استفاده از ضایعات لاستیک در فولادسازی به‌عنوان منبع تأمین‌کننده کربن

چکیده
افزایش هزینه مواد کربنی متداول، محدودیت‌های زیست ‌محیطی ناشی از دفن یا سوزاندن پسماندها و حرکت صنعت فولاد به سمت اقتصاد چرخشی، باعث شده است که استفاده از منابع جایگزین کربن در سال‌های اخیر به یکی از موضوعات مهم در فولادسازی تبدیل شود. در این میان، ضایعات لاستیک، به‌ویژه تایرهای فرسوده، به دلیل دارا بودن مقدار قابل توجهی کربن، مواد فرار، ارزش حرارتی مناسب و قابلیت تبدیل به چَر پیرولیزی (چَر پیرولیزی (Pyrolysis Char) ماده‌ی جامد و کربن‌داری است که در اثر پیرولیز مواد آلی مانند لاستیک، پلاستیک، زیست‌توده یا زغال‌سنگ به‌وجود می‌آید )، به عنوان یکی از گزینه‌های قابل بررسی برای جایگزینی بخشی از منابع سنتی کربن مطرح شده‌اند. در کوره قوس الکتریکی، این مواد می‌توانند علاوه بر ایفای نقش به عنوان منبع کربن، در احیای FeO سرباره، تولید CO و بهبود تشکیل سرباره فومی مشارکت کنند و از این طریق بخشی از کربن تزریقی، کک متالورژی یا آنتراسیت مصرفی را جایگزین نمایند. در مقابل، در کوره القایی به دلیل تفاوت بنیادی در ماهیت فرآیند، نبود سرباره فومی کلاسیک و محدود بودن واکنش‌های اکسایش و احیای سرباره، نقش ضایعات لاستیک بیشتر به عنوان ماده کربن‌افزا و جایگزین بخشی از  recarburizerها مطرح می‌شود. از این رو، کاربرد ضایعات لاستیک در کوره قوس و کوره القایی را نمی‌توان با یک منطق یکسان تحلیل کرد. در این مقاله، ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های حرارتی ضایعات لاستیک، سازوکار رفتار آن در کوره قوس الکتریکی و کوره القایی، مزایا و محدودیت‌های متالورژیکی، اثرات احتمالی بر کیفیت فولاد و سرباره و همچنین ملاحظات زیست‌ محیطی و اقتصادی این مسیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. جمع ‌بندی نهایی نشان می‌دهد که استفاده از لاستیک در کوره قوس الکتریکی از نظر پژوهشی و عملیاتی جایگاه روشن‌تری دارد، در حالی که در کوره القایی این کاربرد عمدتاً در قالب چَر لاستیک و با هدف کربن‌دهی به مذاب قابل دفاع‌تر است.
 

مقدمه
کربن در فولادسازی تنها یک عنصر آلیاژی برای تنظیم ترکیب شیمیایی مذاب نیست، بلکه در بسیاری از واکنش‌های ترمودینامیکی و سینتیکی فرایند نقش اساسی دارد. در کوره قوس الکتریکی، حضور کربن برای احیای اکسید آهن موجود در سرباره، کاهش اتلاف فلزی، تولید گاز CO و تشکیل سرباره فومی اهمیت ویژه‌ای دارد. سرباره فومی در کوره قوس باعث پوشش مناسب قوس الکتریکی، کاهش اتلاف حرارتی، کاهش مصرف الکترود، بهبود بازده انرژی و حفاظت از نسوز می‌شود. از سوی دیگر، در کوره القایی اگرچه شرایط فرایند با کوره قوس متفاوت است و سرباره نقش محدودتری نسبت به EAF دارد، اما کربن همچنان برای افزایش کربن مذاب، جبران افت کربن شارژ، تولید فولادهای متوسط و پرکربن و همچنین تولید چدن و آلیاژهای خاص ضروری است. در نتیجه، در هر دو مسیر فولادسازی، کربن یک جزء کلیدی محسوب می‌شود، هرچند نحوه اثرگذاری آن در این دو کوره متفاوت است.
