أكسجين VPSA: إمداد أكسجين ممتاز لصناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي

خلفية

في يوليو 2016، بثت CCTV خبرًا مفاده أن شركة Jiangsu Huada Steel Company تصنع صلبًا دون المستوى المطلوب، وبعد ذلك، ركزت الحكومة على تجديد هذه الصناعة. حتى نهاية يونيو 2017، تم إغلاق أكثر من 700 شركة صلب دون المستوى المطلوب، ونتيجة لذلك، تم تقليل السعة الإجمالية بمقدار 0.14 مليار.

مع تقدم سياسة إصلاح العرض وخفض السعة، خاصة في ظل خلفية حظر شركات الصلب دون المستوى المطلوب، بدأت صناعة الصلب في تحقيق أرباح ووصل سعر خردة الصلب إلى أدنى مستوياته وبدأ في الارتفاع. على المدى الطويل، يعد توسيع العملية القصيرة وتقليل العملية الطويلة إجراءً مهمًا للحفاظ على البيئة. إن تطوير تكنولوجيا صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي هو أحد أهداف التنمية المستدامة لصناعة الصلب.

بناءً على ذلك، دخل فرن القوس الكهربائي في مرحلة إعادة الإنتاج وتزايدت المشاريع الجديدة في الصين. في الوقت نفسه، يتم تطبيق المزيد والمزيد من التقنيات والعمليات الجديدة في الممارسة العملية، والتي أصبحت أكثر اعتمادًا على الأكسجين. في عملية صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي، يُستخدم الأكسجين في العديد من المجالات: إضافة زيت الأكسجين، فوهة الاحتراق بالأكسجين، الاحتراق الثانوي، خلط الحديد السائل، إلخ. يلعب الأكسجين أدوارًا مهمة، مثل تحسين السعة، تقصير المدة، الحفاظ على درجة حرارة المواد المقاومة للحرارة، تقليل استهلاك الوقود. لذلك، فإن مصنع الأكسجين VPSA الاقتصادي والمستقر هو الخيار الأول لشركات فرن القوس الكهربائي.

حالة احتياجات الأكسجين ونقطة الألم طريقة صنع الأكسجين التقليدية لفرن القوس الكهربائي هي التبريد العميق، وتسمى أيضًا التجزئة في درجة حرارة منخفضة، والتي اكتشفها البروفيسور ليندي. في الواقع، إنها تكنولوجيا غاز مسال باستخدام آلات، تفصل الأكسجين عن الهواء بواسطة نقاط غليان مختلفة من خلال عمليات، مثل ضغط الغاز للتمدد الخانق أو التمدد الأديباتي، التبريد، إلخ.

هناك عدة خصائص للتبريد العميق على النحو التالي: نقاء عالٍ، استهلاك طاقة مرتفع. مع زيادة السعة، تتراوح تكلفة المتر المكعب الواحد من الأكسجين بين 0.3 و 1.0 يوان صيني. في الوقت نفسه، يتطلب صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي احتياجات أكسجين غير متناسقة، بينما التبريد العميق ثابت. لذلك، في عملية التبريد العميق، سيتم تصريف الأكسجين المنتج الزائد في الهواء، ويبلغ المعدل حوالي 10٪،甚至会 20٪.

مع ازدهار صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي في العامين الماضيين، لا تزال هناك العديد من شركات فرن القوس الكهربائي التي تعاني من نقص في الأكسجين. يجب على هذه الشركات شراء الأكسجين السائل لفترة طويلة لبناء مصنع الأكسجين خاص بها. بالنسبة للاحتياجات الشديدة للأكسجين في صناعة الصلب، تتراوح تكلفة الأكسجين من 1200 إلى 3000 يوان صيني للطن، أي من 1.7 إلى 4.3 يوان صيني للمتر المكعب من الأكسجين، وهو أغلى بكثير من المتوسط في صناعة الصلب.

