کاربردهای واحدهای جداسازی هوا در صنعت متالورژی چیست؟

هر روز، صنایع در سراسر جهان، سنگ معدن خام را به تیرهای فولادی تبدیل می کنند که آسمان خراش ها را نگه می دارد، ورق های آلومینیومی که تبدیل به قوطی نوشابه می شوند و آلیاژهای تیتانیوم که از دمای موتور جت جان سالم به در می برند. تعداد کمی از مردم متوجه می شوند که هر یک از این فرآیندهای متالورژی به یک زیرساخت صنعتی بستگی دارد: کارخانه جداسازی هوا.

یک کارخانه جداسازی هوا، هوای معمولی جو را می گیرد و آن را به جریان های خالص و ثابتی از اکسیژن، نیتروژن و آرگون جدا می کند - سه گازی که بی سر و صدا متالورژی مدرن را ممکن می کنند. برای متالورژیست‌ها، مدیران کارخانه و مهندسانی که گزینه‌های عرضه گاز را ارزیابی می‌کنند، درک اینکه این سیستم‌ها دقیقاً چه کاری انجام می‌دهند - و چگونه عملکرد فرآیند را بهبود می‌بخشند - قبل از سرمایه‌گذاری اساسی ضروری است.

هوا یک گاز نیست. تقریباً 78٪ نیتروژن، 21٪ اکسیژن و 0.93٪ آرگون، به علاوه مقادیر کمی از گازهای دیگر است. تمام کار یک کارخانه جداسازی هوا این است که آن اجزا را از هم جدا کند و آنها را با خلوص و فشار کنترل شده تحویل دهد.

سه فناوری اصلی بر بازار تسلط دارند:

تقطیر برودتی- اسب کار صنعتی در مقیاس بزرگ. هوا فشرده می شود، تا دمای بسیار پایین خنک می شود و در داخل ستون های تقطیر جدا می شود. جداکننده‌های هوای برودتی، حجم بالایی از اکسیژن، نیتروژن و آرگون فوق‌العاده خالص را به صورت شبانه‌روزی ارائه می‌کنند که آنها را به استانداردی برای عملیات متالورژی با حجم بالا تبدیل می‌کند.

جذب نوسان فشار (PSA)- یک گزینه فشرده و کم هزینه برای نیازهای کوچکتر نیتروژن یا اکسیژن مورد نیاز.

جداسازی غشا- یک راه حل ساده و کم تعمیر و نگهداری برای کاربردهای با خلوص متوسط.

برای فرآیندهایی که نمی توانند حتی کوچکترین آلودگی را تحمل کنند - فکر کنید خلوص 99.999٪ و بالاتر - تجهیزات اختصاصی گاز با خلوص بالا مورد نیاز است. در متالورژی، انتخاب بین سیستم های برودتی و غیر برودتی معمولاً بر اساس حجم، خلوص و تداوم عملیات انجام می شود.

ذوب اولین مرحله اصلی تقریباً برای تمام فلزات اساسی - آهن، آلومینیوم، مس و روی است. سنگ معدن تا دماهای شدید گرم می شود تا فلز خالص از گنگ جدا شود یا اکسیدهای فلز به فلز خام تبدیل می شوند. اکسیژن ستاره این فرآیند است.

چرا به جای هوا از اکسیژن خالص استفاده کنیم؟ زیرا هوا فقط 21 درصد اکسیژن دارد. دمیدن هوای معمولی به ذوب 78 درصد از حجم نیتروژن را هدر می دهد که هیچ کمکی به واکنش نمی کند. اکسیژن خالص دمای شعله را به حدود 3000 درجه سانتیگراد در مقایسه با حدود 1800 درجه سانتیگراد در هوا می رساند. نتیجه ذوب سریعتر، کاهش شدید مصرف سوخت و گازهای زائد کمتر برای تخلیه است.

بارزترین نمونه ذوب آهن در کوره بلند است. کارخانه‌های بزرگ فولاد از جداکننده‌های هوای برودتی برای تزریق مستقیم اکسیژن خالص به کوره‌های بلندشان استفاده می‌کنند - تکنیکی که به عنوان فناوری انفجار اکسیژن شناخته می‌شود که صنعت فولاد را در پنج دهه گذشته متحول کرده است. بدون آن، تولید فولاد به طور چشمگیری انرژی بر و کارآمدتر خواهد بود.