هم‌زمان با این نیاز متالورژیکی، صنعت با مسئله دیگری نیز روبه‌رو است و آن مدیریت پسماندهای حجیم و دشوار برای بازیافت، از جمله لاستیک‌های فرسوده، است. تایرهای فرسوده به دلیل ساختار، حضور پلیمرهای مقاوم، دوده صنعتی، گوگرد و سیم‌های فولادی، به سادگی در طبیعت تجزیه نمی‌شوند و انباشت آن‌ها مشکلات زیست‌محیطی قابل توجهی ایجاد می‌کند. در دهه‌های اخیر، روش‌های مختلفی برای مدیریت این ضایعات پیشنهاد شده است؛ از جمله دفن، سوزاندن، بازیافت مکانیکی، استفاده در آسفالت و نیز پیرولیز. با این حال، از دیدگاه متالورژی، آنچه لاستیک را جذاب می‌کند نه صرفاً ماهیت پسماندی آن، بلکه محتوای قابل توجه کربن، وجود دوده صنعتی و امکان تبدیل آن به چَر با درصد بالاتر کربن ثابت است. همین ویژگی‌ها باعث شده است که محققان امکان استفاده از لاستیک‌های فرسوده و فرآورده‌های حاصل از آن را در فرایندهای فولادسازی مورد مطالعه قرار دهند. پژوهش‌هایی که توسط Sahajwalla و همکاران، Zaharia  و همکاران و نیز مرورهای جدیدتر مانند Echterhof  انجام شده‌اند، نشان می‌دهند که منابع کربنی جایگزین، از جمله لاستیک و پلیمرهای ضایعاتی، می‌توانند در فولادسازی به‌ویژه در کوره قوس نقش‌آفرینی کنند.
با این حال، تحلیل این موضوع نیازمند تفکیک دقیق میان کوره قوس الکتریکی و کوره القایی است. در کوره قوس، ضایعات لاستیک می‌توانند در فاز سرباره وارد شوند و در احیای FeO و تشکیل سرباره فومی نقش داشته باشند، در حالی که در کوره القایی معمولاً چنین نقشی برای آن‌ها متصور نیست و کارکرد اصلی‌شان به کربن‌دهی به مذاب محدود می‌شود. از این رو، هرگونه ارزیابی علمی یا صنعتی در مورد استفاده از ضایعات لاستیک در فولادسازی باید با توجه به ماهیت هر کوره، نوع ماده مصرفی، آنالیز شیمیایی لاستیک یا چَر، هدف متالورژیکی و محدودیت‌های کیفی فولاد انجام شود.

ترکیب ضایعات لاستیک و اهمیت متالورژیکی آن
لاستیک‌های فرسوده از ترکیب پیچیده‌ای از مواد آلی و معدنی تشکیل شده‌اند. بخش عمده ساختار آن‌ها را لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی تشکیل می‌دهد و در کنار آن‌ها دوده صنعتی، روغن‌ها، نرم‌کننده‌ها، رزین‌ها، افزودنی‌های تقویت‌کننده، گوگرد، اکسید روی، الیاف و سیم‌های فولادی نیز حضور دارند. این ترکیب پیچیده سبب می‌شود که لاستیک از یک سو به عنوان یک منبع بالقوه کربن و انرژی مطرح باشد و از سوی دیگر، چالش‌هایی مانند حضور گوگرد، خاکستر و مواد فرار را نیز به همراه داشته باشد. دوده صنعتی موجود در لاستیک و همچنین بقایای کربنی حاصل از تجزیه حرارتی آن، عامل اصلی جذابیت این ماده برای کاربرد متالورژیکی است. به‌طور کلی، هنگامی که لاستیک در دماهای بالای فولادسازی قرار می‌گیرد، بخش آلی آن تجزیه می‌شود و مخلوطی از گازها، بخارات هیدروکربنی و یک باقیمانده جامد کربنی تولید می‌گردد. اگر این تجزیه در غیاب اکسیژن و به‌صورت کنترل‌شده انجام شود، محصول جامد حاصل، یعنی چَر لاستیک، می‌تواند درصد بالایی از کربن ثابت داشته باشد و از این نظر رفتاری نزدیک‌تر به کربن‌افزاهای متداول پیدا کند.
