23.08.2013 Views

Energimyndigheten slutrapport 2

Energimyndigheten slutrapport 2

Energimyndigheten slutrapport 2

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

Forskningsprogram<br />

Energiforskningsprogrammet<br />

2006 - 2010<br />

Total kostnad<br />

25 314 000<br />

SEK<br />

Avslutat<br />

Tidplan, förväntade delrapporter<br />

2006-10-01 - 2011-03-31<br />

Universitet/Högskola/Företag<br />

Swerea KIMAB AB<br />

AB Sandvik MT<br />

AGA AB (Linde Group)<br />

Fagersta Stainless AB<br />

Outokumpu Stainless AB<br />

Outokumpu Stainless Oy<br />

Outokumpu Stainless Tubular<br />

Products<br />

SSAB EMEA<br />

Adress<br />

Drottning Kristinas väg 48, 114 28 Stockholm<br />

Projekt<br />

43027 Energibesparing genom snabbare<br />

värmning och glödgning Pågående<br />

Avdelning/Institution<br />

Fullständigt namn och E-post till forskningsledare/kontaktperson<br />

Tobias Olli, tobias.olli@swerea.se<br />

Slutrapport, namn och förlag<br />

Energy Savings by More Rapid Reheating and Annealing,<br />

Jernkontorets forskning, serie TO43<br />

Sammanfattning<br />

Uppnådda huvudresultat<br />

Projektet har undersökt nya energibesparande värmnings- och glödgningsprocesser som kan<br />

användas vid tillverkning av stål. Brännartekniker som har utvärderas är konventionella, Oxyfuel,<br />

flamlös Oxyfuel och flamkontakt brännare, s.k. DFI. Projektet har baserats på försök i<br />

pilotanläggningar och driftsförsök i tillverkningsprocessen. Fokus har legat på möjligheterna att öka<br />

produktionshastigheter med bibehållna materialegenskaper, utan att påverka senare processteg som<br />

exempelvis betning. Från resultaten av experimenten har statistiska modeller utarbetats. Betning av<br />

glödgade prover genomfördes elektrolytiskt (neolyt) och i blandsyra (HNO3/HF).<br />

Glödgning och betning utfördes både i pilotskala och i produktionsförsök. Försök i en<br />

pilotglödningsugn vid AGA AB (Linde Group) och en pilotbetningsanläggning vid Swerea KIMAB<br />

har använts parallellt med produktionsförsök, enligt Fig. 1. Material producerades i produktion för<br />

att sedan användas till glödgnings- och betningsförsök vid pilotanläggningarna.<br />

Produktionsmaterial från senare steg i processkedjan användes som referenser vid jämförelser med<br />

utvärderade material i pilotförsöken. Material som ej glödgades i tillverkningsprocessen kallades Amaterial<br />

och användes till pilotglödgningsförsöken vid AGA AB (Linde Group). B-material<br />

glödgades i produktionsugnarna och användes till försök i pilot-betningsanläggningen vid Swerea<br />

KIMAB. Betade material från pilotanläggningen jämfördes sedan med produktionsfärdiga material<br />

(C) från produktionsförsöken. Ett antal olika brännare användes vid undersökningarna, flamlös


oxyfuel, oxyfuel, flamkontakt brännare (DFI) samt konventionella brännare. Vattenhalten för<br />

konventionella brännare låg runt 15 mol % och de högre vattenhalterna runt 50 mol %.<br />

Fig. 1, Industri- och pilotförsök genomfördes parallellt under projektet (vänster) samt principskiss över valsnings-,<br />

glödgnings- och betningsprocessen (höger).<br />

De undersökta materialen i detta projekt är redovisade i Tabell 1. Ett väldigt brett sortiment av<br />

stålsorter, som kolstål, austenitiska, ferritiska och duplexa (ferritisk-austenitisk), undersöktes i<br />

projektet och även i olika applikationer. Både varm- och kallvalsade stålsorter undersöktes<br />

