آجر نسوز منیزیا-کربنی بازیافتی مورد استفاده در پاتیل های فولادی به صورت موفقیت­ آمیز

آجر نسوز منیزیا-کربنی به عنوان یکی از فرآورده های منیزیائی در زمینه دیرگدازهای قلیائی قرار دارد که در کوره های با درجه حرارت بالا؛ در بازه ۱۴۵۰ تا ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد و محیط های قلیائی تا خنثی مورد استفاده قرار می گیرد. احیا تدریجی انتشار CO2 به یک هدف اساسی برای بخش صنعتی، از جمله تامین کنندگان مواد نسوز تبدیل شده است، که به موجب آن اصطلاح اقتصاد دایره ای توجه روزافزونی را به خود جلب می کند. هدف اقتصاد دایره ای چرخه عمر محصولات بدون ضایعات و در نتیجه حفظ منابع طبیعی است. این تفسیر در زمینه تولید آجر نسوز منیزیا-کربنی، این به معنای استفاده مجدد گسترده از مواد نسوز است که قبلاً در حال بهره برداری بوده اند. در این راستا، چالش عمده ای که توسعه محصول با آن مواجه است، طراحی یک آجر نسوز منیزیا-کربنی با خواص شیمیایی و فیزیکی کافی است که عمدتاً از مواد خام ثانویه تشکیل شده است. علاوه بر این، بسیار مهم است که سطوح عملکرد مورد نیاز در مناطق پر سایش تحت تأثیر افزایش سهم مواد بازیافتی قرار نگیرد. برای RHI Magnesita، ایجاد یک اقتصاد دایره‌ای برای محصولات دیرگداز مستلزم درک عمیق ویژگی‌های محصول، استفاده از فناوری‌های موجود در کارخانه‌های تولید، و شروع منابع کارآمد و اقتصادی مواد خام ثانویه است. این مقاله رویکرد RHI Magnesita را برای توسعه و پیش برد مفهوم اقتصاد دایره‌ای مبتنی بر اجرای موفقیت‌آمیز یک آجر نسوز منیزیا-کربنی ، که عمدتاً از مواد خام ثانویه تشکیل شده است، ارائه می‌کند. این آجر نسوز منیزیا-کربنی تازه ساخته شده CARBON C TB277-EU نام دارد، حاوی 87 درصد وزنی مواد بازیافتی مبتنی بر منیزیا است و قبلاً با موفقیت در منطقه سرباره پاتیل­ها در کارخانه فولاد آلمان اجرا شده است.

مقدمه

اصطلاح اقتصاد دایره ای اغلب در بحث های مربوط به پایداری استفاده می شود که به موجب آن بیشتر به عنوان یک رویکرد صرفه جویی در منابع برای مواد خام درک می شود. این مفهوم مبتنی بر ایده بستن حلقه های مواد با استفاده مجدد از مواد مصرف شده در تولید کالاهای جدید است. از این رو، اقتصاد دایره ای بر دستیابی به بهره وری بیشتر منابع متمرکز است که در نتیجه امنیت تامین مواد خام را افزایش می دهد. مزایای اضافی اقتصاد دایره ای کاهش دفن ضایعات و جایگزینی مواد خام بومی است که هر دو تاثیر مثبتی بر مسائل زیست محیطی و کاهش هزینه دارند. با این حال، پیچیدگی یک مفهوم اقتصاد دایره‌ای با اجرای آن آشکار می‌شود، که از قبل در طول فرآیند منبع‌یابی مواد شروع شده است. کیفیت مواد خام ثانویه اغلب نامشخص هستند اما برای کیفیت محصول نهایی تعیین کننده هستند. بنابراین، بررسی دقیق خواص شیمیایی و فیزیکی مورد نیاز است، به ویژه از آنجایی که باید سطوح عملکرد خاصی را به دست آورد. در نظر گرفتن انتخاب گسترده منابع و تامین کنندگان مواد ثانویه موجود، فرآیند منبع یابی را به

فرآیندی پرسنل فشرده و زمان بر تبدیل می کند. چالش عمده دیگر در توسعه مدیریت زنجیره تامین کارآمد نهفته است، که شامل جنبه های قانونی اضافی در مورد حمل و نقل ضایعات از طریق مرزها و درمان ضایعات است که باید در نظر گرفته شود.

