Masugnen: en energislukare

av Gunnar Lundqvist&Klas-Göran Eriksson Forum 1979-19, sida 12-13, 05.12.1979

Taggar: Teman: masugnen

Masugnen en energislukare

Järn- och stålframställning utgående från malm är en mycket energikrävande process. Masugnen har använts för framställning av tackjärn under flera hundra år. Det primära har varit att få fram järn — energikonsumtionen har blivit viktig först under de senaste decennierna. Vid Ovako Oy Ab:s masugn i Koverhar på Hangöudd har man från början av 70-talet systematiskt satsat på energibesparing. Idag har Koverhar en av Europas mest energisnål masugnar.

=» Med begreppet integrerat stålverk avses ett verk som utgår från malm och stenkol, av vilket koks framställs i egna koksverk, och vars slutprodukt är varmvalsade produkter. I Finland finns inget verk som uppfyller dessa kriterier — vi köper koksen utifrån.

Den lägsta energiförbrukningen uppvisar idag Japan med 23,9 GJ/ton varmvalsat stål (Nippon Steel Corporation 1978). Koverhars årsmedelvärde är 20,6 GJ/ton billets, men koksverk och varmvalsning saknas som kräver 2—3 GJ/ton i bästa fall. .

Ett av de bästa verken i Nordamerika ligger på 29 GJ/ton varmvalsat stål.

Masugnens andel av den totala energiförbrukningen i ett integrerat stålverk är ca 70 procent, och idag är energikostnadernas andel av de totala produktionskostnaderna för stål ca 50 procent. Energiekonomin är således av mycket stor betydelse för hela lönsamheten, och speciellt masugnsavsnittet är viktigt.

Energiförbrukningen i masugnen Masugnen förbrukar metallurgisk koks, som framställs av koksande kol, vilket det nu börjar råda brist på i världen, samt tung brännolja. Idag används närmare 300 megaton bränsle per år i världens masugnar. Koverhar-masugnen producerar 1500 ton järn per dygn, och behöver för detta 600 ton koks och 85 ton tung brännolja per dygn. De största masugnarna i världen producerar idag 6—7 gånger mera än Koverhar. Största delen av energin går åt till reduktionsreaktioner och inte till smältning, som man kanske skulle tro. Bränsleförbrukningen är i medelta 1 i Västeuropa för tillfället ca 500 kg/ ton råjärn; i Sverige 510 kg/t, medan Japan, som leder världsstatistiken, ligger på nivån 470 kg/t under ett år. Medeltalet för Finlands tre masugnar är något lägre. Det bästa resultat som uppnåtts i världen under en månad med enbart malmbeskrivning är 481 kg/t i Japan, men ett årsmedelvärde avspeglar bättre stabiliteten och kontrollen i processen, och används därför vid jämförelse.

Olja började användas i slutet av 1950-talet för att ersätta en del av koksen. Tekniskt är det möjligt att ersätta ca 20 procent av koksen med olja, vilket motsvarar 100 kg/ton, men idag är de ekonomiska betingelserna olika i olika länder. Utbytesförhållandet olja/koks varierar mellan 1,0 och 1,3 beroende på oljemängden.

Processens utveckling

Efter 1971, då stålverket togs i drift, har järn med, samma kiselhalt framställts, varför energiförbrukningsvärdena är helt jämförbara med dagens värden. Från början av 1970talet har man systematiskt satsat på energibesparande processutveckling, men även i investeringsverksamheten har energiekonomin beaktats.

Åren 1973—74 ombyggdes masugnens luftförvärmare, vilket gav en höjning av lufttemperaturen från 950 till 1100? C. Ären 1975—76 utbyggdes kraftverket för att helt kunna ta hand om den gas som lämnar masugnen och därav generera elenergi. Masugnsgasen är ett svagt bränsle — den innehåller ca 23 volymprocent CO och 3 volymprocent H2: — men med specialutrustning kraftverkets ångpanna går den bra att bränna. > År 1973 ingicks ett treårigt knowhow-avtal med världens största stålbolag, Nippon Steel Corporation i Japan. Genom att tillämpa den japanska tekniken tillsammans med egen modern teknik i ett gott samarbete mellan drifts- och utvecklingspersonal har mycket låg energiförbrukning och hög produktivitet uppnåtts.

Lägre förbrukning

Masugnens förbrukning av koks och tung brännolja har kontinuerligt kunnat sänkas sedan 1972 (se tabell och ritning), förutom 1974, då luftvärmningsanläggningen byggdes om, samt 1977, då man på grund av låg Koverhars masug nyrnnung

FORUM 19/7 2 äg

Bränsletörbrukning S (koks + olja a [a konjunktur och stora kokslager var tvungen att avvika från det optimala förhållandet mellan koks och olja. Bränsleförbrukningen, som 1972 låg på 487 kg/t råjärn, har gått ned till 465 kg/t 1978, och till -457 kg/t de tio första månaderna 1979. Samtidigt har masugnens produktivitet stigit med ca 10 procent sedan 1973, som liksom 1979 var ett högkonjunkturår med full produktionstakt. :Inbesparingen i koks och olja jämfört med 1972 utgör med nuvarande produktionstakt ca 16 000 ton per år, vilket med dagens energipris medför en sänkning av kostnaderna med 8 Mmk per år. Den låga bränsleförbrukningen i jämförelse med ett normalt svenskt verk betyder en kostnadsfördel om 27 mk/t eller med Koverhars produktion 13,5 Mmk/år.

