Povećanje količine kiseonika u visokim pećnicama

Prednost kiseonika u savremenoj proizvodnji čelika

Visokopećna proizvodnja gvožđa se nije fundamentalno promenila vekovima. Kokos, gvozdena ruda i tok vode gore; rastopljeno gvožđe i šlaga izlaze odozdo; topli vazduh puše kroz cijevi. Ali detalji su se značajno razvili, i obogaćivanje kiseonikom je među najznačajnijim promjenama u posljednjih pedeset godina.

Upucavanje kiseonika u visokopećnu peć podizanje sadržaja kiseonika u zraku sagorevanja sa 21% na 25% ili više mijenja toplotno i hemijsko ponašanje peći. Neposredni efekat je veća temperatura plamena, koja ubrzava reakcije redukcije koje pretvaraju željezni oksid u metalno gvožđe. Sekundarni efekti uključuju povećanu produktivnost, smanjenu potrošnju koksa i nižu emisiju CO2 po toni proizvedene željeza.

Kako kisik mijenja termodinamiku peći

Matematički je jednostavno, ali implikacije su duboke. Vazduh sadrži otprilike 79% dušika, koji prolazi kroz peć bez učestvovanja u reakcijama. Ovaj azot apsorbuje toplotu koja bi inače mogla ići ka smanjenju željezne rude. Kada kisik zameni azot u eksploziji, manje toplote se troši na grejanje inertnim gasovima. Temperatura plamena raste, i peć može da obradi više rude sa istom brzinom koksa.

Za svako 1% povećanje obogaćivanja kiseonikom, temperatura plamena raste za otprilike 50 °C. Sa 25% sadržaja kiseonika, temperatura plamena se približava 2.200 °C, u poređenju sa oko 2.000 °C na 21%. Ovaj topliji plamen omogućava nekoliko operativnih poboljšanja: veće brzine ubrizgavanja prašenog uglja, smanjenu upotrebu koksa i povećanu proizvodnju.

Komercijalna razlika je u tome što obogaćivanje kiseonikom takođe povećava osetljivost peći na poremećaje. Peć koja radi na 25% kiseonika ima manje toplotne inercije od peći koja radi na 21%. Operatori moraju da imaju veću kontrolu nad raspodelom opterećenja, temperaturom eksplozije i sadržajem vlage kako bi održali stabilan rad.

Povećanje produktivnosti: Šta pokazuju podaci

Uticaj obogaćivanja kiseonikom na produktivnost je dobro dokumentovan. Podaci iz industrije iz integrisanih čeličnih fabrika pokazuju da svako povećanje obogaćivanja kiseonikom za 1% daje otprilike 3 do 4% povećanje stope proizvodnje, pod pretpostavkom da je temperatura eksplozije stabilna i kvalitet opterećenja konstantan. Na 25% kiseonika, to znači 12 do 16% povećanje produktivnosti u odnosu na prirodni vazduh.

Smanjenje stope koksa je posebno vrijedno. Kooks je najskuplja sirovina u procesu visoke peći, a njegova proizvodnja generiše značajne emisije CO2. Smanjenje potrošnje koksa za 5% u čeličnoj tvornici od 2 miliona tona godišnje znači godišnju uštedu od otprilike 5 miliona dolara u troškovima koksa i odgovarajuće smanjenje ugljen-dioksidnog otiska.

Implementacija u stvarnom svijetu: Sjeverna Kina integrisana mlina

Velika integrisana čelična fabrika u severnoj Kini sprovela je program za obogaćivanje kiseonika u fazama tokom perioda od 18 mjeseci. U postrojenju je postojala jedinica za odvajanje vazduha koja proizvodi kisik za druge procese, ali ranije nije ubrizgavala kisik u eksploziju visoke peći. Projekat je uključivao ugradnju injekcijskih lanca za kisik na nivou tujera, nadogradnju sistema kontrole za rukovanje dodatnim protokom kisika i obuku operatera u novim operativnim parametrima.

Rezultati su bili merljivi u prvom kvartalu. Proizvodnja je porasla za 11% uz obogaćivanje kiseonikom na 24,5%, dok je stopa koksa pala za 7%. Mlin je postigao ove dobitke bez velikih investicija - kisik je već bio proizveden, a modifikacije visoke peći bile su relativno skromne. Period povratne vrednosti, izračunan na osnovu troškova proizvodnje kiseonika i ubrizgavanja u odnosu na uštedu koka i povećanu vrijednost proizvodnje, bio je manji od dvanaest mjeseci.