بالنسبة لبعض شركات الصلب المعينة، في ظل سياسة الحفاظ على البيئة وتقييد إمدادات الكهرباء، سيتوقف تشغيل مصنع الأكسجين الخاص بها بشكل غير متوقع، وبالتالي يكون الإنتاج في موقف محرج. يستغرق بدء تشغيل وإيقاف تشغيل مصنع الأكسجين بالتبريد العميق يومين إلى 3 أيام على الأقل، لذا فهو ليس خيارًا جيدًا للشركة في ظل هذه السياسة.

بالمقارنة مع التبريد العميق، يتمتع VPSA بالمزايا التالية: استهلاك طاقة منخفض، وقت قصير للبدء والإيقاف، تحكم مرن في الحمل، مما يلبي بشكل أفضل احتياجات صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي.

خصائص تكنولوجيا أكسجين VPSA تفصل تكنولوجيا أكسجين VPSA الأكسجين عن النيتروجين بواسطة جاذبية الممتزات الزيوليتية للنيتروجين بسبب التفاعل القوي بين الزيوليت وجزيء النيتروجين، حيث يمر الأكسجين عبر الممتزات. تم اختراع هذه التكنولوجيا في الخمسينيات من قبل شركة Praxair، وحتى الآن، وتحت رعاية شركة Beijing Peking University Pioneer Technology Company، أصبحت الصين أكبر سوق لـ VPSA.

يتكون مصنع أكسجين VPSA بشكل أساسي من نظام الطاقة (منفاخ، مضخة تفريغ، نظام PLC) ونظام الامتزاز. سيتم إدخال الهواء الخام إلى وعاء الامتزاز بعد إزالة الغبار بواسطة مرشح. الأوعية مزودة بمواد ممتزة. بعد المعالجة المسبقة، سيتم جذب الماء وثاني أكسيد الكربون وكمية ضئيلة من المكونات الأخرى في الهواء، وبعد ذلك سيتم جذب النيتروجين بواسطة الممتزات الزيوليتية. في هذه العملية، سيتدفق الأكسجين والأرجون عبر الممتزات ويتركزان في خزان التوازن. يمكن ضبط نقاء الأكسجين بين 50٪ و 93٪.

عندما تستمر هذه العملية إلى درجة معينة، يصل الامتزاز إلى نقطة التشبع، وعندها ستقوم مضخة التفريغ بتفريغ الوعاء (عملية عكسية للامتزاز). سيتم امتصاص الماء وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والمكونات الضئيلة الأخرى في الهواء، ويتم تجديد المواد الممتزة. يتم التحكم في هذه العملية تلقائيًا بواسطة نظام PLC.

ميزة تكنولوجيا أكسجين VPSA 1. استهلاك طاقة منخفض، وتكلفة المتر المكعب من الأكسجين 0.2 يوان صيني.
2. تكلفة صيانة منخفضة لنظام الطاقة (منفاخ ومضخة تفريغ)، لأنها معدات إزاحة موجبة وخالية من الزيت. من السهل صيانتها.
3. تحكم آلي عالي. يعمل نظام الطاقة بشكل متزامن مع نظام الامتزاز، وزر واحد يبدأ تشغيل المصنع. عاملان لكل وردية، ولا يوجد عامل في الخدمة.
4. تشغيل تخفيض مرن. يمكن ضبط نسبة التخفيض بين 50٪ و 100٪ بواسطة التسلسل الزمني.
5. بدء وإيقاف سريع. يمكن للمصنع إنتاج الأكسجين بعد 20 دقيقة من بدء التشغيل.
6. فترات بناء قصيرة. تعتبر مضخة التفريغ والمنفاخ من المعدات التقليدية، وبالتالي يستغرق الأمر عادةً 6 أشهر من البناء إلى إنتاج الأكسجين.

