有色金属加工企业氮气供应方案比较

第４１卷第４期　有色金属加工　ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．４　２０１２年８月　Ａｕｇｕｓｔ　２０１２　有色金属加工企业氮气供应方案比较　陈俊娜　（中色科技股份有限公司苏州分公司，江苏苏州２１５０２６）　摘要：介绍了有色金属加工企业常用氮气供应方案，从供氮方案经济性、可靠性、节能方面做了比对。　关键词：氮气供应方案；设备投资；运行费用　中图分类号：ＴＦ０８８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—６７９５（２０１２）０４—００４３—０２　目前，我国有色金属行业在有色金属加工退火工　艺中常需要氮气保护，经常有企业对氮气的供应方案　存有疑虑，现根据有色金属加工工艺特点及常见的供　氮方案进行比较，以作参考。　１　６０ｔ退火炉表１　氦气消耗量表　Ｔａｂ．１　Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　序号　用户名称　耗气量（Ｉｌｌ　／ｈ．台）　压力（ＭＰａ）　台数——备　注　平均　最大　０．４—０．６　０．４—０．６　２　２　２４０　２４　１１２０　冷轧车间　３０　１　有色金属加工氮气用途　制氮系统需提供的氮气纯度在９９．９９９％以上，它　主要用于以下几个方面：　２　２５ｔ燃气保温炉３在线处理装置０．４～０．６　０．４—０．６　０．４—０．６　０．４—０．６　０．４—０．６　０．４—０．６　０．４～０．６　２　７　１４　２　２　１　１　４．８　３０　４．８　４５　３０　５４　３９　６　铸轧车间　３６　６　６０　４５　铸车间　７２　５４　４　３５ｔ燃气保温炉５在线处理装置板带退火炉内充入氮气，用氮气保护，以保证炉　内空间处于无氧状态。　６　４５ｔ燃气保温炉７在线处理装置熔铸（铸轧）熔炼保温炉组及在线处理装置对铝　熔体用氮气精炼和吹扫，以保证铝锭品质。　８　５５ｔ燃气保温炉９在线处理装置注：氮气纯度要求９９．９９９５％。　２　设计原则　在设计有色金属加工氮气供应系统时，应遵照以　下原则：　６０ｔ退火炉氮气保护用气为１２０ｍ　／ｈ．台，洗炉用　氮气１０００　ｍ　／ｈ．台。　铸轧车间燃气保温炉氮气使用制度：精炼时间每　炉每次连续使用３０ｍｉｎ，每天６次，其它时间每炉每小　时吹扫５ｒａｉｎ。在线处理装置连续使用。　设备选型、管道选材、通风设施的设置等必须满　足国内的相关标准、规范要求。　除考虑工艺流程及相关工况外，还应考虑设备的　一熔铸车间燃气保温炉氮气使用制度：精炼时间每　炉每次连续使用３０ｒａｉｎ，每天４次，其它时间每炉每小　时吹扫５ｍｉｎ。在线处理装置每炉每次连续使用　１５０ｍｉｎ，每天４次。　３．１　方案一　次性投资和运行维护费用。　３　方案比较　结合目前国内有色金属加工行业氮气供应的现　状，探讨两种供应方案。以年产２５万吨的铝合金加　工项目用气为例，用气设备及用量如表１．　①工艺流程　本方案是液氮气化方式：液氮经空温气化器气化　后供应。　流程如下：　低温液氮储罐一空温气化器一调压装置（一厂区　管网）一车间管网　②设备配置　本方案的设备配置：因厂区占地较大，为减少厂　收稿日期：２０１２—０２—２０　有色金属加工　第４１卷　区管网损失，在厂区新建两座液氮气化站。１＃液氮气　化站设于熔铸车间偏跨，供熔铸车间及铸轧车间生产　设备使用。２＃液氮气化站设于冷轧车间附近，供冷轧　车间生产设备使用。　熔铸车间、铸轧车间生产设备氮气日消耗量　５６２０ｍ　，折合液氮８．６７ｍ　。１＃液氮气化站选用低温液　体储槽２台（５０ｍ　０．８ＭＰａ一１９６％），空温式气化器２　冷轧车间生产设备，考虑用气不平衡系数、管路　及设备的损耗、纯化装置自耗气等因素，氮气计算平　均消耗量为２４３ｍ　／ｈ，最大消耗量为１１２０ｍ　／ｈ。２＃制　氮站选用５台（３５Ｎｍ　／ｍｉｎ，０．７５ＭＰａ）压缩空气机，　并配套设置干燥过滤等辅助设备。５台（２５０Ｎｍ　／ｈ，　０．６０ＭＰａ）变压吸附制氮机，并配套设置纯化过滤等　辅助设备。正常连续用气只有１套制氮机组运行，当　台（７００Ｎｍ　／ｈ，０．８０ＭＰａ），氮气调压装置２套。　冷轧车间氮气日消耗量５８４０ｍ　，折合液氮９．　