LII. évfolyam 4. szám (175) Kézirat lezárva: 2014. november TARTALOM ISD DUNAFERR MÛSZAKI GAZDASÁGI KÖZLEMÉNYEK A szerkesztőbizottság: Bocz András Bucsi Tamás Cseh Ferenc Gyerák Tamás Kopasz László Kozma Gyula László Ferenc Lontai Attila Lukács Péter PhD Orova István Szepessy Attila Tarány Gábor Felföldiné Kovács Ágnes, Móger Róbert, Cseh Ferenc, Titz Imre, Pintér Győző, Pap Zoltán, Katona József A léghevítők fűtése oxigénnel dúsított égéslevegő segítségével Combustion process in Hot Stove with oxygen enriched combustion air Gönczi Pál, Móger Róbert, Cseh Ferenc, Titz Imre, Pintér Győző A II. sz. nagyolvasztó üzemvitel értékelése az alapanyagok változásának függvényében (2012. szeptember 2013. augusztus) Assessment for the operational parameters of BF2 in line with the modification for burden composition (September 2012 August 2013) Köpöczi János, Fülöp Tamás, Gallai Imre Energetikai változások a Hideghengermű harangkemencés lágyítási technológiájában (II. rész) Energetic Changes in the Bell Furnace Annealing Technology of Dunaferr Cold Rolling Mill (Part 2) 156 161 166 Főszerkesztő: Dr. Szücs László Felelős szerkesztő: Jakab Sándor Olvasószerkesztő: Dr. Szabó Zoltán Katona József, Csekő Tamás, Tönköly László Az ISD Dunaferr Zrt. Hideghengerművében létesített sósav-regeneráló berendezés tüzelésének gazdaságos és környezetkímélő beállítása 171 Economic and Environment Saving Adjustment of Firing of the Hydrochloric Acid Regenerating Equipment Built at the Cold Rolling Mill of ISD Dunaferr Zrt. Kovács József ISD Dunaferr Zrt. és gazdasági társaságainak 2014. I. félévi újítási tevékenysége Innovation Activity of ISD Dunaferr Zrt. and its Business Organizations in the First Half of 2014 176 Technikai szerkesztő: Kővári László Grafikai szerkesztő: Késmárky Péter Rovatvezetők: Felföldiné Kovács Ágnes Hevesiné Kővári Éva Szabó Gyula Szente Tünde Horváth Ákos Egy kis ipartörténelem: Felületbevonó-mű telepítésének koncepciója a Dunai Vasműben 1965-ben A Small Industry History: Implementation concept of a surface coating plant at Dunai Vasmű Ironworks in 1965 Pető Károly Nyomkövető rendszer bevezetése az ISD Dunaferr Szállítóműnél Introduction of a Tracking System at ISD Dunaferr Transport Plant Czinkóczi Sándor A dinamikus szervezeti képességek érvényesülése irányítatlan változások idején Enforcement of dynamic organizational capabilities during undirected changes Sarkadi Károly A hagyományos és a folyamatorientált szervezetek működésének jellemzői Operational Characteristics of Conventional and Process Oriented Organizations 178 181 193 203 Borítófotók: Nagy Zsolt
ISD DUNAFERR MÛSZAKI GAZDASÁGI KÖZLEMÉNYEK Az ISD Dunaferr Dunai Vasmû Zártkörûen Mûködõ Részvénytársaság megbízásából kiadja a Dunaferr Alkotói Alapítány Felelõs kiadó: Lukács Péter PhD, az alapítvány kuratóriumának elnöke Nyomdai elõkészítés: P. Mester Anikó HU ISSN: 1216-9676 A kiadvány elektronikus változatban elérhetõ a http://www.dunaferr.hu/08-media/mgk.html címen Nyomtatás: Extra Média Nyomda Kft. Felelõs vezetõ: Szabó Dániel 2014
Tisztelt Olvasó! A mögöttünk hagyott esztendő bővelkedett jubileumokban, így lapunk továbbra is betölti a tudományos igényű publikációk megjelentetése mellett a szakmakultúra értékeinek megőrzésében vállalt szerepét. Idén ünnepeltük a nyersvasgyártás indulásának, a Siemens-Martin acélgyártás megkezdésének, a Lakatosüzemnek, az Országos Magyar Bányászati és Kohászati Egyesület Vaskohászati Szakosztály Dunaújvárosi szervezete létrehozásának hatvanadik, valamint a hidegen alakított szelvénygyártás ötvenedik évfordulóját. Sorra jelentetjük meg ezen ipartörténeti jelentőségű összefoglalókat, a már korábbi üzemtörténeteket kiegészítve a közelmúlt lényeges változásaival. Lapunk hasábjain helyet biztosítunk korszerű vállalatirányítási, gazdálkodási, logisztikai, kereskedelmi, értékesítési, anyaggazdálkodási, energiagazdálkodási, minőségbiztosítási rendszerek bemutatásának, minden olyan újdonságnak, amely a változó piaci körülményekhez való alkalmazkodást segíti. Rovatvezetőink jelen vannak szakmai tanácskozásokon, konferenciákon, ahol szemezgetnek a legszínvonalasabb, legérdekesebb előadások közül, hogy azok szerzőivel felvéve a kapcsolatot, megjelentessük dolgozataikat. Örömteli hírként kezelhettük a kétkohós üzemvitelre való ráállást, ami néhány egységnél termelési ritmusváltást követelt. Más területeken viszont a minőségi problémák megoldása is középpontba kerülhet. Szívesen számolunk be, néhány minőségi gond revésedés, vagy éppen a szelvényalak problémák ellen folytatott eredményes küzdelemről is. Egy percig nem felejthetjük a piacról élünk és a vevői igényt ki kell elégíteni. Cikkíróink nem csupán a gyárkapun belülről, hanem távolabbi terekből, így az üzleti partnereink szakterületéről is gazdagítják témáinkat, ezáltal is segítve a tapasztalatok kölcsönös átadását. Idén is ott voltunk az OMBKE klubnapján, ahol a Dunaferr Alkotói Alapítvány pályázat nyerteseinek, valamint az ISD Dunaferr Zrt. főtanácsosi és tanácsosi címet elnyerőinek elsők között gratuláljunk, hogy azután érdemeiket és az innovációs pályamunkáikat folyóiratunk olvasói is megismerjék. Időnként sajnálatos kötelezettségeknek is eleget kell tennünk, így adtuk közre a Dunaferr Dunai Vasmű Részvénytársaság elnök-vezérigazgatójának, Horváth István nekrológját, aki 2014. június 1-én távozott el közülünk. Ugyanakkor örömteli követni ifjú mérnökök tudományos pályájának kiteljesedését, s hírül adni egy-egy doktori értekezés műhelymunkáit és annak megvédését. Bízunk abban, hogy lapunk írásai továbbra is forrásként szolgálnak munkája színvonalas elvégzéséhez, s igény szerint él az általunk biztosított publikálási lehetőséggel. A közelgő ünnepek alkalmából kívánunk szeretetteljes karácsonyi ünnepeket és békés, boldog új esztendőt. Erőt, egészséget. Jó szerencsét! Dr. Szücs László főszerkesztő ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 155
Felföldiné Kovács Ágnes, Móger Róbert, Cseh Ferenc, Titz Imre, Pintér Győző, Pap Zoltán, Katona József * A léghevítők fűtése oxigénnel dúsított égéslevegő segítségével A léghevítők fűtése kohógáz és valamely nagy fűtőértékű dúsítógázzal (földgáz, kamragáz) keverékével történik. Annak érdekében, hogy a léghevítőkben felhasznált energiahordozók költségét csökkentsük, újszerű megoldást javaslunk megvalósítani. A léghevítőket tisztán kohógáztüzelésre állítanánk át, melyhez oxigénnel dúsított égéslevegőt vezetnénk. A cikkben a javasolt módosítások hatásait részletezzük. Blast furnaces gas and some high calorific gas (i.e. natural gas, coke oven gas) is combusted in the hot stoves. In order to be reduced the energy cost at hot stoves novel proposal has been submitted. Only blast furnace gas could be combusted in hot stoves with oxygen enriched combustion air. The effect for the suggested proposal is detailed in the paper below. Bevezetés A nagyolvasztói léghevítők biztosítják a nyersvasgyártáshoz szükséges forró (>1000 C) levegőt, kohógáz és kamragáz vagy földgáz keverékének elégetésével. A léghevítőknek fontos szerepe van a nyersvasgyártás energetikai rendszerében, mivel a nagyolvasztóban felhasznált hőmennyiség több mint 10%-át a kohóba befújt forró levegő biztosítja. A léghevítők a legnagyobb energiafelhasználó berendezések közé tartoznak az acélipari vállalatoknál, ezért a tüzelőanyag fajtájának és költségének optimalizálása alapvető fontosságú a nyersvasgyártás önköltsége szempontjából. Léghevítők felépítése, modernizálása A léghevítők regeneratív kialakítású tüzelőberendezések, amelyek a nagyolvasztók forrószél ellátását biztosítják. A felfűtési periódus során a tűzaknában történik meg a kohógáz-kamragáz (kohógáz-földgáz) keverék elégetése. A képződött füstgáz a kupolán keresztüláramolva a tűzálló rácsozatot felmelegíti. A léghevítő felfűtött állapotát a kupolahőmérséklet és a füstgázhőmérséklet együttesen határozza meg. A felfűtést követően a léghevítőt fúvatási periódusba állítják, mely során a turbófúvó felől érkező hideg (100 C) levegőt a felhevített rácsozaton vezetik át. Az így felhevített forrószél (max. 1100 C-os) biztosítja a nagyolvasztók levegőellátását. A léghevítők működési elvét az 1. ábra mutatja. 