«الکوپات» و بهینه‌سازی صنعت فولاد

به گزارش می متالز، هرچند واحد تولید الکترود گرافیتی اردکان در ایران به‌عنوان تنها واحد تولیدی در این زمینه در سال‌های آینده وارد مدار تولید می‌شود، اما در کل باید به‌دنبال راهکارهایی برای کاهش مصرف الکترود گرافیتی بود تا بتوان با کاهش مصرف آن سبب کاهش هزینه در این زمینه شد. حسام ادیب، مدیرعامل گروه پاترون در زمینه کاهش مصرف الکترود گرافیتی در کاخانه‌های فولادی به گفت‌وگو نشسته است.
در ادامه مشروح این گفت‌وگو را می‌خوانید.

الکترود گرافیتی چیست و چه کاربردی در صنعت فولاد دارد؟

الکترود گرافیتی وسیله انتقال جریان الکتریکی در کوره‌های قوس الکتریکی در کارخانه‌های فولادی و ماده‌ای با ساختار کربن کریستالی است. به دلیل وجود این ساختار مولکولی، الکترود گرافیتی قادر به انتقال جریان‌های بالای الکتریکی است که تحمل حرارت بالای ۳ هزار درجه سانتی‌گراد را دارد و به همین دلیل نیز از این ماده در کوره‌های قوس الکتریکی استفاده می‌شود تا با استفاده از حرارت ناشی از برقراری قوس (مانند جرقه زدن) بین الکترود و قراضه (یا آهن اسفنجی) داخل کوره، قراضه (یا آهن اسفنجی) ذوب شود.عمده کوره‌های قوس الکتریکی از جریان متناوب (AC) استفاده می‌کنند و به همین دلیل کوره‌های قوس الکتریکی اغلب ۳ الکترود دارند که قطر این الکترودها بسته به ظرفیت و توان کوره از ۷۵ میلی‌متر تا ۷۵۰ میلی‌متر است. ارتفاع الکترودها نیز بر همین اساس می‌تواند تا ۲۸۰۰ میلی‌متر باشد. به‌طور معمول ۳ الکترود به شکل یک ستون در یک کوره قوس الکتریکی، با کمک نیپل به هم وصل می‌شوند. الکترودهایی که بیشتر مورد مصرف قرار می‌گیرند از نوع UHP یا فوق توان بالا و HP یا توان بالا هستند.ماده اولیه اصلی برای ساخت الکترود گرافیتی، کک سوزنی است که فناوری تولید آن در اختیار تعداد معدودی از کشورهای دنیاست.

الکترود گرافیتی در نرخ تمام‌شده فولاد چه سهمی دارد؟

بیشترین فولاد تولیدی در ایران به روش کوره قوس الکتریکی است. ضریب مصرف الکترود گرافیتی در کوره‌های قوس الکتریکی فولادسازان ایرانی به‌طور معمول بین ۲ تا ۴/۵ کیلوگرم به ازای هر تن فولاد و در کوره‌های تصفیه پاتیلی حدود ۱/۵کیلوگرم به ازای هر تن فولاد است.پیش از اوج‌گیری نرخ الکترود گرافیتی، بهای هر کیلوگرم الکترود گرافیتی حدود ۲ تا ۲/۵ هزار یورو بود که نرخ آن هم‌اکنون به بیش از ۲۰ هزار یورو به ازای هر کیلوگرم رسیده است. از این‌رو به‌طور تقریبی، سهم هزینه الکترود گرافیتی از حدود ۴۰ تومان به ازای هر کیلوگرم فولاد به حدود ۴۰۰ تومان رسیده که سهم بسیار بالایی به‌شمار می‌رود. البته نرخ یادشده مربوط به کارخانه‌های فولادی است که قراردادهای قبلی نداشته و خریدهای جدید انجام می‌دهند در حالی که نرخ الکترود ازسوی تولیدکنندگان آن همچنان در سطح ۵ تا ۶ هزار یورو به ازای هر کیلوگرم است که به شکل پلکانی در حال رشد است. بنابراین بسته به ضریب مصرف الکترود گرافیتی در هر کارخانه فولادسازی و براساس قراردادها و توافق‌های فولادسازان با تولیدکنندگان الکترود گرافیتی، سهم الکترود می‌تواند از ۱۰۰ تومان تا بیش از ۴۰۰ تومان به ازای هر کیلوگرم شمش فولاد متغیر باشد.

آیا در داخل کشور الکترود گرافیتی تولید نمی‌شود؟ واردات الکترود گرافیتی در کشور به چه میزان است؟

تاکنون الکترود گرافیت در ایران تولید نشده است و مشاهده می‌شود برخی شرکت‌ها اقدام به تراش الکترودهای گرافیت در اندازه‌های بزرگ برای تولید الکترودهای کوچک کرده‌اند که طبیعی است این عملیات سبب کاهش کیفیت الکترود می‌شود. البته از سال ۱۳۸۱ پروژه ایجاد کارخانه ۳۰هزار تنی تولید الکترود گرافیتی در اردکان یزد آغاز شده که به دلیل تحریم‌های پیشین متوقف شده بود، اما شنیده‌ها حاکی از شروع دوباره این پروژه است که امیدواریم هرچه زودتر به مرحله تولید برسد.اگر تولید فولاد کشور با کوره‌های قوس الکتریکی را ۱۵ میلیون تن در سال در نظر بگیریم و متوسط ضریب مصرف را ۴ کیلوگرم به ازای هر تن فولاد منظور کنیم، میزان مصرف کل کشور در سال حدود ۶۰ هزار تن الکترود گرافیتی خواهد بود. به طورطبیعی این مقدار تقریبی است و تعیین میزان دقیق آن نیازمند بررسی موردی است که در هر صورت مقدار مورد نیاز از طریق واردات تامین می‌شود.