اجرای بازیافت آجر نسوز منیزیا-کربنی

در منطقه سرباره پاتیل معرفی مواد خام ثانویه چالش های جدیدی را در فرآیند توسعه محصول به همراه دارد. محدود کردن تاثیر مواد بازیافتی بر خواص شیمیایی و فیزیکی چالشی است که نیازمند دانش عمیق در توسعه مواد دیرگداز است. به منظور تحقق یک سطح عملکرد معین، باید رویکرد جدیدی برای مقابله با این اثرات پیدا می‌شد. این در مطالعه موردی زیر که در یکی از مشتریان آلمانی ما انجام شده است مورد بحث قرار گرفته است. این گزارش نتایج عملکرد و یافته‌های یک بررسی کانی‌شناسی پس از از بین رفتن آجر نسوز منیزیا-کربنی بازیافتی نصب شده در ناحیه سرباره پاتیل را ارائه می‌کند. مفهوم اولیه آستر پاتیل در شکل 1 نشان داده شده است. در پایین و دیواره جانبی، یک محلول پوشش یکپارچه همراه با یک منطقه سرباره آجری منیزیا-کربنی نصب شده است. قبل از آزمایش ماده نیمسوز حاوی مواد بالای بالا، یک مارک استاندارد آجر نسوز منیزیا-کربنی در پوشش سایش ناحیه سرباره پاتیل استفاده شد که معمولاً بعد از 75-77 ذوب تغییر می کرد. با این مفهوم آستر قبلی، افزایش سایش عمدتا در بالای منطقه تصفیه گاز رخ می‌دهد که منجر به ضخامت پوشش سایش باقی‌مانده کمتر از 40 میلی‌متر می‌شود. علاوه بر این، قلوه کن شدن و ترک عمودی در ناحیه سرباره همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ظاهر شد. در نتیجه، این امر در ترکیب با ضخامت کم باقیمانده و حرکت زیاد حمام منجر به جدا شدن آجرها ، به ویژه در منطقه تخلیه شد. در اکتبر 2019، دو منطقه اول سرباره پاتیل با ماده نیمسوز حاوی بازیافت با هدف آزمایشی حذف قلوه سنگ و ترک خوردگی عمودی مورد آزمایش قرار گرفتند. بقیه مفهوم آستر پاتیل بدون تغییر باقی ماند. در هر آزمایش، طول عمر درخواستی بیش از 150 ذوب را می توان به دست آورد (شامل یک تغییر استاندارد خط سرباره در هر پاتیل) و ترک خوردگی عمودی و قلوه کن شدن به طور قابل توجهی کاهش یافت، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. برای تأیید این اولین نتایج مثبت، مشتری با یک آزمایش بعدی با 10 مجموعه منطقه سرباره موافقت کرد که در آن عملکرد آجر حاوی بازیافت می تواند تأیید شود. همانطور که قبلاً در آزمایش اول نشان داده شد، قلوه کن شدن و ترک‌های عمودی می‌توانند به طور قابل توجهی در مقایسه با مفهوم پوشش قبلی ناحیه سرباره کاهش یابد. پاتیل­هایی که از برند جدید استفاده می‌کنند با طول عمر متوسط 156 ذوب در هر دوره کار (2 ناحیه سرباره) به خوبی به اهداف مشتری دست می‌یابند. علاوه بر این، با کاهش قلوه کن شدن و تشکیل ترک، نگهداری گانینگ کاهش یافت (شکل 4).