1. ábra: A léghevítők felfűtési és fúvatási periódusa * Felföldiné Kovács Ágnes energetikai igazgató, ISD Dunaferr Zrt. Energetikai Igazgatóság Dr. Móger Róbert metallurgiafejlesztési főosztályvezető, ISD Dunaferr Zrt. Technológiai Igazgatóság Cseh Ferenc gyárvezető, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Titz Imre gyárvezetőhelyettes, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Pintér Győző metallurgiafejlesztési főmunkatárs, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Pap Zoltán kohó-üzemvezető, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Katona József tüzeléstechnikai osztályvezető, ISD Dunaferr Zrt. Energetikai Igazgatóság 156 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
2. ábra: A Hoogovens keramikus égő metszeti képe és működési vázlata 3. ábra: Az ISD Dunaferr 2013. évi vállalati gázmérlege, valamint főbb termelési mutatói ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 157
A léghevítők egyik legfontosabb része a gáz-levegő keverék előállítására szolgáló keramikus égő. Megfelelő égővel biztosítható a nagy hatásfok és ezzel minimálisra csökkenthető a károsanyag kibocsátás. 1996 és 2008 között mindkét nagyolvasztó léghevítőinek teljes tűzálló falazata átépítésre került. A korábban alkalmazott Didier-típusú égőt a Hoogovens cég által tervezett keramikus égő váltotta fel (2. ábra). 2007-ben megtörtént a léghevítők automatikus tüzelésszabályozásának kiépítése, melynek segítségével biztosítottá vált a léghevítők szigorodó környezetvédelmi előírások szerinti működése. Az elvégzett fejlesztéseknek köszönhetően a léghevítők biztosítani tudják a nagyolvasztók üzemeltetéséhez szükséges forrószél-hőmérsékletet. Mivel a nyersvasgyártás önköltségében a léghevítőkben felhasznált tüzelőanyagok jelentős részarányt képviselnek, így azok felhasználási mértékének optimalizálása elengedhetetlen a nyersvasgyártás gazdaságos működtetéséhez. Természetesen a léghevítőkben felhasználható gázok szoros kapcsolatban vannak a vállalaton belül keletkező és felhasznált gázok arányával, mennyiségével, melynek összefüggéseit a 3. ábra mutatja. Az ábrán feltüntetett gázmennyiségek Nm 3 /h mértékegységben értendők. A léghevítőkben felhasznált tüzelőanyag-típusok optimalizálása Annak érdekében, hogy a léghevítőkben felhasznált gázok költségét csökkentsük többféle lehetőség adódik, melyek a következők: a felhasznált gázok részarányának optimalizálása az elégetés hatásfokának javítása (a léghevítő átépítése) a keletkezett füstgáz hőmérsékletének hasznosítása (füstgáz-hőhasznosítás). A fenti felsorolásból egyértelműen látható, hogy a léghevítők üzemeltetési költségét jelentős beruházás nélkül csak és kizárólag a felhasznált gázok részarányának optimalizálásával lehetséges csökkenteni. Az 1. táblázatban a II. sz. nagyolvasztó léghevítőiben 2013. évben felhasznált gázok egymáshoz viszonyított, GJ-ra vetített költségaránya, fűtőértéke, felhasznált menynyisége és ezek részaránya látható. 1. táblázat: A II.sz. nagyolvasztó léghevítőiben felhasznált tüzelőanyagok fontosabb jellemzői Árarány Fűtőérték (KJ/m 3 ) Felhasznált mennyiségek (GJ) Felhasználási arány (%) Kohógáz 1,0 3.061,0 1.216.546,3 74,5 Kamragáz 14,2 18.099,0 396.948,4 24,3 Földgáz 17,2 34.540,0 19.386,5 1,2 A táblázatból jól látható, hogy a dúsítógázok GJ-ra vetített ára lényegesen magasabb, mint a kohógáz ára, amiből az a következtetés vonható le, hogy minél nagyobb a kohógáz felhasználás mértéke annál kisebb lesz a léghevítők üzemeltetési költsége. A kohógáz fűtőértéke, mint az a fenti táblázatból jól látható egy nagyságrenddel kisebb, mint a dúsítógázok (földgáz, kamragáz) fűtőértéke. Amennyiben a kohógázhoz a fenti dúsítógázokat hozzákeverjük, akkor a kevertgáz fűtőértéke nő. Abban az esetben, ha a léghevítői tüzelőanyag-költségek csökkentése érdekében a dúsítógázokat nem használjuk fel a léghevítőkben, azaz tisztán kohógázzal tüzelünk, akkor a kisebb fűtőértékből adódóan az elméleti lánghőmérséklet csökken. Ez azt eredményezi, hogy a léghevítők kupolahőmérséklete és rácsozata kisebb hőmérsékletű lesz, így a forrószél hőmérséklet csökken, ami növeli a nagyolvasztó fajlagos kokszfelhasználásának mértékét és így a nyersvasgyártás önköltségét. A nagyolvasztóba befújt forrószél hőmérsékletének állandó értéken tartásához tehát az szükséges, hogy a léghevítőkben felhasznált gázok elégetésével bevitt hőmenynyiség és a gázok égése során kialakuló elméleti lánghőmérséklet állandó értékű legyen. Az ISD Dunaferr Zrt. nagyolvasztóinál az előírt kupola hőmérséklet 1250 C, melyet az alábbi eszközök felhasználásával érhetünk el: a kohógáz mellett dúsítógázokat használunk fel (jelenlegi állapot) növeljük a tüzelőanyagok és az égéslevegő hőmérsékletét (füstgáz hőhasznosító berendezés szükséges, amely komoly beruházási költséget jelent) a kohógázt oxigénnel dúsított égéslevegőt felhasználva tüzeljük el. Vizsgálataink szerint az ISD Dunaferr Zrt.-ben a léghevítők tisztán kohógázzal történő tüzelése során a szükséges égéshőmérsékletet jelentősebb beruházás nélkül kizárólag az égéslevegő oxigénnel történő dúsításával is fenn tudjuk tartani. Az nagyolvasztói léghevítők égéslevegőjének oxigénnel történő dúsítása során tehát a léghevítőkben felhasznált kevertgázt teljes egészében kohógázzal váltjuk ki. Az elméleti égéshőmérséklet fenntartásához meghatározott mértékű oxigéngázt keverünk az égéslevegőbe. A léghevítőkbe bevitt hőmennyiség nem fog változni, mivel a kohógáz mennyiségét arányaiban megnöveljük. Mindezen változtatásokkal biztosítható a léghevítők változatlan teljesítménye és így az állandó forrószél hőmérséklet. A léghevítői égéslevegő oxigéndúsítása Mivel a tüzelési periódus alatt a léghevítőkbe bevitt hőmennyiség nem csökkenhet, így a léghevítői dúsítógáz (kamragáz vagy földgáz) elhagyásával, a kieső hőmennyiséget a kohógáz mennyiség növelésével kell kompenzálni. Az elméleti égéshőmérséklet fenntartása érdekében pedig az égéslevegőbe tiszta oxigént kell bekeverni, melynek hatására az égéslevegő mennyisége jelentős mértékben csökken. A 2. táblázatban a kevertgáz+levegő, ill. a kohógáz+levegő+oxigén tüzelés legfontosabb paraméterei láthatók. A kohógáz+levegő+oxigén tüzelésre vonatkozó kalkulációkhoz kiindulási alapként a 2013-ban a II.sz. nagyolvasztó léghevítőiben felhasznált kevertgáztüzelés mért adatai szolgáltak. A táblázatban feltüntetett mennyiségek 2 db léghevítő tüzelésére vonatkoznak. 158 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
