OXYGÈNE VPSA : Une belle alimentation en oxygène pour la fabrication d'acier au four électrique à arc

Contexte

En juillet 2016, une information a été diffusée par CCTV selon laquelle la société Jiangsu Huada Steel fabrique de l'acier de qualité inférieure, et après cela, le gouvernement s'est concentré sur la rénovation de cette industrie. Fin juin 2017, plus de 700 entreprises sidérurgiques de qualité inférieure ont été fermées, et une capacité totale de 0,14 milliard a été réduite en conséquence.

Avec la mise en œuvre de la réforme de l'offre et de la politique de réduction des capacités, en particulier dans le contexte de l'interdiction des aciéries de qualité inférieure, l'industrie sidérurgique commence à réaliser des bénéfices et le prix de la ferraille d'acier touche le fond et commence à augmenter. À long terme, l'expansion des procédés courts et la réduction des procédés longs constituent une mesure importante pour la conservation de l'environnement. Le développement de la technologie de fabrication d'acier au four électrique à arc est l'un des objectifs du développement durable de l'industrie sidérurgique.

Sur cette base, le four électrique à arc entre en re-production et de nouveaux projets augmentent en Chine. En même temps, de plus en plus de nouvelles technologies et de nouveaux procédés sont appliqués dans la pratique, ce qui devient plus dépendant de l'oxygène. Dans le processus de fabrication d'acier au four électrique à arc, l'oxygène est utilisé dans de nombreux domaines : ajout d'huile oxygénée, brûleur à oxygène, post-combustion, mélange de fonte liquide, etc. L'oxygène joue un rôle très important, comme l'amélioration de la capacité, le raccourcissement des périodes, le maintien de la température du réfractaire, la réduction de la consommation de carburant. Ainsi, une usine d'oxygène VPSA économique et stable est la première option pour les entreprises de four électrique à arc.

État des besoins en oxygène et points douloureuxLa méthode traditionnelle de production d'oxygène pour le four électrique à arc est cryogénique, également appelée fractionnement à basse température, découverte par le professeur Linde. En réalité, il s'agit d'une technologie de gaz liquéfié avec des machines, qui sépare l'oxygène de l'air par différents points d'ébullition via des processus comme la compression de gaz par détente par étranglement ou détente adiabatique, le refroidissement, etc.

La cryogénie présente plusieurs caractéristiques : haute pureté, consommation électrique élevée. Avec l'augmentation de la capacité, le coût par mètre cube d'oxygène est de 0,3 à 1,0 CNY. En même temps, la fabrication d'acier au four électrique à arc a des besoins en oxygène irréguliers, tandis que la cryogénie est constante. Ainsi, dans le processus cryogénique, l'oxygène produit en excès est rejeté dans l'air, à un taux d'environ 10 %, voire 20 %.

Avec l'essor de la fabrication d'acier au four électrique à arc ces deux dernières années, il existe encore de nombreuses entreprises de four électrique à arc qui manquent d'oxygène. Ces entreprises doivent acheter de l'oxygène liquide pendant une longue période pour construire d'oxygène leur propre installation. En raison des besoins élevés en oxygène dans l'industrie sidérurgique, le coût de l'oxygène est de 1200 à 3000 CNY par tonne, soit 1,7 à 4,3 CNY par mètre cube d'oxygène, ce qui est beaucoup plus cher que la moyenne dans l'industrie sidérurgique.

Pour certaines entreprises sidérurgiques, en raison de la politique de conservation de l'environnement et des restrictions d'approvisionnement en électricité, leur usine d'oxygène peut s'arrêter de manière inattendue, ce qui met la production dans une situation embarrassante. Il faut au moins 2 à 3 jours pour démarrer et arrêter une usine d'oxygène cryogénique, ce n'est donc pas une bonne option pour une entreprise soumise à une telle politique.

Comparée à la cryogénie, la VPSA présente les avantages suivants : faible consommation électrique, temps de démarrage et d'arrêt courts, contrôle de charge flexible, ce qui répond le mieux aux besoins de la fabrication d'acier au four électrique à arc.

Caractéristiques de la technologie d'oxygène VPSALa technologie d'oxygène VPSA sépare l'oxygène de l'azote par l'attraction de l'azote par un adsorbant zéolitique en raison de la forte réaction entre la zéolite et la molécule d'azote, pendant laquelle l'oxygène traverse l'adsorbant. Cette technologie a été inventée dans les années 1950 par Praxair, et jusqu'à présent, sous la promotion de Beijing Peking University Pioneer Technology Company, la Chine est devenue le plus grand marché de la VPSA.

Usine d'oxygène VPSA se compose principalement d'un système d'alimentation (soufflante, pompe à vide, système PLC) et d'un système d'adsorption. L'air brut est introduit dans un récipient d'adsorption après avoir été dépoussiéré par un filtre. Les récipients sont installés avec des adsorbants. Après prétraitement, l'eau, le dioxyde de carbone et de légères traces d'autres composants dans l'air sont attirés, puis l'azote est attiré par l'adsorbant zéolitique. Dans ce processus, l'oxygène et l'argon traversent l'adsorbant et sont enrichis dans le réservoir tampon. La pureté de l'oxygène peut être ajustée entre 50 % et 93 %.