تولید آلومینیوم یکی دیگر از مصرف کنندگان بزرگ اکسیژن است. پس از تصفیه سنگ بوکسیت به آلومینا و ذوب در سلول های الکترولیتی، اکسیژن برای سوزاندن کربن اضافی از آندها استفاده می شود، در حالی که یک اتمسفر سلولی کنترل شده - اغلب حاوی مقادیر کمی اکسیژن است - الکترولیز را به آرامی حفظ می کند. این عملیات ذوب 24/7 انجام می شود، دقیقاً به همین دلیل است که آنها به یک کارخانه جداسازی هوا نیاز دارند که بتواند صدها تن اکسیژن خالص در روز را بدون توقف یا افت فشار تولید کند.

آهن مذاب مستقیماً از کوره بلند، فولاد قابل استفاده نیست. حاوی کربن، سیلیکون، گوگرد و فسفر بیش از حد است - ناخالصی هایی که فلز را شکننده و مستعد شکست می کند. پالایش مورد نیاز است و اکسیژن ابزار اولیه است.

رایج ترین روش این استفرآیند پایه اکسیژن کوره (BOF).، که در آن اکسیژن خالص در آهن مذاب منفجر می شود. اکسیژن کربن اضافی را به صورت CO و CO2 می سوزاند، سیلیکون را به سرباره سیلیس اکسید می کند که می تواند از بین برود و گوگرد و فسفر را حذف می کند. کارخانه های فولادسازی در این مرحله به جریان ثابتی از اکسیژن با خلوص بالا وابسته هستند - حتی 0.1٪ بیش از حد گوگرد می تواند باعث شکست فولاد نهایی در تست استرس شود.

فولادهای ویژه - فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار، و گریدهای کم آلیاژ با استحکام بالا - نیاز به کنترل شدیدتر گاز دارند و اینجاست که آرگون وارد تصویر می شود. آرگون یک گاز بی اثر است، به این معنی که با فلز مذاب واکنش نمی دهد. در پالایش ملاقه، آرگون از فولاد مذاب دمیده می‌شود تا آن را به هم بزند و هیدروژن و نیتروژن محلول را که باعث نقص داخلی می‌شوند، خارج می‌کند. در طول ریخته‌گری مداوم، آرگون یک فضای محافظ ایجاد می‌کند، بنابراین فولاد داغ با اکسیژن محیط واکنش نشان نمی‌دهد و اکسیدهای مضر تشکیل نمی‌دهد. به عنوان مثال، تولیدکنندگان فولاد درجه هوافضا، به طور معمول آرگون را با خلوص 99.9995 درصد برای قطعاتی که باید در شرایط عملیاتی موتور جت زنده بمانند، تقاضا می کنند.

هنگامی که فلز به محصولات جامد تبدیل می شود - تیرهای فولادی، ورق های آلومینیومی، اجزای آهنگری - باید شکل داده و تقویت شود. عملیات حرارتی چرخه های گرمایش و سرمایش را کنترل می کند که سختی، چقرمگی و دوام را تنظیم می کند.

گیر: حرارت دادن فلز در هوای معمولی باعث اکسیداسیون، پوسته پوسته شدن و پوسته شدن سطحی می شود که پایان را خراب می کند و مواد را ضعیف می کند. یک اتمسفر محافظ - معمولاً نیتروژن، یا یک ترکیب نیتروژن-هیدروژن، که هر دو توسط گیاهان جداسازی هوا تولید می شوند - به طور کامل از این امر جلوگیری می کند.

Quenching یک مثال واضح است. فولاد تا دمای بحرانی خود گرم می شود و به سرعت سرد می شود تا سخت شود. در هوا، سطح به طور ناهموار اکسید و سخت می شود. در اتمسفر نیتروژن، نتیجه یک سطح صاف و بدون اکسید با سختی ثابت در سراسر است. بازپخت - گرمایش و سرمایش آهسته برای نرم کردن فلز برای خم کردن یا مهر زنی - به همان گاز محافظ متکی است. بسیاری از کارخانه های مهر زنی فلزی کوچک و متوسط از واحدهای جداسازی هوای فشرده در محل استفاده می کنند که دقیقاً نیتروژن و آرگون مورد نیاز آنها را تولید می کند و هزینه و دردسر مخازن گاز اجاره ای و تدارکات تحویل را از بین می برد.

جوشکاری مرحله اتصال متالورژی است: دو قطعه فلزی در لبه ها ذوب شده و با هم ذوب می شوند. همانطور که در عملیات حرارتی، هوا باید از حوضچه جوش مذاب دور نگه داشته شود تا از اکسیداسیون جلوگیری شود.

