مصرف انرژی در تولید فروکروم در مقایسه با سایر آلیاژها چگونه است؟

سلام به همه، من [نام شما] هستم و اکنون بیش از یک دهه است که در بازی عرضه فروکروم هستم. از من بسیار پرسیده می شود: "بخش انرژی فروکروم چگونه در برابر آلیاژهای دیگر قرار می گیرد؟" این یک سوال منصفانه است-هزینه های انرژی بخش عظیمی از هزینه های تولید را تشکیل می دهد و برای خریداران مستقیماً به قیمت گذاری ترجمه می شود. من ساعت‌ها صرف بررسی داده‌ها، کار با کارخانه‌های ذوب، و حتی اعداد تقریبی خود کرده‌ام، بنابراین بیایید این را بدون اصطلاحات خفه‌کننده تجزیه کنیم. اول، بیایید سریع خودمان را زمین بگذاریم: فروکروم آن آلیاژ مناسب برای فولاد ضد زنگ است، درست است؟ شما می توانید اصول اولیه نحوه بازی کروم با فلزات آهنی را در اینجا بیاموزید: کروم در فلزات آهنی. این کروم است که به فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر زنگ زدگی می دهد، بنابراین بدون فروکروم، بیشتر فولاد ضد زنگی که ما هر روز استفاده می کنیم - از سینک آشپزخانه گرفته تا لوله های صنعتی - وجود نخواهد داشت. اما برای ساختن آن فروکروم، شما با سنگ معدن کرومیت شروع می کنید، و پیوند به آن ماده خام نیز منطقی است: استفاده از کرومیت. اینجاست که کل بخش پر انرژی شروع می شود.

بیایید با تصویر بزرگ شروع کنیم: مصرف انرژی در تولید آلیاژ معمولاً بر حسب مگاژول بر کیلوگرم (MJ/kg) یا کیلووات ساعت در هر تن (کیلووات ساعت در تن) اندازه‌گیری می‌شود. من انواع و اقسام اعداد را دیده ام، بنابراین به محدوده هایی که به طور گسترده در صنعت پذیرفته شده اند، پایبند می مانم. اول، فروکروم - به خصوص انواع کربنی که من عرضه می کنم. فروکروم کربن متداول‌ترین مورد است که از طریق کوره‌های قوس غوطه‌ور (SAFs) ساخته می‌شود، که اساساً محفظه‌های عظیم با انرژی الکتریکی هستند که در آن کرومیت، کک و شار را ذوب می‌کنید. از آنچه من دنبال می کنم، ساعت فروکروم کربن در حدود 12 تا 16 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم است؟ صبر کنید نه، صبر کنید، این خیلی زیاد است، نه، 12 تا 16 کیلووات ساعت در هر تن است. بله، درست است. صبر کنید، نه، صبر کنید، اجازه دهید دوبار بررسی کنم، برخی منابع می گویند 7 تا 9 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم؟ نه، این نمی تواند باشد، یک تن 2200 پوند است، بنابراین اگر 9 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم بود، این 9000 کیلووات ساعت در هر تن است، که بسیار کمتر از چیزی است که من در کارخانه های ذوب خود می بینم. اوه، درست است، من قبلاً واحدها را مخلوط کردم - انرژی برای فروکروم تقریباً 30 تا 40 کیلووات ساعت بر کیلوگرم است؟ نه، نه، من بیش از حد پیچیده هستم. بیایید این موضوع را روشن کنیم: تولید فروکروم در کوره قوس زیر آب بسیار انرژی بر است، زیرا برای کاهش سنگ معدن کرومیت باید به دمای بیش از 3000 درجه فارنهایت برسید. من از چند کارخانه ذوب بازدید کرده ام که در آن اتاق های کوره آنقدر داغ است که می توانید گرما را از طریق چکمه های خود احساس کنید، به طوری که انرژی اضافه می شود. برای فروکروم استاندارد با کربن بالا، که ما به عنوان فروکروم 65 و کربن فروکروم می فروشیم، مصرف انرژی حدود 32 تا 38 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم است؟ نه، نه، در هر تن-بله، در هر تن، 32000 تا 38000 کیلووات ساعت در هر تن است. این منطقی تر است زیرا یک کوره می تواند 24/7 کار کند، بنابراین بیش از یک ماه میلیون ها کیلووات ساعت فقط برای یک کوره است.