4. ábra: Az ISD Dunaferr 2013. éves adatai alapján a léghevítők oxigéndúsítással történő működése esetén a módosított gázmérleg A táblázat alapján megállapítható, hogy a felhasznált kohógáz mennyiség több mint 30%-kal növekedni fog (a kevertgáz tüzeléssel történő üzemeléshez képest). Az elméleti égéshőmérséklet fenntartása érdekében az égéslevegőbe 4,7% oxigéndúsítást kell végrehajtani. A 2. táblázat: A II. sz. nagyolvasztó léghevítőinek tüzelése kohógáz+dúsítógáz, ill. kohógáz+oxigén felhasználása mellett Kohógáz + dúsítógáz Kohógáz + levegő + oxigén Bevitt hőmennyiség GJ/h 193 193 Forrószél-hőmérséklet C 1.000 1.000 Kohógáz mennyisége Nm 3 /h 47.100 63.200 Kamragáz mennyisége Nm 3 /h 2.700 - Földgáz mennyisége Nm 3 /h 67,0 - Égéslevegő mennyisége Nm 3 /h 50.200 34.910 Oxigén mennyisége Nm 3 /h - 2.100 Égéslevegő oxigénrészaránya % 21,0 25,7 Fűtőérték KJ/m 3 3.848 3.061 Elméleti lánghőmérséklet C 1294 1294 Füstgáz mennyisége Nm 3 /h 90.770 87.970 Füstgázösszetétel H 2 Ofg % 4,9 1,5 CO 2 fg % 24,5 31,6 N 2 fg % 69,7 65,9 O 2 fg % 0,96 0,92 felhasznált oxigén mennyiségének növekedésével az égéslevegő jelentős mértékben (30%-kal) csökken. A keletkezett füstgáz mennyisége kismértékben csökken a kohógáz összetételéből adódó kisebb oxigénigény és inertgáz (N 2 ) tartalom miatt. Az elégetett tüzelőanyag összetétele és az oxigéndúsítás miatt a füstgáz összetétele jelentősen változik. Annak vízgőz- és nitrogén-tartalma csökken, míg a CO 2 -tartalma növekszik. Ez utóbbi hozzájárul a füstgáz sugárzással történő hőátadásának javulásához. Elkészítettük az ISD Dunaferr Zrt. 2013. évi adatainak felhasználásával a vállalati gázrendszer módosított változatát (4. ábra) arra az esetre, ha a léghevítői égéslevegő oxigénnel történő dúsítását megvalósítanánk a Nagyolvasztóműben. Az ábrán feltüntetett gázmennyiségek Nm 3 /h mértékegységben értendők. A 4. ábrát a 3. ábrával összehasonlítva megállapítható, hogy az ISD Power felé átadott kamragáz-mennyiség annyival növekszik meg, amennyivel a léghevítői felhasználás csökken. Ugyanakkor a Nagyolvasztómű az általa termelt kohógázból nagyobb mennyiségben használ fel, ami csökkenti az erőmű felé átadott kohógázmennyiséget. Az oxigén felhasználás a vállalaton belül növekedni fog a léghevítői oxigén felhasználás mértékével. Mindez azt jelenti, hogy hozzávetőleg az Acélmű jelenlegi acéltermeléséhez szükséges oxigén felét használnánk fel a léghevítők égéslevegőjének dúsításához. Annak érdekében, hogy az égéslevegő oxigénnel történő dúsítása megvalósítható legyen, az alábbi átalakítások szükségesek: az oxigénellátó rendszer kiépítése az oxigén gerincvezetéktől a léghevítők egyedi betáplálásáig (csővezeték, szerelvények, biztonsági berendezések) ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 159
a léghevítői tüzeléstechnikai szabályozási rendszer átalakítása (mérőműszerek, folyamatirányítási rendszer módosítása). A gazdaságossági számítás eredménye és a beruházás tervezett költsége alapján a léghevítők égéslevegőjének oxigénnel történő dúsítása, kevesebb mint 1/3 év alatt megtérülő beruházás lehet! Összefoglalás A léghevítők égéslevegőjének oxigénnel történő dúsítása egy újszerű megoldás annak érdekében, hogy a vállalati energiaköltségeket csökkenteni lehessen. Ezt a megoldást ez idáig főként Kínában és az USA-ban alkalmazták. A léghevítők égéslevegőjének oxigénnel történő dúsítása jelentős mértékben hozzájárulhat a metallurgiai fázis önköltségének csökkentéséhez. A legfontosabb előnyöket az alábbiakban foglalhatók össze: a léghevítők fűtése az oxigénnel dúsított levegő és kohógáz felhasználásával gazdaságosabban oldható meg, mint kevertgáz esetén, a léghevítők oxigénnel dúsított levegővel történő üzemeltetése alatt is biztosítható a nagyolvasztó szükséges forrószél hőmérséklete, az ISD Dunaferr Zrt. gázrendszere rugalmasabbá válik, a Nagyolvasztómű gázellátás szempontjából önállóvá válik, az oxigénfelhasználás növekedése miatt az acélgyártáshoz felhasznált oxigén ára is csökken, így az acél önköltsége közvetlenül csökken, a szükséges átalakítások beruházási igénye kicsi, a beruházás gyorsan megtérül. Pályázati felhívás Az ISD Dunaferr Zrt. és társaságai által alapított Dunaferr Alkotói Alapítvány Kuratóriuma pályázati felhívást tesz közzé Dunaferr Szakmai Publikációért Nívódíj elnyerésére. A Dunaferr Szakmai Publikációért Nívódíj adományozásának célja a műszaki, gazdasági, szervezési és humán publikáció szakcikkek, szakkönyvek, tanulmányok, konferenciákon elhangzott előadások stb. terén kiemelkedő eredményt elérők tevékenységének ösztönzése, elismerése. Szakmai Publikációért Nívódíjban az ISD Dunaferr Zrt. és az általa alapított vagy részvételével működő társaságok, illetve vele együttműködő szervezetek egyetemek, főiskolák pályázatot benyújtó dolgozója, hallgatója illetve teamje részesülhet. Pályázni elsősorban az ISD Dunaferr Zrt. és társaságai tevékenységével összefüggő hazai vagy külföldi szakmai lapban vagy egyéb kiadványként megjelent, megjelenő, illetve szakmai konferencián előadásként szerepelt műszaki, gazdasági, illetve humán publikációkkal lehet. Az Alkotói Alapítvány kuratóriumának döntése alapján a Dunaferr Műszaki Gazdasági Közleményekben 2014. június 1. 2015. május 1-jéig megjelenő publikációk a cikkekért járó hono rárium mellett részt vesznek a pályázatban. Pályázati díjak Az eredményes pályázatok a Dunaferr Szakmai Publikációért Nívódíj I. fokozatával 150 000 Ft, II. fokozatával 125 000 Ft, III. fokozatával 100 000 Ft. összegű anyagi elismerésben és oklevélben részesülnek. (A díj pályázatonként, nem alkotónként kerül kifizetésre.) Jelentkezés, határidők: Pályázatok benyújtása: Díjak átadása: 2015. május 1-jéig 2015. június 30-áig A pályázatokat ajánlott levélben az alábbi címre kérjük beküldeni: Dunaferr Alkotói Alapítvány, 2401 Dunaújváros Pf. 110. A pályázattal kapcsolatosan részletes felvilágosítást Jakab Sándor, az Alapítvány Kuratórium titkára ad. Telefonszám: 06 (25) 581-303, 06 (30) 520-5760 E-mail cím: jakab@pmh.dunanet.hu Az Alapítvány Kuratóriuma 160 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
Gönczi Pál, Móger Róbert, Cseh Ferenc, Titz Imre, Pintér Győző * A II. sz. nagyolvasztó üzemvitel értékelése az alapanyagok változásának függvényében (2012. szeptember 2013. augusztus) 2013. év elején a nagyolvasztóknál jelentős járatzavarok alakultak ki az elegyösszetétel hatására. Az I. sz. nagyolvasztó leállítását követően az érces elegy szerkezetében további változások történtek. Az alábbi cikkben a járatzavarok kialakulásának okaival és azok megoldásával foglalkozunk. Bevezető A 2012-es év második felében a nagyolvasztóktól elvárt termelési intenzitás havi 99500 tonna volt átlagosan. Az év vége felé szembetűnő tendencia alakult ki: a kohók teljesítménye, járata fokozatosan romlott. A 2013-as év elejére a kohók üzemviteli mutatói jelentősen romlottak. Az I. sz. nagyolvasztót 2013.01.22-én leállították átépítésre. Az üzemben maradt II. sz. nagyolvasztó februárban is igen rossz teljesítménnyel üzemelt. Normális kohójárat ebben a hónapban lényegében nem alakult ki. A nagyolvasztó gázátbocsátó képessége jelentősen elmaradt az elfogadható értékektől, illetve hosszabbrövidebb időszakokra kritikussá is vált. A kohó kokszfogyasztása mintegy 120 kg/t-val haladta meg a normális üzemviteli körülmények mellett elfogadható átlagos szintet. Március hónaptól a II. sz. nagyolvasztó járata stabilizálódott, intenzitása nőtt. A földgáz kohói befúvatását március 5-én kezdték meg. Március 13-ától a járat kifejezetten intenzívvé és egyenletessé vált, a kokszterhelés azonban mégsem érte el az elvárható értéket. Ezt követően a kedvező tendenciák tovább folytatódtak. A II. sz. kohó jó intenzitással, egyenletesen volt járatható és fokozatosan terhelhetőbbé is vált. A gázkihasználás is jelentős mértékben javult. A II. sz. kohó teljesítménye végül augusztus végére érte el a normális szintet. A kérdések adottak: 1. Milyen körülmények, tényezők okozták a kohók teljesítményének romlását? 