بخشی از مقاله
چکیده
لانسهاي دمش در جداره کورههاي قوس الکتریکی جهت تزریق اکسیژن و مواد پودري به طور معمول مورد استفاده قرار میگیرد. فاصله کم این تجهیزات تا سطح ذوب، دماي بسیار بالا در کورههاي قوس، پاششهاي ذوب و سرباره، وجود گازهاي داغ، برخورد قراضه، بازگشت شعله اکسیژن و برخورد آرك در کورههاي قوس الکتریکی باعث گردیده این تجهیزات بسیار آسیبپذیر باشند.
هدف از انجام تحقیق حاضر دستیابی به تجهیز مناسب با قابلیت اعتماد بالا و عمر بالاتر از نمونههاي حاضر در کورههاي قوس الکتریکی واحد فولادسازي فولاد مبارکه است. در ابتدا انتقال حرارت در کوره به صورت جامع محاسبه گردیده و به صورت شرایط اولیه در نرمافزار انسیس جهت شبیهسازي انتقال حرارت مورد استفاده قرار گرفتهاست. در ادامه شرایط انتقال حرارت بلوك مسی محافظ لانسها که در حال حاضر در کورهها استفاده میگردد، با بلوك لانس طراحی نوین در دو حالت نرمافزاري و شرایط کار واقعی مورد مقایسه قرار گرفتهاست. شرایط انتقال حرارت مطلوب در بلوك لانسهاي نوین باعث گردیدهاست عمر کاري این تجهیزات بیشتر از دو برابر نمونههاي حال حاضر باشد.
مقدمه
امروزه تولید فولاد در کورههاي قوس الکتریکی بخش بزرگی از صنایع فولادسازي را تشکیل میدهند و روشهاي نوین فولادسازي در حال گسترش میباشد. با توجه به مصرفنسبتاً بالاي انرژي الکتریکی توسط کورههاي قوس الکتریکی، روش بهینهسازي مصرف انرژي میتواند نقطه آغازي جهت بررسی آنها در عمل براي واحدهاي مختلف فولادسازي الکتریکی باشد تا با بکارگیري آنها مصرف انرژي کوره کاهش یافته و در پی آن به حداقل رسیدن هزینههاي تولید فراهم شود. امروزه استفاده از انرژي شیمیایی در کنار انرژي الکتریکی در کورههاي قوس الکتریکی امري بیبدیل است.
استفاده از لانسهاي دمش در جداره کناري کوره نقش مهمی را در کاهش برق مصرفی در واحد زمان، بهبود بهرهوري و بازده و همچنین کاهش مصرف انرژي ایفا میکند. بهمنظور مصرف کمتر انرژي الکتریکی، براي یک ماده اولیه ورودي مشخص، ورودي انرژي شیمیایی مؤثر، مهمترین عامل تاثیرگذار روي عملیات کوره از ذوب کردن و همگنسازي تا تصفیه سریع میباشد.
در کورههاي قوس، فرآیند ذوب میتواند تشدید شود و به واسطه مسلح بودن به یک عملیات سوختپاشی موثر، براي تمامی مواد اولیه ورودي، یک مذاب همگن حاصل میشود. در مرحله تصفیه، براي دکربورایز کردن - کربنزدایی - مذاب به دمش گاز اکسیژن نیاز داریم که این دمش انرژي مضاعفی را ایجاد کرده، موجب هم زدن حمام مذاب و همگنسازي آن میشود. براي تولید یک کف سرباره مناسب که براي ورود انرژي الکتریکی کارآمد ضروري است، وجود مسیرهایی براي پاشش کربن لازم است.
مزیت تکنولوژي تزریق اکسیژن، استفاده کارآمد از انرژي شیمیایی در طی مراحل ذوب و تصفیه مذاب، براي دستیابی به یک کوره عملیاتی با بهرهوري بالا است. در کورههاي طرح توسعه واحد فولادسازي فولاد مبارکه اصفهان هفت عدد لانس دمش در جدار کناري کوره قرار دارد که شامل چهار لانس دمش اکسیژن و دو لانس تزریق کربن و دو لانس تزریق آهک میباشد. لانس دمش اکسیژن در این کورهها علاوه بر توانایی دمش اکسیژن به صورت فراصوت قادر به دمش همزمان متان نیز میباشد. در شکل 1 چگونگی قرارگیري این تجهیزات نشان داده شدهاست.
