ترجمه: محمدحسین نشاطی

EAF کوانتوم در حال تغییر، تطبیق و شکل‌دهی انتقال به آینده سبزتر تولید فولاد است.

EAF کوانتوم، کوره قوس الکتریکی بسیار کارآمد با انعطاف‌پذیری مواد خام بهینه و پیشرفته‌ترین تکنولوژی پیش‌گرمایش قراضه است که نیازهای تولیدکنندگان فولاد در سراسر جهان را برآورده می‌کند.

EAF کوانتوم: اندازه‌ها و مشخصات
پارامترهای طراحی
وزن تخلیه	۱۰۰ تن	۱۵۰ تن	۲۲۰ تن	۳۰۰ تن
ترانسفورماتور	MVA 80	MVA 120	MVA 160	MVA 190
مقادیر عملکرد ۱)
زمان پاور-آن	۲۸ دقیقه	۲۸ دقیقه	۳۳ دقیقه	۴۰ دقیقه
زمان پاور-آف	۴ دقیقه	۴ دقیقه	۵ دقیقه	۸ دقیقه
زمان ذوب تا ذوب	۳۲ دقیقه	۳۲ دقیقه	۳۸ دقیقه	۴۸ دقیقه
تعداد ذوب در روز	۴۵	۴۵	۳۸	۳۰
بهره‌وری	t/h188	t/h 281	t/h 347	t/h 379
مقادیر مصرف ۱)
برق	kWh/ton 290	kWh/ton 290	kWh/ton 300	kWh/ton 300
الکترود	kg/ton 7/0	kg/ton 7/0	kg/ton 7/0	kg/ton 7/0
اکسیژن	m۳/ton 30	m۳/ton 30	m۳/ton 30	m۳/ton 30
۱) مقادیر عملکرد مورد انتظار نمونه برای عملیات ۱۰۰ درصد شارژ قراضه است.

ماهنامه پردازش – اولین راه‌اندازی کوره “EAF کوانتوم” در Tyasa در سال ۲۰۱۴ یک جهش تکنولوژیک را در وضعیت فعلی فولادسازی الکتریکی و طراحی کوره قوسارائه داد.در دهه بعدی،EAF کوانتوم به پیشرفت در فولادسازی الکتریکی بر پایه ساختار ستونی ادامه داد. این کوره به کلیدی برای آینده پایدار و دوستدار محیط‌زیست صنعت فولاد تبدیل شده است. با تمرکز بیشتر بر مخلوط‌هایشارژ انعطاف‌پذیر برای کیفیت مطلوب فولاد، ترکیب مواد ورودی جدید با قراضه فلزی به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا از عهده محدودیت‌های سخت از لحظ مصرف برق و عملکرد برآیند. EAF کوانتوم انقلابی یک تغییردهنده بازی در فولادسازی الکتریکی است.

تصور مجدد فولادسازی الکتریکی

توسعه کوره قوس الکتریکیبر پایه ساختار ستونی در در دهه ۱۹۸۰ آغاز شد. بیست سال‌ بعد،چهارمین نسل ازتکنولوژی ستون پیش‌گرم‌کننده نصب شده در شرکت “Stahl Gerlafingen” در سوئیس در سال ۲۰۰۸، قابلیت این تکنولوژی را نمایان کرد.شش سال بعد،اولین EAF کوانتوم در Tyasa در مکزیک رونمایی شد.سال ۲۰۱۴آغاز میراث جدیدیاز نصب EAF کوانتوم به تعداد ۱۵ دستگاه EAF کوانتوم در سراسر جهان، با راه‌اندازی یک کوره جدید بود.

