صنایع فولاد و تولید فلزات

اولین تلاش برای تأسیس کارخانه آهن و فولاد در کشور، به قبل از سال ۱۹۳۰ میلادی برمی‌گردد؛ تلاشی که در آن زمان هرگز نتوانست رنگ و بوی واقعیت به خود بگیرد و این جنگ جهانی دوم بود که باعث توقف عملیات ساختمانی پروژه ساخت کارخانه آهن و فولاد در ایران شد؛ پروژه‌ای که قرار بود با همکاری شرکت‌های آلمانی در ایران انجام گیرد. در سال ۱۳۴۲ نخستین کارخانه نورد فولاد کشور به ‌منظور تولید انواع میلگرد ساده، میلگرد آج‌دار و نبشی، در شهر اهواز تأسیس گردید. بر اساس اعلام سازمان بهره‌وری انرژی ایران، در میان صنایع آهن و فولاد بیشترین میزان مصرف انرژی را دارند به‌طوریکه این دو صنعت بطور متوسط با ۴۵ درصد بیشترین سهم را به خود اختصاص داده است؛ بنابراین بهینه‌سازی در صنایع از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

بیشتر مباحث مطرح ‌شده درزمینه‌ی بهینه‌سازی مصرف انرژی حول جایگزینی تجهیزات کم بازده با انواع جدیدتر آن است. این رویه کاملاً منطقی است اما زمانی که بحث بهینه ‌سازی در صنایع مطرح می‌شود. بهینه‌سازی خود فرایند نیز به ‌اندازه به‌روزرسانی تجهیزات حائز اهمیت است؛ و حتی در شرایطی در اولویت اول قرار می‌گیرد. طبق گزارش اتحادیه جهانی صنایع تولید فلزات در سال ۲۰۰۸، انرژی مصرف‌شده در این صنایع طی سی سال از ۱۹۷۵ تا ۲۰۰۴ نصف شده است اما این روند ادامه پیدا نکرده است. برای حرکت روبه‌جلو در این صنعت، نیاز به یک نگاه دقیق‌تر به مسائلی مانند کنترل فرایند و طراحی وجود دارد تا بهینه‌سازی به سطح بالاتری برود. در بخش بعدی منتخبی از فرصت‌های موجود برای بهینه‌سازی در این صنایع مصرف انرژی را با توجه به دو مصرف‌کننده بزرگ آن یعنی بخش مصرف برق در رأس آن کوره‌های قوس الکتریکی قرار دارند و مصرف گاز که در فرایند احیا مستقیم (DRI) استفاده می‌شوند.

  1. روش‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی در بخش مصرف گاز
  • استفاده از سیستم بازاریابی حرارت Recuperator Utilization مستقیم برای بازیابی انرژی حرارتی گاز خروجی ریفورمر
  • تولید گاز احیایی در کوره In Situ Reforming برای تولید گاز احیایی و افزایش تولید اسفنجی
  • افزايش کربن در آهن اسفنجي برای افزایش بهره‌وری انرژی مصرفی در کوره‌های قوسی
  • استفاده از Lump Ore در بار کوره برای کاهش چسبندگی گندله‌ها و درنتیجه توانایی افزایش حرارت گازی احیای ورودی و افزایش راندمان کوره احیا
  • افزايش دمای گاز ورودی به کوره برای افزایش بهره‌وری و افزایش نرخ تولید
  • تزريق اکسيژن- Oxygen Injection برای افزایش دمای گاز ورودی به کوره تزریق
  • تجهيزات پوشش دهي گندله- Oxide Coating برای جلوگیری از چسبیدن گندله و توانایی افزایش دمای گاز ورودی به کوره
  • سيستم OXY+ برای شکست جزی گاز طبیعی و تولید گازهای مونوکسید کربن و هیدروژن طراحی شد که با ورود این گازها به خروجی ریفورمر به بهره‌وری کوره می‌افزاید.
  1. روش‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی در بخش مصرف برق
    • متالورژي ثانويه- Secondary Metallurgy برای تصفیه مذاب، تنظیم ترکیب شیمیایی و تنظیم درجه حرارت
    • کوره با توان بالا- UHP با استفاده از افزایش توان ترانسفورماتور کوره
    • توليد سرباره پفکی- Foamy Slag برای جلوگیری از آسیب به دیواره کوره هنگام افزایش توان ترانسفورماتور
    • مشعل‌های گازی – Oxy Fuel Burners برای گرم کردن قراضه‌ها در کوره و تسریع عملکرد آن
    • به‌کارگیری Hot Heel برای کاهش اغتشاشات ارسالی به شبکه، ایجاد سریع سرباره پفکی و تثبیت قوس کوره در مراحل اولیه
    • پیش گرم کردن قراضه- Scrap Pre Heating برای استفاده از انرژی حرارتی گازهای کوره
    • سيستم دمش گاز خنثي از کف کوره- EAF Bottom Stirring برای رسیدن به نقطه ذوب یکنواخت
    • افزايش ولتاژ ثانويه ترانسفورمر-High Voltage برای کاهش جریان الکتریکی کوره، پایداری بیشتر آن، کاهش اغتشاشات و تنش‌های مکانیکی به کوره

