9.
9.2
Środki zintegrowanego procesu
PI.1 Optymalizacja procesu elektrycznego pieca łukowego
PI.2 Podgrzewanie złomu
PI.3 System zamkniętego chłodzenia wodnego
Techniki oczyszczania na wyjściu
EP.1 Zaawansowane systemy wychwytywania emisji
EP.2 Wydajne dopalanie w połączeniu z zaawansowanym oczyszczaniem gazów odlotowych
EP.3 Wtryskiwanie pyłu koksowego na bazie węgla brunatnego przy oczyszczaniu gazów odlotowych
EP.4 Recykling żużli z elektrycznych pieców łukowych
EP.5 Recykling pyłów z elektrycznych pieców łukowych
Opis: Proces elektrycznego pieca łukowego był stopniowo ulepszany w celu jego zoptymalizowania i zwiększenia wydajności, która pozostaje w korelacji ze spadkiem jednostkowego zużycia energii. Rysunek 9.14 wskazuje kilka ważnych środków/technik, które zostały opisane pokrótce w niniejszym rozdziale. Należą do nich:
· (Bardzo) duża moc pracy (UHP),
· Chłodzone wodą boczne ściany i sklepienia,
· Palniki tlenowo - paliwowe i świeżenie stali tlenem doprowadzanym lancą,
· Układ dolnego spustu,
· Procedura spieniania żużlu,
· Obróbka w kadzi lub obróbka pozapiecowa,
· Automatyzacja.
Rysunek 9.14: Schemat elektrycznego pieca łukowego ze wskazaniem technik używanych w celu zoptymalizowania procesu – [D Rentz, 1996]
(Bardzo) duża moc pracy:
Dążenie do skrócenia czasów między spustami doprowadziło do montażu bardziej wydajnych transformatorów piecowych. Rozstrzygającymi parametrami dla pieców o (bardzo) dużej mocy, które brano pod uwagę była jednostkowa moc pozorna zasilania, średnia sprawność mocy (³0,7), oraz rozsądne wykorzystanie czasu transformatora (³0,7). Duża moc pracy może doprowadzić do wyższej wydajności, obniżenia jednostkowego zużycia elektrod i obniżenia jednostkowej objętości spalin, ale również do wzrostu zużycia wymurówki pieca. [Heinen, 1997].
Chłodzone wodą boczne ściany i sklepienia:
W ciągu ostatnich dwudziestu lat zaczęto wykładać ściany pieca i sklepienia dachu panelami chłodzonymi wodą, co daje możliwość zaoszczędzenia tworzyw ogniotrwałych, wykorzystania technologii pieca o bardzo dużej mocy, jak również ponownego wykorzystania ciepła odpadkowego przez zastosowanie urządzeń do odzyskiwania energii. Jednakże, należy sprawdzić w poszczególnych zakładach, czy odzysk energii jest ekonomicznie uzasadniony. W zasadzie wyróżnić można dwa układy chłodzenia. Pierwszy to tak zwane zimne lub gorące chłodzenie, które zmniejsza straty mocy poprzez wzrost temperatury wody chłodzącej przepływającej w zwojach rur. Drugi - chłodzenie przez parowanie działa poprzez parowanie wody chłodzącej w celu ograniczenia promieniowania cieplnego wywołanego procesem łuku elektrycznego.
W celu zabezpieczenia paneli bocznych chłodzonych wodą od naprężenia cieplnego, szczególnie, gdy nie jest możliwe wykonanie operacji spieniania żużlu (patrz poniżej), stosowana jest regulacja procesu wytapiania sterowana komputerowo. Nie tylko pomaga to w zabezpieczeniu przed zużyciem paneli spowodowanym naprężeniem mechanicznym, ale także oszczędza tworzywo ogniotrwałe. [Knoop, 1997].
Palniki tlenowo-paliwowe i świeżenie stali tlenem doprowadzanym lancą:
Palniki tlenowo-paliwowe przyczyniają się do jednorodnego wytapiania złomu. Kompensuje to również częściowo wpływ kontroli maksymalnego zapotrzebowania na zasilanie energią elektryczną. Zwykle dodatkowe źródło energii, jakim są palniki tlenowo-paliwowe i świeżenie stali tlenem doprowadzanym lancą, pozwala na obniżenie całkowitej potrzebnej energii wejściowej.
Układ dolnego spustu:
Obecnie technika dolnego spustu jest szeroko przyjęta, ponieważ pozwala zminimalizować ilość żużlu tlenkowego przenoszonego do kadzi podczas spustu. Pozwala to również na oszczędności kosztów dzięki zmniejszeniu ilości wymaganych tworzyw ogniotrwałych, szybszemu spustowi stali i zmniejszeniu strat energii. Ponadto, upraszcza to przechwytywanie pyłów. Podczas gdy starsze piece są nadal wyposażone w rynny spustowe, zwykle większość nowych elektrycznych pieców łukowych jest wyposażona w układy dolnego spustu.