اهمیت متالورژیکی لاستیک از همین‌جا ناشی می‌شود. اگر کربن موجود در لاستیک یا چَر آن بتواند به شکل مؤثر در واکنش‌های کوره شرکت کند، بخشی از نیاز به کک، آنتراسیت، کربن تزریقی یا  recarburizerهای متداول کاهش خواهد یافت. با این حال، باید توجه داشت که صرف بالا بودن درصد کربن برای مناسب بودن یک ماده در فولادسازی کافی نیست. شکل حضور کربن، میزان مواد فرار، مقدار گوگرد، ترکیب خاکستر، رفتار حرارتی و قابلیت واکنش با سرباره یا مذاب، همگی در تعیین ارزش واقعی آن ماده مؤثرند. برای مثال، گوگرد موجود در لاستیک یکی از جدی‌ترین محدودیت‌ها در کاربرد متالورژیکی آن است، زیرا بخشی از لاستیک‌ها به واسطه فرایند ولکانیزاسیون حاوی مقادیر قابل توجهی گوگرد هستند و در صورت مصرف کنترل‌نشده، این گوگرد می‌تواند وارد فولاد یا سرباره شود. این مسئله به‌ویژه در کوره القایی که امکانات گوگردزدایی و تصفیه سرباره‌ای محدودتر است، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. علاوه بر گوگرد، خاکستر لاستیک که می‌تواند شامل SiO₂، CaO، ZnO  و سایر ترکیبات معدنی باشد، قادر است ترکیب سرباره را تغییر دهد، مصرف فلاکس را افزایش دهد یا در کوره القایی سرباره‌ای ناخواسته روی سطح مذاب تشکیل دهد. همچنین مواد فرار موجود در لاستیک، اگرچه در برخی شرایط در کوره قوس می‌توانند به تولید گاز و کمک به کف‌سازی سرباره منجر شوند، اما در صورت عدم کنترل، باعث افزایش دود، بو، بار غبارگیر و کاهش پایداری عملیات خواهند شد.
 

تبدیل ضایعات لاستیک به خوراک متالورژیکی
برای استفاده از ضایعات لاستیک در فولادسازی، سه مسیر اصلی قابل تصور است.
 نخست، استفاده مستقیم از لاستیک خردشده یا پودر لاستیک است. در این روش، لاستیک پس از خردایش وارد کوره می‌شود و در همان محیط داغ شروع به تجزیه می‌کند. مزیت این روش آن است که نیاز به فرآوری پیچیده ندارد، اما به دلیل مواد فرار زیاد، کنترل دشوار ترکیب، آزاد شدن گازها و بخارات آلی و ورود مستقیم گوگرد و خاکستر به فرآیند، معمولاً گزینه‌ای کم‌ریسک و صنعتی محسوب نمی‌شود. 
روش دوم، استفاده از مخلوط لاستیک با کک یا سایر مواد کربنی است. در این حالت، کک نقش یک بستر کربنی پایدارتر را ایفا می‌کند و لاستیک با فراهم کردن مواد فرار و تغییر رفتار احتراقی مخلوط، می‌تواند بر واکنش‌پذیری و رفتار سرباره اثر بگذارد. این روش بیشتر در ارتباط با کوره قوس الکتریکی مطرح شده است. 
مسیر سوم که از نظر فنی و صنعتی منطقی‌ترین گزینه به نظر می‌رسد، پیرولیز لاستیک و تولید چَر لاستیک است. در فرآیند پیرولیز، لاستیک در غیاب اکسیژن تجزیه شده و به سه محصول گاز، روغن و چَر تبدیل می‌شود. چَر حاصل معمولاً دارای درصد قابل توجهی کربن ثابت است و بسته به شرایط پیرولیز، می‌توان خواص آن را تا حدی کنترل کرد. به همین دلیل، چَر لاستیک نسبت به لاستیک خام گزینه‌ای مناسب‌تر برای کاربرد متالورژیکی به شمار می‌آید، زیرا بخش عمده مواد فرار آن پیش‌تر حذف شده، امکان دانه‌بندی بهتر دارد و از نظر رفتار در کوره به یک کربن‌افزا یا احیاکننده جامد نزدیک‌تر است.