tillsammans med material för ämnesvärmning, så kallade slabs.<br />

Tabell 1, Undersökta material.<br />

* CR = kallvalsad, HR = varmvalsad, C = Cold finish, H = Hot finish.<br />

** SMT = Sandvik Materials Technology, FSAB = Fagersta Stainless AB, OSTP = Outokumpu Stainless Tubular<br />

Products.<br />

Dimension<br />

[mm]<br />

Tjocklek<br />

[mm] Typ<br />

Stålsort Finish* Tillverkare**<br />

304L HR FSAB Ø 5.6 Tråd<br />

304L CR OSTP Ø 90 2.0 Svetsade rör<br />

304L C SMT Ø 25.0 2.4 Rör<br />

Sanicro 28 C SMT Ø 33.2 3.5 Rör<br />

SAF 2507<br />

430<br />

304<br />

304<br />

309L<br />

309L<br />

2205<br />

FEP01<br />

H<br />

CR<br />

CR<br />

HR<br />

CR<br />

HR<br />

CR<br />

CR<br />

SMT<br />

Outokumpu Tornio<br />

Outokumpu Tornio<br />

Outokumpu Avesta<br />

SMT<br />

SMT<br />

Outokumpu Nyby<br />

SSAB EMEA<br />

Ø 33.2 2.9<br />

1.0<br />

0.69<br />

4.0<br />

0.85<br />

3.0<br />

1.8 / 2.1<br />

1.16<br />

Rör<br />

Band<br />

Band<br />

Band<br />

Band<br />

Band<br />

Band<br />

Band<br />

780DP CR SSAB EMEA 1.60 Band<br />

Kolstål Gjuten SSAB EMEA 100 x 100 20 Slabs<br />

304 Gjuten Outokumpu Avesta<br />

Sandvik Heating<br />

105 x 65 20 Slabs<br />

Nikrothal N60 Gjuten Technology AB 100 x 100 20 Slabs<br />

Material till produktions- och pilotförsöken producerades i produktionslinjerna vid de deltagande<br />

företagen. Uttag av material i produktionslinjen medför att processförändringar måste göras. Detta<br />

kan leda till produktionsstörningar, produktionsbortfall och även processtopp. Även om det inte är<br />

så stora volymer av material som behövs för pilotförsöken så medför materialuttagen ofta att större<br />

mängder material måste skrotas. Exempel på beskrivningar av deltagande företags processer finns<br />

beskrivna i Fig. 2 – Fig. 5. Vid AB Sandvik Materials Technology extruderades sömnlösa rör i<br />

produktionen som sedan glödgades både i produktion och i pilotanläggningen för att sedan<br />

utvärderas genom betning i blandsyra. Vid Outokumpu Stainless AB producerades bandmaterial av<br />

304 rostfritt, med och utan steckeloxid. Rör- och trådmaterial producerades sedan vid OSTP


espektive Fagersta Stainless AB vid olika processteg. Produktionsförsök genomfördes även vid<br />

Outokumpu Stainless Oy och vid SSAB EMEA.<br />

Fig. 2, En skematisk bild över extrusionsprocessen av rör vid SMT.<br />

Fig. 3, Ståltillverkning av bandmaterial vid Outokumpu Stainless AB.<br />

Fig. 4, Processöversikt av produktionen av svetsade rör från bandmaterial vid Outokumpu Stainless Tubular Products.<br />

Fig. 5, Processöversikt för produktion av valstråd vid Fagersta Stainless AB (vänster) och billet i produktion (höger).


Material för glödgningsförsök matades genom ugnen fastsvetsade på en stång enligt Fig. 6. Rör-<br />

och trådmaterial glödgades i buntar, rören svetsade i paket om tre och rören hopbundna om sju<br />

trådar.<br />

Fig. 6, Uppställning av material för pilot glödgningsförsök. Bandmaterial, rör- och trådpaket innan glödgning visas från<br />

vänster till höger.<br />

Resultaten har rapporterats individuellt i sex stycken delrapporter som täcker<br />

materialkarakteristering och resultat från alla delar i projektet. Projektet är summerat i en<br />

