کوره قوس الکتریکی
کوره قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace) نوعی کوره صنعتی است که از برق برای ذوب و تصفیه فلزات و آلیاژها ( شمش قوسی و … ) استفاده می کند. EAF ها از قوس الکتریکی برای تولید گرما استفاده می کنند که برای ذوب و تصفیه ضایعات فلزات و سایر مواد به آلیاژهای جدید استفاده می شود. این فرآیند شامل ذوب آهن قراضه در یک کوره قوس الکتریکی و سپس تصفیه آن برای حذف ناخالصی ها و تنظیم ترکیب آلیاژ است.
EAF ها معمولاً از سه جزء اصلی تشکیل می شوند: مخزن کوره، الکترود گرافیتی و ترانسفورماتور.
ظرف کوره یک ظرف بزرگ با روکش نسوز است که فلز مذاب را در خود جای می دهد. الکترودها معمولاً از گرافیت یا سایر مواد رسانا ساخته می شوند و برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده می شوند. ترانسفورماتور برای تبدیل توان الکتریکی ولتاژ بالا به ولتاژ و جریان مناسب مورد نیاز برای تغذیه الکترودها استفاده می شود.
فرآیند ذوب و تصفیه فلز در یک EAF سریعتر و از نظر انرژی کارآمدتر از روشهای سنتی مانند استفاده از کوره بلند است. EAF برای تولید طیف گسترده ای از فلزات و آلیاژها از جمله فولاد، آلومینیوم، مس و نیکل استفاده می شود. EAF ها همچنین برای بازیافت ضایعات فلزی استفاده می شوند، زیرا می توانند ضایعات فلزات را ذوب و به آلیاژهای جدید تبدیل کنند.
با این حال، EAF ها برخی از چالش های زیست محیطی نیز دارند. فرآیند ذوب و پالایش فلز در EAF می تواند آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن ایجاد کند. علاوه بر این، این فرآیند می تواند مقدار قابل توجهی انرژی مصرف کند.
برای رسیدگی به این چالش‌ها، تحقیقات برای توسعه فناوری‌های EAF کارآمدتر و سازگار با محیط زیست، مانند استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و بهبود فرآیند بازیافت، ادامه دارد.
ویژگی های کوره قوسی الکتریکی
علاوه بر اجزایی که قبلاً ذکر شد، EAF ها ممکن است ویژگی های دیگری را نیز برای بهبود عملکرد خود داشته باشند، مانند سیستم های تزریق اکسیژن، پانل های خنک کننده با آب و سیستم های پیش گرمایش ضایعات. سیستم های تزریق اکسیژن برای افزایش دمای قوس و بهبود راندمان فرآیند ذوب استفاده می شود. پانل های آب خنک برای محافظت از دیواره های کوره در برابر دمای بالای تولید شده در طول فرآیند ذوب استفاده می شود. سیستم های پیش گرمایش ضایعات برای افزایش کارایی فرآیند ذوب با پیش گرم کردن ضایعات قبل از ذوب شدن استفاده می شود.
EAF ها به طور گسترده در صنعت فولاد استفاده می شوند، جایی که برای تولید انواع محصولات فولادی از جمله محصولات بلند (مانند بیلت ، شمش و …) و محصولات تخت (مانند ورق، کلاف و صفحات) استفاده می شود. EAF همچنین در تولید فلزات غیر آهنی مانند مس و آلومینیوم استفاده می شود.
یکی از مزایای EAF ها توانایی آنها در استفاده از ضایعات فلزی به عنوان ماده اولیه است. EAF ها با استفاده از ضایعات فلزی، میزان ضایعات تولید شده در طول فرآیند تولید را کاهش می دهند و منابع طبیعی را حفظ می کنند. مزیت دیگر انعطاف پذیری آنها از نظر انواع فلزات و آلیاژهای قابل تولید است. EAF ها بسته به نیاز مشتری می توانند طیف وسیعی از آلیاژها را با ترکیبات و خواص متفاوت تولید کنند.
با این حال، EAF ها معایبی نیز دارند. یکی از معایب اصلی آنها مصرف بالای انرژی است. EAF ها برای کار کردن به مقدار قابل توجهی برق نیاز دارند که می تواند کارکرد آنها را گران کند، به ویژه در مناطقی که قیمت برق بالا است. یکی دیگر از معایب پتانسیل آنها برای ایجاد آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای است، همانطور که قبلا ذکر شد.
مزایای کوره قوس الکتریکی در فولادسازی
استفاده از EAF ها به فولاد اجازه می دهد تا از 100% مواد اولیه ضایعات فلزی ساخته شود. این امر انرژی مورد نیاز برای ساخت فولاد را در مقایسه با فولادسازی اولیه از سنگ معدن بسیار کاهش می دهد.
مزیت دیگر انعطاف‌پذیری است: در حالی که کوره‌های بلند نمی‌توانند تولید خود را زیاد تغییر دهند و می‌توانند سال‌ها در یک زمان فعال بمانند، EAFها را می‌توان به سرعت راه‌اندازی و متوقف کرد و به کارخانه فولاد اجازه می‌دهد تولید را بر اساس تقاضا تغییر دهد.
