Elektrik ark ocaklı demir çelik tesisleri için met kılavuzu

5.2EAO proses optimizasyonu

Tanım

EAO prosesi, optimizasyonu ve verimliliği artırmak amacıyla sürekli olarak iyileştirilmiştir; bu durum, belirli enerji tüketimlerinin azalması ile bağlantılıdır. Bu bölümde kısaca tanımlanan en önemli önlemler/teknikler, aşağıdakilerdir [312, Dr. Michael Degner ve diğerleri 2008]:

-(ultra) yüksek güçte faaliyet (UHP)

-su soğutmalı gövdeler ve çatılar

-oksijenli yakıt brülörleri ve oksijen üfleme borusu

-tabandan döküm alma sistemi

-köpüklü cüruf uygulaması

-pota ya da ikincil metalurji uygulaması

-otomatikleştirilmiş örnekleme ve alaşımlama ögelerinin eklenmesi

- enerji verimliliğinde artış

-bilgisayar-tabanlı proses denetim ve otomasyonu.

(Ultra) yüksek güçte faaliyet (UHP)

Dökümden-döküme sürelerini azaltmak için sarfedilen çabalar daha güçlü fırın trafolarının kurulumuna yol açmıştır. UHP fırınların belirleyici özellikleri, belirli bir güç kaynağının kullanılıyor olması, ortalama güç verimliliği (0.7) ve trafonun süreli kullanımıdır (0.7). UHP türü işletim daha yüksek verimliliğe, elektrot tüketiminde azalmaya ve atık gaz hacminde azalmaya neden olabilir, fakat fırın astarındaki aşınmayı da artırabilir [57, Heinen 1997].

Su soğutmalı gövdeler ve çatılar

Fırın duvarları ve çatıları, 1980’den beri su soğutmalı paneller ile kaplanmakta ve refrakter malzeme tasarrufu, UHP fırın teknolojisi kullanımı ve ayrıca atık ısının uygulama tarafından tekrar kullanımı ve enerji geri kazanımı için fırsatlar sunmaktadır. Fakat enerji geri kazanımının ekonomik elverişliliği her bir farklı tesis için tesis temelinde denetlenmelidir. Kural olarak iki farklı soğutma sistemi ayırt edilebilir. ‘Soğuk ya da ılık soğutma’ sistemi, borulardan akan soğutma suyunun sıcaklığını artırarak güç kaybını çeker. ‘Buharlaştırarak soğutma’ sistemi ise, soğuyan suyun buharlaşmasını kullanarak çalışır ve elektrik ark prosesi tarafından üretilen ışınım ısısını çeker. Özellikle köpüklü cüruf çalışmasının mümkün olmadığı durumlarda susoğutmalı yan panelleri ısıl zorlamadan korumak için, tümerime prosesinin bilgisayar denetiminde düzenlenmesi, panellerde mekanik gerilim sonucu oluşan yırtılmaları engellemeye yardımcı olur ve ayrıca refrakter malzemeden tasarruf sağlar [75, Knoop ve diğerleri 1997].

Oksijenli yakıt brülörleri ve oksijen üfleme borusu

Oksijenli-yakıt brülörleri hurdanın tekdüze olarak erimesine destek olurlar. Bu tür brülörler aynı zamanda elektrik kaynağı üzerindeki azami talep denetiminin etkilerini kısmen dengelerler. Oksijenli-yakıt brülörleri ve oksijen üfleme borusuna bağlı ek enerji girdisi, gerekli toplam enerji girdisinde genellikle bir azalmaya yol açar.

Tabandan döküm alma sistemi

Tabandan döküm alma uygulaması 1983’den beri kullanılmaktadır ve döküm alma sırasında potadaki yükseltgen cüruf (tozuma) miktarını minimuma indirmeyi mümkün kıldığı için halen yaygın olarak benimsenmiştir. Tabandan döküm aynı zamanda daha hızlı bir döküm için gerekli olan refrakter malzemeyi azaltarak maliyetten tasarruf ve kaybedilen enerjide azaltma sağlamaktadır. Ayrıca duman yakalama işlemini basitleştirir.

Karbon çelik üretimi için kurulmuş olan yeni EAO’lerin çoğunluğu genellikle tabandan döküm sistemleri ile donatılmıştır. Bazı eski fırınlar ile paslanmaz çelik için kullanılan fırınların çoğunluğunda hala spout (ağızlı fırınlar) kullanılmaktadır. Bunun birden fazla nedeni bulunur. Spout’lar tüm eriyiğin dökümünün alınmasını ve kısmi döküm almayı sağlarlar.

Döküm alma yöntemi iyi bir denetim altında çalışır ve spout bakımı, basit inşası nedeniyle kolaydır. Çelik kullanarak ve cürufun önemli derecede azaltılması sayesinde döküm alma sonrası ve cüruf alma istasyonunda cüruf almadan önce, bir miktar Cr (krom) çelik tarafından cürufdan toparlanır [77, Avusturya TÇG üyesi 2008] [177, Eurofer 2009].

