تحسين الكُوّارّات في أفران القوس الكهربائي
يُعدّ إدارة الكُوّارّات أحد العوامل الأكثر تأثيرًا والأقل تقديرًا في صناعة الفولاذ بأفران القوس الكهربائي. فتركيب وسلوك طبقة الخبث يؤثران بشكل مباشر على استهلاك الطاقة وتآكل البطانات المقاومة للحرارة والعائد المعدني وإزالة الفسفور والجودة الشاملة للفولاذ المنتج. يمكن أن يؤدي تحسين إضافات الكُوّارّات — التي تتكون أساسًا من الجير (CaO) والدولوميت (MgO) ومصادر السيليكا مثل الرمل الكوارتزي — إلى تقليص وقت الصب من فرن لفرن بنسبة 5 إلى 10 بالمائة، وخفض استهلاك الطاقة الكهربائية بمقدار 30 إلى 50 كيلوواط ساعة لكل طن، وإطالة عمر البطانات المقاومة للحرارة بشكل ملحوظ. تتحول هذه التحسينات مباشرةً إلى انخفاض في تكاليف التشغيل وارتفاع في إنتاجية الفرن.
المعلمة الأساسية في إدارة خبث فرن القوس الكهربائي هي نسبة القاعدية، والتي تُعبَّر عنها عادةً كنسبة وزنية بين CaO وSiO2، أو بشكل أدق على أنها (CaO + MgO) مقسومًا على (SiO2 + Al2O3). تتراوح القاعدية المستهدفة عادةً بين 2.0 و3.5 لمعظم إنتاج الصلب الكربوني، مما يوفر التوازن المناسب بين توزيع الفسفور (الذي يُفضّل قاعدية أعلى) وسيلان الخبث (الذي يضعف عند قاعدية مرتفعة جدًا) واستقرار الخبث الرغوي. تؤدي القاعدية المنخفضة جدًا إلى هجوم شديد للخبث على بطانة الفرن المقاومة للحرارة والمبنية على أساس المغنيسيا، بالإضافة إلى ضعف إزالة الفسفور، بينما تُنشئ القاعدية المرتفعة بشكل مفرط خبثًا كثيفًا وبطيئ الحركة يعيق نقل الحرارة ويزيد استهلاك الطاقة. يتطلب الحفاظ على القاعدية المستهدفة تنسيقًا دقيقًا بين معدل إضافة الكُوّارّات ومدخلات السيليكا من الخردة أو الحديد المُختزل المباشر أو حديد الغرزيل.
تُعدّ ممارسة الخبث الرغوي التقنية الأكثر تأثيرًا في تحسين كفاءة طاقة فرن القوس الكهربائي. من خلال حقن الكربون (عادةً على شكل مُكربِن أو كربون حقن) والأكسجين في الخبث، يُنتج رغوة تحيط بالأقواس الكهربائية وتحميها من خسائر الإشعاع باتجاه جدران الفرن وسقفه. يمكن للخبث الرغوي المُطوَّر جيدًا أن يُقلّل استهلاك الطاقة الكهربائية بنسبة 15 إلى 25 بالمائة ويُقلّل بشكل كبير من استهلاك الأقطاب. يكمن مفتاح استقرار الرغوة في الحفاظ على اللزوجة المناسبة للخبث — والتي تعتمد على القاعدية ودرجة الحرارة ووجود الجسيمات الصلبة العالقة — وعلى إمداد ثابت لغاز CO الناتج من تفاعل الكربون مع الأكسجين. يمكن استخدام منتجات الخبث المُصفَّى كمُهيّئ مسبق لإنشاء تركيب كيميائي صحيح للخبث في مراحل مبكرة من التسخين.
يعتمد تحسين الكُوّارّات الفعّال أيضًا على المعرفة الدقيقة بتركيب المواد الخام الواردة. فالتلوث الموجود في الخردة من التراب والصدأ والخرسانة يُدخل كميات متغيرة من SiO2 وAl2O3 تُغيّر توازن القاعدية. تستخدم العديد من عمليات فرن القوس الكهربائي الحديثة تحليل الخبث في الوقت الفعلي وأنظمة تغذية الكُوّارّات الآلية لضبط الإضافات بشكل مستمر طوال فترة التسخين. أما بالنسبة للعمليات التي لا تملك مثل هذه الأنظمة، فإن الطريقة العملية تتمثل في تطوير وصفة كُوّارّات قوية بناءً على خلطات الخردة النموذجية وتعديلها وفقًا لنتائج تحليل عينات الخبث بانتظام. إن الاستثمار في تحكم أفضل بالكُوّارّات يُعوِّض تكاليفه باستمرار من خلال انخفاض فواتير الطاقة وتقليل استهلاك البطانات المقاومة للحرارة وتحسين أداء صناعة الفولاذ بشكل أكثر قابلية للتنبؤ.