<strong>slutrapport</strong> tillsammans med en kort summering av de olika delresultaten. Utöver projektrapporterna<br />

har en licentiatavhandling, ett examensarbete och en kandidatuppsats publicerats. Resultaten har<br />

spridits på konferenser och via seminarier till deltagande företag. Multivariabel analys och<br />

modellering av resultaten användes för att identifiera eventuella systematiska effekter av<br />

brännartyp, partialtryck av vatten och uppvärmningshastighet. Nedan följer en sammanfattning av<br />

huvudresultaten från projektområdena.<br />

Glödgning Glödgning Glödgning Glödgning av av av av rostfritt rostfritt rostfritt rostfritt bandmaterial bandmaterial bandmaterial bandmaterial<br />

Rostfritt stål av bandmaterial av ferritiska, austenitiska och duplexa stålsorter utvärderades med<br />

avseende på oxidation och betningsbeteende. De material som ingick var varm- och kallvalsade<br />

austenitiska 304, 309L, kallvalsad ferritisk 430 och duplex 2205. Propan-luft och Oxyfuel<br />

brännarteknik användes i detta arbete, vilket resulterade i en vattenkoncentration på 15 mol %<br />

respektive 50 mol %. Resultaten från studien visar på att oxidations- och betningsbeteendet är<br />

väldigt likt mellan Oxyfuel och konventionell glödgningsatmosfär. Anledningen till detta anses vara<br />

antingen att den totala glödgningstiden är för kort för att diskriminera någon skillnad mellan de två<br />

vattenhalterna i ugnsatmosfärerna eller att vattenkoncentrationen i atmosfären med låg vattenhalt är<br />

redan högre än det kritiska värdet där vatteneffekten maximeras. Proverna i<br />

pilotglödgningsförsöken var glödgade med olika glödgningsdata, definierade enligt under-, normaloch<br />

överglödgade prover i samband med snabbt och långsamt glödgade prover. Dessa<br />

glödgningslägen står i relation till produktionsdata och kan därför också jämföras med de<br />

produktionsförsök som genomförts för dessa material.<br />

I Fig. 7 kan oxidationshastigheten för olika temperaturer för 304 och 2205 ses som resultat av<br />

studien. Ur figuren är det också möjligt att se betningshastigheter i neolytisk och blandsyra betning.<br />

Det går även att se att duplexa stålsorter oftast är mycket svårare att beta till en visuellt ren yta. Den<br />

kallvalsade versionen utvecklade en inre kromrik oxid med yttre Fe-Mn anrikning. Den kallvalsade<br />

ferritiska 430 utvecklade en järnrik oxid med små Cr-anrikningar. Varmvalsade versioner av 304<br />

och 309L utvecklade inhomogena och tjocka oxider.<br />

De mekaniska egenskaperna, det vill säga kornstorlek, draghållfasthet och hårdhet, var väldigt lika<br />

mellan snabb och långsam uppvärmning till glödgningstemperaturen för proverna. Ingen korrelation<br />

mellan olika glödgningsatmosfärer och betning erhölls för bandmaterial. En tendens sågs mot att<br />

snabbt uppvärmda prover hade en kortare betningstid till att en ren yta erhölls. Från studien kan<br />

slutsatsen dras att Oxyfuel glödgning är mycket effektiv när det gäller värme per volym, vilket gör<br />

det möjligt att öka produktionstakten. Resultaten påvisar även att den totala glödgningstiden kan<br />

reduceras med upp till 30 – 40 % utan att de mekaniska egenskaperna förändras, därav kan en<br />

tunnare oxid vid kortare hålltid erhållas.


2000<br />

1800<br />

1600<br />

1400<br />

1200<br />

1000<br />

800<br />

600<br />

400<br />

200<br />

0<br />

200<br />

1300<br />

140<br />

1400<br />

750<br />

1800<br />

Pickling rate neolyte (µg/s A dm2)<br />

Pickling rate mixed acid (µg/s dm2)<br />

430CR 304CR 304HR 309HR 2205CR<br />

Fig. 7, Oxidationshastighet för 304 och 2205 vid tre olika temperature (vänster) och betningshastighet för 430, 304 och<br />

2205 vid neolytisk och blandsyrabetning (höger).<br />

Glödgning Glödgning Glödgning Glödgning av av av av rostfritt rostfritt rostfritt rostfritt rörmaterial rörmaterial rörmaterial rörmaterial<br />