2. Milyen beavatkozások, változások történtek, amelyek eredményeképpen normalizálódott a 2-es kohó üzemvitele? A következőkben a II. sz. kohó üzemviteli körülményeinek vizsgálatával foglalkozunk, s ennek keretében keressük a feltett kérdésekre adható válaszokat. Üzemviteli körülmények vizsgálata Az üzemviteli körülmények vizsgálata a rendelkezésre álló releváns információk alapján történt. A vizsgált időszaknak In the prime of 2013 serious burden descend problem was encountered due to burden composition in blast furnaces. After blow out for BF1 further modification was carried out in the burden mix. In the paper below the reasons of the uneven burden descent and the accomplishment of the problem will be detailed. a 2012. szeptember 2013. augusztus közötti időszakot választottuk. Vizsgáltuk a zsugorítói és a kohói elegyviszonyok alakulását, statisztikai elemzéseket hajtottunk végre a fúvási és járatviszonyokat jellemző főbb mutatókra vonatkozóan és a főbb csapolási mutatók adataival kapcsolatosan is. Elemeztük az aknafalazat hőmérsékletek alakulását is. A vizsgálatok által szerzett tényadatok alapján a következő főbb megállapításokat tehetjük: A II. sz. kohó teljesítménye (termelés, járatintenzitás, fajlagos kokszfogyasztás stb.) a vizsgálati időszakban február hónapig lényegében fokozatosan romlott, majd a februári mélypontot tartós és fokozatos javulás követte. A zsugorítói elegyben 2012. november végétől felhasználásra került a zsugorítói ércek közül kiemelkedően magas Al 2 O 3 /SiO 2 aránnyal jellemezhető összetételű dél-afrikai khumani agglóérc. A zsugorítói elegyben október végétől került felhasználásra a ~18%-os nedvességtartalom mellett mintegy 1,5% Zn-tartalmú konverter iszap. A kohói elegyben 2012. novembertől 2013. áprilisig, lényegében fokozatosan csökkenő arányban került felhasználásra a brazil Tubarao pellet, amelynek összetételére szintén a magas Al 2 O 3 /SiO 2 arány a jellemező. Az elegyekben bekövetkezett fentebb említett változások, valamint a növekvő fajlagos koszfogyasztás eredményeképpen a kohósalakban az Al 2 O 3 -tartalom jelentősen megnövekedett 2013. februárig. Azt követően természetszerűleg fokozatosan csökkent a kohóbetét Al 2 O 3 /SiO 2 arányának csökkenésével egyidejűleg. A fúvási viszonyok jelentősen romlottak 2013. februárig. Az adott fúvószél mennyiség biztosításához egyre növekvő forrószél-nyomásra és -nyomásesésre volt szükség. Mind a fúvószél mennyiség, mind a nyomásesés ingadozása jelentősen megnövekedett. Összességében a gázátbocsátó képesség romlott, ingadozása megnőtt. 2013. márciusától fokozatosan normalizálódni látszottak a fúvási viszonyok. A hidrogénkihasználás fokozatosan romlott 2012 decemberéig, majd három hónapon keresztül gyakorlatilag * Gönczi Pál szakértő, ISD Dunaferr Zrt. Technológiai Igazgatóság Dr. Móger Róbert metallurgiafejlesztési főosztályvezető, ISD Dunaferr Zrt. Technológiai Igazgatóság Cseh Ferenc gyárvezető, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Titz Imre gyárvezető-helyettes, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű Pintér Győző metallurgiafejlesztési főmunkatárs, ISD Dunaferr Zrt. Nagyolvasztómű ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 161
stagnáló, 0 körüli átlag értéket mutatott. (Megjegyzés: A megnevezett hat hónapos időszakban nem volt kohói földgázbefúvatás. A fizikai értelmezés szerint a hidrogénkihasználás értéke nem lehet kisebb, mint 0! A negatív értékek a hibás mérések kivételével jellemzően valamely meghibásodott hűtőszerelvényből származó vízre utalnak, ami elbontásra került. A kohói földgáz befúvatását 2013.03.05-én kezdték meg.) A szénmonoxid-kihasználás romló tendenciát mutatott 2013. februárig, majd azt követően a járatviszonyok javulásával és a kokszterhelés növekedésével párhuzamosan jelentős javulás következett be. A kohósalak bázikusságát 2013. márciusig a járatviszonyok javításának (nyugvó- és vég-salak viszkozitásának csökkentése) érdekében változtatták jellemzően. A járatviszonyok stabilizálódásával és a fajlagos kokszfogyasztás csökkenését követően 2013. április hónaptól jelentősen csökkentették a kohósalak bázicitását a K 2 O- eltávolítás megnövelése céljából. A kohósalak bázicitásának csökkentésével egyidejűleg a kohósalak K 2 O-tartalma, és az eltávolított K 2 O mennyisége is jelentősen megnövekedett 2013. április hónaptól. A kohósalak S-tartalma 2013. februárig fokozatosan növekedett, majd mintegy két hónap alatt jelentős mértékben lecsökkent. A kohósalakkal eltávolított S menynyisége (jó közelítéssel a kohó S-terhelése) is csökkent, mintegy 1 kg/t értékkel. A járatviszonyokra jellemző főbb fúvási mutatók szórása jelentős mértékben lecsökkent 2013 márciusától. Ugyanilyen változást mutattak a kohó hőállapotát jól jellemző csapolási adatok (nyersvas-hőmérséklet, nyersvas Si- és S-tartalom), valamint a salak bázikusság szórás értékei is. Az eddigiekben ismertetett főbb megállapítások alapján már képesek vagyunk a fontosabb ható tényezők kiválasztására, valamint az alapvető ok-okozati kapcsolatok kiszűrésére. Az eredményt az 1. ábrán tanulmányozhatjuk. Az ábra legfelső sorában a tényleges kokszfogyasztásnak az átlagos üzemviteli körülmények mellett elvárt (számított) értéktől való eltérését ( dk ) tüntettük fel. A nagyolvasztó teljesítményének az átlagos üzemviteli körülményektől való eltérésének mértékét befolyásoló főbb tényezők az értékelés időszakában a következők voltak: a khumani érc felhasználása, a Tubarao pellet felhasználása, a kohósalak Al 2 O 3 -tartalma, a gázátbocsátó képesség, a H 2 -kihasználás, a CO-kihasználás, a kohósalak bázikussága, valamint a kohósalak K 2 O-tartalma. A tényezők közötti kapcsolatok és azok erősségének feltárására az ún. PCA (Principal Component Analysis, azaz főkomponens-analízis) módszerét alkalmaztuk. A főkomponens-analízis a legelterjedtebb módszer a tényezők súlyának becslésére, kapcsolataik feltárására. Egyik fő célja a változók számának a csökkentése a lehető legkisebb információveszteség mellett. A nagyolvasztó teljesítményének az átlagos üzemviteli körülményektől való eltérésnek jellemzésére itt is a korábban alkalmazott, a tényleges kokszfogyasztásnak az átlagos üzemviteli körülmények mellett elvárt értéktől való eltérését ( dk ) vettük figyelembe. A PCA eredményét, valamint a korrelációs mátrixot grafikusan szemléltető korrelogramot a 2-4. ábrák szemléltetik. 1. ábra: A II. sz. nagyolvasztó legfontosabb hatásparamétereinek alakulása 162 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
Mindezek alapján a következő megállapításokat tehetjük: A kohó gázátbocsátó képességét döntően a kohósalak Al 2 O 3 -tartalma határozta meg. A kohósalak Al 2 O 3 -tartalmának alakulását a Khumani érc és a Tubarao pellet elegybevétele határozta meg alapvetően. A kohósalak K 2 O-tartalom növekedését a kohósalak bázicitás csökkentése tette lehetővé. A fajlagos kokszfogyasztásnak az elvárható értéktől való eltérésére ható tényezők erősor-rendben: hidrogén-kihasználás, szénmonoxid-kihasználás, kohósalak Al 2 O 3 -tartalma és a kohósalak K 2 O-tartalma. A hidrogén-kihasználás és a szénmonoxid-kihasználás csökkenése/növekedése a fajlagos kokszfogyasztás növekedését/csökkenését eredményezte. A kohósalak K 2 O-tartalmának növekedése a fajlagos kokszfogyasztás csökkenését eredményezte. 