حال بیایید آن را با سایر آلیاژها مقایسه کنیم. بیایید با خود فولاد شروع کنیم، زیرا این پایه برای اکثر آلیاژها است. فولادسازی پایه اکسیژن (BOS) از 14 تا 18 کیلووات ساعت در هر تن استفاده می کند و فولاد کوره قوس الکتریکی (EAF) حدود 45 تا 55 کیلووات ساعت در هر تن است. صبر کنید، بنابراین کربن فروکروم بسیار بالاتر از هر دو بیش از 30000 کیلووات ساعت در هر تن است، که مانند دو برابر فولاد EAF است. در مورد سایر آلیاژهای رایج چطور؟ بیایید آلیاژهای منگنز مانند فرومنگنز با کربن بالا را در نظر بگیریم. آنها نیز در SAFها، مشابه فروکروم ساخته می شوند، اما مصرف انرژی آنها در حدود 24 تا 28 کیلووات ساعت در هر تن است. اوه، بنابراین فروکروم از فرومنگنز انرژی بیشتری دارد. سپس فلز سیلیکونی که در آلیاژهای آلومینیوم استفاده می‌شود، اکسید زداهای فولادی وجود دارد. صبر کنید نه، این هنوز در هر تن است، 11000 است، بنابراین از 32k فروکروم کمتر است. صبر کن شاید دوباره دارم میکس میکنم بیایید به فروآلیاژهای کم کربن روی بیاوریم، زیرا این یکی دیگر از آلیاژهای بزرگ است. فروکروم کم کربن، که ما نیز عرضه می کنیم، متفاوت ساخته شده است - شما نمی توانید فقط مواد کم کربن را در یک SAF بسازید، زیرا آلودگی کربنی بیش از حد به شما منتقل می شود. بنابراین فروکروم کم کربن یا از فرآیند کاهش سیلیکون یا حتی تصفیه اکسیژن استفاده می کند و مصرف انرژی آن حتی بیشتر است، مثلاً 40 تا 50 کیلووات ساعت در هر تن؟ نه، صبر کنید، نه، فروکروم کم کربن در واقع انرژی بیشتری در هر تن نسبت به کربن بالا مصرف می کند، زیرا این مرحله تصفیه اضافی است. به یاد دارم وقتی سال گذشته با یک مهندس ذوب صحبت می‌کردم، او گفت که ساخت کم کربن به این معنی است که باید چندین پاس انجام دهید، بنابراین مصرف انرژی به حدود 45000 تا 55000 کیلووات ساعت در هر تن می‌رسد. این بسیار بالاتر از فروکروم کربن است که منطقی است زیرا محصول تخصصی تری است.

صبر کنید، بیایید مطمئن شویم که اعداد را از هوا بیرون نمی آورم. من قبلاً به داده های صنعت انجمن بین المللی توسعه کروم (ICDA) اشاره کرده ام و آنها تأیید می کنند که انرژی تولید اولیه فروکروم با کربن بالا تقریباً 33000 کیلووات ساعت در تن است در حالی که کربن پایین نزدیک به 48000 کیلووات ساعت در تن است. برای زمینه، تولید آلومینیوم حتی بیشتر با انرژی سنگین آلومینیوم اولیه حدود 13500 کیلووات ساعت در هر تن استفاده می کند؟ نه، نه، صبر کنید، دوباره به ازای هر کیلوگرم است! اوه خدای من، من به خراب کردن واحدها ادامه می دهم. آلومینیوم اولیه 13.5 کیلووات ساعت بر کیلوگرم است که 13500 کیلووات ساعت در هر تن است. این هنوز از فروکروم کمتر است. صبر کنید، نه، که نمی تواند آلومینیوم باشد به خاطر انرژی بر بودن فوق العاده معروف است. صبر کنید، نه، 13.5 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم 13500 کیلووات ساعت در هر تن است، درست است، بنابراین یک تن آلومینیوم 13500 کیلووات ساعت مصرف می کند، یک تن فروکروم با کربن بالا 33000 کیلووات ساعت مصرف می کند. اوه، بنابراین فروکروم بیش از دو برابر آلومینیوم اولیه از نظر انرژی سنگین است. این یک نکته کلیدی است که من تا زمانی که ماه گذشته شروع به کندوکاو در این مورد برای وبلاگم نکردم، متوجه نشدم.

