空分裝置在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

    鋼鐵企業(yè)冶煉生產(chǎn)工藝中需大量使用氧氣、氮?dú)?、氬氣等工業(yè)氣體。氧氣主要用于高爐、熔融還原煉爐、轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉；氮?dú)庵饕糜跔t子密封、保護(hù)氣、煉鋼精煉、轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐、保安氣體、傳熱介質(zhì)及系統(tǒng)吹掃等；氬氣主要用于煉鋼精煉等。為適應(yīng)生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，大型鋼廠均配置有專供的制氧站和氧氮?dú)鍎?dòng)力管網(wǎng)系統(tǒng)。

    大型全流程鋼鐵企業(yè)目前配置的常規(guī)流程為：焦?fàn)t、燒結(jié)、高爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐電爐煉鋼、軋鋼工序等。因強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)，簡(jiǎn)化工藝流程，國(guó)際鋼鐵行業(yè)近代開發(fā)出鐵前區(qū)域短流程工藝-熔融還原煉鐵，在一個(gè)冶煉爐中直接將鐵礦原料還原為鐵水。

    兩種不同冶煉工藝流程需要的工業(yè)氣體有較大差別，常規(guī)冶煉高爐需要氧氣量占鋼廠總需氧量28%，煉鋼需要的氧氣量占鋼廠總需用量的40%；而熔融還原（COREX）工藝煉鐵生產(chǎn)需要氧氣量占鋼廠總需用量的78%，煉鋼需用的氧氣量占鋼廠總需用氧氣量的13%。上述兩種流程尤其熔融還原煉鐵工藝在我國(guó)已經(jīng)開始推廣。

鋼廠用氣要求:

    高爐冶煉的供氧主要作用是冶煉中保證一定的爐內(nèi)高溫，而不是直接參與冶煉反應(yīng)。氧氣混入高爐鼓風(fēng)中，參混為富氧空氣進(jìn)入高爐。以前工藝提出的鼓風(fēng)富氧效率一般在3%以下，隨著高爐工藝的改進(jìn)，為了節(jié)約焦炭，采用大噴煤工藝后，以及為滿足高爐生產(chǎn)提升產(chǎn)量，要求鼓風(fēng)富氧率提高到5∽6%，用氧單耗達(dá)60Nm3/T鐵。因高爐用氧參混的是富氧空氣，所以氧氣純度可為低純度。

    熔融還原煉鋼工藝氧氣需要參與冶煉反應(yīng)，其用氧量與煉鋼產(chǎn)量直接成等比關(guān)系，熔融還原爐用氧單耗為528Nm3/t鐵，是高爐流程用氧量的10倍。熔融還原爐要求維持生產(chǎn)的最小供氧量為正常生產(chǎn)用量的42%。

    熔融還原爐要求的氧氣純度大于95%以上，氧氣壓力為0.8∽1.0 MPa,壓力波動(dòng)范圍要求控制在0.8MPa±5%，氧氣必須確保有一定時(shí)間連續(xù)量的供應(yīng)，例如對(duì)于COREX-3000爐，需考慮液氧貯備550t。

    煉鋼工藝與高爐、熔融還原爐冶煉方式不同，轉(zhuǎn)爐煉鋼用氧為間斷使用，吹氧時(shí)負(fù)荷大，并且氧氣參與冶煉反應(yīng)，其需要氧量與煉鋼產(chǎn)量有直接的等比關(guān)系，用氧單耗約為60Nm3/t鋼，要求的氧氣壓力大于1.4MPa,氧氣純度≥99.5%。

    為了提高轉(zhuǎn)爐使用年限，目前鋼廠普遍采用氮?dú)鉃R渣護(hù)爐工藝技術(shù)，氮?dú)鉃殚g斷使用，使用時(shí)負(fù)荷大，要求的氮?dú)鈮毫Υ笥?.4MPa。

    煉鋼精煉需要?dú)鍤?，隨著產(chǎn)鋼品種提升，精煉要求更高，用氬量逐步增加。

    冷軋機(jī)組用氮量要求單耗達(dá)50∽67Nm3/t,隨著鋼廠軋鋼區(qū)域冷軋機(jī)組的增建，鋼廠的用氮量提升很快。

    電爐煉鋼主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達(dá)4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。中頻電弧爐是一種將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300HZ以上至1000HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。氧單耗達(dá)42∽45 Nm3/t。