میانگین مصرف بلند مدت 0.21 کیلوگرم بر تن فولاد بوده است. با این حال، در طول دوره آزمایشی، تنها 0.13 کیلوگرم بر تن فولاد استفاده شد. به طور کلی، این به معنای کاهش 38٪ در استفاده از مواد نسوز و همچنین تعداد قابل توجهی کمتر کاربردهای گانینگ است، در نتیجه هم از دست دادن زمان در تولید و هم نیروی انسانی صرف شده برای تعمیر و نگهداری کاهش می یابد. یک بررسی پس از مرگ در مورد ماده نیمسوز حاوی بازیافت بالا در مرکز فناوری RHI Magnesita در Leoben (اتریش) انجام شد. در این تحقیق، یک محتوای گرافیت به خوبی توزیع شده، که به عنوان محافظت موثر در برابر نفوذ سرباره و خوردگی عمل می کند، پیدا شد. ریزساختار آجر در شکل 5 نشان داده شده است. نواحی خاکستری دانه های منیزیا با اندازه دانه های مختلف هستند، قسمت های خاکستری روشن و تقریباً سفید رنگ نشان دهنده گرافیت هستند و لکه های سیاه ذرات از دست رفته در طول آماده سازی نمونه از نواحی اجزای ریز و دانه ها را نشان می دهند. در حالی که عملکرد کلی آجر نسوز منیزیا-کربنی حتی با محتوای بازیافت 87 درصد وزنی بهبود یافت، تحقیقات مختلف نشان داد که افزودن مواد خام ثانویه بر چگالی ظاهری، هدایت حرارتی و مقاومت در برابر اکسیداسیون تأثیر می‌گذارد. در مقایسه با آجر نسوز منیزیا-کربنی استاندارد، چگالی ظاهری به دلیل سهم بالای مواد بازیافتی آجر نسوز منیزیا-کربنی و محتوای کربن بالا به طور قابل توجهی کمتر بود. در مورد رسانایی حرارتی، دو اثر متقابل منجر به آجر نسوز منیزیا-کربنی کربنی و آجر نسوز منیزیا-کربنی با محتوای بازیافت بالا با سطوح هدایت حرارتی قابل مقایسه در دماهای بالا می‌شود: از یک طرف، افزودن کربن جامد هدایت حرارتی را افزایش می‌دهد، اما از سوی دیگر بازیافت مواد به دلیل تخلخل ذاتی بالاتر در مقایسه با مواد اولیه بومی، آن را کاهش می دهد. در مورد ماده نیمسوز آزمایشی، هدایت حرارتی در محدوده استاندارد مشخصه برای مارک های منطقه سرباره بود (شکل 6). با این حال، دمای پوسته محاسبه شده با ناحیه سرباره “جدید” از 317 درجه سانتیگراد با پوشش سایش منطقه سرباره “اصلی” حاوی کربن کمتر به 336 درجه سانتیگراد افزایش یافت.

آخرین جنبه ای که باید در نظر گرفته شود تأثیر مواد بازیافتی بر مقاومت اکسیداسیون (در خصوص استفاده از آجر نسوز منیزیا-کربنی بازیافتی در این پروژه) است. اول و مهمتر از همه، مارک های حاوی کربن بالا معمولاً نسبت به مارک های حاوی کربن کمتر در معرض اکسیداسیون هستند. بنابراین، محتوای کربن بالا، و همچنین تخلخل بیشتر مواد خام ثانویه، باعث کاهش مقاومت اکسیداسیون آجر با بازیافت بالا می شود. در مواردی که مکانیسم سایش ناشی از سوختن کربن است، باید توجه داشت که سطح عملکرد توسعه جدید ممکن است آسیب ببیند. مزیت اصلی طراحی و اجرای محصولات با بازیافت بالا این است که آنها مستقیماً به کاهش ردپای کربن کمک می کنند زیرا مقدار قابل توجهی انرژی و CO2 از فرآوری نکردن منیزیت صرفه جویی می شود. در مقایسه با یک ماده نیمسوز استاندارد منیزیا کربن متشکل از منیزیت ذوب شده و سوخته مرده، ردپای کربن ماده نیمسوز تجاری حاوی بازیافت بالا حدود 85٪ کمتر است همانطور که در مقایسه زیر نشان داده شده است:

آجر نسوز منیزیا-کربنی استاندارد 3.95 تن CO2/تن آجر

بازیافت بالا حاوی آجر 0.55 تن CO2/تن آجر

کاهش بالقوه 3.40 تن CO2/تن آجر

این معادل بالقوه صرفه جویی CO2 در این مشتری در حدود 2000 تن CO2 در سال است. برای در نظر گرفتن این رقم، همان مقدار CO2 است که با راندن یک خودروی بنزینی متوسط در بزرگراه (انتشار 19 کیلوگرم CO2 در هر 100 کیلومتر برای مصرف 7.4 لیتر) حدود 10.5 میلیون کیلومتر تولید می شود. این فاصله معادل ۲۶۲ بار در سراسر جهان است.

