Energimyndigheten slutrapport 2

Projektpresentation
Problemställning
I stålprocessen glödgas stålet flera gånger. Ämnesvärmning sker mellan gjutning och varmvalsning,
därefter passerar stålet ett antal steg med valsning, glödgning och betning. Glödgningen görs för att
erhålla korrekta mekaniska egenskaper och mikrostruktur i slutprodukten. Glödgning sker ofta i
gas- och oljeeldade ugnar som är en del av den kontinuerliga produktionslinjen. Materialet betas i
ett efterföljande syrabad för att få en estetiskt acceptabel yta samtidigt som den goda
korrosionsresistensen och övriga ytegenskaper byggs upp. I konventionella förbränningsugnar för
värmning eller glödgning av stål används luft som oxidationsmedel vid förbränning. Luften
implicerar att 79 % av den ingående komponenten är kvävgas, vilket inte utnyttjas i
förbränningsprocessen. Denna värms dock upp i ugnen och skapar därmed NOx utsläpp. I dagsläget
finns det flertalet tekniker för att sänka energianvändningen i glödgningsprocesser. Utveckling av
processer med flamlösa brännare eller höghastighetsbrännare har medfört att förbränningen sker i
en större volym av ugnen. Detta leder till en jämnare värmning och minskade NOx utsläpp.
Projektet har fokuserat på att se över möjligheten för att förkorta glödgningstiden för stål. Därmed
kan en minskning av energianvändningen per ton producerat material ske, genom användning av
anpassad Oxyfuel brännarteknik, höghastighetsbrännare eller direktkontakt brännare. Vid
användning av oxyfuel brännarteknik ökar CO2 och H2O halten i ugnsatmosfären. Det är sedan
tidigare känt att ökad syre- och vattenhalt i atmosfären ökar oxidationshastigheten för stål.
Syfte och mål
Syftet med projektet var att påvisa att energianvändningen av gasol och olja i svensk stålindustris
värmningsugnar väsentligen kan reduceras i flera värmnings- och glödgningssteg för i första hand
rostfria stål men även för kolstål. Målet var att verifiera att implementering av den nya
förbränningstekniken inte påverkar materialegenskaperna nedströms negativt, exempelvis i
efterföljande betning. Detta har undersökts med ett antal serier parallella glödgningsförsök med
olika brännartyper och stålsorter i en pilotskaleanläggning.
Förväntad nytta med forskningen i relation till Energimyndighetens
uppdrag att ställa om energisystemet.
Under ett tidigare STEM projekt skedde en fördubbling av ugnar med Oxyfuel teknik. Vid
projektstarten fanns 36 ugnar med Oxyfuel enligt AGA AB (Linde Group), varav de flesta var
ugnar för ämnesvärmning. I dag har det skett över 120 installationer av Oxyfuel brännare världen
över. En vidare expansion av installationer förväntas då det fortfarande finns en
utvecklingspotential. Energibesparingen sker främst genom att ingen kväve ballast behöver värmas
upp i ugnen, som vid konventionell luftförbränning. Den totala energibesparingen är i de flesta
fallen runt 40 – 50 % för ett brännarbyte från konventionella brännare med icke förvärmd luft till
Oxyfuel brännare propan-syrgas. Energivärden från ämnesvärmning visar att energibesparingar upp
till 200 kWh/ton är möjliga. Studier som har utförts vid brännarbyte i produktion uppvisar att den
potentiella energibesparingen genom fullständig konvertering till Oxyfuel brännarteknik uppskattas
till 150 kWh/ton. Erfarenheter från konvertering från standard Oxyfuel till flamlös Oxyfuel visar att
NOx reduceras avsevärt, flexibiliteten ökar och att en homogenare uppvärmning av materialet sker.
Vid konvertering till Oxyfueltekniken uppkommer även andra fördelaktiga miljöaspekter. Utsläpp i
formen av NOx reduceras genom att ingen tillförsel av kväve sker till ugnen. Flamlös Oxyfuel
brännarteknik gör att förbränningsvolymen ökar och därmed reduceras flamtemperaturen, vilket
reducerar termisk NOx. I proportion till energibesparingen reduceras även utsläpp av CO2 och SOx.