي‌شود تا درك كاملي از فرآيند و تجهيزات مربوطه داشته باشند.

 

 

مهران قمي / شركت سهامي ذوب‌آهن اصفهان

منبع: فصلنامه پيام پولاد