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。

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%。

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。

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。