Lorsque ce processus se poursuit jusqu'à un certain degré, l'adsorption atteint un point de saturation, auquel la pompe à vide vide le récipient (processus inverse de l'adsorption). L'eau, le dioxyde de carbone, l'azote et d'autres composants légers sont désorbés dans l'air, et l'adsorbant est régénéré. Ce processus est contrôlé automatiquement par un système PLC.

Avantages de la technologie d'oxygène VPSA1. Faible consommation électrique, et coût par mètre cube d'oxygène de 0,2 CNY.
2. Faible coût de maintenance du système d'alimentation (soufflante et pompe à vide), car ce sont des équipements à déplacement positif et sans huile. Il est facile à entretenir.
3. Contrôle automatique élevé. Le système d'alimentation fonctionne en synchronisation avec le système d'adsorption, et un bouton démarre l'usine. Deux ouvriers par équipe, et aucun ouvrier de service.
4. Fonctionnement flexible à charge réduite. Le rapport de réduction peut être ajusté entre 50 % et 100 % par séquence temporelle.
5. Démarrage et arrêt rapides. L'usine peut produire de l'oxygène 20 minutes après le démarrage.
6. Périodes de construction courtes. La pompe à vide et la soufflante sont des équipements conventionnels, donc il faut généralement 6 mois de la construction à la production d'oxygène.

Application de la technologie d'oxygène VPSALes usines chinoises de four électrique à arc ont commencé à remplacer les usines cryogéniques ou les réservoirs de stockage d'oxygène liquide par des usines d'oxygène VPSA. La société Zhejiang Wantai Special Steel, Zunyi Changling Special Company, Luzhou Yixin Steel Company, Chizhou Guichi Guihang Metal Company ont remplacé leurs usines d'oxygène originales par des usines d'oxygène VPSA ces dernières années.

La technologie d'oxygène VPSA peut produire de l'oxygène à 93 % de pureté, donc certaines entreprises de four électrique à arc craignent que cette pureté soit faible et ne convienne pas à la fabrication d'acier spécial. En réalité, les processus initiaux de la fabrication d'acier ordinaire et d'acier spécial sont les mêmes, pendant lesquels certains éléments sont ajoutés dans le four pour modifier la composition de l'acier spécial, puis de l'oxygène est introduit dans le four pour la décarburation. Enfin, l'acier est produit, et il n'y a pas besoin d'oxygène dans l'affinage fin. Ainsi, les essences de la fabrication d'acier spécial et d'acier ordinaire sont les mêmes.

Il y a 3 % d'azote et 4 % d'argon dans le gaz oxygène produit, donc certaines entreprises de four électrique à arc craignent que l'azote n'influence les spécifications de l'acier spécial. En réalité, il n'y a pas d'exigence spécifique sur la teneur en azote dans l'acier allié, comme l'acier à ressort, l'acier à roulement et le tube d'acier sans soudure, en particulier aucune exigence dans l'acier ordinaire. Trop d'azote peut entraîner une teneur en azote excessive pour l'acier à impact à basse température (la Chine a une exigence spécifique de 70 ppm pour la teneur en azote dans l'acier à impact à basse température, comme l'acier utilisé dans les puits de pétrole pour les navires). Cependant, de nombreuses entreprises de four électrique à arc ne fabriquent pas un tel acier à impact à basse température, donc la technologie d'oxygène VPSA présente un grand potentiel.

Après une analyse de données suffisante, il existe également des expériences riches sur l'application d'oxygène dans le four électrique à arc. La société américaine Praxair a prouvé que la technologie d'oxygène VPSA n'augmente pas la teneur en azote dans l'acier liquide dans le processus du four électrique à arc, après une longue enquête. 60 % à 70 % des usines de four électrique à arc utilisent la technologie d'oxygène VPSA pour la fabrication d'acier, et jusqu'à présent, près de 100 usines de four électrique à arc dans le monde utilisent la technologie d'oxygène VPSA pour la fabrication d'acier. Cela prouve que la technologie d'oxygène VPSA peut répondre aux exigences de la fabrication d'acier au four électrique à arc.

Présentation de l'entreprise

Beijing Peking University Pioneer Technology Co., Ltd. (ci-après dénommée « PIONEER ») affiliée à l'Université de Pékin, est principalement engagée dans la conception et la fabrication de la technologie et des équipements de séparation des gaz PSA, ainsi que des adsorbants et catalyseurs associés. Pioneer peut fournir des solutions avancées et matures de séparation des gaz pour l'industrie chimique, sidérurgique, métallurgique non ferreuse, la fibre de verre, la papeterie, l'électronique, l'incinération des déchets et le traitement de l'eau. À ce jour, plus de 200 ensembles d'équipements de moyenne/grande échelle ont été construits, avec des performances atteignant les normes internationales avancées.