اقتصاد دایره ای-منبع آینده مواد بازیافتی

از آنجایی که تامین مواد خام ثانویه یکی از بزرگترین چالش ها در کل فرآیند اقتصاد دایره ای در صنعت دیرگداز است، تشدید همکاری بین RHI Magnesita و کارخانه های فولاد ضروری است. به دنبال نمونه تولیدکنندگان خودرو، که در آن برچیدن و بازیافت خودرو از قبل در مرحله طراحی در نظر گرفته شده است، یک مفهوم بازیافت نسوز هوشمند برای کوره ها مورد نیاز است. در این راستا، نقطه شروع در مرحله طراحی است که مفهوم پوشش یک سازه متالورژیکی تعریف می شود. در این مرحله، قابلیت بازیافت انواع آجر نصب شده از قبل باید در نظر گرفته شود، به این معنی که همان مبنای مواد اولیه اصلی باید برای کل پوشش نسوز استفاده شود. با در نظر گرفتن مفهوم آستر پاتیل به عنوان مثال، به این معنی است که

در مورد استفاده از محصولات آجر نسوز منیزیا-کربنی برای آستر کاری، بقیه آستر نسوز نیز باید بر اساس مواد اولیه منیزیایی باشد. در نتیجه، انتخاب اصلی آستر کاری نصب شده، منابع اصلی مواد خام مورد استفاده برای آستر دائمی و محصولات بدون شکل در این پاتیل را مشخص می کند. به طور همزمان، یک مفهوم جداسازی و مرتب سازی خاص و جداگانه برای دیرگدازها باید همراه با مشتریان RHI Magnesita راه اندازی شود. در این مرحله، مفهوم توصیف شده از داشتن مواد خام پایه یکسان در یک ظرف اعمال می شود، زیرا مرتب سازی در محل مواد باقی مانده در حین یا پس از شکست بسیار آسان تر می شود و منجر به آلودگی کمتر مواد خام ثانویه حاصل می شود. پس از مرتب سازی، یک روش خاص مشتری برای استفاده بهینه از هر جریان مواد خام ثانویه باید تعریف شود. در این مورد، امکانات از بازیافت با تولید آجرهای نسوز جدید با با ارزش ترین مواد خام ثانویه، تا استفاده از سایر بخش ها در مخلوط های نسوز یا برای تهویه سرباره گسترش می یابد. این گزینه‌ها پیچیدگی کل فرآیند را نشان می‌دهند، که به موجب آن تلاش با سرمایه‌گذاری لازم در واحدهای خرد کردن و الک کردن، و همچنین ایجاد فضای ذخیره‌سازی برای جریان‌های مواد مرتب شده همراه است. با این حال، حتی با وجود فناوری پردازش فعلی، هنوز موادی وجود دارند که کاربرد ندارند و بنابراین هنوز باید دور ریخته شوند. هدف RHI Magnesita این است که با استفاده از پیشرفت‌های بازیافت موجود، این مقدار باقیمانده را که نیاز به دفع دارد، کاهش دهد.

نتیجه

در این مقاله نمونه ای از چگونگی ایجاد مفهوم اقتصاد دایره ای در صنعت نسوز و فولاد ارائه می شود. توسعه یک محصول نسوز (آجر نسوز منیزیا-کربنی بازیافتی) که عمدتاً از مواد خام ثانویه تشکیل شده است، که همچنان انتظارات عملکرد مشتریان را برآورده می کند، معرفی ANCARBON C TB277-EU را به یک داستان موفقیت اقتصادی و زیست محیطی تبدیل می کند. از آنجایی که محصولات بازیافت با ردپای کربن به میزان قابل توجهی در اروپا در دسترس هستند، گام بعدی با بهبود بیشتر زنجیره تامین و تامین مواد خام ثانویه حاصل خواهد شد. چالش اصلی که در این راه باید با آن مقابله کرد، همسویی بین مشتری و تامین کننده نسوز بر روی یک رویکرد اقتصاد دایره ای یکپارچه است. این شامل از یک طرف این است که مفاهیم نسوز باید با نیازهای مشتری تنظیم شود، اما از طرف دیگر شکست، مرتب سازی و استفاده مجدد از مواد نصب شده باید در مرحله طراحی در نظر گرفته شود. این مراحل پیشرو همه به استراتژی RHI Magnesita برای ارائه راه حل های پایدار مشتریان ما کمک می کند.

جهت دسترسی به جدیدترین مقالات در حوزه صنایع فولاد، نفت، گاز و پتروشیمی ما را دنبال کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.