2. ábra: A II. sz. nagyolvasztó legfontosabb hatásparaméterek főkomponens-analízise 3. ábra: A II. sz. nagyolvasztó legfontosabb hatásparamétereinek főkomponens-analízis mátrixa Mindezen ismeretek lehetővé tették, hogy a nagyolvasztó járatát kedvező irányba változtassuk az alábbi üzemviteli paraméterek módosításával: A nagyolvasztó elegyösszetételében csökkentettük a magas Al 2 O 3 -tartalmú pellet részarányát, majd az elegyből kihagytuk (elfogyott) és áttértünk 100%-os zsugorítói betétre. A zsugorítvány elegyösszetételében a magas Al 2 O 3 - tartalmú khumani érc részarányát folyamatosan csökkentettük, az alacsony Al 2 O 3 - és magasabb SiO 2 -tartalmú Szuhaja Balka agglóérc részarányának növelésével egyidejűleg. A fenti két elegyösszetételbeli változtatással sikerült elérni azt, hogy a nagyolvasztóban olyan nyugvósalakés végsalakösszetétel alakuljon ki, amely kedvező gázáramlási, illetve anyagoszlop-levonulást tesz lehetővé. A fentiek következtében nagyobb mennyiségű kohósalak keletkezett, amely a koksz csökkenő S-tartalmával együtt lehetővé tette a kohósalak bázikusságának csökkentését. A kohósalak bázikusságának csökkenésével a salak alkáliatartalma (Na 2 O- és K 2 O-tartalma) növekedett, ami tovább javította az anyagoszlop levonulás egyenletességét, mivel az aknafalazaton - a növekvő alkáliaeltávolítás hatására - kisebb mértékű tapadványréteg alakult ki. Az aknafalon elhelyezkedő tapadványréteg radiális irányú vastagságának csökkenésével a nagyolvasztó CO-kihasználása (etaco) javult, ami fajlagos kokszfogyasztás-csökkenést eredményezett. A nagyolvasztói salakviszonyok módosítása 4. ábra: A II. sz. nagyolvasztó legfontosabb hatásparaméterek korrelogramja A jelen cikk terjedelmére való tekintettel a fentebb említett beavatkozások közül csupán egyet a nagyolvasztóban kialakuló salakviszonyok kedvezőbb irányba történő megváltozását mutatjuk be. Az ISD Dunaferr II. sz. nagyolvasztó metallurgiai munkájának értékelésekor érdemes figyelembe venni a hasonló körülmények közt, magas, 15% körüli Al 2 O 3 - tartalmú salakkal dolgozó nagyolvasztók munkapontjait (5. ábra) is. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 163
5. ábra: Magas Al 2 O 3 -tartalmú kohósalakkal üzemelő külföldi nagyolvasztók és a II. sz. nagyolvasztó salakösszetétele a ternér salakfázis diagramban A Voestalpine Donawitz, Lucchini Piombino és Erdemir nagyolvasztóinak esetében a hagyományos salakterületen végzett metallurgiai munka a cél, a mervinites-melilites területek határán, kerülve a periklész, illetve a 2CaO*SiO 2 - val jellemzett terület (vonal) tartományát. Az ábrán jól látható, hogy az ISD Dunaferr nagyolvasztósalak összetétele kényszerűen a nagy olvadáspontú mezőben helyezkedett el a vizsgált napokon (2013. január 21-25.). A salakösszetétel által meghatározott munkapont optimális elhelyezkedését a kéntelenítés helye (módja) határozza meg. Mivel a Dunaferr nem rendelkezik nagyolvasztón kívüli kéntelenítő állomással, így ezt a műveletet a nagyolvasztóban kell elvégezni. A jó kéntelenítő képességű salakhoz azonban megfelelő fizikai állapotú és bázikus salakot kell biztosítani. Mivel az alumíniumoxid növekedésével a mervinit területe zsugorodik, az alacsonyabb olvadáspontú területek csökkenek, illetve elfogynak. A nagyolvasztói salakösszetételben bekövetkező jelentős Al 2 O 3 -tartalom-emelkedés a kohósalak olvadáspontjának növekedését okozta, ami végső soron a nagyolvasztó gázátbocsátását korlátozta. Az 6. ábrán bemutatjuk az előző ternér-diagram - a nagyolvasztó működési tartománya szempontjából fontos - területrészeit 15%-os (5/a) és 10%-os (5/b) Al 2 O 3 -tartalomhoz tartózó fázisdiagramokon. Az ábrán a nagyolvasztó salakösszetételének lényegi változást szeretnénk kihangsúlyozni, amelyet a zsugorítói alapanyagok összetételének optimalizálása (a nagy Al 2 O 3 -tartalmú elegyalkotók részarányának csökkentése) tett lehetővé. A bal oldali ábrarészen látható salakösszetételi viszonyok tehát a nagyolvasztó gázáramlási zavarokkal terhelt időszakát jellemzik, míg a jobb oldali ábrarész egy jóval kiegyensúlyozottabb kohójárathoz tartozó salakösszetételt mutatnak. a) b) 6. ábra: A II. sz. nagyolvasztó salakösszetétele különböző Al 2 O 3 -tartalmú nagyolvasztósalakok esetében a) Al 2 O 3 -tartalom: 15%; b) Al 2 O 3 -tartalom: 10%) 164 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
Az ábrákon jól látható tendenciák figyelhetők meg. A melilitfázis határáról egy alacsonyabb olvadáspontú területrészbe került a salakösszetételt jellemző munkapont, az Al 2 O 3 -tartalom csökkentése hatására. Ezzel együtt megfigyelhető az is, hogy a salakbázikusság és a salak MgO-tartalma is csökkent a zsugorítói elegyösszetétel és a nagyolvasztói salakvezetés hatására. Összefoglalás A nagyolvasztó teljesítményének romlását mindenekelőtt a kohósalak (és a nyugvósalak) az Al 2 O 3 -tartalom növekedése következtében jelentősen leromlott gázátbocsátó képessége miatt fellépő súlyos járatzavarok és a gázkihasználás csökkenése eredményezte. Meg kell említeni, hogy az elegylevonulás problémáit tovább fokozta, hogy a fentiek hatására kialakuló járatzavarok következtében hűtőlapok sérültek meg (vízbetörés), ami egyrészt a kokszterhelés csökkenését eredményezte, másrészt hűtő hatása következtében az amúgy is már nehezen folyó nyugvósalakok viszkozitásának csökkenését vonta maga után. A kohósalak Al 2 O 3 -tartamának növekedését alapvetően a khumani érc és a Tubarao pellet elegybevétele okozta, de a fajlagos koszfogyasztás jelentős növekedése is hozzájárult természetszerűleg ahhoz. A magas Al 2 O 3 /SiO 2 aránnyal jellemezhető elegyalkotók zsugorítói, ill. kohói elegybeni részaránya csökkentésének hatására lehetővé vált a kohó intenzív és egyenletes járatának kialakítása. A kohósalak bázikusságának csökkentése tette lehetővé a nagyolvasztóból történő K 2 O-eltávolítás megnövelését, ami a kohói alkália-körforgalom mennyiségének jelentős mértékű csökkentését eredményezte. Mindezek együttesen a fajlagos kokszfelhasználás csökkenését vonták maguk után. Az intenzív és egyenletes kohójárat, valamint a földgázbefúvás alkalmazása végeredményképpen a gázkihasználás jelentős javulását okozta. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 165
Köpöczi János, Fülöp Tamás, Gallai Imre * Energetikai változások a Hideghengermű harangkemencés lágyítási technológiájában (II. rész) Jelen írásunkban az ISD Dunaferr Zrt. 2014/1. számú Műszaki Gazdasági Közleményekben megjelent cikk folytatásaként a Hideghengermű Hőkezelő üzemében történt fejlesztés elért energetikai eredményeit, üzemi költségeket, mutatókat, technológiai tapasztalatokat mutatjuk be. A korábbi cikkben már bemutattuk a Hőkezelő üzem elmúlt időszakának fő történéseit, melyek eredményeképpen 2014. április 21-e óta az üzem 75 db kemenceállásához tartozó 30 db hevítő harang kevertgáz helyett földgáz tüzelőanyaggal üzemel. Az elmúlt időszakban nagy mennyiségű adat rögzítésére nyílt lehetőség, melyeket részletes elemzések követtek a beruházás során megvalósult gépészeti, villamos, folyamatirányítási-és informatikai rendszer fejlesztéseinek köszönhetően. In the present writing as continuation of the article published in the copy 2014/1 of Dunaferr Technical Economic Publications we are presenting the obtained energetic results, operational costs, indexes and technology experiences achieved with the development realised at the Heat Treatment Plant of the Cold Rolling Mill. In the previous article we have already presented the main events of the past years of the Heat Treatment Plant, the result of which the plant with 30 bell furnaces belonging to 75 furnace stands operates instead of mixed gas with natural gas. In the past period we had the possibility for recording a large amount of data that was followed by detailed analyses due to the realised mechanical, electrical, process control and IT developments during the investment. A Hideghengermű hőkezelői projekt fő feladata volt a Hőkezelő üzem kevertgáz tüzelőanyagról történő átállítása földgáz tüzelőanyagra. A feladat megoldása számos problémát és feladatot vetett fel tervezői, kivitelezői, technológiai szempontból, melyek közül a fő megoldandó kérdés a következő volt: A berendezéseket alapvetően 5,8 MJ/Nm 3 fűtőértékű kevertgáz-tüzelésre tervezték. A tüzelőberendezéseket a földgáz jelentősen magasabb (34,5 MJ/Nm 3 ) fűtőértéke miatt alkalmas állapotba kellett hozni a további működtetés, valamint a berendezés hosszú távú fenntartása, megóvása érdekében. Technológiai, tervezői feladatok A tervezés során az alábbi fő alaptételeket kellett figyelembe venni: 1. A berendezések hőterhelése nem emelkedhet a fűtőgázváltás miatt. Az I-IV. kemenceblokkok hevítő harangjai teljes terhelésen 520 Nm 3 /h kevertgázfogyasztásnak megfelelő 3016 MJ/h, míg az atmoszférikus égőkkel szerelt V. blokki harangoknál 4500 MJ/h fűtőenergia-bevitelt engedélyez. A fenti értékek földgázra átszámítva 90 Nm 3 /h illetve 130 Nm 3 /h maximális fogyasztást jelent. 