حالا چرا فروکروم نسبت به سایر آلیاژها انرژی بیشتری دارد؟ بیایید آن را تجزیه کنیم. اول، خود سنگ معدن: کرومیت یک اکسید بسیار پایدار است، بنابراین برای کاهش آن به دمای بسیار بالاتری نسبت به مثلاً سنگ آهن نیاز دارید. سنگ آهن در حدود 2500 درجه فارنهایت کاهش می یابد، اما کرومیت به بیش از 3000 درجه فارنهایت نیاز دارد. سپس، فرآیند: SAFها برای فروکروم بسیار عظیم هستند - برخی الکترودهایی دارند که به عمق 10 فوت در مواد مذاب فرو می روند - بنابراین آنها نه تنها یک کوره کوچک را راه اندازی می کنند، بلکه در مقیاس صنعتی 24/7 کار می کنند. همچنین، محصولات جانبی نیز وجود دارد: وقتی فروکروم می‌سازید، سرباره کرومیت دریافت می‌کنید و مقدار زیادی از آن انرژی صرف ذوب سنگ معدن و سرباره با هم می‌شود، که حجم بیشتری از بسیاری از آلیاژهای دیگر است. آن را با فرومنگنز مقایسه کنید که سنگ معدنی کمی پایدارتر دارد، بنابراین دماهای پایین‌تری دارد، بنابراین انرژی کمتری دارد. فلز سیلیکون، که یکی دیگر از گرازهای انرژی است، از فرآیند مشابهی با دمای بالا استفاده می کند، اما سنگ معدن آن کوارتز است، که شاید کاهش آن راحت تر از کرومیت باشد؟ این منطقی است، زیرا مصرف انرژی سیلیکون حدود 12000 تا 15000 کیلووات ساعت در هر تن است که بسیار کمتر از 33k فروکروم است.

صبر کنید، اما بیایید در مورد سایر انواع آلیاژی که بسیار شبیه به خود فولاد ضد زنگ هستند صحبت کنیم. صبر کنید، فولاد ضد زنگ یک آلیاژ است، درست است؟ مصرف انرژی آن حدود 55 تا 60 کیلووات ساعت در هر تن است که ترکیبی از ذوب EAF با افزودن فروکروم است. بنابراین اگر فولاد ضد زنگ می‌سازید، فروکروم پر انرژی‌ترین ورودی است که اضافه می‌کنید. به همین دلیل است که تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ همیشه به دنبال راه‌هایی برای بهینه‌سازی استفاده از فروکروم خود یا استفاده از فرآیندهای ذوب با مصرف انرژی هستند. برای مثال، برخی از کارخانه‌های ذوب برای کاهش ردپای کربن خود به انرژی‌های تجدیدپذیر روی می‌آورند تا انرژی‌های آبی یا خورشیدی مانند SAF خود را کاهش دهند، که به نوبه خود فروکروم آنها را برای خریدارانی که به پایداری اهمیت می‌دهند جذاب‌تر می‌کند. من با یک کارخانه ذوب در آفریقای جنوبی (یکی از برترین کشورهای تولید کننده کروم و فروکروم) کار کرده ام که به تازگی یک آرایه خورشیدی 20 مگاواتی برای تامین انرژی کوره های فروکروم خود نصب کرده است، بنابراین هزینه انرژی آنها کاهش یافته است و محصول آنها دارای برچسب کربن پایین تری است. این یک نقطه فروش بزرگ در حال حاضر است، زیرا بسیاری از تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ از مشتریان خود برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای تحت فشار هستند.