 

کاربرد ضایعات لاستیک در کوره قوس الکتریکی
کوره قوس الکتریکی مناسب‌ترین بستر برای بررسی استفاده از ضایعات لاستیک به عنوان منبع کربن است. دلیل اصلی این موضوع آن است که در EAF سرباره اکسیدی حاوی FeO وجود دارد، اکسیژن به مذاب و سرباره تزریق می‌شود و کربن نه فقط برای تنظیم ترکیب فولاد، بلکه برای احیای سرباره و تشکیل سرباره فومی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در چنین شرایطی، هر ماده کربنی که بتواند با FeO سرباره واکنش دهد و CO تولید کند، پتانسیل آن را دارد که به‌عنوان جایگزین بخشی از کربن مصرفی عمل کند. هنگامی که لاستیک، پودر لاستیک، مخلوط لاستیک-کک یا چَر لاستیک در محیط داغ کوره قوس قرار می‌گیرد، ابتدا مواد فرار آن آزاد می‌شوند. این مواد فرار می‌توانند بخشی از انرژی شیمیایی سیستم را تأمین کنند و در تولید گاز و ایجاد حباب در ناحیه سرباره مؤثر باشند. هم‌زمان، کربن جامد باقی‌مانده با FeO موجود در سرباره واکنش می‌دهد. 
سرباره فومی در کوره قوس یکی از مهم‌ترین ابزارهای بهینه‌سازی عملیات است. این سرباره با پوشاندن قوس الکتریکی و سطح مذاب، اتلاف حرارتی را کاهش می‌دهد، از نسوزها محافظت می‌کند و بازده انرژی را بالا می‌برد. به همین دلیل، منابع جایگزین کربن که بتوانند در تشکیل کف پایدار مشارکت کنند، مورد توجه قرار گرفته‌اند. مطالعات انجام‌شده توسط Sahajwalla و همکاران نشان داده‌اند که لاستیک و پلیمرهای ضایعاتی می‌توانند در کنار کربن‌های متعارف، در واکنش‌های کربن/سرباره مشارکت کرده و رفتار فومینگ را بهبود دهند. همچنین Zaharia و همکاران در بررسی مخلوط‌های کک و لاستیک گزارش کرده‌اند که افزودن لاستیک به کک می‌تواند رفتار احتراق، نرخ آزاد شدن گازها و واکنش‌پذیری مخلوط را تغییر دهد و در برخی شرایط باعث بهبود تشکیل سرباره فومی شود. این اثر را می‌توان به حضور مواد فرار، تخلخل بیشتر باقیمانده کربنی و تفاوت سینتیک واکنش نسبت به کک خالص نسبت داد.
با این حال، باید توجه داشت که اثر مثبت لاستیک بر سرباره فومی و احیای FeO یک اثر مطلق و بدون شرط نیست. اگر مقدار FeO سرباره بیش از حد کم باشد، واکنش احیایی محدود خواهد شد و گاز کافی برای فومینگ تولید نمی‌شود. از سوی دیگر، اگر سرباره بیش از حد اکسیدی، رقیق یا نامتعادل باشد، پایداری کف کاهش می‌یابد. همچنین خاکستر و ترکیبات معدنی موجود در لاستیک می‌توانند ترکیب سرباره را تغییر دهند و در صورت کنترل نشدن، بر ویسکوزیته، بازیسیته و رفتار نسوز اثر منفی بگذارند. گوگرد موجود در لاستیک نیز می‌تواند بخشی از بار گوگرد سیستم را افزایش دهد و در صورت نبود کنترل مناسب سرباره و تصفیه، بر کیفیت فولاد اثر بگذارد. به همین دلیل، اگرچه استفاده از لاستیک در EAF از نظر متالورژیکی قابل دفاع است، اما در عمل نیازمند کنترل دقیق ترکیب خوراک، نسبت اختلاط، محل تزریق یا شارژ، شرایط سرباره و سیستم غبارگیر است.
 

کاربرد ضایعات لاستیک در کوره القایی
تحلیل کاربرد ضایعات لاستیک در کوره القایی باید با احتیاط بیشتری انجام شود، زیرا ماهیت فرایند در این کوره با کوره قوس تفاوت بنیادی دارد. در کوره القایی، معمولاً قوس الکتریکی وجود ندارد، اکسیژن‌زنی شدید و کنترل‌شده مانند EAF انجام نمی‌شود، سرباره فومی کلاسیک نقش اصلی در فرآیند ندارد و واکنش‌های اکسایش و احیای سرباره محدودتر هستند. در عوض، فرایند بیشتر بر ذوب شارژ، هم‌زدن الکترومغناطیسی مذاب، تنظیم ترکیب شیمیایی و تخلیه استوار است. بنابراین، اگر در کوره قوس لاستیک را از منظر احیای FeO و فومینگ سرباره بررسی می‌کنیم، در کوره القایی باید آن را عمدتاً به عنوان یک ماده کربن‌افزا یا recarburizer جایگزین تحلیل کرد.
