چرا مصرف انرژی در صنعت فولاد اهمیت دارد؟

با توجه به اهمیت مصرف انرژی در صنعت فولاد و اثرات زیست ‌محیطی آن، تعیین معیارهای استاندارد برای بهینه‌ سازی مصرف انرژی در فرآیندهای مختلف تولید فولاد ضروری است. استاندارد ملی ایران (INSO 9653) معیارها و مشخصات فنی مصرف انرژی در فرآیندهای حرارتی و الکتریکی تولید فولاد را تعیین کرده است که در این مقاله به بررسی آنها می‌ پردازیم. رعایت این استانداردها موجب کاهش هزینه ‌های عملیاتی، افزایش بهره‌ وری انرژی و کاهش اثرات مخرب زیست ‌محیطی می ‌شود. بهینه‌ سازی مصرف انرژی در صنعت فولاد نه ‌تنها به افزایش سودآوری و کاهش هزینه‌ های تولید کمک می ‌کند، بلکه نقش مهمی در پایداری محیط زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ ای دارد. از این ‌رو، توجه به استانداردهای مصرف انرژی در صنایع فولاد امری اجتناب ‌ناپذیر است.

در ویرایش جدید استاندارد INSO 9653 (سال 1392) کارخانه ها به دو دسته جدیدالاحداث (ساخته شده پس از تدوین این استاندارد) و کارخانه های فعلی (که قبل از ویرایش استاندارد به بهره برداری رسیده اند) تقسیم بندی شده اند. میزان مصرف انرژی برای کارخانه های جدیدالاحداث کمتر از کارخانه های موجود در نظر گرفته شده است. اعدادی که در ادامه برای میزان مصرف انرژی در صنعت فولاد می آیند برای کارخانه های جدیدالاحداث هستند.

بهینه سازی مصرف میلگرد در ساخت‌ و ساز | راهکارها و توصیه‌ ها

مصرف انرژی در صنعت فولاد، فرآیند گندله‌ سازی

گندله ‌سازی یکی از مراحل کلیدی در آماده ‌سازی سنگ آهن برای استفاده در کوره ‌های بلند و احیا مستقیم است. در این فرآیند، نرمه (کنسانتره) سنگ آهن با افزودنی ‌هایی مانند بنتونیت، هیدروکسید کلسیم و مواد آلی ترکیب شده و در کوره ‌های مخصوص پخته می‌ شود. این فرآیند به‌منظور افزایش استحکام مکانیکی و بهبود خواص متالورژیکی گندله انجام می ‌شود. گندله ‌ها باید دارای اندازه ‌ای یکنواخت و ساختاری متراکم باشند تا در کوره‌ های احیا عملکرد بهتری داشته باشند. استفاده از فناوری‌ های نوین در گندله ‌سازی، مانند بازیافت گرما از گازهای خروجی و بهینه ‌سازی فرآیند پخت، می ‌تواند نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی در صنعت فولاد داشته باشد.

استاندارد مصرف انرژی واحد گندله سازی

طبق ویرایش 1392، میزان مصرف برق و گاز وابسته به درصد نرمه (سنگ آهن آسیابی) مورد استفاده در گندله سازی است. اگر صد در صد گندله از نرمه باشد: A=0 , B=1. گاهی علاوه بر نرمه از سنگ آهن با دانه بندی درحد چند میلیمترنیز استفاه می کنند. برای مثال اگر ده درصد گندله سنگ آهن و نود درصد آن نرمه باشد: A=0.1 , B=0.9

از آن جایی که خرد کردن سنگ آهن (آسیاب کردن) نیاز به انرژی دارد، اعدادی که در B ضرب می شوند (0.8 , 38) بزرگتر از اعدادی هستند که در A ضرب می شوند (0.6 , 35).

