EN
Neden Entegre Çelik Fabrikaları Sahada Güveniyor? Hava ayırma üniteleri
Operasyonel Talep Sürücüleri: Yüksek Hacimli, Yüksek Saflıkta Oksijen, Azot ve Argon Gereksinimleri
Çelik fabrikaları, çok sıkı saflık standartlarını karşılaması gereken büyük miktarlarda endüstriyel gaza ihtiyaç duyar. Örneğin büyük bir yüksek fırın saatte 300 tonun üzerinde oksijen tüketebilir. Temel Oksijen Fırını (BOF) yöntemi, iyi yanma sonuçları elde etmek ve cürufu doğru şekilde yönetmek için en az %99,5 saflıkta oksijen gerektirir. Sürekli döküm işlemlerinde ise azotla temizleme süreçlerinde saflığı %99,999’un üzerinde olan argon gazı kullanılır. Bu, çelik levhalarda istenmeyen oksidasyon kusurlarının oluşmasını önler. Bu devasa hacim gereksinimleri ve titiz teknik spesifikasyonlar göz önüne alındığında, tüm bu gazı toplu olarak teslim etmek pratikte mümkün değildir. Bu nedenle çoğu tesis, gaz üretimini kendi sahasında gerçekleştirir. hava ayırma üniteleri (ASU'lar). Bu sistemler, fabrika operatörlerine ürettiği gaz miktarını, basınç seviyesini ve en önemlisi saflığını anında kontrol etme imkânı sağlar. Bu tür esneklik, üretim hattının günlük olarak sunduğu her türlü gereksinime tam olarak uyum sağlamalarını sağlar.
Kriyojenik ASU’ların Toplu Gaz Teslimatına Karşı Ekonomik ve Güvenilirlik Avantajları
Kriyojenik hava ayırma üniteleri, gazları dış tedarikçilerden temin etmeye kıyasla ciddi uzun vadeli avantajlar sunar. Şirketler gazları sahada ürettiğinde, kriyojenik malzemelerin taşınmasıyla ilgili tüm ek maliyetleri ortadan kaldırırlar; ayrıca özel taşıma veya depolama tesislerine artık ihtiyaç duyulmaz. Gerçekten de kimse işletmelerinin tedarik zinciri sorunları nedeniyle rehine alınmasını istemez. Günlük olarak 2.000 ton’dan fazla oksijene ihtiyaç duyan tesisler genellikle kriyojenik bir HAU’ya yatırım yapmanın büyük ölçüde kazançlı olduğunu görür. Çalışmalar, bu tesislerin toplu teslimatlara bağımlı olmak yerine on yıl içinde gaz giderlerinde %40 ila %60 oranında tasarruf sağlayabileceğini göstermektedir. Bazı yeni sistemler, kompresyon süreçleri sırasında ısı geri kazanımı gibi yöntemlerle enerjiyi geri kazanarak toplam enerji tüketimini yaklaşık %15 oranında azaltmaktadır. Ancak aslında en çok önemsenmesi gereken şey, gazın ihtiyaç duyulduğu yere güvenilir bir şekilde sağlanabilmesidir. Bu şekilde entegre edilen tesisler, duruş süresi başına milyonlarca dolar maliyet doğuran felaket boyutundaki yüksek fırın duruşlarını önler.