از موارد دیگر می‌توان به‌پیش گرم قراضه و عملیات شارژ، عملیات احتراق، حرارت واحد زینتر، د سوخت‌های مازاد (اتلافی) در واحد زینتر کاهش زمان،Tap To Tap، افزایش درصد Power On Time و فرآیندهای مربوط به کک سازی، خروج از کف به‌صورت گریز از مرکز و استفاده از تجهیزاتی همچون درایوهای سریع قابل تنظیم، ترانسفورماتورهای با توان بسیار بالا و کوره‌های قوس با جریان مستقیم.

در بخش بعدی به معرفی فرصت‌های بهینه‌سازی انرژی الکتریکی در صنایع فولاد و تولید فلزات پرداخته می‌شود:

  • بالانس کردن بار منابع تغذیه سه فاز
  • انتقال بارها تا حد امکان به ساعات غیر پیک مصرف (مدیریت بار)
  • کمینه کردن بیشتریم بار درخواستی با استفاده از کنترل بار از طریق یک کنترلر اتوماتیک تقاضا
  • اصلاح ضریب توان تا بالای ۰٫۹۵ با استفاده از نصب خازن‌های اضافی و کنترلرهای اتوماتیک ضریب قدرت
  • حصول اطمینان از اینکه تمامی خازن‌های به‌درستی در خط قرار دارند و عمل می‌کنند. با استفاده از بررسی جریان شارژ و شرایط فیوزها
  • قرار دادن تپ ترانسفورماتورها در تنظیمات بهینه
  • انتخاب مناسب تجهیزات متناسب با بار برای رسیدن به بازده بهینه (موتورهای پربازده %۴-۵% از موتورهای استاندارد بازده بالاتری به ما می‌دهند.)
  • بررسی سیستم برای شرایط اضافه ولتاژ یا کمبود ولتاژ
  • متعادل‌سازی منابع تغذیه سه فاز (ولتاژ غیر متعادل می‌تواند توان ورودی موتور بین ۳%-۵% افزایش دهد)
  • استفاده از درایورهای سرعت-متغیر برای بارهای بزرگ متغیر

فرصت‌های بهینه‌سازی سیستم‌های پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسور هوا:

  • تنظیم عملکرد پمپ‌ها نزدیک بهترین نقطه بهینه آن‌ها
  • تصحیح سیستم‌ها پمپاژ و کمینه‌سازی اثرات Throttling
  • کاهش فشار تخلیه کمپرسور هوا به پایین‌ترین سطح قابل‌قبول (به‌طور مثال کاهش ۱ kg/cm2 فشار هوا از ۸ kg/cm2 به kg/cm27 کاهش %۹ توان ورودی را در پی دارد. همچنین نرخ نشت هوای فشرده تا %۱۰ کاهش پیدا می‌کند.)
  • هوای ورودی کمپرسورهای هوا از خنک‌ترین جای ممکن تأمین شود. (هر C5 کاهش دمای هوای ورودی کمپرسور موجب کاهش ۱% در مصرف توان آن خواهد شد.)