2. A berendezések termelékenységi mutatói negatív irányba nem módosulhattak. A termelékenység elsődleges mérőszáma a fajlagos felfűtési teljesítmény. Ezt az 5,5-7,5 t/h sávban kellett tartani az egylépcsős hőkezelési technológiáknál, mindkét típusú tüzelőberendezésnél. 3. A védőbúra hőterhelése nem emelkedhetett, azaz a védőbúra falán mért hőmérséklet lokálisan még rövid időre sem haladhatta meg a 900 C-t. 4. A kemencék hőszigetelése és az égéslevegő előmelegítő rekuperátorok nem lettek cserélve, így az égőövben mért hőmérséklet maximálisan 1300 C, a távozó füstgáz hőmérséklete az ejektorcső kezdőpontján mérve maximum 900 C lehetett. 5. A földgáz tökéletes égéséhez tízszeres mennyiségű levegőre van szükség, így gondoskodni kellett a megfelelő mennyiségű égéslevegő-ellátásról, az égéslevegő rendszer fődarabjainak cseréje nélkül. 6. A földgáztüzelésre vonatkozó előírások miatt új vezetékrendszer kiépítése vált szükségessé, mely esetén számolni kellett a csődimenziók, az égők fúvókáinak, égőövek változtatásával, valamint a jelenleg hatályos GMBSZ szabvány feltételeinek maradéktalan teljesítésével is. A szabvány mind biztonságtechnikai, mind gépészeti, mind műszerezettségi oldalról nagy változást jelentett a korábban kiépített rendszerhez képest. Az átállítás folyamatos termelés mellett történt, ezért is szükséges volt az új vezetékrendszer kiépítése. Az tüzelőanyag-átállítás eredményei a következőképpen alakultak: 1. A fogyasztási mérések bebizonyították, hogy a berendezések hőterhelése jelentősen csökkent. A teljes terheléshez tartozó maximális földgázfogyasztás az I-IV. kemenceblokk hevítőharangjainál 74 Nm 3 /h, ami 2553 MJ/h fűtőenergia bevitelt jelent. Az V. blokk injektoros égőkkel szerelt harangjainál ez az érték 100 Nm 3 /h. A teljes terheléses fűtési szakasz időintervalluma is csökkent. 2. A felfűtési ciklusba épített szabályozott fűtésű szakaszok lehetővé tették, hogy stabilizálva legyen a felfűtési teljesítmény. Az első szabályozott felfűtési szakasz az oxidációs fázis ideális paramétereit garantálja, ahol 1 óra alatt éri el a védőgáz hőmérséklete a 300 C-t. Megjegyezendő, hogy a jelenleg érvényes öblítési technológia szerint ez az optimális értéktartomány. A 300-450 C közötti szakaszban maximális teljesítménnyel zajlik a fűtés. A * Köpöczi János hengersor-hőkezelő üzemvezető-helyettes, Hideghengermű, ISD Dunaferr Zrt. Fülöp Tamás energetikus, Hideghengermű, ISD Dunaferr Zrt. Gallai Imre gyártmányfejlesztő, Hideghengermű, ISD Dunaferr Zrt. Konzulens: Varga Ottó projektigazgató, Hideghengermű, ISD Dunaferr Zrt. 166 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
felfűtési görbe meredekségét a PLC számolja ki a 450 C elérésekor a 7 t/h fajlagos felfűtési teljesítmény alapján, és ennek megfelelő, folyamatosan változó teljesítménynyel fűt. A beállítások következményeként a fajlagos felfűtési teljesítmény egylépcsős hőkezelési technológia esetén az I-IV. blokkon stabilan 7 t/h, az injektoros égőkkel szerelt harangokon a 4,5 t/h körüli értékről 5,8-6,3 t/h-ra nőtt. A hőntartási szakaszban az automatika folyamatos tüzelés mellett figyeli a hőmérsékletváltozást, és ennek megfelelő teljesítménnyel az I-IV. blokkon 3-6 db, az V. blokkon 6-9-12 db égőt üzemeltet. A jelenleg elért szabályzási intervallum ± 5 C. 3. A védőbúra X6CrNiMoTi 17-12-2 ausztenites korrózióálló ötvözetből készül. Ez az ötvözet a hosszabb ideig tartó 900 C feletti hőmérsékletet már rosszul tűri. A 2. pontban leírt fűtési módszerrel a búra falon mért maximális hőmérséklet 830,4 C volt. Az esetek döntő többségében (25 mérés) ez a hőmérséklet 750-810 C között szórt. A mérési pont a belső oldalon a láng és a búra fal találkozási pontjánál volt. Kijelenthető tehát, hogy túlmelegedés még lokálisan sincs, az enyhén oxidáló lángú földgáz tüzelés kíméletesebb a védőburával. 4. A 12 mérésből álló méréssorozat alatt az égősíkban, a lángmag csúcsától 150 mm-re maximálisan 1112 C-ot mértünk. A távozó füstgáz hőfoka közvetlenül a rekuperátor előtt 670-714 C. Mindkét érték bőven teljesíti a tervezési kritériumokat. 5. Az I-IV. kemenceblokk kényszerlevegős égőkkel szerelt hevítő harangjait harangonként 1 db 1000 Nm 3 /h névleges teljesítményű ventilátor látja el égéslevegővel. Az égéslevegő mennyisége szabályozható. Mivel a maximális földgázbevitelt ezeknél a harangoknál 74 Nm 3 /h-ban maximáltuk, így a tökéletes égéshez szükséges 740 Nm 3 /h levegőmennyiség rendelkezésre áll. A rendszerben tartalék is rendelkezésre áll, amit ha adott fázisokban az égéstérbe juttatunk, segíti a pontosabb hőfokvezetést. Az égési folyamat tüzeléstechnikai oldalról is teljesíti az előírt kritériumokat, a füstgázban CO jelenléte nem mutatható ki. 6. Az V. blokk kb. 50 éves injektoros égőivel szerelt hevítőharangoknál többletlevegő-bevitelre csak úgy volt lehetőség, hogy a hevítőharangoz 12 mm-rel megemeltük a kemenceállás páncélzatától, és a zárókésen minden égő alatt egy kalibrált levegő beszívó nyílást alakítottunk ki. A megoldás sikeresen működik, az égési folyamatból származó emissziós értékek a határértékeket teljesítik, az égőtér hőfoka és a teljesítménye megfelelő. Technológiai változások a termékminőség szempontjából A tüzelőanyag-váltás során a termelési mutatókon túl az egyik legfontosabb feladat volt, hogy a hőkezelt tekercsek mechanikai és egyéb paraméterei ne változzanak a korábbi időszakhoz képest. Ezt egy megváltozott felfűtési teljesítményű, de korszerűbb, finomabban szabályozható rendszerrel kellett megteremteni. Ebben segítségünkre volt egy jól működő régi rendszer, amelynek ismertük a technológiai paramétereit. Ilyen fontos alapadatok voltak például az előző fejezetben már említett hevítési, hőntartási fázisok fajlagos teljesítmény adatai, melyeket beépítettünk az új, földgázos rendszerbe. A hőkezelt tekercsek megfelelő mechanikai eredményeinek érdekében a tüzelőanyag-váltást követően az alábbi ellenőrző méréseket hajtottunk végre: Hőelemes mérésekkel ellenőriztük a teljes hőkezelési ciklus alatt a tekercs kritikus pontjainak hőmérsékletét Ellenőriztük a késztermék mechanikai jellemzőit Megvizsgáltuk a tekercsen belüli mechanikai inhomogenitást Összességében az ellenőrző mérések alátámasztották, hogy a hőkezelt termékek mechanikai megvalósulásában nincs számottevő változás a kevertgázos időszakhoz képest. A megváltozott teljesítményű tüzelőanyag, valamint a korszerű PLC-vezérlésű rendszer használata további előnnyel is járt. A meglévő hőkezelési receptúrákon felül új, korábban nem kivitelezhető hőkezelések kipróbálására is lehetőség nyílt. Ilyen kísérlet például a jelenleg is futó DC05 minőségeknél alkalmazott, módosított lépcsős hőkezelés (1. ábra). Itt a fő cél az volt, hogy a tekercsek hevítését lelassítsuk 400 és 500 C között. Lényege, hogy az AlN-, azaz aluminium-nitrid-kiválás előzze meg az újrakristályosodást ezzel segítve a kedvezőbb mechanikai tulajdonságok elérését. 1. ábra: Módosított lépcsős hőkezelés Gázfelhasználás alakulásáról részletesebben A beruházásnak a technológiai tapasztalatokon, ténymegállapításokon kívül jelentős volumenű energetikai hatása is van, azaz a földgáz üzemeltetés kiépítése mind energiafelhasználásban, mind energiaköltségek alakulásában jelentős hatással bírt. A fejlesztések során a technológiai szempontok mellett a környezetvédelmi szabványokat is előtérbe kellett helyezni, ugyanis olyan berendezéseket kellett a termelésbe visszaállítani, melyek biztonságosan kielégítik a hatályos hatósági szabályokat. A rögzített mérési adatok alapján kijelenthető, hogy a földgáztüzelés jóval kevesebb energiahordozó felhasználást eredményez adott termelési volumen mellett. Ez a nagyságrendi fűtőérték-különbség (kevertgáz: 5,8 MJ/m 3, földgáz: 34,5 MJ/m 3 ) a korszerű és pontos mérés-szabályzás, a jó minőségű, gépészeti és villamos berendezések, valamint a fejlett informatikai (tüzelésvezérlési) rendszerek, szoftverek eredménye. A fejlesztés eredményeképpen lehetővé vált, hogy csak pontosan a technológiai igények kielégítésének megfelelő mennyiségű energiát közöljünk a hőkezelendő betéttel. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 167