Hava Ayrıştırma Ünitelerinin Çelik Üretimindeki Temel Uygulamaları
Yüksek Fırın Oksijen Zenginleştirme: Verimliliği Artırmak ve Kömür Tüketimini Azaltmak
Günümüzün yüksek fırınları genellikle yaklaşık %25–30 oksijen konsantrasyonuna sahip zenginleştirilmiş hava ile çalıştırılır; bu da fırının içinde yanma miktarını önemli ölçüde artırır. Sonuç nedir? Sıvı demir üretimi %15–25 oranında artar; ancak aynı zamanda üretilen her ton için yaklaşık 200–300 kilogram daha az kok kömürü gereklidir. Bu durum, fırının işletim maliyetlerini düşürür ve üretilen her ton demir başına karbon dioksit emisyonlarını azaltır. Şirketler, bu oksijen zenginleştirme sürecini daha iyi kontrol edebilmek için tesislerine özel hava ayırma üniteleri kurduğunda, bu sistemler sıcaklık dalgalanmalarından kaynaklanan sorunlara neden olmaksızın, 2200 °C’nin üzerindeki yoğun alevleri sabit tutar. Daha iyi sıcaklık kontrolü, cürufun daha akışkan olmasını ve fırın astarı malzemelerindeki aşınmayı azaltır. Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü gibi kuruluşlardan endüstri uzmanları, bu avantajları operasyonel yönergelerinde belirtmiş ve bu nedenle birçok çelik üreticisinin bu geçişe yönelmesinin ardındaki temeli ortaya koymuştur.
Temel Oksijen Fırını (BOF) Oksijen Üflemesi: %99,5 Saflıkta Hassas Kontrol
BOF çelik üretimi süreci, tutarlı ve etkili karbon giderme sonuçları elde etmek için genellikle %99,5’in üzerinde çok saf oksijen gerektirir. Az miktarda azot veya nem gibi safsızlıklar, beklenmedik oksidasyon reaksiyonlarına neden olabilir; bu da aslında verimi düşürür ve yüzey kalitesini olumsuz etkiler. Kriyojenik hava ayırma üniteleri, özel olarak tasarlanmış üfleme uçları aracılığıyla yaklaşık 12 ila 15 bar basınçta bu yüksek saflıktaki oksijeni sağlar. Bu uçlar, operatörlerin üfleme desenini ve konumlandırmayı çok daha yüksek doğrulukla kontrol etmelerine olanak tanır. Geliştirilmiş hassasiyet, daha düşük saflıkta oksijen kullanımıyla karşılaştırıldığında kazara demir oksidasyon kayıplarını yaklaşık %3 ila %5 oranında azaltır. Bu durum, özellikle otomotiv bileşenleri ve boru hatları malzemeleri gibi uygulamalarda, kimyasal özellikler açısından sıkı gereksinimler karşılayan çeliklerin üretiminde büyük önem taşır; çünkü bu tür uygulamalarda tutarlılık mutlak derecede kritiktir.
Sürekli Döküm ve İkincil Metalurji İçin Argon: Ultra-Yüksek Saflıkta (%%99,999) Gaz ile İçerik Kontrolü
Kasnak metalurjisi ve sürekli döküm işlemlerinde, %99,999’un üzerinde ultra yüksek saflıkta argon gazı kesinlikle vazgeçilmezdir. Bu gazın ergimiş çelik içine enjekte edilmesi, istenmeyen hidrojen ve azot içeriklerinin giderilmesine yardımcı olur. Aynı zamanda, alümina ve silikatlar gibi rahatsız edici metal olmayan inklüzyonları yukarı doğru iter ve bunlar şlag tabakasında tutulur. Rakamlar da önemlidir. Toplam safsızlıkların 10 ppm (milyonda parça) altında tutulması büyük fark yaratır. Hatta çok küçük miktarlardaki azot bile paslanmaz çeliklerde ve elektriksel sınıf çeliklerde yüzey altı kabarcıklarına neden olabilir. Hava ayırma ünitelerinden sağlanan argona geçen fabrikalar önemli iyileşmeler görür. Bazı tesisler, bitmiş kalıp ve bloklarındaki inklüzyon kaynaklı redleri %40’tan fazla azalttıklarını bildirmektedir. Bu sonuçlar, Uluslararası Demir ve Çelik Enstitüsü’nün 2023 yılında yaptığı son kalite kıyaslaması çalışmasında elde edilen bulgularla örtüşmektedir.