در فرآیندهای مختلف جوشکاری از محصولات مختلف کارخانه جداسازی هوا استفاده می شود. در جوشکاری MIG - رایج ترین روش صنعتی - از ترکیب آرگون و دی اکسید کربن به عنوان گاز محافظ استفاده می شود. جوشکاری TIG که برای اجزای دقیقی مانند لوله‌ها و قطعات هوافضا استفاده می‌شود، متکی بر آرگون خالص است که باید فوق‌العاده تمیز باشد تا با جوش داغ واکنش نشان ندهد. واحدهای جداسازی هوای فشرده و قابل حمل حتی در سایت‌های ساخت‌وساز مستقر می‌شوند و گاز محافظ خالص را به پروژه‌های پل فولادی و بلندمرتبه بدون حمل سیلندرهای سنگین تحویل می‌دهند.

این پایان با ارزش و دقت بالا متالورژی است: تیتانیوم، نیکل، کبالت و فلزات خاکی کمیاب که در باتری‌ها، موتورهای جت، ایمپلنت‌های پزشکی و قطعات خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند. این فلزات بسیار واکنش پذیر هستند و پردازش آنها به محیطی کاملاً بی اثر و بدون اکسیژن نیاز دارد.

برای مثال، تیتانیوم به دلیل استحکام، وزن سبک و مقاومت در برابر خوردگی، در جایگزین‌های لگن مورد توجه قرار می‌گیرد - اما وقتی ذوب می‌شود، اکسیژن و نیتروژن را از هوای معمولی می‌گیرد و شکننده می‌شود. بنابراین ذوب باید در اتمسفر آرگون یا هلیوم که توسط یک کارخانه جداسازی هوا برودتی تامین می‌شود، انجام شود. سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل برای توربین‌های موتور جت باید دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد را تحمل کنند. حتی ناخالصی های کمیاب عملکرد آنها را خراب می کند، بنابراین گاز بی اثر با خلوص فوق العاده بالا قابل مذاکره نیست.

تولید خاکهای کمیاب - ضروری برای موتورهای خودروهای الکتریکی و آهنرباهای توربین بادی - به طور مشابه به محیط های گازی کنترل شده برای جداسازی فلزات خالص از عناصر همراه نیاز دارد. در تمام این کاربردها، یک ذخیره آرگون مایع ذخیره شده در محل، پشتیبان حیاتی را فراهم می کند: زمانی که یک خط پردازش تیتانیوم یا سوپرآلیاژ نمی تواند حتی یک ساعت از کار را تحمل کند، داشتن یک بافر گاز مایع ضروری است.

High-Purity Gas Equipment

نیروگاه های جداسازی هوا بیشتر از گاز تحویل می دهند. انرژی یکی از بزرگترین خطوط هزینه در هر عملیات متالورژی است و غنی‌سازی اکسیژن به کاهش مستقیم آن کمک می‌کند. تجربه صنعت با ذوب مبتنی بر اکسیژن، صرفه جویی در سوخت را در محدوده 15 تا 25 درصد در مقایسه با فرآیندهای با هوا نشان می دهد - برای نتیجه و برای محیط زیست، با انتشار CO2 به نسبت پایین، خوب است.

تولید گاز در محل خطر زنجیره تامین را نیز از بین می برد. تامین کنندگان گاز ممکن است در آب و هوای شدید دیر کار کنند، تمام شوند یا از کار بیفتند. کارخانه هایی که به سیلندرهای تحویلی یا گاز تانکرها وابسته هستند، خطوط تولید خود را در معرض رویدادهایی کاملاً خارج از کنترل آنها قرار می دهند. تأسیسات متالورژی که به تولید در محل تغییر می کنند، به خودکفایی، خلوص گاز قابل پیش بینی و تولید بی وقفه دست می یابند - یک مزیت تعیین کننده و تولید بدون وقفه - یک مزیت تعیین کننده برای عملیات 24/7.

یک تصور غلط رایج این است که هر فرآیند متالورژی به یک کارخانه برودتی در مقیاس کامل نیاز دارد. در واقعیت، یک کارگاه کوچک مهر زنی یا آزمایشگاه ساخت ممکن است کاملاً توسط یک ژنراتور نیتروژن مبتنی بر PSA یا غشایی سرو شود، در حالی که یک کارخانه فولادسازی شبانه روزی به ظرفیت و خلوص یک واحد جداسازی هوای برودتی نیاز دارد. پاسخ درست به حجم، خلوص، فشار و تداوم مورد نیاز بستگی دارد - به همین دلیل است که خریداران باید ابتدا نیازهای فرآیند خود را تعریف کرده و تجهیزات را بر اساس آن انتخاب کنند.