A mérési sorozat elvégzése céljából az egyes blokkok meghatározott kemenceállásaira és harangjaira fogyasztói méréseket telepítettünk. Ezek a 16. (V. blokk injektoros TÜKI égővel felszerelve), a 19. (I-IV. blokk TÜKI Pyronics égőivel felszerelve) hevítőharang és az 553. és a 213. kemenceállás. A további kemenceállások és hevítő harangok a fent megnevezett prototípus harangok energetikai és technológiai tesztmérései, beállításai után lettek átállítva földgázra. A 2. ábra a 19. harangra, a 3/a és 3/b ábra a 16. harangra szerelt égők elvi rajzát szemlélteti. A mért tüzelőanyag-felhasználás szerint az I-IV. blokk harangjai a termelés döntő többségét kitevő egylépcsős hőkezelési technológia esetén 0,66 GJ/t átlagos fűtőenergia felhasználással dolgoznak. Az V. blokk injektoros égőkkel szerelt harangjainál 1,2 GJ/t-ról 1,01 GJ/t-ra csökkent a fajlagos fűtőenergia-felhasználás. A teljes üzemre vonatkoztatott gázfajlagosokat jelenleg nem lehet érdemben összehasonlítani Az üzemeltetési költségek alakulása című fejezetben leírt okok miatt. 2. ábra: A 19. harang égőjének elvi rajza 3/a ábra: A 16. harangégőház 3/b ábra: A 16. harangfúvóka 4. ábra: A normál és a magasabb minőségű termékek hőkezelési ciklusai A mérések eredményeit az összehasonlíthatóság céljából az I-IV. blokk és a V. blokk szerint szétbontva mutatja az 1. táblázat. A mért adatok a normál és magasabb minőségű anyagok termelése mellett lettek meghatározva, mivel a különböző minőségű termékek hőkezelési ideje és gázfelhasználása is eltér egymástól. Normál minőségnek nevezzük az alacsonyabb minőségi csoportba tartozó lágyacélokat, szerkezeti és elektrotechnikai acélokat. Ezek hőkezelési technológiája egylépcsős, vagyis egy adott hőmérsékletű hőntartási szakaszt tartalmaz. A magasabb minőségű termékek döntő többségben DC04 és DC05-ös, melyek technológiája több lépcsős, azaz egynél több hőntartási szakaszból és szabályzott felfűtésekből áll. A többlépcsős technológiák energiaigénye lényegesen magasabb. Ezek hőkezelése kizárólag az I-IV. blokkon történik (az V. blokk gépészeti korlátai miatt), a normál minőségű termékek mellett. Az V. blokkon csak a normál (pl.: DC01) minőségű termékeket hőkezelik. A táblázatból látható, hogy a megtakarítások mértéke a két tüzelőanyag között 15-22% körül ingadoznak. Az 4. ábra a normál és a magasabb minőségű termékek hőkezelési ciklusait szemlélteti. Az 5. ábra az üzemben jelenleg használt égők fajlagosait, illetve a földgáz fogyasztáscsökkentő hatásának eredményeit mutatja be. A 6. ábrából áttekintést kaphatunk a kevertgáz elmúlt években történt fajlagos változásairól, míg a 7. és 8. ábra a kísérleti állásokon elvégzett mérésekből számított fajlagosokat mutatja be. A 7. az V. blokkon alkalmazott injektoros égők (TÜKI égők) fajlagosainak alakulását mutatja földgázüzem esetén, míg a 8. diagram az I-IV blokk TÜKI, Pyronics égőinek gázfelhasználását szemlélteti. A 9. ábra a kevertgáz és földgáz összehasonlítása különböző égőtípusok esetén. A diagramokból jól látható, hogy a kemenceállások földgázzal való üzemeltetésével igen jó eredmény érhető el a mennyiségi felhasználás és főképp a gázfajlagos tekintetében. 1. táblázat: Az I-IV. és az V. blokk fajlagosainak összehasonlítása kevertgáz és földgáz esetén kemenceállás / tüzelőanyag Kevertgáz, GJ/t normál minőségi termékre Földgáz, GJ/t normál minőségi termékre Megtakarítás földgáz- tüzeléssel, % Kevertgáz, GJ/t magasabb minőségi termékre Földgáz, GJ/t magasabb minőségi termékre Megtakarítás földgáz-tüzeléssel, % I-IV. blokk 0,82 0,66 20 1,3* 1,02 22 V. blokk (TÜKI égő) 1,2 1,01 16 - - - * számított érték 168 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
5. ábra: Az égőtípusok fajlagos gázfelhasználása Az üzemeltetési költségek alakulása Az ilyen volumenű fejlesztések esetén, a stratégiai és technológiai célokon túl, kiemelt figyelmet fordítunk a termeléshez kapcsolódó költségek elemzésére. A földgáz és a kevertgáz felhasznált mennyiségeit, a gázfajlagosok összehasonlítását a 2. táblázat tartalmazza. 8. ábra: Az I-IV. blokk, TÜKI égő, PID-szabályzás, földgáztüzelés 6.ábra: Az I-V. blokk kevertgáz alakulása 2012-2013. évben 9. ábra: A kevertgáz- és földgáztüzelés teljes körű összehasonlítása 7. ábra: V. blokk, TÜKI égő, földgáztüzelés A vizsgált időszak adataiból látható, hogy adott termelési volumen eléréséhez, meghatározott hőmennyiséget kell bevinnünk, mely mind m 3 /h-ban, mind GJ/h mennyiségben megtakarítást jelent a földgáz használatával. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 169
2. táblázat: A tüzelőanyag fajták mennyiségi felhasználása, I-V. blokk (tény adatok) Földgáz Kevertgáz Kohógáz kamragáz Kohógáz Kamragáz Mennyiség, m 3 /4 hó 3 179 000 19 617 000 15 992 000 3 625 000 Mennyiség, GJ/4 hó 110 785 113 318 47 951 65 367 Termelés, t/4 hó 126 813 127 277 Fajlagos, GJ/t 0,873 0,890 0,376 0,514 A teljes üzemre vonatkoztatott földgáz- és kevertgázfajlagos az alábbi tényezők miatt nem mutat olyan jelentős pozitív változást, mint azt az 1. táblázatban az egyes állásokon regisztrált adatokból láttunk: Az V. blokk kihasználtsági foka jelentősen eltér egymástól a vizsgált időszakban. A 2014. év I-V. blokkra vonatkoztatott átlagértékek még nem mérvadóak a folyamatos beállítások, optimalizálások következtében (pl. tüzelésvezérlő szoftver folyamatos finomítása). A folyamatos kísérletek, mérések, üzemi próbák folytak. A kísérletek jelentős részében ezek csak földgázt fogyasztottak, termelni nem termeltek, így a fajlagosra negatív hatással voltak. A magasabb minőségű termékek termelése a 2012-es 4-5%-ról mára 10-12%-ra emelkedett havonta. Ez a tényező jelentősen befolyásolja a gázfajlagost, azaz magasabb gázfelhasználási mutatók szükségesek. A 2014. évi jelentősen hullámzó termelés igen rossz hatással van a fajlagosra. A I-V. blokkra vonatkozóan tartós eredményeket a 2015. év alapján lehet majd meghatározni, amennyiben a berendezések leterhelése egyenletessé válik. A fajlagosok figyelembevételénél az egyes állásokon mért és számított adatok a meghatározók, melyek a mért eredmények alapján egzakt módon összehasonlíthatóak (lásd 1. táblázat). A 3. táblázat pontos mérések alapján számolt hőkezelési fázisköltségeket szemlélteti. Az adatok alapján a kevertgázzal történt hőkezelés költségei kedvezőbbek, a változás 606-1022 Ft/t között mozog. A költségekből jól látható az egyes energiahordozók közötti éles különbség, azonban a költségesebb fűtőgáz előnyéről szót ejtünk még. A fejlesztések során további célként fogalmazódtak meg a biztonságtechnikai, munkabiztonsági, munkavédelmi