مدونة حول تحول صناعة الصلب إلى أفران القوس الكهربائي الخضراء

لا يؤثر تطور أساليب إنتاج الفولاذ على الكفاءة الصناعية فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا حاسمًا في الاستدامة البيئية العالمية. مع اشتداد التحديات البيئية وتزايد متطلبات السوق، كيف ستواجه صناعة الصلب هذه الضغوط لتحقيق التنمية المستدامة؟

يعتمد تصنيع الفولاذ في المقام الأول على عمليتين أساسيتين: صناعة الحديد في الفرن العالي وصناعة الفولاذ في الفرن القوسي الكهربائي. تلعب هذه الأساليب المتميزة أدوارًا حيوية في إنتاج الفولاذ بكفاءة.

يعود تاريخ تكنولوجيا الأفران العالية إلى القرن الرابع عشر، عندما أنتجت الإصدارات المبكرة طنًا واحدًا فقط من الحديد يوميًا. على الرغم من قرون من التطورات التكنولوجية، تظل المبادئ الأساسية لتشغيل الفرن العالي دون تغيير. تتضمن العملية اختزال خام الحديد باستخدام فحم الكوك وخام الحديد والحجر الجيري في درجات حرارة عالية لإنتاج الحديد الزهر المصهور.

يعمل فحم الكوك كمكون أساسي في عمليات الفرن العالي. يتضمن إنتاج فحم الكوك التقليدي سحق وطحن الفحم قبل تسخينه إلى ما يقرب من 1800 درجة فهرنهايت (982 درجة مئوية) في أفران فحم الكوك الخالية من الأكسجين. خلال هذه العملية التي تستغرق من 18 إلى 24 ساعة، يتم إطلاق مركبات متطايرة، مما يترك وراءها فحم كوك مسامي وعالي الكربون.

توفر هذه المادة المتينة والكثيفة الطاقة (التي تحتوي على 90-93٪ كربون) كلاً من النفاذية والطاقة الحرارية المطلوبة لاختزال الخام. والجدير بالذكر أن العديد من العمليات تستكمل الآن فحم الكوك بالغاز الطبيعي لتقليل انبعاثات الكربون - وهي خطوة مهمة نحو الاستدامة البيئية.

تكنولوجيا الفرن القوسي الكهربائي (EAF) التي تم تطويرها في أواخر القرن التاسع عشر، تسيطر الآن على إنتاج الصلب في الولايات المتحدة، حيث تمثل أكثر من 70٪ من الإنتاج. على عكس الأفران العالية، تقوم الأفران القوسية الكهربائية بصهر خردة الفولاذ والحديد المختزل المباشر و/أو الحديد الزهر باستخدام الأقواس الكهربائية بدلاً من الاحتراق.

توفر تكنولوجيا EAF فوائد بيئية فائقة من خلال استخدام المواد المعاد تدويرها في المقام الأول، مما يقلل الاعتماد على خام الحديد البكر. تحقق العملية كفاءة طاقة أعلى وتتيح سهولة التحكم في الانبعاثات مقارنة بالطرق التقليدية.

يقع مستقبل صناعة الصلب في الابتكار المستدام. تشمل التطورات الرئيسية ما يلي:

• التقنيات المتقدمة الموفرة للطاقة مثل أنظمة EAF المحسنة والاحتراق الغني بالأكسجين
• طرق الإنتاج الرائدة مثل تعدين الهيدروجين والكتلة الحيوية
• التصنيع الذكي الذي يدمج الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء وتحليلات البيانات الضخمة

تتضمن صناعة الحديد في الفرن العالي ست مراحل دقيقة:

1. الشحن: التحميل الدقيق لخام الحديد وفحم الكوك والحجر الجيري
2. الاحتراق: حقن الهواء الساخن يشعل فحم الكوك، مما يولد الحرارة ويقلل الغازات
3. الاختزال: تحولات كيميائية معقدة تحول أكاسيد الحديد إلى حديد معدني
4. الانصهار: يتجمع الحديد السائل في قاعدة الفرن
5. تكوين الخبث: تتحد الشوائب مع التدفق لتكوين خبث قابل للإزالة
6. الاستخلاص: الإزالة الدورية للحديد المصهور والخبث

تتضمن عمليات الفرن القوسي الكهربائي أربع مراحل رئيسية:

1. الشحن: تحميل خردة المعادن والمواد الخام الأخرى
2. الانصهار: أقواس الجهد العالي تسييل الشحنة
3. التكرير: تعديلات كيميائية وإزالة الشوائب
4. الاستخلاص: نقل الفولاذ المصهور للصب

بصفتها قطاعًا صناعيًا حيويًا يواجه تحديات بيئية كبيرة، يجب على صناعة الصلب تسريع انتقالها إلى الإنتاج المستدام. من خلال الابتكار التكنولوجي وتحسين العمليات، يمكن لصانعي الصلب تقليل التأثير البيئي مع الحفاظ على الإنتاجية - مما يضمن بقاء المادة حجر الزاوية في البنية التحتية الحديثة مع الوفاء بالتزامات المناخ.