کک نفتی گرافیتی چه نقش کلیدی در فرآیند کوتاه و ذوب کم کربن کوره‌های قوس الکتریکی ایفا می‌کند؟

نقش‌های کلیدی و تحلیل کک نفتی گرافیتی در فرآیند کوتاه کوره قوس الکتریکی (EAF) و فولادسازی کم کربن

I. ماده اولیه هسته برای الکترودهای گرافیتی، پشتیبانی از عملکرد کارآمد فرآیند کوتاه مدت EAF

۱. ویژگی‌های مواد اولیه و سازگاری فرآیند کک نفتی گرافیتی‌شده محصولی مشتق‌شده از کک نفتی است که در دمای بیش از ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد تحت گرافیتی شدن قرار می‌گیرد و ساختار بلوری آن از حالت آمورف به شکل گرافیت بسیار منظم تبدیل می‌شود. این کک رسانایی الکتریکی بالا، رسانایی حرارتی بالا، مقاومت حرارتی شدید (تحمل دمای بالاتر از ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد) و پایداری شیمیایی را از خود نشان می‌دهد. این خواص، آن را به یک ماده اولیه ایده‌آل برای تولید الکترودهای گرافیتی تبدیل می‌کند که اجزای رسانای اصلی در فولادسازی EAF هستند.

۲. بهبود بهره‌وری در فولادسازی با فرآیند کوتاه‌مدت فرآیند کوتاه‌مدت EAF در درجه اول از قراضه فولاد به عنوان خوراک استفاده می‌کند، آن را مستقیماً ذوب می‌کند و ناخالصی‌ها را از طریق قوس‌های الکتریکی تولید شده توسط الکترودهای گرافیتی اکسید می‌کند. در مقایسه با فرآیند طولانی‌مدت سنتی کوره بلند-کوره اکسیژن پایه (BF-BOF) (که به سنگ آهن و زغال کک نیاز دارد)، فرآیند کوتاه‌مدت EAF مرحله آهن‌سازی را حذف می‌کند، طول فرآیند را بیش از ۶۰٪ کاهش می‌دهد، مصرف انرژی را تقریباً ۶۰٪ کاهش می‌دهد و انتشار CO₂ را تقریباً ۸۰٪ کاهش می‌دهد. الکترودهای گرافیتی با کارایی بالا مبتنی بر کک نفتی گرافیتی شده نقش محوری در این فرآیند دارند:

• رسانایی الکتریکی بالا: اتلاف انرژی الکتریکی را به حداقل می‌رساند، راندمان حرارتی قوس را افزایش می‌دهد و چرخه‌های ذوب را کوتاه می‌کند (به عنوان مثال، کوره‌های قوس الکتریکی کوانتومی زمان ذوب را در مقایسه با روش‌های مرسوم ۵۰٪ کاهش می‌دهند).
• مقاومت در برابر حرارت: در برابر دماهای شدید درون کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) مقاومت می‌کند و مصرف الکترود را کاهش می‌دهد (به عنوان مثال، کوره‌های قوس الکتریکی سازگار با محیط زیست (ECO-EAF) مصرف الکترود را در مقایسه با کوره‌های سنتی ۵۷.۵٪ کاهش می‌دهند).
• پایداری شیمیایی: از واکنش بین الکترودها و فولاد مذاب یا سرباره جلوگیری می‌کند و خلوص فولاد را تضمین می‌کند.

دوم. پیشبرد فولادسازی کم‌کربن: تحول سبز از مواد خام به فرآیندها

۱. جایگزینی سوخت‌های فسیلی برای کاهش انتشار کربن فرآیند سنتی طولانی مدت به شدت به زغال سنگ به عنوان سوخت و عامل کاهنده متکی است و در نتیجه شدت کربن بالایی دارد. در مقابل، فرآیند کوتاه مدت EAF از قراضه فولاد و برق به عنوان منبع انرژی خود استفاده می‌کند و از طریق الکترودهای گرافیتی مشتق شده از کک نفتی گرافیتی شده، جایگزینی "زغال سنگ به برق" را محقق می‌سازد. اگر این فرآیند با انرژی تجدیدپذیر (مثلاً خورشیدی یا بادی) تغذیه شود، انتشار کربن نزدیک به صفر امکان‌پذیر می‌شود. به عنوان مثال، eco-EAF ها از انرژی سبز برای ذوب مواد اولیه کم کربن استفاده می‌کنند و شمش‌های فولادی را با فناوری‌های "بدون کربن" و انتشار CO₂ تقریباً صفر تولید می‌کنند.