کمبود الکترود گرافیتی از چه زمانی و به چه دلیل در سطح جهانی آغاز شد؟

از ابتدای سال میلادی به‌تدریج با کاهش الکترود گرافیتی و به‌دنبال خود افزایش بهای الکترود گرافیتی در سطح جهانی روبه‌رو شدیم. می‌توان مدعی شد دو روند کلی منجر به کمبود و گرانی الکترود گرافیتی در سطح بین‌المللی شد، یکی مصرف رو به افزایش کک سوزنی در تولید باتری‌های جدید و استفاده از آن در انرژی‌های نو و دیگری کاهش تولید آن در چین، پس از اجلاس محیط زیستی پاریس به‌دلیل آلایندگی این صنعت است. برآوردها حاکی از کاهش ۱۵درصدی تولید الکترود گرافیتی در جهان، ناشی از کاهش تولید چین است که همین امر منجر به افزایش شدید نرخ آن در سطح جهان شده است.

کمبود الکترود گرافیتی جهانی چه تاثیری بر کارخانه‌های فولادسازی داخلی داشته و دارد؟

طبیعی است براثر کاهش عرضه الکترود گرافیتی، آن دسته از فولادسازانی که برای تامین نیاز خود قراردادهای بلندمدت نداشته‌اند، دچار کمبود الکترود و برخی نیز توقف تولید موردی شده‌اند. البته این دسته از کارخانه‌ها نیز با قیمت‌های خرید بالاتر، قادر به خرید الکترود گرافیتی هستند. از این‌رو باید گفت چنانچه کمبود الکترود منجر به توقف تولید برخی کارخانه‌ها نشود، کمترین تاثیر آن افزایش هزینه‌های تولید است که براساس وسعت فولادسازان و قراردادهای قبلی و جدید آنها، اثر افزایش نرخ نیز در کارخانه‌های مختلف با یکدیگر متفاوت است.

آیا جایگزینی برای الکترود گرافیتی وجود دارد؟ یا چه راهکارهایی برای کاهش مصرف الکترود گرافیتی می‌توان پیشنهاد داد؟

با توجه به شرایط کارکرد الکترودهای گرافیتی به‌دلیل انتقال جریان بالا و تحمل دمای بسیار بالا، کالای جایگزینی برای آن وجود ندارد. ضریب مصرف الکترودهای گرافیتی نیز به عوامل مختلفی از جمله کیفیت الکترود گرافیتی، فناوری کوره قوس الکتریکی، ظرفیت آن، نوع شارژ (قراضه یا آهن اسفنجی)، شبکه‌های اتوماسیون، تجهیزات کمکی برای تزریق کک و دمش اکسیژن و... است. از این‌رو با توجه به نبود جایگزینی برای الکترود گرافیتی، تمرکز فولادسازان به‌طور عمده روی روش‌های کاهش ضریب مصرف الکترود معطوف شده است. بر همین اساس برخی شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به تعریف پروژه مطالعاتی و پژوهشی با اولویت بالا، برای بررسی روش‌های کاهش مصرف الکترود کرده‌اند که خوشبختانه موفقیت‌آمیز بوده است و منجر به تولید محصول جدیدی به نام «الکوپات» شد.
گفتنی است برای کاهش ضریب مصرف الکترود گرافیتی، راهکارهای متفاوتی وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به محافظت الکترود از اکسید شدن یا به تاخیر انداختن اکسیداسیون الکترود اشاره کرد. پوشش الکترود تولیدی (با نام تجاری الکوپات) نیز بر همین روش استوار است. بر این اساس در ماه‌های گذشته، استفاده از الکوپات منجر به کاهش ضریب مصرف از ۲درصد تا بیش از ۲۰ درصد شده که دلیل این تفاوت، آزمون‌های مختلف و شرایط کاری متفاوت کوره‌های قوس الکتریکی است. می‌توانید درباره روش کار الکوپات بیشتر توضیح دهید.خوردگی الکترودهای گرافیتی بیشتر به علت اتلاف ناشی از سوخت در منطقه قوس، فرسایش، شکستن الکترود و بیش از همه واکنش‌های اکسیداسیون است. در شرایط اپراتوری عمومی، حدود ۵۰درصد خوردگی در پوسته الکترود گرافیتی رخ می‌دهد (به این معنا که قطر الکترود پس از مصرف، درصورتی‌که به دلایل مختلف نشکند یا از مدار خارج نشود، نصف می‌شود). خوردگی الکترود گرافیتی از بالای سقف کوره با دمای حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد شروع می‌شود و هر چه به سمت سقف کوره می‌رویم، نرخ آن افزایش می‌یابد، در این ناحیه دما حدود هزار درجه سانتی‌گراد می‌شود. در زیر سقف کوره بدون افزایش نرخ خوردگی، دمای کاری افزایش می‌یابد.البته میزان تزریق اکسیژن به مذاب درون کوره در میزان خوردگی الکترود گرافیتی نقش بالایی دارد و می‌تواند منجر به افزایش اکسیداسیون الکترود شود. در این ناحیه هیچ‌گونه محافظی برای جلوگیری از اکسیداسیون الکترود گرافیتی وجود ندارد. الکوپات با تشکیل یک لایه محافظ با چسبندگی بالا روی الکترودهای گرافیتی، با محافظت از سطح الکترود در برابر اکسیداسیون، منجر به کاهش و تعویق آن می‌شود.