     آنچه که با دنبال کردن یک کوره ستونی بهینه‌شده آغاز شد، به طراحی پیشگامانه و عملیات کوره‌ای بسیار کارآمد و بهینه شده با اثرات زیست‌محیطی کمو کاهش قابل ملاحظه اختلالات در شبکه برق تبدیل شد. EAF کوانتوم نقاط قوت قبلی در تکنولوژی‌هایپیش‌گرمایش قراضه کوره قوس‌الکتریکی بر پایه ساختار ستونی را با عملیات حمام تخت و طرح نوآورانه انتقال قراضه و اتوماسیون ترکیب کرد. از سال ۲۰۱۴، این ویژگی‌های EAF کوانتوم به‌طور مداوم نوآوری شده است، و آن را به کوره پیشرو در مصرف انرژی و عملکرد بالا در قرن ۲۱ تبدیل کرده است.

تنوع کارآمد مواد شارژ

امروزه، روند جهانی”فولاد سبز” به تولیدکنندگان فولاد انگیزه می‌دهد تا مسیرهای تولید خود را به سمت راه‌حل‌های سازگار با محیط‌زیست تغییر دهند و در عین حال تولید بالا را حفظ کنند و سطوح کیفی را برای برآورده کردن نیازهای متغیر به‌طور مثال در بخش‌های خودرو و انرژی ارتقا دهند. این کوره با ارائه انعطاف‌پذیری در مورد مواد شارژ از قبیل چدن مذاب خام، چدن خام،آهن اسفنجی (DRI) و بریکت گرم آهن‌اسفنجی (HBI)این خواسته‌ها را برآورده می‌کند. همه این مواد جایگزین به تولیدکنندگان کمک می‌کنند تا بر موانع کیفیت در هنگام کار با درصد بالایی از قراضه جمع‌آوری شده غلبه کنند.

     این کوره بهره‌دهی و کارایی را از طریق پیش‌گرم کردن بهبود می‌بخشد. در حین کار، قراضه و مواد واجد با کیفیت مورد نظر از طریق یک سیستم بالابر از انبار قراضه به کانال شارژ آورده می‌شود. پس از قرار گرفتن در داخل ستون، گاز خروجی از فرآیند تولید جاری،قراضه را پیش‌گرم کرده وانرژی لازم برای ذوب قراضه در هنگام شارژ را کاهش می‌دهد. محتوای انرژی پسماند که یک EAF به‌طور معمول تولید می‌کند تقریباً kWh/t 150 است که جمع‌آوری شده و در ستون پیش‌گرمایش بازیافت می‌شود.

     علاوه بر این، با عبور گاز خروجی از ستون قراضه در طی پیش‌گرمایش، انتشار غبار تا ۵۰ درصد کاهش می‌یابد. کاهش انتشار همچنین با افزایش جذب فلز روی از گاز خروجی که به صورت اکسید روی و فریت روی در غبار EAF یافت می‌شود همراه است.افزایش روی در غبار جمع‌آوری شده می‌تواند برای بازیافت و فروش روی بازیافت شده و سایر محصولات جانبی غبار کوره قوس الکتریکی مفید باشد.

     هنگامی که پٌشته (توده) قراضه پیش‌گرم شده به دمای مطلوب در ستون رسید، به اصطلاح “زبانه‌ها” به‌طور کامل از محفظه پیش‌گرم خارج گردیده و قراضه در حمام مذاب رها می‌شوند. هنگامی که قراضهپیش‌گرم شده در تماسبا پاشنه مذاب (هات ‌هیل) قرارمی‌گیرد، سرعت ذوب کردن و تعادل دما از سیستم همزن اضافی کف کوره بهره‌مند گردیده که به عملکرد بسیار کارآمدی با نیازانرژی الکتریکی کمتر منتج می‌شود.استفاده از حرارت پسماند برای پیش‌گرم وتولید با حداکثر کارآمدی انرژی، این کوره را به بخشی از بهترین تکنیک‌های موجود (BAT) در فولادسازی تبدیل می‌کند.

