گام ملی در مهندسی نسوز و بهینه‌سازی مصرف انرژی: بازطراحی حرارتی و بومی‌سازی آجر نیمه‌سنگین شاموتی

به گزارش پترومتالز، پایان‌ یافتن دو پروژه مکمل در حوزه نسوز کوره آهک، نمونه‌ای برجسته از تلفیق مهندسی دقیق، تحلیل حرارتی پیشرفته و اتکا به ظرفیت‌های بومی در صنعت فولاد کشور است. این اقدام، در شرایط محدودیت انرژی و افزایش وابستگی صنایع به فناوری و مواد اولیه خارجی، جایگاه ویژه‌ای در سطح ملی پیدا می‌کند.

چارچوب مسئله و ضرورت اقدام

اندازه‌گیری‌های میدانی طی دو سال اخیر نشان داد که دمای پوسته کوره تکلیس در برخی نقاط به حدود ۴۳۰ درجه سانتی‌گراد رسیده است؛ دمایی فراتر از محدوده مجاز آلیاژ به‌کاررفته در بدنه.استمرار این شرایط خطر افزایش احتمال آسیب جدی و تغییر شکل پوسته و کاهش عمر رینگ و غلتک های کوره را به همراه داشت

در کنار این موضوع، محدودیت جدی در تأمین گاز و لزوم افزایش راندمان انرژی، ضرورت بازنگری اساسی در ساختار نسوز کوره را تقویت کرد.

روش‌شناسی و تحلیل فنی

به‌منظور دستیابی به تصویری دقیق از رفتار حرارتی کوره، مدل‌سازی کامل هندسه و رفتار حرارتی با استفاده از نرم‌افزارهای سالیدورکس، انسیس و متلب انجام شد. سه مکانیسم اصلی انتقال حرارت—هدایت در لایه‌های نسوز، جابه‌جایی در گازهای داغ و تشعشع حرارتی—در مدل لحاظ شد و داده‌های میدانی شامل دماهای داخلی و خارجی، ضخامت مؤثر لایه‌ها و شرایط واقعی بهره‌برداری در آن اعمال گردید.

تحلیل‌ها نشان داد که ترکیب فعلی آجرها و کاهش ضخامت عایق در برخی نقاط، سهم قابل توجهی در افزایش اتلاف حرارتی پوسته کوره داشته است.

اقدامات اصلاحی و طراحی جدید

براساس نتایج تحلیل حرارتی، مجموعه‌ای از اصلاحات طراحی اعمال شد که شامل موارد زیر است: استفاده از آجر نیمه‌سنگین شاموتی با ضریب هدایت پایین‌تر، تقویت و افزایش ضخامت لایه عایق در منطقه پخت، بازطراحی الگوی آجرچینی با هدف کاهش انتقال حرارت

بهینه‌سازی ترکیب لایه‌های نسوز بر اساس نتایج محاسبات عددی

پیاده‌سازی این طرح‌ها منجر به کاهش ۶۰ تا ۸۰ درجه‌ای دمای پوسته کوره در نقاط بحرانی شد؛ مقداری که نقش مؤثری در افزایش عمر سازه‌ای و کاهش استرس حرارتی تجهیزات دارد.

بومی‌سازی آجر نیمه‌سنگین شاموتی

بخش مکمل پروژه، توسعه و ساخت داخلی آجر نیمه‌سنگین شاموتی بود که پیش از این از منابع خارجی تأمین می‌شد. تولید داخلی این محصول ضمن تضمین تأمین پایدار، باعث کاهش وابستگی و ایجاد یک مزیت راهبردی در زنجیره تأمین نسوز کشور شده است.

نتایج کمی این اقدام عبارت‌اند از: صرفه‌جویی ارزی سالانه حدود ۵۰ هزار دلار، حذف کامل وابستگی به واردات آجر شاموتی، افزایش قابلیت برنامه‌ریزی در تعمیرات و توقفات دوره‌ای و امکان توسعه تدریجی ظرفیت تولید نسوزهای بومی.

بهبود شاخص‌های بهره‌برداری

ترکیب بازطراحی حرارتی و بومی‌سازی نسوز، اثرات قابل اندازه‌گیری بر عملکرد کوره داشته است: کاهش حدود ۱۰ درصدی مصرف گاز طبیعی معادل ۴.۵ میلیون مترمکعب در سال، افزایش ۲۰ درصدی کیفیت پخت و تناژ تولید، افزایش ۱۵ درصدی آماده‌به‌کاری و کاهش توقفات غیرمترقبه وکاهش تنش‌های حرارتی و ارتقای ایمنی تجهیزات و کارکنان.

اجرای کامل این طرح‌ها، علاوه‌بر ایجاد یک الگوی موفق برای بهینه‌سازی حرارتی در صنایع انرژی‌بر، نشان‌دهنده ظرفیت فنی کشور در توسعه مواد نسوز تخصصی و طراحی راهکارهای جایگزین واردات است.

این پروژه به‌عنوان یک نمونه ملی، اثبات می‌کند که با اتکا به توان مهندسی داخلی می‌توان نیازهای حیاتی صنایع راهبردی را بدون وابستگی خارجی پاسخ داد و در عین حال بهره‌وری انرژی را به‌طور محسوسی ارتقا داد. پروژه بازطراحی حرارتی کوره آهک و بومی‌سازی آجر نیمه‌سنگین شاموتی، نمونه‌ای موفق از هم‌افزایی دانش مهندسی، تحلیل عددی و ظرفیت تولید داخل است. این اقدام نه‌تنها یک مسئله عملیاتی را به‌صورت پایدار حل کرده، بلکه مسیر توسعه نسوزهای بومی و ارتقای راندمان انرژی در سایر واحدهای مشابه کشور را نیز هموار می‌کند. این پروژه با حمایت و پشتیبانی فنی مدیران محترم بخش و نت مواد اولیه، و مشارکت واحد های بهره برداری و نت آهک، نسوز، تحقیق و توسعه و مهندسی کارخانه به سرانجام رسید.

*روابط عمومی فولاد خوزستان