01　行業(yè)形勢
　　2016年7月底，央視曝光江蘇華達鋼鐵有限公司違法違規(guī)生產(chǎn)銷售“地條鋼”，此后，一場整治“地條鋼”的風(fēng)暴席卷全國。到2017年6月底，我國累計取締關(guān)停700余家“地條鋼”企業(yè)，出清1.4億噸產(chǎn)能。
　　隨著我國供給側(cè)改革和去產(chǎn)能的不斷深入，特別是地條鋼產(chǎn)能的快速退出，使我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了扭虧為盈，廢鋼市場價格觸底反彈，廢鋼產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)暖向好的勢頭。從長遠考慮，擴大短流程、減少長流程，是多用廢鋼、節(jié)能環(huán)保的重要措施。加大電爐煉鋼的工業(yè)技術(shù)發(fā)展，是鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展的長遠目標。
　　在此前提下，國內(nèi)電爐復(fù)產(chǎn)、新建項目日益增多，同時隨著技術(shù)的進步，越來越多的新技術(shù)新工藝在生產(chǎn)實踐中得到應(yīng)用，尤其是對氧氣的依賴度越來越高。電爐煉鋼過程中，氧氣的應(yīng)用無處不在：加氧油、氧燃噴嘴、二次燃燒、兌加鐵水等，氧氣的應(yīng)用可以提高產(chǎn)量，縮短加熱周期，維持較高的耐火溫度，減少燃料消耗，氧氣在電爐生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。經(jīng)濟性好、運行穩(wěn)定的變壓吸附制氧裝置是電爐企業(yè)的選擇。
　　02　行業(yè)用氧現(xiàn)狀及痛點
　　電爐企業(yè)傳統(tǒng)制氧方式主要選用深冷分離法，又稱低溫精餾法，1902年由林德教授發(fā)明，實質(zhì)就是氣體液化技術(shù)。通常采用機械方法，如用節(jié)流膨脹或絕熱膨脹等方法，把氣體壓縮、冷卻后，利用不同氣體沸點上的差異進行精餾，使不同氣體得到分離。
　　該方法的特點是產(chǎn)品氣體純度高，但壓縮、冷卻的能耗很大，規(guī)模不同，制氧成本在0.25-0.7元/Nm³不等。同時，電爐生產(chǎn)對氧氣的需要是間斷式的，深冷制氧工況是連續(xù)不斷的，所以為了滿足生產(chǎn)需要，在生產(chǎn)過程中通常會有放散的情況發(fā)生，放散率一般在10%左右，高的可達20%以上。
　　隨著近兩年電爐復(fù)產(chǎn)的熱潮，還有很多復(fù)產(chǎn)的電爐面臨無氧可用，而制氧裝置建設(shè)周期較長，企業(yè)只能通過采購液氧氣化來實現(xiàn)生產(chǎn)供氧。由于鋼鐵行情的持續(xù)火熱，現(xiàn)在市場上液氧價格在1200-3000元/噸不等，這樣企業(yè)的用氧成本在1.7-4.3元/Nm³不等，遠高于行業(yè)平均水平。
　　還有一些企業(yè)受環(huán)保政策、地方供電限制等因素的影響，在生產(chǎn)中經(jīng)常面臨非計劃短期停車，生產(chǎn)不能持續(xù)進行的尷尬局面。而深冷分離制氧裝置，開停車比較繁瑣，順利的情況下，冷啟動仍需要2-3天左右。所以對面臨政策性停產(chǎn)的企業(yè)，并不適用這種制氧方式。
　　相比深冷分離制氧方式，變壓吸附制氧技術(shù)具有制氧成本低、開停車簡單、負荷調(diào)節(jié)方便的特點，更加契合電爐生產(chǎn)對氧氣的需要。
　　03　變壓吸附制氧的特點
　　變壓吸附制氧技術(shù)是利用變壓吸附專用分子篩與氮分子的四極矩之間的較強作用，使氮氣吸附在沸石吸附劑上，氧氣則吸附較少，從而使氧氮分離。該技術(shù)在20世紀50年代由普萊克斯發(fā)明，發(fā)展至今，在國內(nèi)變壓吸附企業(yè)北京北大先鋒的推動下，中國已經(jīng)成為變壓吸附制氧領(lǐng)域大的市場。
