في فرن القوس الكهربائي (EAF) صناعة الصلب والمسابك, “التسخين المسبق للخردة” لقد كان دائما موضوعا ساخنا. يشيد بها البعض باعتبارها الأداة المثلى لتوفير الطاقة وخفض التكاليف, بينما ينتقده آخرون باعتباره كائنًا فضائيًا مبالغًا فيه مع خسائر أكسدة عالية - حيث يحول خنزير الكهرباء إلى خنزير غاز.
هو نظام التسخين الخردة (سواء باستخدام الغاز الطبيعي أو الغاز خارج الفرن التعريفي) ضروري حقا أو مجرد وسيلة للتحايل? دعونا نتخطى الزغب ونقوم بتحليل الأرقام والمنطق الأساسي.
1. دفتر الأستاذ الأساسي: ما مقدار الطاقة التي يوفرها التسخين المسبق فعليًا؟?
يمكننا حساب توفير الطاقة النظري باستخدام الصيغ الديناميكية الحرارية.
لنفترض أننا تسخين 1 طن (1000 كلغ) من خردة الفولاذ من درجة حرارة الغرفة 20درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية:
حساب توفير الطاقة النظري
متوسط السعة الحرارية النوعية ( C_p ) من الصلب في نطاق 20درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية هو تقريبا 0.56 كيلوجول/(كجم · ℃). الطاقة الحرارية النظرية ( س ) المطلوبة للتسخين هو:
س = م · C_p · ΔT
س = 1000 كجم × 0.56 كيلوجول/(كجم · ℃) س (500درجه مئوية – 20درجه مئوية) = 268,800 KJ
تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية (أين 1 كيلووات ساعة = 3600 KJ):
النظرية الإلكترونية = 268,800 / 3600 ≈ 74.7 كيلو واط ساعة
مع الأخذ في الاعتبار أن الكفاءة الكهربائية الشاملة إلى الحرارية (أو) من الفرن التعريفي عموما بين 75% و 80%, الكهرباء الفعلية للشبكة المحفوظة خلال فترة الذوبان هي:
التيار الإلكتروني = 74.7 / 0.75 ≈ 99.6 كيلووات ساعة/طن
تعديل الإنتاج في العالم الحقيقي: حساب فقدان الحرارة أثناء نقل الخردة من قسم التسخين إلى الفرن, التسخين المسبق للخردة بشكل فعال 500درجة مئوية يقلل من استهلاك طاقة الذوبان الفعلي بنسبة 70 ل 90 كيلو واط ساعة للطن الواحد. لمصنع يبلغ إنتاجه السنوي 50,000 طن, يمكن أن يصل توفير الكهرباء وحده بسهولة إلى مئات الآلاف من الدولارات.
2. إيجابيات وسلبيات أنظمة التسخين السائدة
حالياً, تهيمن طريقتان رئيسيتان للتسخين المسبق على السوق: التسخين المسبق للغاز الطبيعي/غاز الفحم و فرن استعادة الحرارة المهدرة بالغاز.
2.1 التسخين بالغاز الطبيعي: تجارة الغاز للكهرباء
- الايجابيات: كثافة طاقة عالية, سرعة تسخين سريعة, والتحكم الممتاز في درجة الحرارة (تصل بسهولة إلى 300 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية). إنه يحرق الرطوبة والزيت تمامًا على سطح الخردة, القضاء على خطر الرش أو الانفجارات الناجمة عن الرطب, دخول المواد الباردة إلى الفرن.
- سلبيات: إنه شكل من أشكال “تحويل الطاقة,” ليست وجبة غداء مجانية. إذا كانت أسعار الغاز المحلي مرتفعة وأسعار الكهرباء منخفضة (على سبيل المثال, خلال ساعات الليل خارج الذروة), اقتصاد “مقايضة الغاز بالكهرباء” تنخفض بشكل ملحوظ.
2.2 استعادة الحرارة من مخلفات الغاز: النظري “غداء مجاني”
- الايجابيات: يستخدم غاز المداخن ذو درجة الحرارة العالية المنبعث من فرن الحث (عادة 200 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية), مما يجعل تكلفة التشغيل منخفضة للغاية.
- سلبيات: تعمل أفران الحث على دفعات, وهذا يعني أن درجة حرارة الغاز المنبعث ومعدل التدفق يتقلبان بشكل كبير وغير مستقرين إلى حد كبير. يحتوي الغاز المنبعث على غبار, الذي يسد بسهولة أنابيب التسخين والمبادلات الحرارية, مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة. عادة ما تصل درجة حرارة التسخين المسبق إلى 150 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية فقط, مما يؤدي إلى وفورات محدودة في الطاقة (عن 20 ل 40 كيلووات ساعة/طن).