０１ｍ　。２＃液氮气化站选用低温液体储槽２台（５０ｍ　０．８ＭＰａ一１９６℃），配套选用空温式气化器２台　（１０００Ｎｍ　／ｈ，０．８０ＭＰａ），氮气调压装置２套。　需洗炉间断用气时，５台氮气机组同时运行。　③分析　（１）此方案对电力供应的依赖较强。一旦失电制　氮系统就会受到影响，从而影响生产，部分企业目前　采用双回路供电方式，并且把现场制氮机的备用设备　一③分析　液氮气化站主要设备为液氮储罐、空温气化器及　调压装置，目前均可向气体公司租赁使用，并由气体　公司维护管理，有效的降低了企业设备投资及维护成　本。同时，液氮气化站占地小，均为露天布置，不使用　水电等工厂能源，也为企业的节能降耗提供了条件。　３．２　方案二　并接入应急电源，增加了系统投资。　（２）现场制氮主要有深冷制氮法、变压吸附制氮法　和膜分离制氮法。设备的投资主要是现场制氮机，运　行费用主要为电力成本。　３．３　经济比较　上述两种方案投资和运行费用比较，见表２。　表２投资和运行费用比较　（万元）　Ｔａｂ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｘｐｅｎｓｅｓ　①工艺流程　本方案为现场制氮方式：由空气压缩机提供气　源，经变压吸附制氮机及氮气纯化装置后供全厂氮气　用户。　流程如下：　从表中可以看出：　大气一空气压缩机一压缩空气干燥机一压缩空　①建设期设备投资：方案一无设备投资，仅需少　量土建投资；方案二则需较大的设备投资。　②在运行费用：方案一比方案二略多，但结合建　设期设备投资费用来看，方案一比方案二经济。　气储罐一变压吸附制氮机一氮气缓冲罐一氮气纯化　装置一氮气储罐一氮气厂区管网一车间管网　②设备配置　本方案的设备配置：因厂区占地较大，为减少厂　区管网损失，在厂区新建两座制氮站。１＃制氮站设于　４　结语　根据有色加工企业工艺设备用气的特点，设计应　优先选用方案一，既保证系统安全运行，满足生产需　求，又节省投资费用。　目前，大多数有色金属加工企业选择以液氮气化　方式供应氮气，液氮气化的供气方式将成为有色金属　加工企业的优先选择。但是，液氮来源的保障是　前提。　熔铸车间附近，供熔铸车间及铸轧车间生产设备使　用。２＃制氮站设于冷轧车间附近，供冷轧车间生产设　备使用。　熔铸车间、铸轧车间生产设备，考虑用气不平衡　系数、管路及设备的损耗，氮气计算平均消耗量为　２３４ｍ　／ｈ，最大消耗量为６７２ｍ　／ｈ。１＃制氮站选用３台　（３５Ｎｍ。／ｍｉｎ，０．７５ＭＰａ）空气压缩机，并配套设置干　燥过滤等辅助设备。３台（２５０Ｎｍ　／ｈ，０．６０ＭＰａ）变压　吸附制氮机，并配套设置纯化过滤等辅助设备。　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｐｒｅｃｅｐｔｓ　ｆｏｒ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　（下转第４２页）　４２　有色金属加工　第４１卷　３８０ｃＩ＝、４５０℃时，从图１—８、图１—９晶粒尺寸变化不　大，强度、延伸率变化也不大。综上分析，可以认为　２９０％左右是再结晶开始温度，３３０℃左右是再结晶结　从表３可以看出，两种方案的力学性能都可以满　足用户要求（见表２），两种方案材料的抗拉强度、屈　服强度都相差不大，但方案１材料的延伸率明显高于　方案２。从用户使用材料的角度看，要做成合格翅片　除了保证材料的强度外，还要具有良好的塑性，所以　束温度。即热处理制度为：炉气定温２８０％，金属到温　２７０℃，保温１小时，出炉空冷。　方案２：在冷轧中间厚度进行完全退火处理，然后　再轧制为成品厚度，此时材料的状态是Ｈ１６，也就是　３／４硬状态。方案２目的是在材料处于３／４硬状态时　方案ｌ优于方案２；从工艺成本的角度看，方案２经过　两次退火，而方案１只经过一次退火，所以方案１的　工艺成本比方案２低。综上所述在同时满足用户对　材料力学性能指标的两种方案中，选择方案ｌ为最佳　进行低温回火处理，使之抗拉强度、屈服强度下降，延　伸率上升，从而达到半硬状态，也就是Ｈ２４状态，从图　２—１可以看出，在回火温度ｌ８０～２５０ｏＣ过程中抗拉　冷轧工艺路线，采取成品不完全退火的热处理制度，　即状态为Ｈ２４。　强度、屈服强度和延伸率变化的趋势。