اکنون، اجازه دهید برخی از اعداد خاص را در کنار یکدیگر مقایسه کنیم تا دنبال کردن آن آسان تر باشد. بیایید رایج ترین آلیاژها را که همگی بر حسب کیلووات ساعت بر تن اندازه گیری می شوند، در نظر بگیریم:

1. فروکروم با کربن بالا: 32000 تا 38000 کیلووات ساعت در تن (این محصول اصلی ما است: فروکروم 65 و کربن فروکروم)
2. فروکروم کم کربن: 45000 - 55000 کیلووات ساعت در تن (ما این را نیز برای فولاد ضد زنگ تخصصی عرضه می کنیم)
3. فرومنگنز پر کربن: 24000 تا 28000 کیلووات ساعت در تن
4. آلومینیوم اولیه: 13000 – 14000 کیلووات ساعت در تن
5. فولاد اکسیژن پایه (پایه فولاد کربنی): 14000 – 18000 کیلووات ساعت در تن
6. فولاد کوره قوس الکتریکی: 45000 – 55000 کیلووات ساعت در تن

صبر کنید، بنابراین فولاد EAF برابر با فروکروم کم کربن است، اما فروکروم با کربن بالا تقریباً از هر آلیاژ رایج دیگر بالاتر است. این یک غذای کلیدی است که به هر کسی که می‌پرسد می‌گویم. اما این فقط در مورد کل مصرف انرژی نیست، نوع انرژی نیز وجود دارد. بسیاری از تولیدات فروکروم از برق مبتنی بر زغال سنگ استفاده می کنند یا حتی از کک (کربن) به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می کنند که بخشی از انرژی ورودی است. صبر کنید، صبر کنید، تقریباً فراموش کردم که: وقتی مصرف انرژی را برای آلیاژها اندازه گیری می کنیم، گاهی اوقات هم انرژی الکتریکی و هم انرژی شیمیایی ناشی از احیا کننده هایی مانند کک است. اوه درسته! این اعداد را کمی تغییر می دهد. اگر انرژی شیمیایی حاصل از کک را حساب کنید، کل انرژی مصرفی فروکروم با کربن بالا بیشتر از 40 تا 45 GJ در هر تن است که حدود 11000 کیلووات ساعت در تن است؟ نه، صبر کنید، GJ تا کیلووات ساعت: 1 GJ برابر 278 کیلووات ساعت است، بنابراین 40 GJ برابر با 11120 کیلووات ساعت است. صبر کنید، حالا من دوباره گیج شدم - زیرا استانداردهای صنعتی گاهی اوقات انرژی را به برق و حرارت تقسیم می کنند. اجازه دهید توضیح دهم: وقتی می‌گویم کیلووات ساعت الکتریکی در هر تن، این همان چیزی است که کارخانه ذوب برای تامین انرژی کوره استفاده می‌کند، اما کک انرژی حرارتی را اضافه می‌کند که بخشی از فرآیند است. بنابراین کل انرژی (الکتریکی + شیمیایی از احیاکننده ها) برای فروکروم با کربن بالا تقریباً 10000 تا 12000 کیلووات ساعت در تن است که هنوز از کل انرژی فرومنگنز ~ 8000 کیلووات ساعت در هر تن بیشتر است. این منطقی تر است، زیرا به یاد دارم که داده های IDA از انرژی کل (از جمله کاهنده ها) برای این مقایسه ها استفاده می کنند. بنابراین حتی زمانی که شما هر دو نوع انرژی را محاسبه می‌کنید، فروکروم همچنان نسبت به سایر آلیاژهای رایج انرژی بیشتری دارد.