Glödgning av sömlösa rostfria stålrör genomfördes vid vattenhalterna 12 – 20 mol % med<br />

konventionella brännare och 45 – 50 mol % för Oxyfuel glödgade prover. Två stycken austenitiska<br />

rostfria stålsorter utvärderades, 304L och Sanicro 28 tillsammans med en duplex stålsort, SAF<br />

2507. Resultaten påvisade att mekaniska och mikrostruktur egenskaper (hårdhet, kornstorlek och<br />

rekristallisation) för glödgade proverna var väldigt lika varandra, för alla material. Det var<br />

framförallt glödgningstemperaturen och inte primärt hålltiden som avgjorde vilka mekaniska<br />

egenskaper som erhölls. Tiden för uppvärmning till glödningstemperaturen kan enligt resultaten<br />

reduceras med ungefär 30 % utan att kompromissa med de mekaniska egenskaperna.<br />

Oxiderna som bildas på ytorna av Sanicro 28 och SAF 2507 observerades erhålla en väldigt<br />

likvärdig topografi vid de två olika vattenhalterna. Det finns en viss tendens till att den högre<br />

vattenhalten i ugnsatmosfären resulterar i högre oxidtjocklek. En radikal ökning av<br />

oxidationshastigheten observerades (breakaway oxidation) vid glödgning av 304L rostfritt stål vid<br />

hög vattenhalt och ökade med ökande hålltid. Två prover, en konventionellt och en Oxyfuel<br />

glödgad, med motsvarande glödgningsdata ses i Fig. 8. Nodulbildning i fallet med hög vattenhalt<br />

observerades med ett poröst centrum, fler noduler observerades vid längre hålltider. Nodulerna som<br />

bildades på ytan växte delvis inåt men även utåt där den yttre oxiden bestod till stor del av järnrik<br />

oxid. I konventionell luftförbränningsatmosfär observerades en kontinuerlig kromrik oxid vid det<br />

forna ytskiktet. I fallet med låg vattenhalt var ytan relativt oförändrad med ökande hålltid. De<br />

frekventa oxidnodulerna medför en längre betningstid för att avlägsna nodulerna och att eliminera<br />

den kromutarmade zonen för att erhålla ett passiverande skikt. Breakaway oxidation uppkommer på<br />

grund av den långa glödgningstiden som rörmaterialet genomgår.<br />

Fig. 8, Topografiska studier av oxidstrukturen på 304L rostfritt rörmaterial med svepelektronmikroskop efter<br />

glödgning, Oxyfuel (vänster) och konventionell luftförbränning (höger) med en hålltid på 4 minuter vid 1100 °C.<br />

525<br />

200<br />

200<br />

50


Glödgning Glödgning Glödgning Glödgning av av av av rostfritt rostfri rostfri rostfritt<br />

tt tt trådmaterial tråd tråd trådmaterial<br />

material material<br />

Rostfri ståltråd av 304L glödgades i en pilotanläggning med en glödgningsugn. Oxyfuel och<br />

konventionell brännarteknik användes som jämförelser i ugnen. I samband med pilotförsöken<br />

definierades prover enligt glödgningsdata som under-, normal- och överglödgade prover.<br />

Glödgningsförsöken resulterade i vattenkoncentrationer i området 13 – 20 mol % för konventionell<br />

glödgning medan Oxyfuel glödgning resulterade i området runt 46 - 51 mol %. Hålltiden vid<br />

glödgningstemperaturen var likvärdig med motsvarande för 304L rörmaterial.<br />

Mekaniska egenskaper såsom kornstorlek och hårdhet var mycket lika mellan Oxyfuel och<br />

konventionell ugnsatmosfär. Oxyfuel möjliggör snabb och effektiv uppvärmning utan att äventyra<br />

mekaniska egenskaper. Resultaten visade att uppvärmningstiden till glödgningstemperatur skulle<br />

kunna reduceras med ca 25 %. Oxyfuelprover observerades ha tjockare oxider relativt<br />

konventionellt glödgade prover. Trådarnas oxidtjocklek var i ordningen av 9 - 27 µm. Frekventa<br />

