Инсталации за разделяне на въздуха в металургията: Индустриалният газов гръбнак зад стомана, алуминий и специални сплави

Всеки ден индустриите по света преобразуват суровата руда в стоманени греди, които държат небостъргачи, алуминиеви листове, които се превръщат в кутии за сода, и титанови сплави, които оцеляват при температури на реактивни двигатели. Малко хора осъзнават, че всеки един от тези металургични процеси зависи от една част от индустриалната инфраструктура: инсталацията за разделяне на въздуха.

Инсталация за разделяне на въздух взема обикновен атмосферен въздух и го разделя на чисти, последователни потоци от кислород, азот и аргон – трите газа, които безшумно правят възможна съвременната металургия. За металурзи, мениджъри на заводи и инженери, оценяващи опциите за доставка на газ, разбирането какво точно правят тези системи - и как те подобряват производителността на процеса - е от съществено значение, преди да направят голяма инвестиция.

Как работи инсталацията за разделяне на въздуха: Основите, които всеки металург трябва да знае

Въздухът не е единичен газ. Състои се от приблизително 78% азот, 21% кислород и 0,93% аргон, плюс следи от други газове. Цялата работа на инсталацията за разделяне на въздуха е да разглоби тези компоненти и да ги достави при контролирана чистота и налягане.

Три основни технологии доминират на пазара:

Криогенна дестилация- широкомащабният индустриален работен кон. Въздухът се компресира, охлажда до изключително ниски температури и се отделя в дестилационни колони. Криогенните въздушни сепаратори доставят големи обеми свръхчист кислород, азот и аргон денонощно, което ги прави стандарт за металургични операции с голям обем.

Адсорбция при промяна на налягането (PSA)- компактна, евтина опция за по-малки нужди от азот или кислород при поискване.

Разделяне на мембраната- просто решение с ниска поддръжка за приложения с умерена чистота.

За процеси, които не могат да понесат дори най-малкото замърсяване - помислете за 99,999% чистота и повече - е необходимо специално оборудване за газ с висока чистота. В металургията изборът между криогенни и некриогенни системи обикновено се ръководи от обем, чистота и непрекъснатост на работата.

1. Топене и редукция на руда: Кислород, където въздухът не е подходящ

Топенето е първата голяма стъпка за почти всички основни метали - желязо, алуминий, мед и цинк. Рудата се нагрява до екстремни температури, за да се отдели чистият метал от пустата или металните оксиди се редуцират до суров метал. Кислородът е звездата на този процес.

Защо да използваме чист кислород вместо въздух? Защото въздухът съдържа само 21% кислород. Вдухването на обикновен въздух в топилна пещ губи 78% от обема на азот, който не допринася с нищо за реакцията. Чистият кислород повишава температурите на пламъка до приблизително 3000°C, в сравнение с около 1800°C при въздуха. Резултатът е по-бързо топене, рязко намален разход на гориво и по-малко отпадъчни газове за изпускане.

Най-видимият пример е топенето на желязо в доменни пещи. Големите стоманодобивни заводи използват криогенни въздушни сепаратори, за да инжектират чист кислород директно в своите доменни пещи - техника, известна като технология за кислородно взривяване, която трансформира стоманодобивната индустрия през последните пет десетилетия. Без него производството на стомана би било драстично по-енергоемко и по-малко ефективно.

Производството на алуминий е друг голям консуматор на кислород. След като бокситната руда се рафинира в двуалуминиев оксид и се стопи в електролитни клетки, кислородът се използва за изгаряне на излишния въглерод от анодите, докато контролирана клетъчна атмосфера - често съдържаща малки количества кислород - поддържа електролизата безпроблемна. Тези топилни операции протичат 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, ето защо им е необходима инсталация за разделяне на въздуха, която може да произвежда стотици тонове чист кислород на ден без прекъсване или падане на налягането.

2. Производство и рафиниране на стомана: от желязо в доменна пещ до стомана с висока якост

Разтопеното желязо направо от доменната пещ не е използваема стомана. Съдържа прекомерно количество въглерод, силиций, сяра и фосфор - примеси, които правят метала крехък и податлив на разрушаване. Необходимо е рафиниране, а кислородът е основният инструмент.

Най-разпространеният метод еОсновен процес на кислородна пещ (BOF)., при което чист кислород се взривява върху разтопеното желязо. Кислородът изгаря излишния въглерод като CO и CO₂, окислява силиция в силициева шлака, която може да се отстрани, и премахва сярата и фосфора. Стоманодобивните заводи зависят от постоянен поток от кислород с висока чистота на този етап - дори излишък от 0,1% на сяра може да доведе до провал на стрес тестовете на крайната стомана.