برای خریداران خارج از کشور که تامین کنندگان کارخانه جداسازی هوا را ارزیابی می کنند، HANTURBO ترکیبی از عمق مهندسی و تحویل کامل را ارائه می دهد که مطابقت با آن دشوار است. HANTURBO که در سال 2012 تأسیس شد، ارائه‌دهنده راه‌حل جامعی است که کارخانه‌های جداسازی هوا، تجهیزات ویژه تصفیه گاز، تجهیزات مایع‌سازی گاز طبیعی، سیستم‌های تولید اکسیژن و نیتروژن PSA، تجهیزات مایع‌سازی CO2 و مخازن نگهداری مایع برودتی - طراحی، ساخت، نصب، راه‌اندازی و راه‌اندازی را پوشش می‌دهد.

ارتباط با متالورژی عمیق است: جداسازی هوا در صنایع متالورژی، پتروشیمی و زغال‌سنگ استفاده می‌شود و متالورژی در میان زمینه‌های کاربردی اصلی شرکت ذکر شده است. واحدهای جداسازی هوای برودتی آن از طریق همکاری فنی مداوم با دانشگاه ژجیانگ، یکی از برترین دانشگاه‌های چین، مهندسی شده‌اند و دو مزیت را که مستقیماً برای فولادسازان و تولیدکنندگان آلیاژ مهم است، فراهم می‌کنند - نرخ بازیافت آرگون بالا و مصرف انرژی پایین، که هر دو باعث بهبود اقتصاد سیستم در طول چرخه عمر کامل کارخانه می‌شوند.

تضمین کیفیت بر اساس گواهینامه های ISO9001، ISO14001، و ISO45001، مجوز تولید برای تجهیزات ویژه، رتبه بندی اعتباری AAA و چندین فناوری ثبت شده است. برای پروژه های بین المللی، تأسیسات تولیدی HANTURBO در هوژو، ژجیانگ - تقریباً 200 کیلومتر از بندر شانگهای و بندر نینگبو-ژوشان - تدارکات عملی و مقرون به صرفه را برای سفارشات تجهیزات خارج از کشور تضمین می کند. این شرکت راه حل های جداسازی هوا را در سراسر جهان، از شرکت های بزرگ چند ملیتی گرفته تا کارخانه های کوچک مستقل، ارائه می کند و از هر واحد با پشتیبانی پس از فروش، نصب، راه اندازی و نگهداری پشتیبانی می کند. برای خریداران متالورژیکی که به دنبال یک شریک قابل اعتماد کارخانه جداسازی هوا هستند، HANTURBO پایه فنی و قابلیت اجرای پروژه را فراهم می کند تا کوره ها را روشن نگه دارد، کیفیت فولاد را ثابت نگه دارد و هزینه های عملیاتی را تحت کنترل نگه دارد.

کارخانه‌های جداسازی هوا اکسیژن، نیتروژن و آرگون را تامین می‌کنند که ذوب، پالایش، عملیات حرارتی، جوشکاری و تولید آلیاژ ویژه را ممکن می‌سازد.

تقطیر برودتی استاندارد متالورژی با حجم بالا است. سیستم‌های PSA و غشایی برای برنامه‌های کوچک‌تر و بر اساس تقاضا مناسب هستند.

غنی‌سازی اکسیژن مصرف سوخت را 15 تا 25 درصد کاهش می‌دهد در حالی که تولید در محل خطر زنجیره تامین را حذف می‌کند.

هنگام انتخاب یک تامین کننده، به دنبال تجربه کاربرد متالورژی، طراحی ASU با انرژی کارآمد، گواهینامه های کیفیت تایید شده و پشتیبانی کامل از پروژه باشید.

از بوکسیت گرفته تا آلومینیوم، از آهن مذاب گرفته تا فولاد با استحکام بالا، از کاشت تیتانیوم تا قاب ماشین های جوش داده شده، کارخانه جداسازی هوا ستون فقرات متالورژی مدرن است. انتخاب واحد مناسب - و شریک مناسب - یکی از مهم ترین تصمیماتی است که یک عملیات متالورژی می تواند بگیرد.