Çelik Tesislerinde Hava Ayrıştırma Üniteleri için Enerji Verimliliği ve Sistem Entegrasyonu Zorlukları
Ana Enerji Kayıpları Kaynakları: Ana Hava Kompresörünün Ekserji Yok oluşu ve Isı Geri Kazanım Olanakları
Hava ayırma üniteleri (genellikle ASU olarak adlandırılır), çelik tesislerine entegre edildiklerinde enerji verimliliği sorunlarıyla mücadele eder. Sorunun büyük bir kısmı, bu sistemlerin temel düzeyde nasıl çalıştığına dayanır; belirli bileşenler, kaçınılmaz termodinamik kayıplar nedeniyle verim kaybeder. Örneğin ana hava kompresörü, bir ASU’nun tükettiği toplam elektriğin yaklaşık %40’ını harcar. Daha yakından bakıldığında, bu israf edilen enerjinin büyük bölümü, değerli enerjinin ısı olarak kaybolduğu sıkıştırma sürecinden kaynaklanır. Ardından gerçekleşen süreç de oldukça israfkârdır: Sistem, 150 ila 300 °C arasında yüksek sıcaklıklı atık ısı üretir; ancak çoğu tesis bu ısıyı yararlı bir şekilde kullanmak yerine atmosfere salıverir. Bazı akıllı şirketler artık bu atık ısıdan faydalanmak için organik Rankine çevrimleri gibi ısı geri kazanım çözümleri veya düşük basınçlı buhar üretimi sistemleri kurmaya başlamıştır. Bu yaklaşımlar, tüm tesiste kaybolan termal enerjinin yaklaşık üçte ikisini geri kazanmayı mümkün kılar. Bu yalnızca oksijen üretimini yaklaşık %20 daha az enerji yoğunluğuna düşürür, aynı zamanda soğutma suyu gereksinimini önemli ölçüde azaltır. Ancak bu sistemlerin doğru şekilde çalışmasını sağlamak hâlâ zordur. Kontrol sistemleri, ASU’nun demir-çelik üretim sürecindeki değişen taleplere göre çıkışını ayarlayabilmesi için dikkatli bir koordinasyon gerektirir. Özellikle yüksek fırınların kampanya değiştirmesi veya döküm makinelerinin değiştirilmesi gibi kritik dönemlerde, basınçta bile küçük dalgalanmalar tüm üretim süreçlerini bozabilir.
SSS
Çelikhaneler neden son derece yüksek saflıkta gazlara ihtiyaç duyar?
Çelikhaneler, üretimde hassasiyet ve kalite kontrolü için yüksek saflıkta gazlara ihtiyaç duyar. Yüksek saflıkta oksijen, azot ve argon, optimum yanmayı sağlamak, etkili cüruf yönetimini gerçekleştirmek ve çelik levhalarda oksidasyon kusurlarını önlemek için kullanılır.
Kriyojenik ASU’lar toptan gaz teslimatına kıyasla hangi avantajları sunar?
Kriyojenik ASU’lar güvenilirlik ve maliyet verimliliği sağlar. Tesisler, taşıma ve depolama giderlerinde tasarruf eder ve tedarik zinciri kesintilerini önler. Ayrıca ASU’lar enerji tasarrufu sağlar ve sürekli yüksek saflıkta gazlar sağlar.
Argon sürekli döküm işlemlerini nasıl iyileştirir?
Son derece yüksek saflıkta argon, sıvı çelikteki safsızlıkları ve metal olmayan inklüzyonları azaltır, bu inklüzyonları cüruf tabakasına iter ve çelik kalitesinin korunmasına yardımcı olur. Bu durum red oranı düşürür ve üretim tutarlılığını artırır.
ASU’lar hangi enerji verimliliği zorluklarıyla karşılaşıyor?
Hava ayırma üniteleri termodinamik kayıplar nedeniyle, özellikle ana hava kompresöründe yüz enerji verimliliği zorluklarıyla karşı karşıyadır. Enerji israfını azaltmak ve tesisin genel verimliliğini artırmak için ısı geri kazanım çözümleri kullanılmaktadır.