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空分装置在钢铁行业的应用

日期: 2019-09-27 11:31:01
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空分装置在钢铁行业的应用

钢铁企业冶炼生产工艺中需大量使用氧气、氮气、氩气等工业气体。氧气主要用于高炉、熔融还原炼炉、转炉、电炉冶炼;氮气主要用于炉子密封、保护气、炼钢精炼、转炉溅渣护炉、保安气体、传热介质及系统吹扫等;氩气主要用于炼钢精炼等。为适应生产要求,保证生产安全稳定运行,大型钢厂均配置有专供的制氧站和氧氮氩动力管网系统。

大型全流程钢铁企业目前配置的常规流程为:焦炉、烧结、高炉炼钢、转炉电炉炼钢、轧钢工序等。因强调环境保护,简化工艺流程,国际钢铁行业近代开发出铁前区域短流程工艺-熔融还原炼铁,在一个冶炼炉中直接将铁矿原料还原为铁水。

两种不同冶炼工艺流程需要的工业气体有较大差别,常规冶炼高炉需要氧气量占钢厂总需氧量28%,炼钢需要的氧气量占钢厂总需用量的40%;而熔融还原(COREX)工艺炼铁生产需要氧气量占钢厂总需用量的78%,炼钢需用的氧气量占钢厂总需用氧气量的13%。

上述两种流程尤其熔融还原炼铁工艺在我国已经开始推广。

钢厂用气要求:

高炉冶炼的供氧主要作用是冶炼中保证一定的炉内高温,而不是直接参与冶炼反应。氧气混入高炉鼓风中,参混为富氧空气进入高炉。以前工艺提出的鼓风富氧效率一般在3%以下,随着高炉工艺的改进,为了节约焦炭,采用大喷煤工艺后,以及为满足高炉生产提升产量,要求鼓风富氧率提高到5∽6%,用氧单耗达60Nm3/T铁。

幸运赛车 因高炉用氧参混的是富氧空气,所以氧气纯度可为低纯度。

熔融还原炼钢工艺氧气需要参与冶炼反应,其用氧量与炼钢产量直接成等比关系,熔融还原炉用氧单耗为528Nm3/t铁,是高炉流程用氧量的10倍。熔融还原炉要求维持生产的最小供氧量为正常生产用量的42%。

幸运赛车 熔融还原炉要求的氧气纯度大于95%以上,氧气压力为0.8∽1.0 MPa,压力波动范围要求控制在0.8MPa±5%,氧气必须确保有一定时间连续量的供应,例如对于COREX-3000炉,需考虑液氧贮备550t。

炼钢工艺与高炉、熔融还原炉冶炼方式不同,转炉炼钢用氧为间断使用,吹氧时负荷大,并且氧气参与冶炼反应,其需要氧量与炼钢产量有直接的等比关系,用氧单耗约为60Nm3/t钢,要求的氧气压力大于1.4MPa,氧气纯度≥99.5%。

为了提高转炉使用年限,目前钢厂普遍采用氮气溅渣护炉工艺技术,氮气为间断使用,使用时负荷大,要求的氮气压力大于1.4MPa。

炼钢精炼需要氩气,随着产钢品种提升,精炼要求更高,用氩量逐步增加。

幸运赛车 冷轧机组用氮量要求单耗达50∽67Nm3/t,随着钢厂轧钢区域冷轧机组的增建,钢厂的用氮量提升很快。

电炉炼钢主要利用电弧热,在电弧作用区,温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期,在炉内不仅能造成氧化气氛,还能造成还原气氛,因此脱磷、脱硫的效率很高。中频电弧炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频(300HZ以上至1000HZ)的电源装置,把三相工频交流电,整流后变成直流电,再把直流电变为可调节的中频电流,供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流,在感应圈中产生高密度的磁力线,并切割感应圈里盛放的金属材料,在金属材料中产生很大的涡流。氧单耗达42∽45 Nm3/t。

平炉炼钢工艺用的原材料为:①钢铁料如生铁或铁水、废钢;②氧化剂如铁矿石、工业纯氧、人造富矿;③造渣剂如石灰(或石灰石)、萤石、铁矾石等;④脱氧剂和合金添加剂。

氧气作用为提供氧化性气氛,平炉熔炼室内燃烧气体(炉气)中含有O2、CO2、H2O等,在高温下,强氧化性气体向熔池供氧量每小时可达金属重量的0.2~0.4%,对熔池起氧化作用,使炉渣始终有较高的氧化性。

提示:单靠炉气供氧,速度慢,加铁矿石或吹氧可加速反应过程。

钢厂用氧特点:氧气放散和用氧调峰。

怎样满足钢厂用氧需求?一般采取以下方式满足:

* 采用变负荷,自动化程度高的先进控制,以减少氧气放散,可以多套组合

* 应用传统方式采用多组调峰球罐,以加大缓冲力度,使得某一时间段内用氧总量稳定,可以减少氧气放散量,同时减小装置规模

* 在用氧低谷时,采用抽取液氧方式将多余氧气抽出;用氧高峰时,采用汽化方式弥补氧气量;当液氧外抽量受冷量不足限制时,采用外液化方式将放散氧气液化,采用汽化方式将液氧汽化

* 采用多家钢厂联合并网供气,根据用气时间点的不同,使得总供氧规模稳定

空分装置的配套工艺

在制定制氧站的工艺方案时需要对机组能力、产品纯度、输送压力、升压工艺、系统保安、总体布置、噪声治理做专题认证。

大型钢厂用氧量大,例如年产1000万吨钢厂的高炉工艺流程用氧量要达到15万Nm3/h,年产300万吨钢厂的熔融还原炉工艺流程用氧量要达到24万Nm3/h,目前配套成熟特大型空分装置为6∽10万等级,在选择装置规模时应当从总设备投资、运行能耗、备件维护、占地面积等方面考虑。

钢厂炼钢用氧计算

例如单台炉子,周期是70min,用气时间50min。用气时用气量为8000Nm3/h,则需要空分装置(连续)产气为总气量8000×(50/60)÷(70/60)=5715Nm3/h。则空分装置可以选择5800Nm3/h。

一般吨钢用氧量为42-45Nm3/h(每吨),需要两者核算,并且以此为准。

当前我国钢铁企业的产能已跃居世界前列,但特种钢材尤其一些关乎国计民生的重要领域用钢仍然依赖进口,所以以宝武钢厂为首的国内钢铁企业任重而道远,对于高精尖领域的突破尤为紧迫。

近年来钢铁行业对空分产品的需求越来越多样化,许多用户不仅需要氧气,而且需要高纯度的氮气和氩气,甚至其它稀有气体。目前武钢、首钢等几大钢厂均已有多套全提取空分装置在运行,空分装置副产稀有气体不仅可以满足国民生产需求,而且可以较大的经济效益。

随着钢厂的大型化发展,与其配套空分装置也向大型化迈进,空分行业在经历了数十年的大发展后,国内空分企业也在积极赶超世界领先企业,国产供货商以杭氧股份等空分制造厂为代表,已研发出8-12万等级的超大型空分设备,稀有气体装置国内也已成功研发,电子特气国内起步较晚,但也在加大研发力度,相信随着科学技术的进步,我国气体分离行业将会走出国门、走向世界。

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