inre oxidationer observerades djupt in i materialet efter korngränserna där ett kontinuerligt skikt av<br />

kromoxid bildades. Tätare inre oxidationer observerades vid glödgning i höga partialtryck med<br />

vatten. Den allmänna oxidtjockleken ökade med ökad vattenhalt i ugnsatmosfären. Den resulterande<br />

oxidtjockleken för glödgade prover vid olika glödgningsdata är given i Fig. 9. Ur figuren ses även<br />

betningsbeteendet i blandsyra för 304L rostfri tråd.<br />

Oxide thickness (µm)<br />

25<br />

20<br />

15<br />

282 273<br />

270 278<br />

10<br />

275<br />

y=0.03362*x+7.903<br />

R2=0.5193<br />

280<br />

272<br />

277<br />

304L_refer<br />

120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360<br />

Annealing time (s)<br />

Missing<br />

Outside Above Range<br />

13.4948 - 26.0007<br />

38.5065 - 51.0124<br />

274<br />

271<br />

279<br />

276<br />

281<br />

Weight loss (%)<br />

1.8<br />

1.6<br />

1.4<br />

1.2<br />

1.0<br />

277<br />

282<br />

0.8<br />

275 270<br />

y=0.003663*x+0.1724<br />

R2=0.8849<br />

272<br />

281<br />

276 273<br />

278<br />

280<br />

180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420<br />

Pickling time (s)<br />

Missing<br />

Conv+Oxybrännare matad med tryckluft<br />

Conv+Oxystöd<br />

DST glödgad, atmosfär?<br />

OxyFL<br />

Fig. 9, Proven är färgade enligt huvud brännare; Oxyfuel glödgade prover plottas som röda punkter, konventionell<br />

ugnsatmosfär som blå och produktionsglödgat material är färgat grått (till vänster) och viktsförlusten som en funktion<br />

av betningstiden för 304L rostfri tråd (höger).<br />

DFI DFI DFI DFI värmning värmning värmning värmning av av av av kolstål kolstål kolstål kolstål bandmaterial bandmaterial bandmaterial bandmaterial<br />

Uppvärmning med DFI av bandmaterial av kolstål, av stålsorterna FEP01 och 780DP utfördes i<br />

temperaturområdet 350 till 600 °C. Kolstålsprov kördes genom pilotugnen med linjehastigheter på 6<br />

- 12 m/min med lambdavärden mellan 0.9 till 1.1.<br />

DFI-brännartekniken medför en mycket snabb uppvärmning tack vare förbättrad värmeöverföring<br />

när lågan står i direkt kontakt med materialet. Resultaten från studien visar att oljerester på ytan av<br />

provet kan delta i förbränningen. En förrengöring i processen kan eventuellt uteslutas då<br />

oljeresterna elimineras vid förbränningen. De prover som hade smörjmedelsrester kvar på ytan hade<br />

vid värmningsförsöken en yta som erhöll en temperatur som låg ca 20 ° C varmare, det vill säga den<br />

termiska energin absorberades i högre grad.<br />

DFI DFI DFI DFI förvärmning förvärmning förvärmning förvärmning av av av av rostfria rostfria rostfria rostfria rör rör rör rör<br />

Flamkontaktbrännare (DFI) tillämpades för förvärmning av svetsade 304L rostfritt stål. Två<br />

brännare med 50 kW vardera har använts med lambdavärden mellan 0.9 till 1.1 och linjehastigheter<br />

från 1.0 till 5.3 m/min. Typiska maximala temperaturer som erhölls var i intervallet 300 - 700 °C<br />

vilket resulterade i väldigt tunna oxider, runt 30 - 40 nm. Resultaten visar att oxidtjockleken<br />

signifikant beror av linjehastigheten genom ugnen.<br />

279<br />

271


En mycket hög termisk verkningsgrad kan uppnås i ugnen med flamkontaktbrännare. Den höga<br />

temperaturen som uppnås på kort tid är mycket gynnsam. I stålprocessen kan DFI användas i ett<br />

förvärmningssteg i glödgningslinjen. Dock är den höga temperaturen inte tillräcklig i kombination<br />

med den väldigt korta tiden i ugnen, vilket medför att denna konfiguration inte är applicerbar som<br />

en fristående process för korntillväxt i materialet, utan enbart för återställande av defekter.<br />