Köpüklü cüruf uygulaması

Fırın dahilinde köpüklü bir cüruf oluşturulması yüklü girdilere ısı iletimini artırır ve ayrıca fırın içindeki refrakter malzemeyi korur. Köpüklü cüruf, daha iyi ark istikrarı ve daha az ışınım etkileri nedeniyle enerji tüketiminde, elektrot tüketiminde ve gürültü düzeyinde azalma sağlar ve verimliliği artırır. Ayrıca birçok metalurjik tepkimede artı etkiler yaratır (örneğin cüruf ve eriyik arasında). Köpüklü cürufun yoğunluğu FeO içeren sıradan EAO cürufundan daha düşüktür (köpüklü cüruf: 1.15 - 1.5 t/m³ arası; EAO cürufu: 2.3 t/m³). Bu nedenle çelik üretimi sırasında oluşan cürufun hacmi artar ve daha büyük cüruf kepçesi gerektirebilir. Döküm alımı sonrası cüruf tekrar kısmen gaz bırakır. Köpüklü cüruf uygulamasının olumsuz etkilerini içeren bilgi ile karşılaşılmamıştır. Dikkate alınmalıdır ki paslanmaz çelik ve diğer yüksek alaşımlı çelikler gibi bazı çelik sınıflarında köpüklü cüruf uygulaması mümkün değildir.

Pota ya da ikincil metalurji uygulaması

Üretimin bazı aşamalarının EAO’nın kendisi içinde yürütülmesi gerekmez ve bunlar diğer kazanlar içinde daha verimli olarak yapılabilir (örneğin kükürt giderme, alaşımlama, sıcaklık ve kimyasal bileşim eşitleme). Belirli bazı faaliyetleri potalara, pota ocaklarına ya da diğer kazanlara kaydırma tekniği 1985 yılı tarihlerinde başlatılmıştır [36, EPRI 1992] [57, Heinen 1997]. Bu gelişmenin bildirilmiş faydaları şunlardır: enerji tasarrufu (net tasarruf: 10 - 30 kWsaat/t), döküm devirme sürelerinde 5 ile 20 dakika arasında azalma, verimlilik artışı, çelik sıcaklığının ve sürekli döküme iletilen ısının daha iyi denetimi, elektrot tüketiminde olası azalma (0.1 - 0.74 kg/t seviyelerine kadar), alaşımda tasarruf, ve EAO’nın kendisinden kaynaklanan emisyonlarda azalma [36, EPRI 1992]. Pota ve diğer kazanları kullanmanın hava kirlenmesi bakımından bir olası sakıncası, emisyon kaynakları sayısındaki artış ve bunun sonucunda ek olarak kurulması gereken duman yakalayıcı çekiş davlumbazları ve hava kirliliği denetim donanımı için gerekli yatırımlarda artıştır.

Enerji verimliliğinde artış

EAO’lerin güç talebi (elektrik gerilimi) 1995 yılından beri önemli derecede artmıştır; bu durum elektrik ağlarında gittikçe artan aksaklıklara yol açmakta ve bu da elektrik enerjisi kaybına işaret etmektedir. Elektrik enerji girdileri eylem için önemli bir maniveladır. Güç kaynağının verimli çalışan elektronik güç aksamı kullanılarak iyileştirilmesi, verimliliğin artırılmasını ve genel enerji talebinin azaltılmasını sağlar. Lüksemburg, Esch-Belval’deki ArcelorMittal tesisinde 100 MW DC (Doğru Akım) gücündeki EAO’da 360 kWsaat/t kesin seviyede elektrik tüketimi elde edilmiştir. AC (Değişken Akım) türü EAO’lar için ise, iyileştirilmiş bir güç kaynağının yaklaşık %7 oranında verimlilik artışı ve beraberinde enerji verimliliğinde kazançlar sağladığı, yapılan bir çalışma sonucu belirlenmiştir [252, France 2007].

Bilgisayar tabanlı proses denetimi ve otomasyonu

Üretilen yüksek iş hacimleri, ham madde seçimi, EAO, pota ocağı ve sürekli dökümden kaynaklanan malzeme ve veri akışını yönetebilmek amacıyla verimli denetim sistemlerini gerektirdiği için EAO’larda bilgisayar tabanlı denetimler gerekli hale gelmiştir, ve yaklaşık olarak 1982 yılından beri yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle verimli çalışan denetim sistemleri, fırındaki enerji girdilerinin optimizasyonunu sağlar ve verimliliğin artırılmasına olanak verir; toz emisyonlarını da azaltır [86, Linninger ve diğerleri 1995] [312, Dr. Michael Degner ve diğerleri 2008].

Elde edilen çevresel faydalar

Elde edilen çevresel faydalardan yukarıdaki tanım başlığı altında bahsedilmiştir.

Çapraz medya etkileri

Oksijenli-yakıt brülörleri baca gazı akışını artırır, fakat diğer tarafdan genel enerji talebini azaltırlar.

Su-soğutmalı gövdeler ve çatılar 10 - 20 kWsaat/t dolayında ek bir enerji tüketimine gerek gösterirler fakat bu, tesisin kullanılabilirliği ve idamesi alanlarında getirdiği avantajlar ile telafi edilebilir. Su-soğutmalı gövdeler ve çatılar ayrıca, yüksek güç ve UHP fırınlar gibi, modern teknolojilerin uygulanmasına fırsat tanımıştır.

Uygulanabilirlik

Tanımlanan teknikler hem yeni hem de mevcut tesislere uygulanabilir, fakat her bir farklı tesis için tesis temelinde denetlenmelidir.

Uygulama için itici güç

Pazardaki yüksek rekabet, verimliliği artırmak ve maliyetleri azaltmak gereksinimi, tanımlanan yeni tekniklerin uygulamaya konmasında itici güç olmuşlardır.

Örnek tesisler

Avrupa Birliği’nde bulunan birçok tesis tanımlanan teknikler ile donatılmış, ve optimize edilmiş şartlar altında faaliyet göstermektedir.

Referans kaynaklar

[16, Rentz 1997] [252, France 2007] [260, Almanya 2007] [273, Eurofer 2007] [312, Dr. Michael Degner ve diğerleri 2008]