منبع تغذیه توان فعال تغذیه‌کننده توان فعال پرای‌متالز از یک محرک الکترونیکی پرسرعت یا “مبدل چندسطحی مدولار” برای تامین برق متوازن از “باس” ولتاژ متوسط تامین‌کننده به کوره قوس الکتریکی به “شبکه دوست‌ترین” روش استفاده می‌کند. طراحی مبدل چندسطحی مدولار امکان تلفات الکتریکی کم، اعوجاج هارمونیک کم و شکل‌های ولتاژ و جریان کنترل شده فرکانس‌های متغیر را فراهم می‌کند.

منبع تغذیه معمولی EAF

• کوره معمولی

• دنده سوئیچ الکترومکانیکی با مراحل گسسته

• سیستم جبران VAR مجزا

حمام تخت و سقف بسته

شارژ قراضه به داخل کوره عملیاتی از طریقستون نوآورانه در بهترین نقطه شارژ انجام می‌شود. در نتیجه، کوره همیشه تحت شرایط ایده‌آل حمام تخت عمل می‌کند. عملیات حمام تخت و سقف بسته کوره امکان شرایط بهینه ذوب کردن،تأثیر فوق‌العاده کم بر شبکه و تولید فلیکر کم و بهبود بهره‌وری به واسطه توانایی شارژ، تخلیه و آماده‌سازی مجرای تخلیه در طی شرایط پاور-آن را فراهم می‌سازد. این ویژگی‌ها برای تولیدکنندگان در مصرف برق مفید است و زمان تولید موثر کوره را افزایش می‌دهند. عملیات حمام تخت به میانگین توان فعال بالاتری نسبت به EAF معمولی برای توان ترانسفورماتور یکسان می‌رسد.نتایج عبارتند از افزایش بهره‌وری و بهره‌دهی ودر عین حالکاهش مصرف برق و هزینه‌های تبدیل.

     کوره کوانتوم راه‌حل تاثیرگذاری را برای تولیدکنندگان فولاد در حال گذار از مجتمع فولاد یکپارچه که با کوره بازی اکسیژنی (BOF) کار می‌کند به سمت فولادسازی برقی ارائه می‌دهد. به خاطر کاهش مصرف برق و ترانسفورماتور با توان کم،تولیدکنندگان شاهد کاهش انتشار کربن در حوزه (۲) یعنیانتشار گازهای گلخانه‌ای تولید شده از طریق برق خریداری‌شده و کاهش انتشار مستقیم آنها در حوزه (۱) با انتشار کمتر از فرآیند تولید خواهند بود. انتشار هر دو حوزه (۱ و ۲) نگرانی فزاینده‌ای برای طرح‌های قیمت‌گذاری کربن هستند.

     عملیات حمام تخت تاثیر بر کل شبکه برق را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. کاهش فلیکر و به حداقل رساندن اختلالات هارمونیک برای شبکه‌های برق و تامین‌کنندگان برق در سراسر جهان مطرح است. درحالی‌که اکنون در مرحله اولیه انتقال تولیدکنندگان از فولادسازی کنورتری به فولادسازی الکتریکی قرار داریم، تامین‌کنندگان انرژی با گسترش شبکه و ادغام تکنولوژی‌های انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید از عهده آن بر می‌آیند. با افزایش پذیرش و بکارگیری کوره‌های قوس الکتریکی، هزینه‌های سرمایه‌گذاری برای کوپلینگ شبکه و جبران VAR کاهش می‌یابد.