در کوره القایی، کربن برای افزایش درصد کربن مذاب، جبران افت کربن شارژ، تولید فولادهای متوسط و پرکربن، ذوب چدن و در برخی موارد جایگزینی بخشی از چدن خام با قراضه و افزودن کربن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین اگر لاستیک یا چَر لاستیک قرار باشد در این کوره به کار رود، مهم‌ترین پرسش آن است که آیا کربن موجود در آن با بازده مناسب وارد مذاب می‌شود یا نه. پاسخ به این پرسش به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله درصد کربن ثابت، مقدار مواد فرار، دانه‌بندی ماده، زمان و محل افزودن، دمای مذاب، ماهیت سرباره سطحی و ترکیب شارژ. در اینجا باید تأکید کرد که برخلاف EAF، مطالعات مستقیم درباره استفاده از لاستیک در کوره القایی فولاد بسیار محدود است و بخش مهمی از تحلیل موجود بر پایه استنتاج مهندسی از رفتار recarburizerها و خواص چَر لاستیک انجام می‌شود، نه بر مبنای یک فناوری صنعتی کاملاً تثبیت‌شده.
اگر لاستیک خام به کوره القایی افزوده شود، مواد فرار آن در مجاورت دمای بالای مذاب آزاد می‌شوند و می‌توانند دود، شعله، بو و ناپایداری ایجاد کنند. افزون بر این، کنترل اینکه چه بخشی از کربن واقعاً در مذاب حل می‌شود و چه بخشی به صورت گاز یا ذرات نسوخته از بین می‌رود، دشوار است. همچنین گوگرد و خاکستر موجود در لاستیک خام مستقیماً وارد فرآیند می‌شوند و در کوره‌ای که ظرفیت تصفیه آن محدودتر است، این موضوع می‌تواند خطرناک باشد. به همین دلیل، استفاده مستقیم از لاستیک خردشده در کوره القایی از نظر فنی و زیست‌محیطی گزینه مناسبی به نظر نمی‌رسد. در مقابل، چَر لاستیک که طی فرآیند پیرولیز تولید شده و بخش زیادی از مواد فرار آن حذف شده است، می‌تواند به‌عنوان یک کربن‌افزای جایگزین مورد توجه قرار گیرد. در این حالت، رفتار ماده به یک recarburizer نزدیک‌تر خواهد بود و امکان کنترل دانه‌بندی، آنالیز کربن، گوگرد و خاکستر نیز بهتر می‌شود.
با این حال، حتی در مورد چَر لاستیک نیز مسئله اصلی بازده جذب کربن است. در کوره القایی، برای اینکه کربن یک ماده جامد وارد مذاب شود، لازم است ماده به‌خوبی با فلز مذاب تماس پیدا کند و زمان کافی برای انحلال کربن وجود داشته باشد. اگر ذرات روی سرباره بمانند یا زودتر اکسید شوند، بازده جذب کاهش می‌یابد. هم‌زدن الکترومغناطیسی کوره القایی می‌تواند تا حدی به توزیع کربن کمک کند، اما این امر تنها زمانی مفید است که ماده کربنی در مرحله مناسب و با دانه‌بندی مناسب اضافه شده باشد. از این رو، چَر لاستیک در کوره القایی تنها زمانی می‌تواند جایگزین بخشی از کربن‌افزاهای متداول شود که آزمون‌های صنعتی یا نیمه‌صنعتی نشان دهند بازده جذب آن قابل قبول است و اثر منفی آن بر گوگرد، خاکستر و کیفیت فولاد محدود است.