Ämnesvärmning Ämnesvärmning Ämnesvärmning Ämnesvärmning<br />

Slabs av tre olika material, kolstål, 304 rostfritt stål och Nikrothal N60, utvärderades med avseende<br />

på ämnesvärmning. Två olika hålltider tillämpades på nämnda material, 10 min och 30 min i tre<br />

olika miljöer. Utvärderade atmosfärer var Oxyfuel, konventionell luftförbränning och simulerad<br />

naturgas. Den totala återuppvärmningstiden (uppvärmning och hålltid) var konstant mellan de tre<br />

atmosfärerna, vilken uppgick till runt 80 – 100 minuter. Vattenkoncentrationen i ugnen hölls på 14<br />

mol % vid konventionell atmosfär och ca 50 mol % för atmosfär med hög vattenhalt. En gjuten yta<br />

med oxid och en slipad yta utvärderades vid ämnesvärmningen.<br />

För kolstål och 304 rostfritt material uppvisades smärre skillnader för den gjutna och den slipade<br />

ytan. Däremot upptäcktes större skillnader för den gjutna och den slipade ytan efter ämnesvärmning<br />

för Nikrothal N60 materialet. På den exponerade gjutna ytan sågs djupt växande oxider in i<br />

bulkmaterialet. Runt den inåtväxande oxiden bildades ett kontinuerligt skikt med kromoxid och<br />

kiseloxid som ett yttersta lager. Legeringens sammansättning får en större inverkan för legeringens<br />

motståndskraft mot vidare oxidation med ökande vattenhalt i ugnsatmosfären. För kolstål ökade<br />

oxidtjockleken vid en hålltid på 30 minuter med 400 %, vid en ökning av vattenhalten från 14 mol<br />

% upp till 50 mol %. Motsvarande värden för 304 rostfritt stål och Nikrothal N60 var 200 %<br />

respektive relativt oförändrad. Resultaten påvisar vikten av att en korrekt hålltid appliceras på<br />

materialen.<br />

Tolkning av dessa i förhållande till forskningens syfte/mål<br />

Projektet har fokuserat på användningen av Oxyfueltekniken för glödgning av kallvalsade,<br />

varmvalsade rostfria material samt även kolstål där det tidigare varit tunt med tillgängliga<br />

produktionsdata. Frågeställningen var huruvida Oxyfuelglödgning påverkade efterföljande<br />

betningssteg där den oxid som bildas vid glödgningen tas bort. Inga negativa effekter har<br />

observerats nedströms vid glödgning av bandmaterial i förbränningsmiljö av propansyre med högt<br />

partialtryck av vatten. Detta medför att en energibesparing kan ske för bandmaterial och resultaten<br />

påvisar även att en reduktion av totala glödgningstiden kan ske. En signifikant nodulbildning<br />

observerades dock vid glödgning av rostfria rör i ugnsatmosfär med hög vattenhalt. Den ökade<br />

nodulbildningen medför att längre betningstider krävs i efterföljande processteg. Dock betas inte<br />

rörmaterialen i en kontinuerlig linje jämfört med bandmaterial, vilket möjliggör anpassningar i<br />

betningssteget. Oxidationshastigheten vid ämnesvärmning av slabs producerar generellt en<br />

oxidtjocklek som korrelerar starkt mot legeringshalten och vattenhalten i ugnsatmosfären. Vissa<br />

begränsningar uppkommer i fallet där låglegerade material glödgas vid höga vattenhalter och långa<br />

hålltider. Studien visar dock att endast hanterbara begränsningar uppstod vid användning av<br />

Oxyfuel som ny brännarteknik och därmed kan energieffektiviseringsmålen genomföras.