دستیابی به میزان کم نیتروژن بر اساس طراحی درحالی‌که افزایش درصد استفاده ازقراضه در فولادسازی با مزایای کاهش اثرات زیست‌محیطی تولید همراه است، افزایش میزاننیتروژننیز ممکن است چالش‌هایی را برای تولیدکنندگان فولاد ایجاد کند. نیتروژن، عنصری در فولاد، در طی تولید در فولاد یافت می‌شود. اما، مقادیر بالای نیتروژن منتج به خواص مکانیکی ناسازگار، به ویژه اثرات تردکننده در فولادهای نورد گرم شده و شکل‌پذیری ضعیف در برخی از فولادهای نورد سردشده می‌شود.      بنابراین، حفظ میزان نیتروژن درمحدوده بهینه بهاستفاده از مواد شارژ کم نیتروژن و کاهش جذب نیتروژن از فرآیند ذوب قوس الکتریکی و طراحی کوره بر می‌گردد. برای کوره کوانتوم، این موضوع به مثابه طول قوس و زمان قوس کوتاه است. پایداری حاصل از پفکی‌سازی سرباره به واسطه شارژ دسته‌های تولیدی پیش‌گرم شده افزایش می‌یابد.در نهایت، عملیات کوره گازبندی‌شده، یکاتمسفر مونوکسید کربن بالا ایجاد می‌کند وفشار جزئی کم نیتروژن را فراهم می‌کند. با این ویژگی‌های طراحی، این کوره کنترل بهینه‌ای را برای میزان پایین نیتروژن در تولید فولاد در اختیار تولیدکنندگان قرار می‌دهد.

     تغذیه‌کننده توان فعال،در ترکیب با سیستم کنترل الکترودMelt Expert ساخت پرای‌متالز، تضمین می‌کند کهکوره‌های قوس الکتریکی درسطوح بهینه از نظر انرژی ورودی و با حداقل مصرف الکترود کار می‌کنند.Melt Expert و EAF Optimizer یک سیستم اتوماسیون سطح (۲)با استفاده از پروفایل‌های ذوب و مدل‌های فرآیندی ذخیره شده برای مراحل مختلف فرآیند، از اپراتورها با کارکردهای کنترل کاملاً خودکار در هر فاز پشتیبانی می‌کنند.

     فراتر از عملیات حمام تخت، عملیات سقف کوره بسته نیز مزایای قابل توجهی در کاهش زمان پاور-آن، تلفات انرژی کمتر و جذب نیتروژن کمتر از حمام فولاد دارد. به علاوه، این کوره دارای سیستم تخلیه مذاب FAST (Furnace Advanced Slag-free Tapping) است. این سیستم یکپارچه شده تخلیه از نوع سیفونی اثرات نامطلوب عبور سرباره به پاتیل ریخته‌گری را از بین می‌برد. سیستم FAST امکان تخلیه و پر کردن مجرای تخلیه را در شرایط پاور-آن فراهم می‌کند.

انتقال صنعت

این کوره بارها ثابت کرده است که یک کوره قوس الکتریکی ایده‌آل با عملکرد استثنایی با مراجع استفاده شده جهانی است. اخیراً، دو کوره کوانتوم ۱۵۰ تنی در ترکیه ظرفیت یک کارخانه فولاد را به چهار میلیون تن فولاد خام در سال افزایش داده و آن را به سطح عملکردی ۲۷۰ تن در ساعت رسانده‌اند. با مشاهده افزایش تقاضا برای ارتقای بهره‌دهی،بهره‌وری و کیفیت از فولادسازی الکتریکی، متخصصان کوره کوانتوم را برای نسل بعدی نوآوری کرده‌اند.

     همچنین با تکیه بر موفقیت‌هایی حاصل شده در کوره‌های قوس الکتریکی بزرگ‌تر با وزن تخلیه بیش از ۳۰۰ تن، تکنولوژی‌های پیشرفته درEAF  کوانتوم با وزن تخلیه و ظرفیت بالاتر ترکیب شده‌ تا یک کوره قوس الکتریکی برای انتقال به “فولاد سبز” فولاد و تولید فولاد سازگار با محیط‌زیست فراهم شود. این نوع کورهوزن‌های تخلیه قابل‌ مقایسه در سطوح مشابه مورد BOF استاندارد مقیاس بزرگ را در اختیار تولیدکنندگان قرار می‌دهد.