การศึกษาการออกแบบส่วนอุ่นแท่งเหล็กด้วยไอเสียสำหรับเตาเผาเหล็ก

Abstract

อุตสาหกรรมเหล็กเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานมากเป็นลำดับต้นๆ เป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาประเทศเนื่องจากผลผลิตของอุตสาหกรรมเหล็กจะถูกป้อนให้กับอุตสาหกรรมปลายทางต่างๆ อุตสาหกรรมเหล็ก สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นคือ ขั้นต้น ขั้นกลาง และขั้นปลาย ในส่วนที่จะศึกษาจะเป็นอุตสาหกรรมเหล็กขั้นปลายที่เป็นการนำเอาผลิตภัณฑ์เหล็กแท่งมาแปรรูปเป็นเหล็กแบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นการรีดเป็นแผ่นหรือการดึงเป็นเหล็กข้อ การที่จะแปรรูปเหล็กนั้นหลายๆ ครั้งจะต้องให้ความร้อนกับเหล็กเสียก่อน ซึ่งอุปกรณ์ที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นเหล็กก็คือเตาเผาเหล็ก ความร้อนจากเตาเผาเหล็กจะเป็นการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยตรงและจะเกิดไอเสียที่ทำให้เกิดความร้อนสูญเสียมหาศาล ตามปกติแล้วโรงงานเหล็กจะนำเอาไอเสียที่ได้ไปแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศเพื่อนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ แต่จากการศึกษาข้อมูลพบว่าอุณหภูมิไอเสียหลังจากแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศแล้วยังสูงถึง 350-450 °C หากปริมาณการผลิตสูง ความร้อนปริมาณมหาศาลก็จะสูญเสียไป การนำความร้อนกลับมาอุ่นเหล็กใหม่ก็เป็นวิธีหนึ่งที่น่าสนใจ งานวิจัยชิ้นนี้จึงเป็นการศึกษาโดยการจำลองสภาพให้ไอเสียที่ยังมีความร้อนหลงเหลืออยู่นั้นไหลผ่านต่อเข้าสู่ส่วนอุ่นแท่งเหล็กที่ออกแบบขึ้นซึ่งจะแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างไอเสียกับแท่งเหล็กที่จะป้อนเข้าสู่เตาเผาเหล็ก เพื่อที่จะดูว่าสามารถประหยัดพลังงานได้มากขนาดไหน และมีระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่เท่าไหร่ ผลการศึกษาที่ได้จากโรงงานอุตสาหกรรมแห่งหนึ่งที่ใช้เตาเผาเหล็กขนาด 275 ตัน/ชม. วัตถุดิบในการผลิตคือเหล็กแท่งแบน (Slab) และใช้น้ำมันเตาเป็นเชื้อเพลิง พบว่าการนำไอเสียที่เหลือทิ้งจากเตาเผาเหล็กซึ่งมีอุณหภูมิขาออกอยู่ที่ 408.37°C มาอุ่น Slab ขนาดเฉลี่ย 250x1260x9240 mm หนัก 22.88 ตัน จำนวน 18 แท่ง เป็นเวลา 90 นาที จากการคำนวณสามารถเพิ่มอุณหภูมิของชิ้นเหล็กได้จาก 30°C ขึ้นได้เป็น 95.57°C คิดเป็นจำนวนเงินที่ประหยัดได้จากการลดน้ำมันเชื้อเพลิงได้ 50,394 บาท/วัน มีระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่ 0.707 ปี