Postojali su operativni izazovi. Peć je zahtijevala češće praćenje raspodjele opterećenja kako bi se sprečilo kanalizacija, stanje u kojem gas preferentno teče kroz određena područja, što uzrokuje neujednačeno smanjenje i potencijalno formiranje skela. Operativni tim je prilagodio uzorke punjenja bez zvona da bi nadoknadio, a peć se stabilizirala u roku od šest nedelja od početne ubrizgavanja kiseonika.

Uzimajući u obzir snabdevanje kiseonikom za ubrizgavanje u visoku peć

Kiseonik za obogaćivanje visokog peći obično dolazi iz jedinice za odvajanje vazduha na licu mjesta ili iz cevovoda. Zahtjev za čistoću je skroman u poređenju sa drugim primjenama kiseonika, dok je 90 do 95% kiseonika dovoljan za ubrizgavanje u visoku peć, dok medicinske ili poluprovodničke primjene zahtijevaju 99,5% ili više. .

Ovaj manji zahtev čistosti otvara opcije snabdevanja. Sistemi adsorpcije vakuum pritiska (VPSA) mogu proizvesti 90-95% kiseonika po nižim kapitalnim i operativnim troškovima od kriogene separacije vazduha, iako su obično ograničeni na manje kapacitete. Za veće tvornice, kriogeni ASU ostaju standardni, proizvodeći kisik u čistoći iznad 99,5% sa fleksibilnošću za proizvodnju dušika i argona.

Sam sistem ubrizgavanja kiseonika zahteva pažljivo inženjerstvo. Kiseonik se mora isporučivati pod dovoljno pritiskom da se prevaziđe protutlak visoke peći, obično 3 do 5 bara. Upijačka lanca mora biti dizajnirana tako da izdrži visoke temperature na nivou duve oko 2.000°C, a protok kiseonika mora biti precizno kontrolisan kako bi se održao željeni nivo obogaćivanja.

Bezbednosni uvjeti prilikom rukovanja kiseonikom

Bogatljenje kiseonikom uvodi sigurnosne razmatranja koja zaslužuju pažnju. Kisik podržava sagorevanje snažnije od vazduha, a bilo kakvo curenje ili nenamjerni kontakt sa ugljovodonikom može stvoriti opasnost od požara. Cestice za ubrizgavanje kiseonika moraju biti projektovane prema standardima za upotrebu kiseonika, sa strogim zahtjevima za čistoću i odgovarajućim materijalima za konstrukciju.

Industrijski standardi direktno rešavaju ove probleme. CGA G-4.1 Udruženja za komprimovane gasove pruža sveobuhvatne smernice o čišćenju i dizajnu sistema za kisik. ASME B31.3 obuhvata zahteve za cevove za uslugu kiseonika, uključujući izbor materijala i dizajn spoja.

Uređaji koji primenjuju obogaćivanje kiseonikom treba da sprovedu temeljnu reviziju opasnosti pre pokretanja, uključujući potencijalne scenarije curenja, procedure za hitno isključivanje i obuku operatora. Rizici su upravljivi odgovarajućim inženjerskim kontrolama i operativnim postupcima.

Kada obogaćivanje kiseonikom ima smisla, a kada nema

Obogaćenje kiseonikom nije univerzalno korisno. Ekonomija zavisi od troškova kiseonika, cene kokaina i vrijednosti dodatne proizvodnje. Mline sa proizvodnjom kiseonika na licu mesta, posebno one sa višim kapacitetom ASU-a, su prirodni kandidati. Mline bez postojećeg snabdevanja kiseonikom suočavaju se sa glavnom odlukom: instalirati ASU ili VPSA sistem ili prihvatiti nižu produktivnost rada prirodnim vazduhom.

Postoje i određene razmatranja za peći. Visoke peći koje rade blizu maksimalne proizvodne kapaciteta mogu imati ograničen napredak zbog obogaćivanja kiseonikom, a uska grla se pomera na procese nizvodno kao što su osnovne peći za kiseonik ili kontinuirano lijanje. U ovim slučajevima obogaćivanje kiseonikom možda neće doneti očekivani dobitak produktivnosti.

Za peći sa ograničenim snabdevanjem koksom ili visokim cenama koksa, ekonomija postaje atraktivnija. Svaka tona koxa koja se sačuva je tona koja ne treba da se kupuje, prevozi ili puni u peć.

Zeleni fir Proizvodnja i proizvodnja električne energije u regionu