    平爐煉鋼工藝用的原材料為：①鋼鐵料如生鐵或鐵水、廢鋼；②氧化劑如鐵礦石、工業(yè)純氧、人造富礦；③造渣劑如石灰（或石灰石）、螢石、鐵礬石等；④脫氧劑和合金添加劑。

氧氣作用為提供氧化性氣氛，平爐熔煉室內(nèi)燃燒氣體（爐氣）中含有O2、CO2、H2O等，在高溫下，強(qiáng)氧化性氣體向熔池供氧量每小時(shí)可達(dá)金屬重量的0.2～0.4%，對(duì)熔池起氧化作用，使?fàn)t渣始終有較高的氧化性。

    提示：?jiǎn)慰繝t氣供氧，速度慢，加鐵礦石或吹氧可加速反應(yīng)過程。

鋼廠用氧特點(diǎn)：氧氣放散和用氧調(diào)峰。

怎樣滿足鋼廠用氧需求？一般采取以下方式滿足：

*  采用變負(fù)荷，自動(dòng)化程度高的先進(jìn)控制，以減少氧氣放散，可以多套組合

*  應(yīng)用傳統(tǒng)方式采用多組調(diào)峰球罐，以加大緩沖力度，使得某一時(shí)間段內(nèi)用氧總量穩(wěn)定，可以減少氧氣放散量，同時(shí)減小裝置規(guī)模

*  在用氧低谷時(shí)，采用抽取液氧方式將多余氧氣抽出；用氧高峰時(shí)，采用汽化方式彌補(bǔ)氧氣量；當(dāng)液氧外抽量受冷量不足限制時(shí)，采用外液化方式將放散氧氣液化，采用汽化方式將液氧汽化

*  采用多家鋼廠聯(lián)合并網(wǎng)供氣，根據(jù)用氣時(shí)間點(diǎn)的不同，使得總供氧規(guī)模穩(wěn)定

空分裝置的配套工藝

    在制定制氧站的工藝方案時(shí)需要對(duì)機(jī)組能力、產(chǎn)品純度、輸送壓力、升壓工藝、系統(tǒng)保安、總體布置、噪聲治理做專題認(rèn)證。

    大型鋼廠用氧量大，例如年產(chǎn)1000萬噸鋼廠的高爐工藝流程用氧量要達(dá)到15萬Nm3/h，年產(chǎn)300萬噸鋼廠的熔融還原爐工藝流程用氧量要達(dá)到24萬Nm3/h，目前配套成熟特大型空分裝置為6∽10萬等級(jí)，在選擇裝置規(guī)模時(shí)應(yīng)當(dāng)從總設(shè)備投資、運(yùn)行能耗、備件維護(hù)、占地面積等方面考慮。

鋼廠煉鋼用氧計(jì)算

    例如單臺(tái)爐子，周期是70min,用氣時(shí)間50min。用氣時(shí)用氣量為8000Nm3/h，則需要空分裝置（連續(xù)）產(chǎn)氣為總氣量8000×（50/60）÷（70/60）=5715Nm3/h.則空分裝置可以選擇5800Nm3/h。

一般噸鋼用氧量為42-45Nm3/h(每噸)，需要兩者核算，并且以此為準(zhǔn)。

    近年來鋼鐵行業(yè)對(duì)空分產(chǎn)品的需求越來越多樣化，許多用戶不僅需要氧氣，而且需要高純度的氮?dú)夂蜌鍤猓踔疗渌∮袣怏w。目前武鋼、首鋼等幾大鋼廠均已有多套全提取空分裝置在運(yùn)行，空分裝置副產(chǎn)稀有氣體不僅可以滿足國(guó)民生產(chǎn)需求，而且可以較大的經(jīng)濟(jì)效益。

    隨著鋼廠的大型化發(fā)展，與其配套空分裝置也向大型化邁進(jìn)，空分行業(yè)在經(jīng)歷了數(shù)十年的大發(fā)展后，國(guó)內(nèi)空分企業(yè)也在積極趕超世界領(lǐng)先企業(yè)，國(guó)產(chǎn)供貨商以杭氧股份等空分制造廠為代表，已研發(fā)出8-12萬等級(jí)的超大型空分設(shè)備，稀有氣體裝置國(guó)內(nèi)也已成功研發(fā)，電子特氣國(guó)內(nèi)起步較晚，但也在加大研發(fā)力度，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)氣體分離行業(yè)將會(huì)走出國(guó)門、走向世界。