تطبيق تكنولوجيا أكسجين VPSA بدأت مصانع فرن القوس الكهربائي الصينية في استبدال مصانع التبريد العميق أو خزانات تخزين الأكسجين السائل بمصانع أكسجين VPSA. قامت شركة Zhejiang Wantai Special Steel Company و Zunyi Changling Special Company و Luzhou Yixin Steel Company و Chizhou Guichi Guihang Metal Company باستبدال مصانع الأكسجين الأصلية بمصانع أكسجين VPSA في السنوات الأخيرة.

يمكن لتكنولوجيا أكسجين VPSA إنتاج أكسجين بنقاء 93٪، لذلك تشعر بعض شركات فرن القوس الكهربائي بالقلق من أن هذا النقاء منخفض وغير مناسب لصناعة الصلب الخاص. في الواقع، العمليات الأولية لصناعة الصلب العادي وصناعة الصلب الخاص هي نفسها، حيث يتم إضافة بعض العناصر إلى الفرن لتغيير تركيبة الصلب الخاص، ثم يتم إدخال الأكسجين إلى الفرن لإزالة الكربون. أخيرًا، يتم إنتاج الصلب، ولا حاجة للأكسجين في التكرير الدقيق. لذلك، فإن جوهر صناعة الصلب الخاص وصناعة الصلب العادي هو نفسه.

يوجد 3٪ نيتروجين و 4٪ أرجون في غاز الأكسجين المنتج، لذلك تشعر بعض شركات فرن القوس الكهربائي بالقلق من أن النيتروجين سيؤثر على مواصفات الصلب الخاص. في الواقع، لا يوجد متطلبات محددة لمحتوى النيتروجين في سبائك الصلب، مثل صلب الزنبرك، صلب المحامل وأنابيب الصلب غير الملحومة، خاصة لا يوجد متطلبات في الصلب العادي. يمكن أن يتسبب النيتروجين الزائد في زيادة محتوى النيتروجين في صلب التأثير في درجات الحرارة المنخفضة (الصين لديها متطلبات محددة بـ 70ppm لمحتوى النيتروجين في صلب التأثير في درجات الحرارة المنخفضة، مثل الصلب المستخدم في آبار النفط للسفن). ومع ذلك، فإن العديد من شركات الصلب في فرن القوس الكهربائي لا تصنع مثل هذا الصلب للتأثير في درجات الحرارة المنخفضة، وبالتالي فإن تكنولوجيا أكسجين VPSA لديها إمكانات كبيرة.

بعد تحليل بيانات كافٍ، هناك أيضًا خبرات غنية في تطبيق الأكسجين في فرن القوس الكهربائي. أثبتت شركة Praxair الأمريكية أن تكنولوجيا أكسجين VPSA لن تزيد محتوى النيتروجين في الفولاذ السائل في عملية فرن القوس الكهربائي، بعد مسح طويل المدى. تستخدم 60٪ إلى 70٪ من مصانع فرن القوس الكهربائي تكنولوجيا أكسجين VPSA لصناعة الصلب، وحتى الآن، هناك ما يقرب من 100 مصنع فرن قوس كهربائي في العالم يستخدم تكنولوجيا أكسجين VPSA لصناعة الصلب. وهذا يثبت أن تكنولوجيا أكسجين VPSA يمكنها تلبية متطلبات صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي.

مقدمة الشركة

شركة بيكين بيكينغ يونيفيرسيتي بايونير تكنولوجي المحدودة. (يشار إليها فيما يلي باسم "PIONEER") التابعة لجامعة بكين، تعمل بشكل رئيسي في تصميم وتصنيع تكنولوجيا ومعدات فصل الغاز PSA، بالإضافة إلى المواد الممتزة والمحفزات ذات الصلة. يمكن لـ PIONEER تقديم حلول فصل غاز متقدمة وناضجة للصناعات الكيماوية والصلب والمعادن غير الحديدية والألياف الزجاجية وصناعة الورق والإلكترونيات وحرق النفايات ومعالجة المياه. حتى الآن، تم بناء أكثر من 200 مجموعة من المعدات المتوسطة/الكبيرة الحجم، مع أداء يصل إلى المعايير الدولية المتقدمة.