　　變壓吸附制氧裝置主要由動力系統(tǒng)（鼓風(fēng)機、真空泵）、切換系統(tǒng)（同PLC控制）、吸附系統(tǒng)等組成。原料空氣經(jīng)吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風(fēng)機增壓，而進入其中一只吸附器內(nèi)。吸附器內(nèi)裝填吸附劑，通過預(yù)處理，除掉空氣中的水分、二氧化碳及少量其他氣體組分，隨后氮氣被變壓吸附專用分子篩所吸附。而氧氣（包括氬氣）為非吸附組分，從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣，排至氧氣緩沖罐，產(chǎn)品氣純度在50%-93%之間，可以調(diào)節(jié)。
　　當該吸附器吸附到一定程度，其中的吸附劑將達到飽和狀態(tài)，此時通過切換閥，利用真空泵對之進行抽真空（與吸附方向相反）。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其他氣體組分被抽出并排至大氣，吸附劑得到再生。上述工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。
　　變壓吸附制氧裝置具有以下特點：
　　1）能耗比較低，制氧成本在0.2元/Nm³左右。
　　2）維護成本低，動力設(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機和羅茨真空泵，其工作原理都為容積式，無油，極易維護。
　　3）整套設(shè)備的自動化程度高，動力設(shè)備與制氧機是同步控制的，只需按一下啟動按鈕，整套設(shè)備即可正常運行，常規(guī)配置每班2人，可實現(xiàn)無人值守。
　　4）負荷調(diào)節(jié)方便，裝置可以通過時序的調(diào)節(jié)，很快實現(xiàn)50%-99%范圍內(nèi)的負荷調(diào)節(jié)。
　　5）開停車方便，裝置通過吸附方式實現(xiàn)制氧，裝置開車后20min，可產(chǎn)出合格的氧氣產(chǎn)品。
　　6）建設(shè)周期短，真空泵、鼓風(fēng)機都屬于常規(guī)設(shè)備，生產(chǎn)周期短，從投資建設(shè)到產(chǎn)出合格氧氣僅需6個月左右。
　　04　變壓吸附在市場的應(yīng)用情況
　　國內(nèi)電爐企業(yè)已經(jīng)開始將廠內(nèi)的深冷分離制氧裝置或液氧儲罐替換為變壓吸附裝置。浙江萬泰特鋼有限公司、遵義長嶺特殊鋼有限公司、瀘州益鑫鋼鐵有限公司、池州市貴池區(qū)貴航金屬制品有限公司等一些電爐煉鋼企業(yè)，在近幾年均進行了制氧裝置的替換，用變壓吸附制氧裝置替換原有的制氧方式。
　　變壓吸附制氧裝置可以生產(chǎn)純度高達93%的氧氣，有電爐企業(yè)擔(dān)心變壓吸附制氧的純度較低，不能煉特鋼。事實上，電爐煉特鋼和煉普鋼前端的過程都是相同的，在電爐中加入配料，改變鋼的成分，吹氧助燃和斷電吹氧脫碳，從而得到需要的鋼種，而在精煉工序中，無需吹氧。所以，電爐煉特鋼與煉普鋼本質(zhì)上對氧氣的要求是一樣的。
　　變壓吸附制得的氧氣中含有約3%的氮氣以及4%的氬氣，有電爐企業(yè)擔(dān)心其中的氮氣會影響特鋼驗收指標。事實上，我國對常溫狀態(tài)使用的合金鋼如彈簧鋼、軸承鋼等種類中的氮氣都沒有明確規(guī)定（對普鋼更沒有規(guī)定）。過多的氮氣會對耐低溫沖擊用鋼（我國對耐低溫沖擊用鋼比如船舶用鋼、油井管用鋼的含氮量有明確規(guī)定：≤70ppm）造成含氮量超標問題。而電爐煉鋼企業(yè)大多是不生產(chǎn)耐低溫沖擊用鋼的，因此，變壓吸附裝置應(yīng)用于電爐冶煉特鋼的前景廣闊。
　　經(jīng)過充分的數(shù)據(jù)調(diào)研，國外也有豐富的電爐用氧實踐經(jīng)驗。美國普萊克斯公司對電爐煉鋼做過很長時間的調(diào)研，檢測結(jié)果證明：電弧爐使用變壓吸附制備的氧氣煉鋼不會引起鋼水中氮含量的增加。中國臺灣和日本約60%-70%的電爐煉鋼企業(yè)選擇變壓吸附制氧方式。目前，世界上已有近百座電爐采用了變壓吸附制備的氧氣進行煉鋼，長期的實踐也證明了變壓吸附制備的氧氣適合于電爐煉鋼的要求。