۲. بازیابی گرمای تلف‌شده و بهینه‌سازی بهره‌وری انرژی رسانایی حرارتی بالای کک نفتی گرافیتی‌شده، از پیاده‌سازی سیستم‌های بازیابی گرمای تلف‌شده در کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) پشتیبانی می‌کند. گازهای دودکش پر از گرد و غبار با دمای بالا (که ۱۱ تا ۲۰ درصد از انرژی ورودی را حمل می‌کنند) می‌توانند گرما را از طریق الکترودهای گرافیتی یا مبدل‌های حرارتی اختصاصی برای پیش‌گرمایش قراضه یا تولید برق بازیابی کنند و مصرف انرژی را به طور قابل توجهی کاهش دهند. به عنوان مثال، فناوری پیش‌گرمایش قراضه، دمای قراضه را از دمای محیط به بیش از ۶۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌دهد، چرخه‌های ذوب را ۱۵ تا ۲۰ درصد کوتاه می‌کند و مصرف برق به ازای هر تن فولاد را ۳۶.۹۵ تا ۴۰.۲۲ درصد کاهش می‌دهد.

۳. ترویج استفاده چرخشی از منابع فولاد قراضه فرآیند کوتاه EAF که با کک نفتی گرافیتی شده کار می‌کند، صنعت فولاد را از مدل خطی «منابع-محصولات-ضایعات» به چارچوب چرخشی «منابع-محصولات-منابع بازیافتی» تغییر می‌دهد. تا سال ۲۰۲۴، شرکت‌های پیشرو به تولید انبوه فولادهای پرس گرم خودرو فوق‌العاده نازک و فوق‌العاده پراستحکام دست یافتند و ضمن برآورده کردن نیازهای سبک‌سازی، هزینه و مزایای زیست‌محیطی «فولاد سبز»، را متعادل کردند.

III. ارتقاء فناوری و روندهای بازار: ارزش «خاکستری» کک نفتی گرافیتی‌شده می‌درخشد

۱. تقاضای رو به رشد برای محصولات با کارایی بالا با افزایش ظرفیت‌های EAF (مثلاً کوره‌های بیش از ۴۰۰ تن) و پیشرفت فناوری‌های ذوب (مثلاً EAFهای کوانتومی، EAFهای سازگار با محیط زیست)، تقاضا برای الکترودهای گرافیتی با کیفیت بالا افزایش می‌یابد. کک نفتی گرافیتی، به عنوان یک ماده اولیه حیاتی، با رقابت شدیدی بر سر خلوص (میزان خاکستر کمتر از ۰.۵٪)، اشباع چندگانه (۳-۴ چرخه) و گرافیتی شدن در دمای بسیار بالا (مقاومت ویژه کمتر از ۴ میکرواهم متر) روبرو است.

۲. حق بیمه سبز و ادغام زنجیره تأمین تحت اهداف «کربن دوگانه» چین، تولیدکنندگان کک نفتی گرافیتی، ردپای کربن را از طریق تولید انرژی سبز و تجارت کربن کاهش می‌دهند، «حق بیمه سبز» کسب می‌کنند و مشتریان بین‌المللی سطح بالا را جذب می‌کنند. شرکت‌های پیشرو همچنین به صورت عمودی گسترش می‌یابند تا حلقه‌های صنعتی یکپارچه‌ای را تشکیل دهند که شامل «مواد اولیه کک-گرافیت‌سازی-مواد آند» می‌شود و زنجیره‌های تأمین را تثبیت کرده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند.

۳. سیاست‌گذاری و رشد مبتنی بر بازار سیاست‌هایی مانند دستورالعمل‌های چین در مورد ارتقای توسعه با کیفیت بالا در صنعت فولاد، صراحتاً پذیرش کوره‌های قوس الکتریکی را تشویق می‌کنند و پیش‌بینی می‌شود که نسبت‌های فولادسازی با کوره قوس الکتریکی تا سال ۲۰۲۵ به طور قابل توجهی افزایش یابد. کک نفتی گرافیتی به عنوان ماده اولیه اصلی کوره‌های قوس الکتریکی، رشد پایدار بازار را تجربه خواهد کرد و صنعت را به سمت عملکرد بالاتر و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر سوق خواهد داد.