 

جدول معیار مصرف انرژی در فرآیند گندله سازی

سوخت (GJ/TON)	0.6A + 0.8B
الکتریکی (KWH/TON)	35A + 38B

 

A = کل سنگ آهن مصرفی / میزان استفاده از سنگ آهن غیر آسیابی

B = کل سنگ آهن مصرفی /میزان استفاده از سنگ آهن آسیابی

گندله، نیروی محرکه صنعت فولاد: از روش تولید تا مزایا و کاربردها

مصرف انرژی در صنعت فولاد، فرآیند احیا مستقیم

احیا مستقیم یک روش پیشرفته برای تولید آهن اسفنجی است که در آن سنگ آهن بدون نیاز به ذوب شدن، در تماس با گازهای احیا کننده به آهن فلزی تبدیل می ‌شود. این روش نسبت به کوره بلند، انرژی کمتری مصرف کرده و آلودگی زیست‌ محیطی کمتری دارد. در فرآیند احیا مستقیم، گاز طبیعی به‌ عنوان منبع احیا کننده استفاده می‌ شود که باعث کاهش انتشار دی ‌اکسید کربن نسبت به روش سنتی می‌ شود. همچنین، احیا مستقیم امکان تولید آهن با خلوص بالا را فراهم می ‌کند که می ‌تواند به‌ عنوان ماده اولیه در فرآیندهای فولادسازی مورد استفاده قرار گیرد. فناوری‌ های Midrex و HYL III از رایج‌ ترین روش ‌های احیا مستقیم هستند که در بسیاری از واحدهای فولادسازی دنیا به کار گرفته می ‌شوند.

استاندارد مصرف انرژی واحد احیا مستقیم

• مصرف انرژی حرارتی: کمتر از10  گیگاژول بر تن محصول
• مصرف انرژی الکتریکی: کمتر از 110  کیلووات ساعت بر تن محصول

آهن اسفنجی | رمز تولید فولاد باکیفیت

مصرف انرژی در صنعت فولاد، فرآیند ذوب و فولادسازی

ذوب و فولادسازی یکی از مراحل پر مصرف در صنعت فولاد است که به دو روش عمده انجام می‌ شود: روش کنورتور اکسیژنی (BOF) و روش کوره قوس الکتریکی (EAF). در روش کنورتور، چدن مذاب (محصول کوره بلند) به همراه اکسیژن خالص تحت واکنش ‌های شدید قرار می ‌گیرد تا میزان عناصر نا خواسته مانند کربن، فسفر و گوگرد کاهش یابند. سوختن کربن در این فرایند، انرژی حرارتی را تامین میکند.این روش به دلیل سرعت بالا و ظرفیت تولید زیاد، یکی از پرکاربردترین روش‌ های تولید فولاد در جهان محسوب می‌ شود. در مقابل، روش قوس الکتریکی که عمدتاً از آهن اسفنجی به همراه قراضه استفاده می‌ کند، دارای مصرف بالای انرژی الکتریکی است اما میزان مصرف سوخت ‌های فسیلی در آن کمتر است. این روش برای تولید فولادهای آلیاژی با ترکیب دقیق مناسب ‌تر است.

شمش فولادی؛ مقایسه با اسلب، بیلت و بلوم

استاندارد مصرف انرژی واحد ذوب و فولادسازی

• کنورتور اکسیژنی : (BOF)
  • مصرف انرژی حرارتی: کمتر از0.70  گیگاژول بر تن محصول
  • مصرف انرژی الکتریکی: کمتر از110  کیلووات ساعت بر تن محصول
• کوره قوس الکتریکی  (EAF):
  • مصرف انرژی حرارتی: کمتر از0.5  گیگاژول بر تن محصول
  • مصرف انرژی الکتریکی: بسته به درصد آهن اسفنجی در شارژ، مقدار آن متغیر است. برای کوره های برپایه قراضه کمتر از 540 و برای کوره های برپایه آهن اسفنجی 540+(60× %DRI) کیلووات ساعت بر تن محصول

ضایعات میلگرد | از شناخت تا بهره‌وری در صنعت

مصرف انرژی در صنعت فولاد، فرآیند نورد

نورد یکی از مراحل نهایی در تولید فولاد است که به دو شکل نورد گرم و نورد سرد انجام می‌ شود. نورد گرم در دمای بالا (حدود 1100 درجه سانتی‌ گراد) باعث تغییر شکل فولاد و بهبود خواص مکانیکی آن می ‌شود. این فرآیند به دلیل مصرف بالای انرژی حرارتی، نیازمند بهینه ‌سازی مصرف سوخت است. در نورد سرد، فولاد در دمای محیط تغییر شکل داده و برای تولید ورق ‌های نازک با دقت ابعادی بالا مورد استفاده قرار می  ‌گیرد. استفاده از سیستم ‌های بازیافت حرارت در فرآیند نورد می‌ تواند نقش مؤثری در کاهش مصرف انرژی در صنعت فولاد و افزایش بهره‌ وری ایفا کند.