Masugnen producerar. stora mängder sekundärenergi i form av masugnsgas, vars brännbara komponenter är kolmonoxid (CO) och vätgas (H2). Efter utvidgningen av kraftverket 1976 kan masugnsgasen utnyttjas till så gott som 100 procent. Kraftverket genererar 11 MW elenergi och utnyttjar enbart masugnsgas till detta. Den genererade elmängden täcker idag Koverhars elbehov.

Ett verk av Koverhars storlek kräver stora mängder energi för uppvärmning. Vid kylning av masugnen med konventionell vattenkylning går stora mängder energi förlorad. I början av 1970-talet tog Koverhar i bruk ett sk förångningskylsystem, där den värme som kylsystemet upptar bortförs ur detsamma genom förångning. Den alstrade lågvärdiga ångan används för uppvärmning av vatten i verkets fjärrvärmenät. Utnyttjandet av denna ånga motsvarar under ett normalt år energimängden i 1000 ton olja.

72 73 74 75 78 TT 78 79 Utvecklingen av masugriens bränsletörbrukning sedan 1972. “) Prognos baserad på 10,5 månader.

FORUM 19/79

Know-how-export

Den systematiska satsningen på energibesparande åtgärder har burit frukt, och de uppnådda resultaten är av högsta internationella klass. Trots att Koverhar internationellt sett är ett litet verk, har den låga bränsleförbrukningen vunnit stor erkänsla bland fackmän runt om ‘:i världen. Bolagets resultat har blivit kända genom ’ett aktivt deltagande i internationella: masugnssyinposier och via artiklar i facktidskrifter, som täcker stora delar av världen. Koverhar har idag slutit avtal med utländska bolag om försäljning av den know-how man besitter om masugnsprocessen. Detta visar att en målmedveten och djärv satsning på att utveckla den egna processen kan öppna oväntade möjligheter till intäkter via know-how-försäljning.

Intresset för att spara energi inom stålindustrin i sådana länder som av tradition haft riklig tillgång på billig energi i kolform, såsom Nordamerika, har markant stigit de senaste åren, De nordamerikanska stålverken framstår också som stora potentiella kunder för Koverhar.

Framtida möjligheter

Idag satsar bolaget främst p Ö bättre processtyrning med hjälp av dato Ö att utreda möjligheterna att använda alternativa bränsle € tillvaratagande av spillvärme

Genom att övervaka processen noggrannare kan man erhålla en jämnare och energisnålare masugnsdrift. För tillfället håller man på att utveckla ett datorsystem för processövervakning. Detta system skall hjälpa driftspersonalen att fatta beslut som förbättrar produktionen och råjärnsanalysen, och framför allt sänker bränsleförbrukningen. Processövervakningssystemet förväntas g stora årliga inbesparingar, och möjligheterna till försäljning av systemet i utlandet förefaller på basen av gjord marknadsundersökning vara mycket goda.

Förutom hotet med stigande energipriser finns också hotet att tillgången på fossila bränslen och koksande kol i framtiden blir begränsade. Därför har Koverhar inlett ett långsiktigt utvecklingsarbete, vars: målsättning är att utreda möjligheterna att använda alternativa bränslen. För tillfället utförs två diplomarbeten på området. Ersättandet av oljan med stenkolspulver är det alternativ som är mest relevant i dagens läge, men också möjligheter att på sikt använda inhemska bränslen kommer att utredas.

En ansenlig del av energin som tillförs processen idag går förlorad via rökgaser och kylning av olika processteg. Tillvaratagandet av spillvärme kräver kapitaltunga investeringar, och användningsobjekt för den lågvärdiga energin är svåra att finna på verket. Det mest konkreta objektet för tillfället är tillvaratagande av den lågvärdiga ångan som uppstår vid kylning av avgaserna från stålfärskningsprocessen. Användningsområden för denna spillvärme finns också på verket. Värme som går förlorad via rökgasen och kan utnyttjas tex för fjärrvärmeändamål motsvarar under ett år energiinnehållet i 20000 ton brännolja. Finns det någon initiativrik person, som är beredd att satsa på denna fjärrvärme för odling av grönsaker i växthus? Arrendemark finns i närheten av verket…

Tillvaratagandet av spillvärme är normalt kapitalkrävande investeringar. Statsmakten bör i ännu högre grad än nu bistå vid finansieringen av investeringar, som direkt kan minska importen av energi.

Gunnar Lundqvist och Klas-Göran Eriksson CO

Bränsleförbrukningen vid råjärnsproduktio —

Ar |Råljärnsproduktlon Olja ton ton/a 1972 321 278 14 800 1973 449 104 27 800 1974 429 747 17 600 1975 402 931 21 400 1978 398 336 17 900. 1977 374 829 4500 1978 421 569 23 60 1979”) 500 000: 28-000 ::

Bränste Koks förbrukning (koks + olja) kg/t kg/t 46 141 700 441 487 62 188 200 419 481 ”n 194 200 452 493 53 168 000 17 470 45 168 100 422 467 12 177 300 473 485 56 172 400 409 485 56 3. 200500 401 fö > 45 +) Prognos baserad på 10,5 månader.

13