Специалните стомани - неръждаема стомана, инструментална стомана и високоякостни нисколегирани видове - изискват още по-строг контрол на газа и тук аргонът влиза в картината. Аргонът е инертен газ, което означава, че не реагира с разтопен метал. При рафиниране в кофа аргонът се продухва през разтопена стомана, за да се разбърка, изгонвайки разтворения водород и азот, които причиняват вътрешни дефекти. По време на непрекъснато леене аргонът създава защитна атмосфера, така че горещата стомана не реагира с околния кислород и не образува вредни оксиди. Производителите на аерокосмическа стомана, например, рутинно изискват аргон с чистота 99,9995% за части, които трябва да издържат на работните условия на реактивни двигатели.

3. Термична обработка: Защитни атмосфери, които предотвратяват окисляването

След като металът е оформен в твърди продукти - стоманени греди, алуминиеви листове, ковани компоненти - той трябва да бъде оформен и укрепен. Топлинната обработка контролира циклите на нагряване и охлаждане, които регулират твърдостта, издръжливостта и издръжливостта.

Уловката: нагряването на метал в обикновен въздух причинява окисляване, натрупване и образуване на кора на повърхността, което разваля покритието и отслабва материала. Защитна атмосфера - обикновено азот или смес от азот и водород, и двете произведени от инсталации за разделяне на въздуха - предотвратява това напълно.

Закаляването е ярък пример. Стоманата се нагрява до критичната си температура и бързо се охлажда, за да се втвърди. Във въздуха повърхността се окислява и втвърдява неравномерно. Под азотна атмосфера резултатът е гладка повърхност без оксиди с постоянна твърдост навсякъде. Отгряването - бавно нагряване и охлаждане за омекотяване на метала за огъване или щамповане - разчита на същия защитен газ. Много малки и средни заводи за щамповане на метали използват компактни единици за разделяне на въздуха на място, които произвеждат точно азота и аргона, от които се нуждаят, елиминирайки разходите и проблемите с наетите газови резервоари и логистиката за доставка.

4. Заваряване и съединяване: защитни газове за чисти, здрави заварки

Заваряването е етапът на свързване в металургията: две метални парчета се разтопяват по краищата и се сливат заедно. Точно както при термичната обработка, въздухът трябва да се държи далеч от разтопената заваръчна вана, за да се предотврати окисляването.

Различните процеси на заваряване използват различни продукти на инсталацията за разделяне на въздуха. MIG заваряването - най-често срещаният промишлен метод - използва смес от аргон и въглероден диоксид като защитен газ. TIG заваряването, използвано за прецизни компоненти като тръби и аерокосмически части, разчита на чист аргон, който трябва да бъде изключително чист, за да не реагира с горещата заварка. Компактни, транспортируеми въздухоразделителни устройства се използват дори на строителни площадки, като доставят чист защитен газ към стоманени мостове и високи проекти, без да теглят тежки бутилки.

5. Специални метали и сплави: инертни атмосфери за титан, никел и редкоземни елементи

Това е крайът на металургията с висока стойност и висока точност: титан, никел, кобалт и редкоземни метали, използвани в батерии, реактивни двигатели, медицински импланти и компоненти за електрически превозни средства. Тези метали са силно реактивни и обработката им изисква напълно инертна среда без кислород.

Титанът, например, е ценен в тазобедрените протези заради своята здравина, леко тегло и устойчивост на корозия - но когато се разтопи, той грабва кислород и азот от обикновения въздух и става крехък. Следователно топенето трябва да се извърши в аргонова или хелиева атмосфера, доставяна от криогенна инсталация за разделяне на въздуха. Суперсплавите на базата на никел за турбини на реактивни двигатели трябва да издържат на температури над 1000°C; дори и следи от примеси съсипват работата им, така че инертният газ със свръхвисока чистота не подлежи на обсъждане.

Производството на редкоземни метали - от съществено значение за двигателите на електрически автомобили и магнитите на вятърните турбини - също изисква контролирана газова среда за отделяне на чисти метали от придружаващите елементи. Във всички тези приложения резервът от течен аргон, съхраняван на място, осигурява критично резервно копие: когато линия за обработка на титан или суперсплав не може да си позволи дори един час престой, наличието на буфер от течен газ е от съществено значение.