Procedura spieniania żużlu:
Tworzenie spienionego żużlu w obrębie pieca poprawia przepływ ciepła do ładowanych tworzyw wejściowych, jak również zabezpiecza tworzywa ogniotrwałe wewnątrz pieca. Z powodu lepszej stabilności łuku i mniejszego oddziaływania promieniowania, procedura spieniania żużlu prowadzi do obniżenia zużycia energii, mniejszego zużycia elektrod, obniżenia poziomu hałasu oraz do zwiększenia wydajności. Powoduje to również dodatni wpływ na kilka reakcji metalurgicznych (np. pomiędzy żużlem, a metalowa kąpielą). Gęstość spienionego żużlu jest mniejsza niż zwykłego tlenku węgla zawierającego żużel z elektrycznego pieca łukowego (1,15-1,5 t/m3 w porównaniu z 2,3 t/m3). Z tego powodu ilość żużlu powstającego podczas produkcji stali zwiększa się i może spowodować potrzebę zastosowania większych koszy żużlowych. Po spuście żużel częściowo odgazowuje ponownie. Nie otrzymano żadnych informacji na temat negatywnego oddziaływania procedury spieniania żużlu na możliwości wykorzystania żużlu. Należy zauważyć, że wykorzystanie procedury spieniania żużlu przy produkcji stali wysokogatunkowych jest często niemożliwe.
Obróbka w kadzi lub obróbka pozapiecowa:
Niektóre etapy produkcji nie muszą być wykonywane w samym elektrycznym piecu łukowym i mogą być przeprowadzane bardziej skutecznie w innych zbiornikach (tak jak odsiarczanie, tworzenie stopu, homogenizacja temperatury i składu chemicznego). Obecnie operacje te zostały przeniesione z elektrycznych pieców łukowych do kadzi, pieco-kadzi, lub innych zbiorników [EPRI, 1992; Heinen, 1997]. Podawane zalety tego rozwiązania to oszczędność energii (oszczędności netto 10-30 kWh/t), skrócenie czasów międzyspustowych o około 5-20 minut, zwiększenie wydajności, lepsza kontrola ciepła dostarczanego do ciągłego odlewania stali, ewentualne obniżenie zużycia elektrod (do 0,1-0,74 kg/t), oszczędności dodatków stopowych i obniżenie emisji z samego elektrycznego pieca łukowego [EPRI, 1992]. Ewentualną wadą korzystania z kadzi lub innych zbiorników w odniesieniu do kontroli zanieczyszczenia powietrza jest wzrost liczby źródeł emisji wymagający większych inwestycji na urządzenia do kontroli zanieczyszczenia powietrza, ponieważ są potrzebne dodatkowe urządzenia przechwytujące pył, takie jak okapy odciągowe.
Automatyzacja:
W ostatnich latach sterowanie komputerowe na elektrostalowni stało się konieczne, ponieważ duże wydajności produkcyjne wymagają sprawnych układów sterowania w celu zarządzania przepływami tworzyw i danych powstającymi przy wyborze surowców, elektrycznego pieca łukowego, pieco-kadzi, urządzenia do ciągłego odlewania stali. Sprawne układy sterowania pozwalają na zwiększenie wydajności, obniżenie zużycia energii, jak również obniżenia emisji pyłu [Linninger, 1995].
Główne osiągane poziomy emisji: Wymienione powyżej (opis)
Możliwość zastosowania: Opisane techniki są stosowane zarówno w nowych, jak i istniejących hutach, ale muszą być sprawdzone w odniesieniu do konkretnego zakładu.
Skutki oddziaływania na środowisko: Palniki tlenowo-paliwowe zwiększają przepływ gazu odlotowego, ale z drugiej strony przyczyniają się do zmniejszenia całkowitego zapotrzebowania na energię.
Boczne ściany i sklepienie chłodzone wodą wymagają dodatkowo około 10-20 kWh/t energii, ale może to być skompensowane korzyściami wynikającymi z możliwości zastosowania i konserwacji zakładu. Boczne ściany i sklepienia chłodzone wodą stwarzają między innymi możliwość zastosowania nowoczesnej technologii, takiej jak piece o dużej lub bardzo dużej mocy pracy.
Przykładowe zakłady: Wiele zakładów w państwach UE jest wyposażonych w opisane technologie i pracuje w optymalnych warunkach. Tabela 9.8 obejmuje przedmiotowe dane z dziewięciu niemieckich elektrycznych pieców łukowych pracujących w optymalnych warunkach.
Elektryczne piece łukowe 1
Elektryczne piece łukowe 2
Elektryczne piece łukowe 3
Elektryczne piece łukowe 4
Elektryczne piece łukowe 5
Okres eksploatacji
1979
1968/1976
1995
1994
Typ pieca
ACbardzo duża moc pracy
DC
piec o bardzo dużej mocy pracy
Produkowane gatunki stali
Stal węglowa
Ciężar wytopu [t]
135
85 każdy
100
125
120
Nominalna moc pozorna prądu
transformatora [kVA/t]
711
800 każdy
140
130
Surowce
Złom
Układ chłodzenia
chłodzenie wodą ścian bocznych i sklepień dachowych
Układ spustu
EBT
OBT
Puchaczo_o