مدونة حول صناعة الصلب تتقدم في استخدام الهيدروجين عالي الجودة في الفرن العالي

تخيل الفرن العالي كمفاعل كيميائي ضخم، حيث يعمل الخام الملبد كمادة خام أساسية له. عندما تتدهور جودة التلبيد - أي التفتت أو التليين قبل الأوان - يمكن أن يعيق قنوات تدفق الغاز، مما يقلل من كفاءة الإنتاج ويعرض جودة الحديد المصهور للخطر. تستكشف هذه المقالة طرق تقييم الجودة للخام الملبد، واستراتيجيات التحسين، والتطبيق الواعد للمعادن الهيدروجينية في صناعة الحديد في الأفران العالية لمساعدة صانعي الصلب على تحقيق خفض التكاليف، ومكاسب الكفاءة، وإزالة الكربون.

التحديات في صناعة الحديد في الأفران العالية وأهمية التلبيد

تواجه صناعة الصلب ضغوطًا متزايدة من تقلبات طلبات السوق وارتفاع تكاليف المواد الخام. للتكيف، ينفذ المنتجون بشكل متزايد تدابير لخفض التكاليف مثل تقليل معدلات فحم الكوك مع زيادة نسب حقن الفحم. ومع ذلك، غالبًا ما تؤدي هذه الاستراتيجيات عن غير قصد إلى تدهور نفاذية الفرن من خلال الاحتراق غير الكامل للفحم (توليد جزيئات دقيقة) وزيادة أحجام الخبث.

يعد الحفاظ على نفاذية الغاز المثلى أمرًا أساسيًا لتشغيل الفرن العالي. يضمن تدفق الغاز الفعال تفاعلات الأكسدة والاختزال المناسبة، ويعظم استخدام الوقود، ويعزز كلاً من الإنتاج وجودة الحديد. نظرًا لأن المادة الخام الأولية للفرن، فإن الخصائص الفيزيائية للخام الملبد - بما في ذلك توزيع حجم الجسيمات، والقوة الميكانيكية، والقدرة على الاختزال - تؤثر بشكل مباشر على النفاذية في جميع أنحاء كومة الفرن.

مؤشرات جودة التلبيد الرئيسية

يتطلب التقييم الشامل للتلبيد مراقبة هذه المعلمات الهامة:

• مؤشر تدهور الاختزال (RDI):يقيس مقاومة التدهور في الحجم أثناء الاختزال في درجات الحرارة المرتفعة. تشير قيم RDI الأعلى إلى توليد المزيد من الغرامات التي تعيق تدفق الغاز في الفرن العلوي.
• خصائص التليين والذوبان (قيم S و KS):تشير S إلى درجة حرارة التليين الأولية، بينما تقوم KS بتقييم الحفاظ على النفاذية تحت الحمل. تضمن القيم المثلى تكوين منطقة متماسكة مستقرة في الفرن السفلي.
• مؤشر الاختزال (RI):يقيس سهولة اختزال الخام. في حين أن RI المرتفع يحسن كفاءة الوقود، فإنه غالبًا ما يرتبط بزيادة RDI، مما يتطلب تحقيق توازن دقيق.
• مؤشر الأسطوانة (TI):يقيم المتانة الميكانيكية أثناء المناولة والشحن.
• محتوى العصابة (Vg) ونقطة الانصهار (Tmg):تؤثر هذه المكونات غير الحديدية على سيولة الخبث ونفاذية الفرن.

استراتيجيات تحسين جودة التلبيد

يتضمن تحسين التلبيد المتقدم ما يلي:

• خلط المواد الخام:تعديل نسب خام الحديد والتدفق والوقود للتحكم في التركيب الكيميائي والمراحل المعدنية. على سبيل المثال، تقلل إضافات الحجر الجيري من RDI بينما يعزز السيليكا RI.
• التحكم في معلمات العملية:التنظيم الدقيق لدرجة حرارة التلبيد، والمدة، والجو لتصميم هياكل مسامية وتجمعات معدنية مثالية. يؤدي التلبيد الغني بالأكسجين إلى تحسين الإنتاجية مع تقليل استهلاك الوقود.
• التقنيات المبتكرة:تدمج تقنية التلبيد المحبب الهجين (HPS) مركزًا محببًا في خليط التلبيد، مما يؤدي إلى تلبيد أقوى وأكثر قابلية للاختزال مع RDI أقل - كما يتضح من العينة D التي تحتوي على 40٪ وزني من الكريات عالية الجودة.

تطبيقات المعادن الهيدروجينية

تُحدث إمكانات الهيدروجين كمادة مختزلة نظيفة وفعالة تحولًا في عمليات الأفران العالية. يتيح حقن الغازات الغنية بالهيدروجين (الغاز الطبيعي المسال، H₂) ما يلي:

• استبدال فحم الكوك وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون_{تحسين حركية الاختزال من خلال قدرة الهيدروجين الفائقة على الاختزال}تحسين RDI من خلال تأثيرات مضادة للتدهور
• نطاقات تليين أوسع وقيم KS أفضل لنفاذية الفرن السفلية
• لا تزال هناك تحديات، بما في ذلك التحكم في الاحتراق لمنع التقلبات الحرارية والتخفيف من هشاشة الهيدروجين. يعد إجراء المزيد من الأبحاث حول سلوك الهيدروجين وبروتوكولات الحقن أمرًا ضروريًا للتنفيذ الكامل.
• النتائج التجريبية

كشفت الدراسات المعملية التي تحاكي الحقن العالي للفحم والظروف الغنية بالهيدروجين ما يلي:

قلل الهيدروجين باستمرار قيم RDI بما يتناسب مع التركيز، مع إظهار تلبيد HPS (العينة D) أداءً فائقًا مضادًا للتدهور.

قام الهيدروجين بتوسيع فترات التليين وحسن قيم KS، مما أفاد بشكل خاص المواد الملبدة الأضعف (A / B) مقابل المؤدين المستقرين (C / D).

• الاتجاهات المستقبلية
• تتطلب التطورات المستمرة ما يلي:

البحث الأساسي حول تفاعلات الهيدروجين داخل الأفران العالية

تطوير تقنيات تقوية التلبيد من الجيل التالي

• تحسين معلمات التشغيل الديناميكي التي تتماشى مع خصائص التلبيد مع أنظمة حقن الهيدروجين
• من خلال الإدارة المتكاملة لجودة التلبيد وتنفيذ المعادن الهيدروجينية، يمكن لصناعة الصلب تحقيق تحسينات متزامنة في الإنتاجية وكفاءة التكلفة والأداء البيئي - مما يمهد الطريق أمام صناعة الحديد المستدامة.