3. لماذا يسميها البعض وسيلة للتحايل? (التكاليف الخفية التي لا يمكن تجاهلها)
السبب لم تتحقق أنظمة التسخين 100% التبني هو أنها تواجه العديد من نقاط الضعف بالنسبة للمصنعين:
- الأكسدة وفقدان الحرق (نقطة الألم النهائية): يتأكسد الفولاذ المعرض للهواء عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية بسرعة. إذا كان الجو داخل جهاز التسخين المسبق يتم التحكم فيه بشكل سيء (مستويات عالية من الأكسجين) أو أن وقت التسخين المسبق طويل جدًا, يتشكل مقياس أكسيد سميك على سطح الخردة. كل 0.5% يمكن أن تؤدي الزيادة في فقد حرق المعادن إلى القضاء تمامًا على المكاسب المالية من توفير الكهرباء.
- ثانويالبيئة تلوث: تحتوي الكثير من الخردة الرخيصة على سوائل القطع, طلاء, أو البلاستيك. في “نصف مخبوز” درجات الحرارة بين 200 درجة مئوية و400 درجة مئوية, وتتحول هذه الزيوت والشوائب إلى دخان كثيف يحتوي على مركبات عضوية متطايرة ثقيلة أو حتى الديوكسينات. دون الاستثمار في غرف الاحتراق الثانوية باهظة الثمن أو مجمعات الغبار لإزالة الروائح الكريهة, إن اجتياز عمليات التفتيش البيئي أمر مستحيل تقريبًا.
- البصمة واستثمار رأس المال (النفقات الرأسمالية): صناديق التسخين, مسارات الناقل, مجاري غاز المداخن, وتتطلب سيارات الشحن المطابقة مساحة كبيرة للرافعة. من أجل التعديلات التحديثية في الحقول البنية, غالبًا ما تواجه النباتات الواقع المحرج المتمثل في عدم وجود مساحة كافية.
4. مقارنة شاملة: أي واحد للاختيار?
| متري | لا التسخين (تقليدي) | تسخين الغاز عالي الكفاءة (500درجة مئوية) | استعادة الحرارة من مخلفات الغاز (200درجة مئوية) |
| استهلاك الطاقة لكل طن | خط الأساس (على سبيل المثال, 550 كيلووات ساعة/طن) | تم التخفيض بمقدار 70-90 كيلووات ساعة/طن | تم التخفيض بمقدار 20-40 كيلووات ساعة/طن |
| معدل الانصهار (إنتاجية) | خط الأساس | زيادة بنسبة 15%-20% | زيادة بنسبة 5%-8% |
| معدل فقدان حرق المعادن | منخفضة للغاية (< 1.5%) | أعلى قليلا (يمكن أن يزيد بنسبة 0.5%-1% إذا تم التحكم فيه بشكل سيء) | عمليا لا يوجد تأثير |
| مخاطر السلامة | خطر الانفجار من الرطوبة في الخردة الباردة | آمن للغاية (تبخرت الرطوبة تماما) | آمنة إلى حد ما |
| الضغط البيئي | تركز على مرحلة ذوبان إزالة الغبار | توليد دخان عالي أثناء التسخين المسبق; يتطلب معالجة الانبعاثات | يحتاج إلى مراقبة انسداد الغبار والرائحة |
| استثمار رأس المال | $0 | عالي | معتدل |
خاتمة: “يجب أن يكون” أو “وسيلة للتحايل مبالغ فيها”?
التسخين المسبق للخردة ليس بالتأكيد وسيلة للتحايل, ولكنه أ سيف ذو حدين يختبر براعة إدارة المصنع.
إنه سلاح خارق يجب اقتناؤه إذا استوفيت الشروط التالية:
- سعة الاختناقات: لقد بلغت سعة المحول الخاص بك الحد الأقصى, وتحتاج إلى تقصير دورات الذوبان لزيادة الإنتاجية (يعمل التسخين المسبق كبديل لتوسيع طاقة المحولات).
- فقير & نوعية الخردة متفاوتة: يتم تخزين الخردة في الهواء الطلق لفترة طويلة أو يتم نقعها بشدة خلال مواسم الأمطار. لضمان السلامة التشغيلية المطلقة, مطلوب التسخين المسبق للتخلص من الرطوبة.
- معدلات كهرباء مرتفعة أو فروق حادة من الذروة إلى الوادي: في المناطق ذات تكاليف الطاقة العالية, إن عائد الاستثمار لاستبدال الغاز أو الحرارة المهدرة بالكهرباء مرتفع بشكل لا يصدق.
لكن, يمكن أن يتحول بسهولة إلى "الفيل الأبيض" إذا:
- مساحة الأرضية ممتازة: إن إجبار النظام على التخطيط المحكم يؤدي إلى تعطيل الخدمات اللوجستية ويخنق كفاءة الرافعة, يكلف أكثر مما يوفر.
- التركيز على الفولاذ المتخصص عالي الجودة/دقة صب: تعتبر عمليتك حساسة للغاية لأكسدة المواد الخام ولا يمكنها تحمل حتى أ 0.5% فقدان الحروق السطحية أو تقلبات التركيب الكيميائي.
- العمل في منطقة شديدة الحساسية بيئيًا: ولا يستطيع المصنع استيعاب التكاليف الإضافية لمعالجة الانبعاثات الناجمة عن حرق بقايا الخردة الزيتية أثناء التسخين المسبق.
