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。 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。  |
空分装置在钢铁行业的应用常规高炉冶炼和熔融还原工艺及用氧计算
