CONARC: Fusie van Converter en Lichtboogoven voor Superieure Staalproductie

Het CONARC-proces voor staalproductie is ontwikkeld door Mannesmann Demag Huettentechnik (nu SMS Siemag). Het doel was het combineren van de voordelen van conventionele bovengebazen converterstaalproductie en de elektrische lichtboogoven (EAF). De naam CONARC vormt de fusie van de twee processen (CONverter ARCing). De technologie baseert zich op verhoogd gebruik van warm metaal in de EAF en is gericht op optimale energieherwinning en maximaal productiviteit. Het proces is ontwikkeld voor elk type en mengsel van grondstoffen: warm metaal, direct gereduceerd ijzer (DRI) en schroot, om de hoogste kwaliteitseisen te halen voor alle graden en kwaliteiten van stalen – van koolstofstalen tot roestvrije stalen. Afhankelijk van de eisen van het eindproduct wordt het CONARC-proces gevolgd door een ladeloven of een vacuümdegaseringseenheid.

Hoofduitrusting voor het CONARC-proces

De basisuitrusting bestaat uit twee identieke refractair gevoerde ovenschillen, één schwenkbare elektrodestructuur met één set elektroden die beide schillen bedient, één elektrische voeding (transformator, etc.) voor beide schillen, en één schwenkbaar watergekoeld zuurstof-toplansysteem dat beide schillen bedient. Alternatief kunnen twee stationaire toplansen worden gebruikt, één per schil. Opties: bodemroerapparaten geïntegreerd in de bodem van elke schil, burners en injectiesystemen voor brandstof, koolstof en zuurstof injectie. Daarnaast: grondstof- en fluxvoedingssystemen, gasreiniging en energieherwinningssystemen. Typische processtroom in Figuur 1.

Figuur 1: Processtroom CONARC-proces

CONARC-proces voor Koolstofstalen

Het basisconcept: ontkooling in één schil en elektrische smelting in de andere. Het proces voor koolstofstalen is gesplitst in twee stadia:

1. Converterfase (Ontkooling): Warm metaal wordt geladen in een 'vloeibare rest' (klein deel van de vorige heat die in de oven blijft na tappen). De toplans wordt in positie gebracht en zuurstofblaas gestart. Tijdens deze fase worden koolstof, silicium, mangaan en fosfor in het bad gereduceerd. Deze reacties zijn exotherm en genereren grote hoeveelheden warmte. Koud materiaal (schroot of DRI) wordt toegevoegd om deze energie te benutten en oververhitting te voorkomen. Het laden van koud materiaal beschermt ook de ovenschil tegen oververhitting. Na voltooiing van de ontkooling wordt de toplans verwijderd door schwenken en worden de elektroden in operatieve positie gebracht.
2. Boogfase (Elektrische smelting): Het overige vaste ladingsmateriaal (schroot of DRI) wordt geladen om het gewenste tapgewicht te bereiken. De badtemperatuur wordt verhoogd tot de vereiste waarde. Na bereiken van de temperatuur wordt de boog beëindigd, de heat ontlakt en getapt in de gietladel.

Van de twee ovenschillen werkt er één in convertermodus (toplans) terwijl de andere in lichtboogovenmodus werkt. Het principe is weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: Principe van CONARC-proces

Energieherwinning

Een twee-traps ketelsysteem wordt gebruikt voor afvalwarmteherwinning:

1. Eerste trap: Afvalgas uit het CONARC-proces loopt door een ketelsysteem bestaande uit een schwenkbare elleboog, een nabrandkamer en een hete gaslijn, en wordt gekoeld tot 600 °C. Deze componenten zijn als drukdelen ontworpen voor stoomgeneratie.
2. Tweede trap: Het afvalgas wordt verder gekoeld tot 200 °C in een verticale doorketel, speciaal ontwikkeld voor deze toepassing.

Dit energieherwinningsysteem zorgt enerzijds voor de benodigde gasafkoeling en benut anderzijds een groot deel van de thermische energie voor stoomgeneratie, die verder in de staalfabriek kan worden gebruikt.

Voordelen van het CONARC-proces

• Hoge flexibiliteit ten aanzien van materiaalinvoer: schroot, warm metaal en DRI in diverse mengverhoudingen, afhankelijk van staalkwaliteit, beschikbaarheid en eenheidsprijzen.
• CONARC-concept dekt het volledige bereik: van zuivere EAF-operatie (100% schroot/DRI) tot zuivere converteroperatie.
• De CONARC-oven is niet puur een elektrische smeltoven maar fungeert ook als chemische reactor. Hierdoor wordt de concentratie van bijkomende elementen (tramp elements) gecontroleerd door verhoogd gebruik van onbewerkte materialen.
• CONARC kan warm metaal met wisselende silicium-, fosfor- en zwavelgehalten probleemloos verwerken.
• Voordelen bij hogere fosforgehalten in warm metaal (tot 0,2%): eenvoudige temperatuurcontrole door DRI als koelmiddel, kalktoevoeging, en afvoer van fosforoxide-rijke slak door constante slakoverloop via de slakdeur.
• Tap-naar-tap tijden van minder dan 40 minuten zijn eenvoudig haalbaar.
• Grote flexibiliteit ten aanzien van energiebronnen.
• Efficiënt energieherwinningsysteem verlaagt CO₂-uitstoot.
• Effectief energieherwinningsysteem draagt significant en duurzaam bij aan de energie-efficiëntie van de staalfabriek.
• Netvriendelijke bedrijfsvoering (minder netstoringen).