Отвъд газа: ефективност, надеждност и устойчивост

Инсталациите за разделяне на въздух доставят повече от газ. Енергията е сред най-големите разходни линии във всяка металургична операция и обогатяването с кислород помага директно да се намали. Индустриалният опит с топенето на базата на кислород показва спестяване на гориво в диапазона от 15–25% в сравнение с процесите с въздушно изгаряне - добре за крайния резултат и за околната среда, със съответно по-ниски емисии на CO₂.

Производството на газ на място също премахва риска по веригата на доставки. Доставчиците на газ могат да закъснеят, да се изчерпят или да се провалят при екстремно време. Заводите, които зависят от доставени бутилки или газ от цистерни, излагат производствените си линии на събития, които са напълно извън техния контрол. Металургичните съоръжения, които преминават към производство на място, получават самодостатъчност, предвидима чистота на газа и непрекъснато производство - решаващо предимство и непрекъснато производство - решаващо предимство за 24/7 операции.

Избор на правилната система: криогенна срещу PSA

Често срещано погрешно схващане е, че всеки металургичен процес се нуждае от пълномащабна криогенна инсталация. В действителност малък цех за щамповане или производствена лаборатория може да бъде идеално обслужван от PSA или базиран на мембрана азотен генератор, докато денонощна стоманодобивна фабрика изисква капацитета и чистотата на единица за криогенно разделяне на въздуха. Правилният отговор зависи от необходимия обем, чистота, налягане и непрекъснатост - поради което купувачите трябва първо да определят своите изисквания за процеса и да изберат съответното оборудване.

Инсталации за разделяне на въздуха за глобални металургични купувачи: Защо HANTURBO

За задгранични купувачи, които оценяват доставчици на инсталации за разделяне на въздух, HANTURBO предлага комбинация от инженерна дълбочина и цялостна доставка, която е трудна за съпоставяне. Създадена през 2012 г., HANTURBO е доставчик на цялостни решения, интегриращи инсталации за разделяне на въздуха, специално оборудване за пречистване на газ, оборудване за втечняване на природен газ, системи за производство на кислород и азот PSA, оборудване за втечняване на CO₂ и резервоари за съхранение на криогенни течности - обхващащи проектиране, производство, монтаж, пускане в експлоатация и поддръжка под един покрив.

Уместността за металургията е дълбока: разделянето на въздуха се прилага в металургичната, нефтохимическата и въгледохимическата промишленост, като металургията е посочена сред основните области на приложение на компанията. Неговите модули за криогенно разделяне на въздуха са проектирани чрез текущо техническо сътрудничество с университета Zhejiang, един от най-добрите университети в Китай, предоставяйки две предимства, които имат пряко значение за производителите на стомана и производителите на сплави - високи нива на възстановяване на аргон и ниска консумация на енергия, като и двете подобряват икономичността на системата през целия жизнен цикъл на инсталацията.

Гарантирането на качеството се основава на сертификати ISO9001, ISO14001 и ISO45001, лиценз за производство на специално оборудване, кредитни рейтинги AAA и множество патентовани технологии. За международни проекти, производственото съоръжение на HANTURBO в Huzhou, Zhejiang - приблизително на 200 км както от пристанище Шанхай, така и от пристанище Ningbo-Zhoushan - осигурява практична, рентабилна логистика за поръчки на оборудване в чужбина. Компанията доставя решения за разделяне на въздуха по целия свят, от големи мултинационални корпорации до малки независими заводи, и подкрепя всяко устройство със следпродажбено инсталиране, пускане в експлоатация и поддръжка за поддръжка. За металургичните купувачи, търсещи надежден партньор в инсталациите за разделяне на въздуха, HANTURBO осигурява техническата основа и възможностите за изпълнение на проекта, за да поддържа пещите работещи, качеството на стоманата постоянно и оперативните разходи под контрол.

Ключови изводи

Инсталациите за разделяне на въздуха доставят кислород, азот и аргон, които правят възможно топенето, рафинирането, термичната обработка, заваряването и производството на специални сплави.

Криогенната дестилация е стандартът за високообемна металургия; PSA и мембранните системи са подходящи за по-малки приложения при поискване.

Обогатяването с кислород намалява потреблението на гориво с 15–25%, докато генерирането на място премахва риска от веригата за доставки.

Когато избирате доставчик, потърсете опит в металургичните приложения, енергийно ефективен ASU дизайн, проверени сертификати за качество и цялостна поддръжка на проекти.

От боксит до алуминий, от разтопено желязо до стомана с висока якост, от титанови импланти до заварени автомобилни рамки, инсталацията за разделяне на въздух е тихият гръбнак на съвременната металургия. Изборът на правилното звено - и правилния партньор - е едно от най-последователните решения, които една металургична дейност може да вземе.