واحد نورد میلگرد و کلاف فولاد بافق

استاندارد مصرف انرژی واحد نورد گرم

• مصرف انرژی حرارتی:
  • کمتر از0.9  گیگاژول بر تن محصول
• مصرف انرژی الکتریکی:
  • کمتر از70  کیلووات ساعت بر تن محصول

مدیریت مصرف انرژی در فولاد بافق

مدیریت مصرف انرژی در صنعت فولاد یکی از اولویت ‌های اصلی شرکت ‌های تولید کننده است. در این راستا، شرکت مجتمع فولاد بافق اقداماتی را برای کاهش مصرف انرژی در صنعت فولاد و بهینه ‌سازی فرآیندهای تولیدی خود انجام داده است. این اقدامات شامل به ‌کارگیری فناوری‌ های جدید در سیستم ‌های احتراقی، استفاده از تجهیزات با راندمان بالا، کاهش تلفات حرارتی در کوره‌ ها و اجرای سیستم ‌های مدیریت انرژی مبتنی بر استانداردهای بین‌ المللی است. همچنین، فولاد بافق با بهره‌ گیری از روش ‌های بازیافت گرما و کاهش مصرف سوخت‌ های فسیلی، توانسته است میزان مصرف انرژی خود را به میزان قابل ‌توجهی کاهش داده و بهره ‌وری را افزایش دهد. این رویکرد نه ‌تنها موجب کاهش هزینه ‌های عملیاتی شده، بلکه تأثیر مثبتی بر محیط ‌زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه ‌ای نیز داشته است.

مدیریت مصرف انرژی در صنعت فولاد

مدیریت انرژی در صنعت فولاد از طریق بهینه‌ سازی فرآیندها و به ‌کارگیری فناوری ‌های نوین انجام می ‌شود. برخی از روش‌های کاهش مصرف انرژی در صنعت فولاد عبارتند از:

• بازیافت گرما: استفاده از حرارت گازهای خروجی برای پیش‌ گرم کردن مواد اولیه، که می‌ تواند تا ۳۰٪ در مصرف انرژی صرفه ‌جویی کند.
• بهینه ‌سازی احتراق: تنظیم دقیق نسبت سوخت و هوا برای بهبود عملکرد احتراقی و کاهش هدررفت انرژی.
• بهبود عملکرد کوره ‌ها: استفاده از مواد نسوز با کارایی بالا برای کاهش تلفات حرارتی و افزایش عمر مفید کوره‌ ها.
• اتوماسیون و کنترل فرآیند: استفاده از سیستم‌ های هوشمند و حسگرهای پیشرفته برای کاهش مصرف انرژی و بهبود کیفیت تولید.
• استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر: بهره ‌گیری از انرژی خورشیدی و بادی در بخش‌ های مختلف تولید فولاد برای کاهش وابستگی به سوخت ‌های فسیلی.

کلام آخر

اجرای استانداردهای مصرف انرژی در فرآیندهای مختلف تولید فولاد، ضمن کاهش هزینه‌ های تولید، تأثیر مثبتی بر کاهش آلایندگی‌ های زیست ‌محیطی دارد. رعایت این استانداردها باعث افزایش بهره‌ وری انرژی و پایداری در صنعت فولاد خواهد شد. همچنین، استفاده از فناوری‌ های نوین در بازیافت انرژی و بهینه‌ سازی مصرف سوخت می ‌تواند به کاهش هزینه‌ های عملیاتی و بهبود کیفیت محصولات کمک کند. از این ‌رو، تدوین و اجرای برنامه‌ های بهینه ‌سازی انرژی در کارخانه‌ های فولادسازی امری ضروری محسوب می ‌شود و گامی مهم در جهت حفظ منابع طبیعی و توسعه پایدار خواهد بود.