 

مقایسه کاربرد لاستیک در EAF و IF
مقایسه این دو مسیر فولادسازی نشان می‌دهد که اگرچه در هر دو مورد ضایعات لاستیک می‌توانند منبعی از کربن باشند، اما نقش آن‌ها یکسان نیست. در کوره قوس الکتریکی، لاستیک علاوه بر آنکه منبع کربن است، می‌تواند در احیای FeO سرباره، کاهش اتلاف آهن، تولید CO و تقویت سرباره فومی مشارکت کند. به عبارت دیگر، در EAF لاستیک می‌تواند هم در فاز فلزی و هم در فاز سرباره اثرگذار باشد. اما در کوره القایی، چون سرباره نقش متالورژیکی محدودتری دارد و واکنش‌های اکسایش-احیا کمتر هستند، لاستیک عملاً تنها از منظر تأمین کربن برای مذاب قابل بررسی است. به همین دلیل، اگر در EAF حتی مخلوط لاستیک و کک یا لاستیک نیمه‌فرآوری‌شده نیز ممکن است در برخی شرایط قابل استفاده باشد، در IF استفاده از لاستیک خام معمولاً توصیه نمی‌شود و اگر کاربردی برای آن متصور باشیم، بیشتر در قالب چَر لاستیک یا بریکت‌های کربنی مهندسی‌شده خواهد بود.
همچنین حساسیت به گوگرد در این دو کوره متفاوت است. در EAF به دلیل امکان کنترل بهتر سرباره و حضور واحدهای تصفیه ثانویه، مدیریت گوگرد تا حدی آسان‌تر است، هرچند همچنان باید با دقت انجام شود. اما در IF، هر منبع گوگرد اضافی می‌تواند مستقیماً کیفیت مذاب را تحت تأثیر قرار دهد، زیرا امکانات گوگردزدایی و کنترل سرباره معمولاً محدودتر است. همین مسئله باعث می‌شود که استفاده از لاستیک یا چَر لاستیک در کوره القایی بسیار محتاطانه‌تر و وابسته به آنالیز دقیق ماده اولیه باشد.
 

ملاحظات زیست‌محیطی و اقتصادی
یکی از مهم‌ترین انگیزه‌های استفاده از ضایعات لاستیک در فولادسازی، جنبه زیست‌محیطی آن است. تایرهای فرسوده در بسیاری از کشورها یک پسماند مسئله‌ ساز محسوب می‌شوند و استفاده از آن‌ها به‌عنوان خوراک صنعتی می‌تواند بخشی از بار دفن و انباشت را کاهش دهد. از سوی دیگر، اگر این ضایعات بتوانند جایگزین بخشی از کربن‌های فسیلی شوند، از منظر اقتصاد چرخشی و کاهش مصرف منابع اولیه نیز ارزشمند خواهند بود. با این حال، نباید این موضوع را صرفاً از منظر بازیافت پسماند نگاه کرد. در فولادسازی، هر ماده‌ای که وارد کوره می‌شود باید نه تنها از نظر هزینه خرید، بلکه از نظر اثر بر کیفیت فولاد، سرباره، نسوز، غبارگیر، مصرف انرژی و هزینه‌های زیست‌محیطی نیز ارزیابی شود. ماده‌ای که در ظاهر ارزان‌تر است، اگر باعث افزایش گوگرد، افزایش حجم سرباره، افت راندمان فلزی یا افزایش بار غبارگیر شود، ممکن است در مجموع هزینه بیشتری به فرآیند تحمیل کند.
در این میان، پیرولیز لاستیک و تولید چَر می‌تواند از نظر اقتصادی و فنی تعادل بهتری ایجاد کند. زیرا با حذف بخش عمده مواد فرار، کنترل بهتر ترکیب و افزایش درصد کربن ثابت، ماده‌ای حاصل می‌شود که به منابع متداول کربن نزدیک‌تر است. با این حال، هزینه تولید چَر، فرآوری، حمل‌ونقل، آنالیز و آماده‌سازی آن نیز باید در محاسبات اقتصادی لحاظ شود. بنابراین، تصمیم‌گیری درباره استفاده صنعتی از لاستیک در فولادسازی باید بر اساس یک ارزیابی کامل فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی انجام گیرد و نه صرفاً بر مبنای قیمت اولیه خوراک.