فاصله کم این تجهیزات تا سطح ذوب، دماي بسیار بالا در کورههاي قوس، پاششهاي ذوب و سرباره، وجود گازهاي داغ، برخورد قراضه، بازگشت شعله اکسیژن و برخورد آرك در کورههاي قوس الکتریکی باعث گردیده این تجهیزات بسیار آسیبپذیر باشند. در حال حاضر در شرکت فولاد مبارکه اصفهان از تجهیزات دمش با طراحی یک شرکت اروپایی استفاده میگردد. هر کدام از تجهیزات دمش شامل یک لانس از جنس فولاد زنگ نزن و پوسته خنککن از جنس مس با وزن تقریبی 70 کیلوگرم و یک بلوك محافظ از جنس مس با وزن تقریبی 400 کیلوگرم میباشد. شمایی از بلوك محافظ در شکل 2 آورده شدهاست.
تجهیزات دمش ساخت کشورهاي اروپایی در شرایط کاري این کورهها به طور میانگین 3000 ذوب کارایی دارند. به دلیل پیچیدگیهاي ساخت این تجهیزات، نمونههاي ساخت داخل این تجهیز عمري به مراتب کمتر از نمونههاي خارجی دارند. در شکل 3 مسیر لوله آبگرد داخل بلوك مسی نشان داده شده است. در پروسه ساخت این تجهیز، لوله هاي داخلی با سیالی مخصوص، باید به گونهاي خنک گردد که در طول عملیات ریختهگري تمامی سطح خارجی لوله با مس ریخته شده در تماس قرار گیرد و همچنین لولهها سوراخ نشده و ذوب به داخل آنها نفوذ نکند. این در حالی است که اکسیژنزدایی از این ذوب در شرایط کارگاهی به طور کامل امکانپذیر نیست.
در طراحی جدید این تجهیزات که توسط محققان داخل کشور انجام گردیده است، به جاي استفاده از دو قطعه مجزا، از یک لانس خود محافظ استفاده می شود. این لانس با وزن تقریبی 220 کیلوگرم به طور کامل با عملیات ماشینکاري تولید شده و علاوه بر وزن کم آن، با قابلیت اطمینان بالا میتواند بیش از دو برابر تجهیز اروپایی کارایی داشته باشد.
یکی از دلایل کارایی تجهیز نوین نسبت به طراحی نوع اروپایی آن قدرت سرد شدن آن در شرایط یکسان آب در گردش است. در این مقاله تفاوت انتقال حرارت و توان سرد شدن هر دو نمونه از این تجهیزات مورد مطالعه قرار گرفتهاست.
روش تحقیق
انتقال حرارت در کورههاي قوس الکترکی پدیدهاي بسیار پیچیده است. با استناد به تحقیقات جامع لوگار در سال [1] 2011 و ترجو در سال [2] 2012 معادلات گسسته انتقال حرارت بین قسمت هاي مختلف کوره آورده شدهاست. مهمترین عامل انتقال حرارت در کورههاي قوس الکتریکی، انتقال حرارت تشعشعی است که بین آرك الکترودها، سرباره مذاب و جامد، قراضه مذاب و جامد، پانلهاي آبگرد دیواره و سقف، شعله احتراق لانسهاي دمش و... اتفاق میافتد. انتقال حرارت همرفتی در گازهاي داغ با برخورد به پانلهاي آبگرد و انتقال حرارت هدایتی در تجهیزات آبگرد و مواد جامد و مذاب صورت میگیرد.
در شکل 4 شماتیک انتقال حرارت در کورههاي قوس نشان داده شدهاست. در کورههاي طرح توسعه فولاد مبارکه در قسمت پانلهاي آبگرد دو ردیف پانل مسی و فولادي وجود دارد، همچنین قسمت سقف کوره از دو ردیف پانل سقف و رینگ تشکیل شده که این قسمتها از یکدیگر متمایز شدهاست. معادلات در نظر گرفته شده جهت محاسبه انتقال حرارت در جدول 1 آورده شدهاست.