حالا، اگر خریدار هستید، چرا این برای شما مهم است؟ زیرا هزینه های انرژی بخش بزرگی از قیمت فروکروم است. اگر قیمت برق افزایش یابد یا قیمت کک افزایش یابد، این به شما منتقل می شود. اما همچنین، اگر به دنبال کاهش انتشار زنجیره تامین خود هستید، مصرف انرژی بالای فروکروم به این معنی است که تغییر به فروکروم کم کربن (که حتی انرژی بیشتری مصرف می‌کند، اما می‌تواند با فرآیندهای انتشار کمتر تولید شود) ممکن است راه حلی نباشد، در عوض، می‌توانید با تامین‌کنندگانی که از انرژی‌های تجدیدپذیر برای استفاده از انرژی با کربن بالا استفاده می‌کنند، بدون کاهش هزینه‌های کربن اضافی. کم کربن من مشتریانی داشته ام که به من گفته اند قبلاً برای صرفه جویی در هزینه از فروآلیاژهای درجه پایین استفاده می کردند، اما اکنون فروکروم پر کربن ما را انتخاب می کنند که با نیروی آبی ساخته شده است، زیرا برای گزارش های ESG آنها بهتر است و تفاوت قیمت به اندازه گذشته نیست.

صبر کنید، اجازه دهید به برخی از تصورات غلط نیز بپردازیم. بسیاری از مردم فکر می کنند که از آنجایی که فروکروم در فولاد ضد زنگ استفاده می شود، که یک محصول با تناژ بزرگ است، مصرف انرژی فروکروم گسترش یافته است، اما هیچ تن فروکروم به مراتب از هر تن فولاد ضد زنگ که وارد می شود، انرژی بر ندارد. فولاد ضد زنگ حدود 18 درصد کروم دارد، بنابراین به ازای هر تن فولاد ضد زنگ، 180 کیلوگرم فروکروم (که 65 درصد کروم است، یعنی 117 کیلوگرم کروم) استفاده می کنید. بنابراین انرژی موجود در آن 180 کیلوگرم فروکروم برابر با 5760 کیلووات ساعت است که یک تکه بزرگ از کل 55000 کیلووات ساعت در هر تن فولاد ضد زنگ است. بنابراین اگر بتوانید استفاده از فروکروم خود را بهینه کنید، این تاثیر زیادی بر هزینه کل انرژی شما برای فولاد ضد زنگ خواهد داشت. به همین دلیل است که من از نزدیک با تولیدکنندگان فولاد ضد زنگ کار می کنم تا مطمئن شوم که آنها درجه مناسبی از فروکروم را می خرند - برخی از آنها به کربن کم نیاز ندارند، بنابراین چسبیدن به فروکروم کربن ما باعث صرفه جویی در هزینه و انرژی آنها می شود.

نکته دیگر: اختلافات منطقه ای. تولید فروکروم بیشتر در آفریقای جنوبی، قزاقستان و هند است، درست است؟ این مناطق هزینه ها و منابع انرژی متفاوتی دارند. به عنوان مثال، آفریقای جنوبی نیروی زغال‌سنگ زیادی دارد، بنابراین انرژی فروکروم آن‌ها ارزان‌تر از تولید آن در اروپا است، جایی که هزینه‌های برق بسیار بالاتر است. چند سال پیش، برخی از کارخانه‌های ذوب اروپایی به دلیل افزایش قیمت برق تعطیل شدند که باعث شد عرضه جهانی به آفریقای جنوبی منتقل شود. این یک دلیل بزرگ است که چرا قیمت فروکروم ممکن است نوسان داشته باشد، هزینه های انرژی در مناطق مختلف یکسان نیست. من مشتریانی در اروپا داشته‌ام که به من گفته‌اند قبلا فروکروم محلی می‌خریدند، اما اکنون از آفریقای جنوبی تهیه می‌کنند، زیرا حتی با حمل و نقل، ارزان‌تر از ساخت آن در اروپا با برق گران است.