 

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
ضایعات لاستیک، به‌ویژه تایرهای فرسوده و چَر حاصل از پیرولیز آن‌ها، از دیدگاه فولادسازی یک منبع بالقوه کربن محسوب می‌شوند که می‌تواند بخشی از مواد کربنی متداول را جایگزین کند. در کوره قوس الکتریکی، این جایگزینی از پشتوانه علمی و عملیاتی قوی‌تری برخوردار است، زیرا لاستیک و چَر آن می‌توانند در احیای FeO سرباره، تولید CO، کاهش اتلاف آهن و تقویت سرباره فومی مشارکت کنند. مطالعات منتشرشده توسط Sahajwalla، Zaharia و سایر پژوهشگران نشان می‌دهد که مخلوط‌های لاستیک-کک یا چَر لاستیک در صورت کنترل مناسب، پتانسیل استفاده در EAF را دارند. در مقابل، در کوره القایی، کاربرد لاستیک باید با احتیاط بیشتری تحلیل شود، زیرا نقش آن نه در احیای سرباره، بلکه عمدتاً در کربن‌دهی به مذاب تعریف می‌شود. در این کوره، استفاده از لاستیک خام به دلیل مواد فرار، گوگرد، خاکستر و بازده جذب نامطمئن چندان مناسب نیست و اگر استفاده‌ای برای آن متصور باشد، بیشتر در قالب چَر لاستیک با ترکیب کنترل‌شده و به‌عنوان جایگزین بخشی از recarburizerها خواهد بود.
در مجموع می‌توان گفت که موفقیت استفاده از ضایعات لاستیک در فولادسازی به چند عامل وابسته است: نخست، نوع کوره و نقش مورد انتظار از کربن؛ دوم، شکل آماده‌سازی ماده، به‌ویژه تفاوت میان لاستیک خام و چَر پیرولیزی؛ سوم، کنترل دقیق گوگرد، خاکستر، مواد فرار و دانه‌بندی؛ و چهارم، انجام آزمون‌های صنعتی برای تعیین بازده واقعی جذب کربن، اثر بر سرباره، اثر بر گوگرد فولاد و هزینه نهایی فرآیند. اگر این شرایط به‌درستی مدیریت شوند، ضایعات لاستیک می‌توانند از یک پسماند زیست‌محیطی مسئله‌ساز به یک خوراک کربنی مفید در صنعت فولاد تبدیل شوند؛ اما بدون کنترل دقیق و بدون پایلوت صنعتی، استفاده گسترده از آن‌ها به‌ویژه در کوره‌های القایی می‌تواند با ریسک‌های کیفی و عملیاتی همراه باشد.
منابع

Echterhof, T. (2021). Review on the Use of Alternative Carbon Sources in EAF Steelmaking. Metals, 11(2), 222.
Sahajwalla, V., Zaharia, M., Rahman, M., Khanna, R., Saha-Chaudhury, N., O’Kane, P., Dicker, J., Skidmore, C., & Knights, D. (2011). Recycling Rubber Tyres and Waste Plastics in EAF Steelmaking. Steel Research International, 82(5), 566–572.
Zaharia, M., Sahajwalla, V., Kim, B.-C., Khanna, R., Saha-Chaudhury, N., O’Kane, P., Dicker, J., & Skidmore, C. (2009). Recycling of Rubber Tires in Electric Arc Furnace Steelmaking: Simultaneous Combustion of Metallurgical Coke and Rubber Tyres Blends. Energy & Fuels, 23(5), 2467–2474.
Zaharia, M., Sahajwalla, V., Saha-Chaudhury, N., O’Kane, P., Fontana, A., Skidmore, C., & Knights, D. (2012). Recycling of Rubber Tyres in Electric Arc Furnace Steelmaking: Carbon/Slag Reactions of Coke/Rubber Blends. High Temperature Materials and Processes, 31(4–5).
Han, W., Han, D., & Chen, H. (2023). Pyrolysis of Waste Tires: A Review. Polymers, 15(7), 1604.
Gao, N., Wang, F., Quan, C., Santamaría, L., & Williams, P. T. (2022). Tire pyrolysis char: Processes, properties, upgrading and applications. Progress in Energy and Combustion Science, 93, 101022.
Wang, H. et al. (2020). Effect of high heating rates on products distribution and sulfur transformation during the pyrolysis of waste tires. Waste Management, 118, 9–17.
Wei, G., Zhu, R., Tang, T., & Dong, K. (2019). Study on the melting characteristics of steel scrap in molten steel. Ironmaking & Steelmaking, 46(7), 609–617.
Niesler, M., Stecko, J., Gierad, D., Nowak, M., & Stelmach, S. (2023). Experimental Production of Iron-Bearing Sinters Using Chars from Waste Car Tires. Processes, 11(1), 231.