空分裝置在鋼鐵行業的應用（常規高爐冶煉和熔融還原工藝（yì）及用氧計算）

 “2018空分設備係統優化及新技術應用論壇”6月27-29日天津召開，來自於行業的專家將出席會議，介紹“多機組供氣管網係統穩定安全供氣與集成改造問題、高（gāo）速運（yùn）轉（zhuǎn）機組的節（jiē）能改造與故障防控、氣（qì）體運（yùn）營工廠運營優化與環保節能、 配套機組、配套件（jiàn）節能新技術（shù）、新產品推廣”等專題（tí）的研討。

 

鋼鐵企業冶煉生產工藝中需大量（liàng）使用氧氣、氮氣、氬氣等工業氣（qì）體。氧氣主要用於高爐、熔融還（hái）原煉爐、轉爐、電爐冶煉；氮氣主要用於爐子密封、保護氣、煉鋼精煉、轉爐濺渣護爐、保安氣體（tǐ）、傳熱介質（zhì）及係統（tǒng）吹（chuī）掃等；氬氣主（zhǔ）要用於煉鋼精煉等。為適應生產要求，保證生產安全穩定運行，大型鋼廠均配置有專供的製氧站和氧氮氬動力管網係統。

 

 

大型全流程鋼鐵企業目（mù）前配置的常規流程為：焦爐（lú）、燒（shāo）結、高（gāo）爐煉鋼、轉爐電爐（lú）煉（liàn）鋼、軋鋼（gāng）工序等。因強調環境保護，簡化工藝（yì）流程，國際鋼鐵行業近代開發出鐵（tiě）前區（qū）域短流程工藝-熔融還原煉鐵，在一個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氣體有較大差別，常規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（tiě）生產需要氧氣量占鋼廠總需用量的78%，煉鋼需用（yòng）的氧氣量占鋼廠（chǎng）總需用氧氣量的（de）13%。

上述兩種流程尤（yóu）其熔融（róng）還原煉鐵工藝在我國已經開始推廣。

 

 

鋼（gāng）廠用（yòng）氣要求:

高爐冶（yě）煉（liàn）的供（gòng）氧（yǎng）主要作用是冶煉中保證一定的（de）爐內高溫，而不是直接參與冶煉反應。氧氣混入高爐鼓風中，參混為富（fù）氧空氣進入高爐。以前工（gōng）藝提出的鼓風富氧效率一般在（zài）3%以下，隨著高爐工藝的改進（jìn），為了節約焦炭，采用大噴煤（méi）工藝後，以及為滿足高爐生產提升產量，要求鼓風富氧率提高到5∽6%，用氧單耗達60Nm³/T鐵。

因高爐用氧參混的是富氧空氣，所以氧氣純度可（kě）為低純度。

熔融（róng）還（hái）原煉鋼（gāng）工藝氧氣需要參與冶煉反應，其用（yòng）氧量（liàng）與煉鋼產量直接成等比關係，熔融還原爐（lú）用氧（yǎng）單耗為528Nm³/t鐵（tiě），是高爐流程用氧（yǎng）量的10倍。熔融還原（yuán）爐要求維持生產的（de）最小供氧量為正常（cháng）生產用量的42%。

熔融還原爐要求的氧氣純度（dù）大於95%以上，氧（yǎng）氣壓力為0.8∽1.0 MPa,壓（yā）力波動範圍要求控製在0.8MPa±5%，氧氣必須（xū）確保（bǎo）有一定時間連（lián）續量的供（gòng）應，例如對於COREX-3000爐，需（xū）考慮液氧貯備550t。

煉鋼工藝與（yǔ）高爐、熔融還原爐冶煉方式（shì）不同，轉爐煉鋼用氧為間斷使用，吹氧時負荷大，並且氧氣參與冶煉反應，其需要氧量與（yǔ）煉鋼產量（liàng）有直接的等比關係，用氧單耗約為60Nm³/t鋼，要求的氧（yǎng）氣壓力大於1.4MPa,氧氣純度≥99.5%。

為（wéi）了（le）提高轉爐（lú）使用年限，目前鋼廠普遍采用氮氣濺渣護爐工藝技術，氮（dàn）氣為間斷使用，使用時（shí）負荷大，要求的氮氣壓力大於1.4MPa。

