Energimyndigheten slutrapport 2
Energimyndigheten slutrapport 2
Energimyndigheten slutrapport 2
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.