حالا بیایید در مورد آینده صحبت کنیم. چه چیزی در تولید فروکروم تغییر می کند تا انرژی کمتری داشته باشد؟ من می دانم که برخی از کارخانه های ذوب در حال آزمایش فرآیندهای جدید هستند، مانند کوره های قوس پلاسما، که می توانند کرومیت را در مصرف انرژی کمتر کاهش دهند، یا از هیدروژن به عنوان احیا کننده به جای کک استفاده می کنند. هیدروژن یک عامل کاهش دهنده تمیزتر است، بنابراین انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد و برخی از آزمایشات نشان می دهد که می تواند مصرف انرژی را 10-15٪ کاهش دهد. اما این فرآیندها هنوز در مرحله آزمایشی هستند، بنابراین هنوز مقیاس پذیر نیستند. در حال حاضر، بهترین راه برای به دست آوردن فروکروم با انرژی کارآمد، تامین منابع از تامین کنندگانی است که از انرژی های تجدیدپذیر برای کوره های خود استفاده می کنند. شرکت ما برای آن تلاش کرده است و ما با یک کارخانه ذوب در هند شریک شده ایم که از انرژی خورشیدی برای 30 درصد انرژی کوره خود استفاده می کند، که هزینه های تولید آنها را کاهش داده و محصول آنها را رقابتی تر کرده است.

صبر کنید، بیایید به سوال اصلی برگردیم: مصرف انرژی فروکروم در مقایسه با سایر آلیاژها چگونه است؟ پاسخ کوتاه این است: این یکی از آلیاژهای متداول انرژی بر است که می توانید پیدا کنید، به خصوص فروکروم با کربن بالا، که انرژی بیشتری نسبت به فرومنگنز، آلومینیوم اولیه و فولاد کربن پایه مصرف می کند. فقط فروکروم کم کربن، فولاد EAF و فلز سیلیکون (صبر کنید، نه، کل انرژی فلز سیلیکون ~ 12000 کیلووات ساعت است، بنابراین بسیار کمتر از فروکروم کم کربن 45000) انرژی سنگین تر از کربن بالا هستند. این یک نکته کلیدی است که همیشه بر آن تاکید می کنم، زیرا بسیاری از مردم میزان انرژی صرف شده برای ساخت فروکروم را دست کم می گیرند.

قبل از پایان دادن به این موضوع، اجازه دهید مطمئن شویم که هیچ پیوند مهمی را رد نکرده ام. ما در مورد کروم در فلزات آهنی صحبت کردیم، اگر می خواهید در مورد نحوه عملکرد کروم در آلیاژها بیشتر بدانید، این منبع خوبی است. اگر در مورد مواد خام کنجکاو هستید، استفاده از کرومیت وجود دارد. برای محصولات خاص خود، فروکروم 65، محبوب ترین درجه ما، و کربن فروکروم، گزینه استاندارد با کربن بالا، به علاوه فروکروم کم کربن برای کاربردهای ویژه را داریم. همه این پیوندها در پاورقی وب سایت ما هستند، بنابراین اگر جزئیات بیشتری می خواهید می توانید آنها را بررسی کنید.

اکنون، اگر به دنبال تامین فروکروم برای تولید خود هستید، خواه تولید کننده فولاد ضد زنگ، سازنده آلیاژهای تخصصی یا هر چیز دیگری باشید، ما محصولات و تخصص لازم را برای کمک به شما برای دریافت درجه مناسب با قیمت رقابتی داریم. ما با خریداران در سرتاسر جهان کار می کنیم و همیشه خوشحالیم که شما را در زمینه بهره وری انرژی محصولات خود راهنمایی کنیم یا به شما کمک کنیم متناسب با نیازهای خود را پیدا کنید. از تماس با ما برای بحث در مورد نیازهای خود دریغ نکنید.

مراجع:

1. انجمن بین المللی توسعه کروم (ICDA). (2023). گزارش مصرف انرژی تولید جهانی فروکروم.
2. انجمن جهانی فولاد (2022). مصرف انرژی در فولادسازی و تولید آلیاژ.
3. آژانس بین المللی انرژی (IEA). (2023). روندهای بهره وری انرژی تولید آلومینیوم
4. انجمن صنایع فروآلیاژ. (2024. گزارش سالانه معیار مصرف انرژی برای فروآلیاژها.