即热处理制　度：炉气定温２２０％，金属到温２１０％，炉气转定温　２１０％，加热２小时，出炉空冷。　５．２确定最佳工艺方案　根据两种方案的成品力学性能对比分析以及用　户对产品的使用要求，最终确定方案１为４３４３／　３００３Ａ／４３４３的最佳工艺方案，即：热轧卷一冷轧至成　品厚度０．２５ｍｍ一矫直精整一剪切成品一成品热处理　一包装验收。　６　结论　根据图１—１，图１—２，总结出两种方案的最终成　品力学性能，见表３。　表３　两种方案的最终成品力学性能　Ｔａｂ．３　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｗｉｔｈ　２　ｓｃｈｅｍｅｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｓｔｒｉｐ　Ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ＨＥ　Ｗｅｎｘｉｕ，ＬＩＵ　Ｂｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｏｎｉｎｇ，ＬＩ　Ｘｉａｏｂｏ　（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｌｉｇｈｔ　Ａｌｌｏｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，１５００６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｅｄ　４３４３／３００３Ａ／４３４３　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａ￣ｉｃｌｅ．　Ｔｈ　ｒｏｕｇｈ　ｔｗｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｏｕｔｅｓ　ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｔｏ　ｄｒａｗ　ｔｈｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｃｕｒｖｅ，ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｐｈｏｔｏｓ　ｕｎｄｅｒ　ａ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｔｈｅ　ｔｉｓｓｕｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｆｏｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：４３４３／３００３Ａ／４３４３　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｓｔｒｉｐ；ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｃｕｒｖｅ；ｔｉｓｓｕｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　（上接第４４页）　ＣＨＥＮ　Ｊｕｎｎａ　（Ｓｕｚｈｏｕ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｎ—ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｓｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５０２６，ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｆｒｏｍ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｓｕｐｐｌｙ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｃｈｅｍｅ；Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ＣＯＳｔ．