előírások betartásának szükségessége. A feltételek biztosításához korszerű nitrogénelárasztó rendszer lett telepítve, mely üzemzavaros időszakban, a meghatározott paraméterek elérése esetén automatikusan működésbe lép. Összefoglalás Az átalakításoknak köszönhetően a Hőkezelő üzemben a tüzelőanyag fajlagos felhasználása csökkent. Az üzem földgáztüzelésre történt átalakítása után az eredmények ismeretében a gázfelhasználásról a következők állapíthatók meg: A földgáz tüzelőanyaggal történő üzemeltetés az I-IV. blokkon minden alkalmazott égőtípus esetében, a kevertgázhoz viszonyítva 15-22%-kal csökkentette a földgáz fajlagos értékeket. Az elért eredmények a magasabb, stabil fűtőértéknek, a földgáz pontosabb szabályozhatóságának, korszerű, mai kor szabványainak megfelelő gázrendszernek (fejlesztések során beépített egységeknek) köszönhető. További tüzelőanyag-csökkentést ért el az üzem folyamatirányítási beállítások, szabályozások, szoftverek fejlesztésének következtében. A hőkezelői átalakítás tervezésének kezdetekor nagy hangsúlyt fordítottak a környezetvédelmi előírások betartására, melyek a földgáz használata esetén maradéktalanul teljesültek, azaz az emissziós értékek nagyságrendekkel határértéken belül maradtak. A harangok földgázzal történő üzemeltetéséhez szükséges vezetékrendszer, valamint a földgáz nagyobb tisztasági fokából eredően a karbantartási költségek is várhatóan jelentősen csökkeni fognak. Az átalakított berendezések a jelenleg hatályos előírásokat maradéktalanul kielégítik, így üzemeltetési szempontjából nagy biztonságot adva az ott dolgozó munkavállalóknak. A jelenleg beépített rekuperátorok elöregedtek, cseréjükkel további energiafelhasználás csökkenést lehet elérni. A földgázzal történő tüzelés költségei magasabbak annak ellenére, hogy mennyiségi csökkenést ért el az üzem a korábban használt kevertgáz felhasználáshoz képest, ugyanakkor egy stabil, korszerű, tüzeléstechnikailag üzembiztosabb, jobban szabályozható egységet kapott, mellyel a Hőkezelő üzem függetlenné vált a nagy energiaigényű folyékony technológiai fázisoktól. 3. táblázat: A kísérleti állások fajlagosai és költségei kemenceállás / tüzelőanyag kevertgáz I-IV. blokk normál minőség földgáz I-IV. blokk normál minőség kevertgáz I-IV. blokk magasabb minőség földgáz I-IV. blokk magasabb minőség kevertgáz V. blokk (injektoros, TÜKI égő) földgáz V. blokk (injektoros, TÜKI égő) Fajlagos GJ/t Mennyiség m 3 /t Költség Ft/t 0,82 142,23 1 407 0,66 19,13 2 013 1,3 225,49 2 230 1,02 29,57 3 112 1,2 208,15 2 059 1,01 29,28 3 081 Fajlagoskülönbség GJ/t Költségkülönbség Ft/t 0,16 606 0,28 882 0,19 1 022 170 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.
Katona József, Csekő Tamás, Tönköly László * Az ISD Dunaferr Zrt. Hideghengerművében létesített sósav-regeneráló berendezés tüzelésének gazdaságos és környezetkímélő beállítása A Hideghengerműben 2008-ban üzembe helyezett sósavas pácolóhoz tartozó savregeneráló berendezésnél a szerzők tüzelésellenőrzést végeztek. Megállapították, hogy helytelen tüzelés beállítás következtében a berendezésből távozó füstgáz szén-monoxid tartalma magas, ami környezetvédelmi szempontból káros és energetikai szempontból gazdaságtalan. Elemezve a berendezés üzemeltetési adatait és a savregenerálás kémiai folyamatait megállapították, hogy a tökéletlen égést a tüzelésvezérlő hibás programja okozta, nem vette figyelembe a savregenerálónál mint technológiai berendezésnél azt, hogy a tüzelés mellett a technológia is igényel oxigént, ill. levegőt. Az új tüzelés-beállítás mellett a berendezés fél éves üzemét is vizsgálva, a javasolt beállítás eredményes volt, a berendezés nem szennyezi a környezetet és a földgázfelhasználás is jelentősen csökkent. A szerzők a tüzelésvezérlő átprogramozásán kívül további javaslatokat tesznek, hogy a változó üzemi viszonyok mellett is biztosítani lehessen a jó tüzelés-beállítást. The authors have effectuated the firing analysis of the hydrochloric acid regeneration equipment belonging to the hydrochloric acidic pickling plant put into operation in 2008 at the Cold Rolling Mill. They stated that the carbon monoxide content of flue gas leaving the equipment was high due to the incorrect firing adjustment that was harmful from environmental point of view and inefficient from energetic point of view. Analyzing the operational data of the equipment and the chemical process of acid regenerating they stated that the incomplete combustion was caused by the bad program of firing controller that at the acid regenerator as a technological equipment did not take into account that beside firing also the process needs oxygen, respectively air. Examining also the half year operation of the equipment beside the new firing adjustment, the proposed set-up has been efficacious and thus the equipment is not polluting the environment and also the natural gas consumption has been reduced. Besides reprogramming the firing controller the authors are giving further proposals to assure a good firing setup also at changing operational conditions. 1. Bevezetés A melegen hengerelt szalag felületéről a revét (vas-oxidot) a további feldolgozás előtt el kell távolítani. A reve eltávolítása pácolással történik. Az új pácolóüzem 2008. júniusi indulása óta sósavas pácolással üzemel. A pácolási folyamat során, a fém felületén található vas-oxidok vas-kloriddá alakulnak. A pácoló sorhoz savregeneráló is épült, melyben a vas-klorid fluidizációs kemencében sósavra és vas-oxidra bomlik. Az így keletkezett sósav újra felhasználható a pácoláshoz, a vas-oxid viszont értékesíthető, hasznos vegyianyag. Pontosabb mérést a műszer 60000-es (6%-os) méréshatára miatt nem tudtunk végezni. A légfelesleget a tüzelésvezérlő számította ki. Ismeretes, hogy gáztüzelésnél az 1,1 körüli légfelesleg elégséges a tökéletes égéshez, ezért az itt tapasztalt tökéletlen égés okának megállapításához meg kellett ismernünk a savregenerálás kémiai folyamatát. 2.1 Pácolás és savregenerálás kémiai folyamatai Pácoláskor a sósav reakcióba lép mindhárom típusú vasoxiddal, sőt túlpácolás esetén a lemez felületén a vassal is, és azokat vas-kloriddá alakítja. Vas-oxidok oldása: (1) 2. Savregeneráló üzem tüzeléstechnikai és környezetvédelmi beállítása A savregeneráló 2013. júniusi tüzelésellenőrzése során megállapítottuk, hogy az üzem szén-monoxid-kibocsátása lényegesen a megengedett határérték fölött van. 3,93% oxigén és 1,23-as légfelesleg-tényező (továbbiakban légfelesleg) mellett 60000 ppm-nél nagyobb CO-tartalmat mértünk (1. ábra). Túlpácolás: (2) (3) (4) (5) (6) * Katona József tüzeléstechnikai osztályvezető, Energetikai Igazgatóság, ISD Dunaferr Zrt. Csekő Tamás üzemvezető-helyettes, Hideghengermű Pácoló, ISD Dunaferr Zrt. Tönköly László üzemtechnikus, Hideghengermű Pácoló, ISD Dunaferr Zrt. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4. 171
1. ábra: Sósav-regenerálóból távozó füstgáz vizsgálata (2013.06.21.) 2. ábra: Sósav-regenerálóból távozó füstgáz vizsgálata (2013.07.16.) A sósav-regeneráló üzemben a vas-klorid hevítéskor, víz- és oxigénfelhasználás mellett, Fe^3+ oxidra és sósavra bomlik szét (pirolízis). A kémiai reakciók egyenletei: (7) (8) A fluidizációs kemencében a füstgáz és a vas-kloridoldat légárammal fenntartott fluidágyon keveredik egymással. Az égéslevegőt ventilátor szolgáltatja. A bevitt levegő mennyiségét a tüzelésvezérlő a ventilátor fordulatszámából számítja ki. A kemencénél felhasznált földgáz és égéslevegő, valamint a tüzelésvezérlő által számított légfelesleg értékeinek elemzésével megállapítottuk, hogy a léghi- 172 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2014/4.