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破解电炉炼钢用氧痛点
2018-10-30 15:59:05 中国化工报

  变压吸附制氧应用推广纪实

  随着我国供给侧改革和钢铁、煤炭去产能的不断深入,钢铁工业呈现转暖向好势头,国内电炉复产、新建项目日益增多。而在电炉炼钢过程中,氧气的应用无处不在,经济性好,运行稳定的变压吸附制氧装置也因此成为电炉企业的第一选择。

  电炉企业传统制氧方式主要选用深冷分离法(又称低温精馏法),该方法的特点是产品气体纯度高,但压缩、冷却的能耗却很大。同时,电炉生产对氧气的需求是间断式的,深冷制氧工况是连续进行的,所以为了满足生产需要,在生产过程中通常会有放散的情况发生。另外,深冷分离制氧装置开停车过程比较繁琐,如果生产中遇到非计划短期停车,冷启动仍需2~3天。

  近几年来,随着电炉复产热潮的兴起,很多复产电炉因为无氧可用,而制氧装置建设周期较长,企业只能通过采购液氧气化来实现生产供氧,由于钢铁行情的持续火热,现在市场上液氧价格在1200~3000元/吨不等,这样企业的用氧成本远高于行业平均水平。

  相比深冷分离制氧方式,变压吸附制氧技术具有制氧成本低、开停车简单、负荷调节方便的特点,更加契合电炉炼钢对氧气的需要。

  变压吸附制氧技术是利用变压吸附专用分子筛与氮分子的四极矩之间的较强作用,使氮气吸附在沸石吸附剂上,氧气则吸附较少,从而使氧氮分离。

  据北京北大先锋科技有限公司总经理唐伟介绍,变压吸附法是在较高压力下吸附,实现气体分离,在较低压力下实现吸附剂再生。该法是基于分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。其研发的变压吸附制氧成套技术有以下特点:一是能耗比较低,制氧单耗在0.2元/Nm3左右;二是维护成本低,动设备为罗茨鼓风机和罗茨真空泵,因其工作原理都为容积式,易维护;三是整套设备的自动化程度高,动设备与制氧机是同步控制,只需按一下启动按钮,整套设备即可正常运行,可实现无人值守;四是负荷调节方便,装置可以通过时序调节,很快实现50%~100%的负荷调节;五是开停车方便,装置通过吸附方式实现制氧,装置开车后20分钟即可产出合格的氧气产品;六是建设周期短,真空泵鼓风机都属于常规设备,生产周期短,从投资建设到产出合格氧气约6个月左右。

  国内电炉企业已经开始将厂内的深冷分离制氧或液氧储罐替换为变压吸附装置,如浙江万泰特钢有限公司、贵州省遵义长岭特殊钢有限公司、四川泸州益鑫钢铁有限公司、贵航金属制品有限公司等电炉炼钢企业。

  变压吸附制氧装置可以生产纯度高达93%的氧气,有电炉企业担心变压吸附制氧纯度较低,不能炼特钢,事实上电炉炼特钢和炼普钢前端过程都是相同的,而在精炼工序中无需吹氧。所以电炉炼特钢与炼普钢本质上对氧气的要求是一样的。

  变压吸附制得的氧气中含有约3%的氮气以及4%的氩气,有电炉企业担心其中的氮气会影响特钢验收指标,事实上我国对常温状态使用的合金钢如弹簧钢、轴承钢、无缝钢管等种类中的氮气都没有明确规定。过多的氮气会对耐低温冲击用钢造成含氮量超标的问题,而电炉炼钢企业大多是不炼耐低温冲击用钢的,因此,变压吸附应用于电炉冶炼特钢的前景广阔。

  此外,美国普莱克斯公司对电炉炼钢也做过较长时间的调研。检测结果证明:电弧炉使用变压吸附制备的氧气炼钢不会引起钢水中氮含量的增加,目前世界上已有近百座电炉采用了变压吸附制备的氧气进行炼钢,长期实践也证明了变压吸附制备的氧气适合于电炉炼钢的要求。

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