اگرچه کوره های قوس فولادسازی عموماً از ضایعات فولادی به عنوان خوراک اولیه خود استفاده می کنند، اگر فلز داغ از کوره بلند یا آهن با احیاء مستقیم به صورت اقتصادی در دسترس باشد، می توان از آنها به عنوان خوراک کوره نیز استفاده کرد.
از آنجایی که EAF ها به مقادیر زیادی انرژی الکتریکی نیاز دارند، بسیاری از شرکت ها فعالیت های خود را برای استفاده از قیمت های برق در خارج از پیک برنامه ریزی می کنند.
یک کوره قوس معمولی فولادسازی منبع فولاد برای یک مینی آسیاب است که ممکن است میله یا محصول نواری بسازد. مینی آسیاب ها را می توان نسبتاً نزدیک بازارهای محصولات فولادی قرار داد، بنابراین نیازهای حمل و نقل کمتر از یک آسیاب یکپارچه است، که معمولاً برای دسترسی بهتر به حمل و نقل در نزدیکی بندر قرار می گیرد.
فولادسازی کوره قوس الکتریکی منجر به انتشار کمتر دی اکسید کربن حدود 0.6 تن CO2 به ازای هر تن فولاد تولید شده می شود که به طور قابل توجهی کمتر از مسیر تولید معمولی از طریق کوره بلند و کوره اکسیژن پایه است.
در تئوری، کوره های قوس الکتریکی می توانند تنها از منابع انرژی کم کربن مانند باد، خورشیدی، برق آبی و انرژی هسته ای استفاده شوند. این امر حتی باعث کاهش بیشتر گازهای گلخانه ای و انرژی تجسم یافته مرتبط با فولادسازی یا هر یک از بسیاری از مواد دیگری که به کوره نیاز دارند، از جمله شیشه، می‌آورد. این باعث می شود EAF یک گزینه جذاب برای صنعت سبز باشد. (Electric arc furnace )
شرکت های بزرگ بهره بردار از کوره قوس الکتریکی در ایران
- فولاد مبارکه
- فولاد صبا
- فولاد خوزستان
- فولاد خراسان
- گروه ملی صنایع فولاد
- فولاد هرمزگان
- فولاد نظنز
- فولاد اسفراین
چگونه می توان منابع انرژی تجدیدپذیر را در فناوری EAF ادغام کرد؟
منابع انرژی تجدید پذیر را می توان به روش های مختلفی در فناوری EAF ادغام کرد. یک رویکرد استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروی باد و خورشید برای تولید برق مورد نیاز برای تامین انرژی کوره قوس الکتریکی است. این کار را می توان با اتصال EAF به یک شبکه انرژی تجدیدپذیر یا با نصب سیستم های انرژی تجدیدپذیر مانند توربین های بادی یا پنل های خورشیدی در محل انجام داد.
روش دیگر استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای پیش گرم کردن ضایعات قبل از ذوب شدن در کوره قوس الکتریکی است. این را می توان با استفاده از کلکتورهای حرارتی خورشیدی یا انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن ضایعات قبل از ورود به کوره انجام داد. پیش گرم کردن ضایعات فلزی می تواند میزان انرژی مورد نیاز برای ذوب آن را کاهش دهد و همچنین میزان انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده در طول فرآیند ذوب را کاهش دهد.
مصرف انرژی در کوره قوس الکتریکی
برای تولید یک تن فولاد در یک کوره قوس الکتریکی تقریباً به 400 کیلووات ساعت (1.44 گیگاژول) در هر تن کوتاه یا حدود 440 کیلووات ساعت (1.6 GJ) در هر تن نیاز است. حداقل مقدار انرژی مورد نیاز برای ذوب یک تن فولاد قراضه 300 کیلووات ساعت (1.09 GJ) است (نقطه ذوب 1520 درجه سانتیگراد (2768 درجه فارنهایت)). بنابراین، یک EAF 300 تنی و 300 MVA تقریباً به 132 مگاوات ساعت انرژی برای ذوب فولاد نیاز دارد و «زمان روشن شدن» (زمان ذوب فولاد با قوس) تقریباً 37 دقیقه است.
فولادسازی قوس الکتریکی تنها در جایی مقرون به صرفه است که برق فراوان و قابل اعتماد و با یک شبکه الکتریکی توسعه یافته وجود داشته باشد. در بسیاری از نقاط، آسیاب ها در ساعات کم باری کار می کنند، زمانی که نیروگاه ها ظرفیت تولید برق مازاد دارند و قیمت برق کمتر است. این مقدار بسیار مطلوب با مصرف انرژی تولید جهانی فولاد با همه روشهای تخمین زده شده در حدود 5555 کیلووات ساعت (20 GJ) در هر تن [10] است (1 گیگاژول برابر با 270 کیلووات ساعت است).