Projektpresentation<br />

Problemställning<br />

I stålprocessen glödgas stålet flera gånger. Ämnesvärmning sker mellan gjutning och varmvalsning,<br />

därefter passerar stålet ett antal steg med valsning, glödgning och betning. Glödgningen görs för att<br />

erhålla korrekta mekaniska egenskaper och mikrostruktur i slutprodukten. Glödgning sker ofta i<br />

gas- och oljeeldade ugnar som är en del av den kontinuerliga produktionslinjen. Materialet betas i<br />

ett efterföljande syrabad för att få en estetiskt acceptabel yta samtidigt som den goda<br />

korrosionsresistensen och övriga ytegenskaper byggs upp. I konventionella förbränningsugnar för<br />

värmning eller glödgning av stål används luft som oxidationsmedel vid förbränning. Luften<br />

implicerar att 79 % av den ingående komponenten är kvävgas, vilket inte utnyttjas i<br />

förbränningsprocessen. Denna värms dock upp i ugnen och skapar därmed NOx utsläpp. I dagsläget<br />

finns det flertalet tekniker för att sänka energianvändningen i glödgningsprocesser. Utveckling av<br />

processer med flamlösa brännare eller höghastighetsbrännare har medfört att förbränningen sker i<br />

en större volym av ugnen. Detta leder till en jämnare värmning och minskade NOx utsläpp.<br />

Projektet har fokuserat på att se över möjligheten för att förkorta glödgningstiden för stål. Därmed<br />

kan en minskning av energianvändningen per ton producerat material ske, genom användning av<br />

anpassad Oxyfuel brännarteknik, höghastighetsbrännare eller direktkontakt brännare. Vid<br />

användning av oxyfuel brännarteknik ökar CO2 och H2O halten i ugnsatmosfären. Det är sedan<br />

tidigare känt att ökad syre- och vattenhalt i atmosfären ökar oxidationshastigheten för stål.<br />

Syfte och mål<br />

Syftet med projektet var att påvisa att energianvändningen av gasol och olja i svensk stålindustris<br />

värmningsugnar väsentligen kan reduceras i flera värmnings- och glödgningssteg för i första hand<br />

rostfria stål men även för kolstål. Målet var att verifiera att implementering av den nya<br />

förbränningstekniken inte påverkar materialegenskaperna nedströms negativt, exempelvis i<br />

efterföljande betning. Detta har undersökts med ett antal serier parallella glödgningsförsök med<br />

olika brännartyper och stålsorter i en pilotskaleanläggning.<br />

Förväntad nytta med forskningen i relation till <strong>Energimyndigheten</strong>s<br />

uppdrag att ställa om energisystemet.<br />

Under ett tidigare STEM projekt skedde en fördubbling av ugnar med Oxyfuel teknik. Vid<br />

projektstarten fanns 36 ugnar med Oxyfuel enligt AGA AB (Linde Group), varav de flesta var<br />

ugnar för ämnesvärmning. I dag har det skett över 120 installationer av Oxyfuel brännare världen<br />

över. En vidare expansion av installationer förväntas då det fortfarande finns en<br />

utvecklingspotential. Energibesparingen sker främst genom att ingen kväve ballast behöver värmas<br />

upp i ugnen, som vid konventionell luftförbränning. Den totala energibesparingen är i de flesta<br />

fallen runt 40 – 50 % för ett brännarbyte från konventionella brännare med icke förvärmd luft till<br />

Oxyfuel brännare propan-syrgas. Energivärden från ämnesvärmning visar att energibesparingar upp<br />

till 200 kWh/ton är möjliga. Studier som har utförts vid brännarbyte i produktion uppvisar att den<br />

potentiella energibesparingen genom fullständig konvertering till Oxyfuel brännarteknik uppskattas<br />

till 150 kWh/ton. Erfarenheter från konvertering från standard Oxyfuel till flamlös Oxyfuel visar att<br />

NOx reduceras avsevärt, flexibiliteten ökar och att en homogenare uppvärmning av materialet sker.<br />

Vid konvertering till Oxyfueltekniken uppkommer även andra fördelaktiga miljöaspekter. Utsläpp i<br />

formen av NOx reduceras genom att ingen tillförsel av kväve sker till ugnen. Flamlös Oxyfuel<br />

brännarteknik gör att förbränningsvolymen ökar och därmed reduceras flamtemperaturen, vilket<br />

reducerar termisk NOx. I proportion till energibesparingen reduceras även utsläpp av CO2 och SOx.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!