煉鋼精煉需要氬氣，隨著產鋼品種提升，精煉要求更高，用氬（yà）量逐步增加。

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

電爐（lú）煉鋼主要利用電弧熱，在電弧作用區，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還（hái）原期，在爐內不（bú）僅能造成氧化（huà）氣氛，還能造成還原氣氛，因此（cǐ）脫磷（lín）、脫硫的效率很高。中頻電弧爐是一種將（jiāng）工頻50HZ交流電轉變為中頻（300HZ以上至1000HZ）的電源裝置，把三相工（gōng）頻交流電，整流後變成（chéng）直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈裏流過的中頻交變電流，在（zài）感應圈中產生高密度的磁力線，並切割感應圈裏盛放的金（jīn）屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。氧單（dān）耗達42∽45 Nm³/t。

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

氧（yǎng）氣作用為（wéi）提供氧化（huà）性氣氛，平爐熔煉（liàn）室內燃燒氣體（爐氣）中含有O₂、CO₂、H₂O等，在高溫下，強氧化性氣體向熔池供氧量每小時可達金屬重量（liàng）的0.2～0.4%，對熔（róng）池起氧化作用，使爐渣始終有較高的氧化性。

提示：單靠爐氣供氧，速度慢，加鐵礦石或吹氧可加速反應過（guò）程。

鋼廠用氧特（tè）點：氧氣放散和用氧（yǎng）調峰。

怎樣滿（mǎn）足鋼廠用氧需求？一般采取以下方（fāng）式（shì）滿足：

*  采用變負荷，自動化程度高的先（xiān）進控製（zhì），以減少氧氣放散，可以多套組合

*  應用傳統方（fāng）式采用多組調（diào）峰球罐，以加大（dà）緩衝力度，使得某一時間段內用氧總（zǒng）量穩定，可以減少氧氣放（fàng）散量，同（tóng）時減小裝置規模

*  在用氧低穀時，采用抽取液氧方式將多餘氧氣抽（chōu）出；用氧高峰（fēng）時，采用汽化方式彌補氧氣量；當液氧外抽量受冷量不足限製時，采用外液化方（fāng）式將放散氧氣液化，采用汽（qì）化方式將液氧汽化

*  采用多家鋼（gāng）廠聯合並網供氣，根據用氣時（shí）間點的不同，使得總（zǒng）供氧規模（mó）穩定

 

 

空分裝置的配套工藝

在製定（dìng）製氧站（zhàn）的工藝方案時需要對機組能力、產品純度、輸送壓力、升壓工藝、係統保（bǎo）安、總體布置、噪聲治理做（zuò）專題認（rèn）證。

大型鋼廠用氧量大，例如年產1000萬噸鋼廠的高爐工藝流程用氧（yǎng）量要達到15萬Nm³/h，年（nián）產300萬噸鋼廠的熔融還原爐工藝流程用氧量要達到24萬Nm³/h，目前配套成熟特大型空分裝置為6∽10萬等級，在選擇裝置規模時應（yīng）當從總（zǒng）設備投資、運行能耗、備件維（wéi）護、占地麵積等方麵（miàn）考慮。

鋼廠煉鋼用氧計算

 

例如單台爐（lú）子，周期是70min,用氣時間50min。用氣時用氣量為8000Nm³/h，則需要空分裝（zhuāng）置（連續）產氣為總氣量8000×（50/60）÷（70/60）=5715Nm³/h.則空分裝置可以選擇5800Nm³/h。

 

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

當（dāng）前我國鋼鐵企業的（de）產能已躍居世界前列，但特種鋼材尤（yóu）其一些關乎國計民生的重要領域（yù）用（yòng）鋼仍然依（yī）賴進口，所以（yǐ）以寶武（wǔ）鋼廠為首的國內鋼鐵企業（yè）任重而道遠，對於高精尖領（lǐng）域（yù）的突破尤為緊迫。

近年來（lái）鋼鐵行業對空分產（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（yào）高純度的氮氣和氬氣，甚至其它稀有氣體。目前武鋼、首鋼（gāng）等幾大鋼廠均已（yǐ）有多套全提取空分裝置在運行，空分裝置副（fù）產稀有氣體不僅可以滿足國民生（shēng）產需求，而且可以較大的（de）經濟效益。

隨著鋼廠的大型化發展，與其配套空分裝置也向大型化邁進，空分行業在經曆了（le）數（shù）十年的大發展後，國內空分企業也（yě）在積極趕超世（shì）界領先企業，國產供貨商以杭氧股份等空分製造廠為代表，已（yǐ）研發出8-12萬等級（jí）的超大型空分設備，稀有氣體裝置國內也已成（chéng）功研發（fā），電子特氣國內起步較晚，但（dàn）也在加大研發力度，相信隨著科學技術的進步，我（wǒ）國氣體分離行業將會走出（chū）國門、走向世界。