氨分解制氮機在帶鋼熱鍍鋅中應用
2012-01-18 21:49:58 來源：蘇州華德公司
1 熱鍍鋅技術的發展
眾所周知，帶鋼之所以進行熱鍍鋅，是由于鋅在腐蝕的環境（h2o、o2及co2等腐蝕介質）中能在金屬表面形成耐腐蝕的薄膜，從而延長材料的使用壽命，鍍鋅已成為鋼鐵材料防腐的一種有效方法，當然，鍍層和鋼基體要有良好的結合力，以滿足加工成形的需要。熱鍍鋅帶鋼外觀漂亮，有光澤，因而倍受青睞，應用越來越廣泛。
熱鍍鋅鋼帶（板）主要用于汽車、家電、輕工及建筑、裝潢等行業。以往建筑業是*大用戶，隨著人們對汽車質量的要求越來越高，熱鍍鋅板材開始大量用于汽車面板、內板、底蓋等，使用比例也越來越大。目前，發達國家用于汽車行業的熱鍍鋅帶鋼（板）約占其總產量的40~45%左右。
160多年來，熱鍍鋅技術取得了長足進步。在熱鍍鋅漫長的發展過程中，早期的生產效率很低，單張鋼板的熱鍍鋅占據了主要地位，直到1931年波蘭人森吉米爾把退火工序和熱鍍鋅工序連成一整體，發明了舉世聞名的森吉米爾法，才真正開辟了帶鋼連續熱鍍鋅生產的新紀元。
近十年來，熱鍍鋅在工藝技術和裝備上都取得了較大發展，尤其是汽車熱鍍鋅板和更好的耐腐蝕性鍍層的配方有了新的突破。由于成本和質量上的優越性，據悉，日本汽車行業決定今后汽車用板材全部用合金化熱鍍鋅板取代現有的電鍍鋅合金板。為此，許多廠家相繼建立了現代化大型帶鋼連續熱鍍鋅生產線，并對早期建設的生產線進行技術改造。例如，美國和日本新建的protec生產線可以生產寬度為1900mm，厚度為0.4~2.3mm的鍍鋅板，機組速度可達185m/min，合金化速度可達136 m/min，年生產能力達60萬t以上。
帶鋼的熱鍍鋅是從窄帶鋼起步，逐步走向寬帶鋼，其真正發展是近30年來伴隨著熱軋、冷軋寬帶鋼的飛速發展而進入大規模發展的。然而，我國上世紀末寬帶鋼的生產能力為146萬t，僅占我國粗鋼產量的1.4%，而發達國家為15%左右。
熱鍍鋅帶鋼在我國市場上十分*，1995年以來，每年都要從國外進口大約100萬t熱鍍鋅帶鋼（板）。近20年來，我國相繼建成了一批年產10萬t以上的熱鍍鋅帶鋼生產線，部分產品開始出口，但熱鍍鋅帶鋼的品種、數量和質量等還不能滿足我國經濟發展的需求。為此，一方面要對原有的熱鍍鋅生產線進行技術改造；另一方面需建設新的連續式熱鍍鋅生產線。
帶鋼連續熱鍍鋅技術的進步主要表現在采用美鋼聯法取代原有的森吉米爾法，使機組產量和熱鍍鋅帶鋼的產品的質量得以改善和提高。
2 熱鍍鋅保護氣體的技術發展
2.1熱鍍鋅的保護氣體
通常，在高純氮中輸入少量氫會改善氣體的保護效果。當爐子的漏氣率不太大時，滲入爐內的氧即與氫反應；適當的氫水比可防止出現氧化反應。
在熱處理過程中，氫與氧可在任何溫度下反應生成水。在此條件下，由于氧已耗盡，爐內又不存在碳氫化合物，因此，只有水是唯一的氧化劑。可以看出，氫水比是確定爐內氣體氧化勢或還原勢的*重要因素。在900℃時，抑制鐵氧化的*小氫水比為1.6；當溫度下降時，此比值迅速上升，700℃時為2.3；300℃時為20。因此，在退火爐的加熱區，加入少量氫容易保持爐氣氛的還原性，而在降溫區就比較困難。
若退火爐的保護氣體為n2和h2，含水量小于2%（露點18℃），可實現鋼的光亮退火；在降溫區，為防止氧化，含水量應減少至0.03%（露點-32℃）以下。對于要求嚴格的工藝，當不能控制氧的滲入量時，為保證產品的質量，應增加降溫區的氫含量。
由于氮—氫混合氣中不含碳化合物，自然會脫碳。若氫水比高，加氫量少，則反應甚小。實際的碳燒損取決于以下參數：氣體流量、工件表面積、熱處理的溫度和時間。對于露點為－42℃的氫氮保護氣氛爐，處理（含碳量為0.8%）φ2mm的鋼絲，爐子生產率為500kg/h，即使爐氣氛中所有水分都參與反應，在氣體流量為100m3/h時，工件每小時的總脫碳層僅0.082μm。
所謂保護氣體，主要是指在退火爐內保護帶鋼不被氧化的還原性氣體或中性氣體。帶鋼熱鍍鋅生產過程中，在帶鋼進入鋅鍋之前，必須通過保護氣氛退火爐，保護氣體是由氫氣和氮氣按一定比例混合而成的氫氮混合氣。
在帶鋼連續熱鍍鋅生產過程中，保護氣體有著舉足輕重的作用，h2可把帶鋼表面的氧化膜還原成具有活性的海綿鐵，從而增強帶鋼與鍍層的結合力，n2為中性氣體可保護鋼帶在退火爐內不被氧化。氮氣還具有保護退火爐的安全作用。保護氣體系統是熱鍍鋅生產線中的重要環節，其投資費用通常要占整個生產線設備總投資的10%左右。保護氣系統的可靠性關系到熱鍍鋅生產線的正常運行，保護氣體的質量又直接影響到熱鍍鋅帶鋼的品質。解而獲得的氣氛。
氨分解生成75%h2和25%n2所組成的氫氮混合氣體，經純化后其雜質o2＜1ppm，殘氨＜1ppm，露點＜－60℃，它與純氫相似，是一種強還原性氣氛，也是常用的一種保護氣體，其主要用途見表4。
在20℃和10325pa條件下，1kg液態氨可以氣化為1.39m3的氣態氨，分解后理論上可得到2.78m3的h2 n2混合氣體。
氨分解氣氛尚不能防止爐氣中存在的水蒸汽的脫碳作用，所以必須經過充分干燥，一般要求其露點在－40℃以下。
氨分解不可能十分完全，在氣氛中往往含有少量的殘氨（0.01~0.1%），當它通入工作爐內又會引起熱解而產生微量的原子氮，使金屬發生輕微的滲氮，這對鋼件是不利的，尤其是不銹鋼鋼帶和線材，會因之而發脆，變成廢品。所以，應當盡量提高氨的分解率，并在氨分解后采取凈化措施。
氨分解氣氛的優點是制備過程簡單，易于獲得純而穩定的氣氛。
我們采用含鎳14%以上的鎳基催化劑，抗壓強度＞300n/粒，空速＞1000h-1，工作溫度800~850℃時，殘氨＜100ppm。如果分解溫度過低，超負荷生產，將導致催化劑的活性衰退或失效。
鎳基催化劑用于氨分解時的空速試驗表明，改變空速對分解效果影響不大。在850℃溫度下，空速1000 h-1的分解率已達99.979%，由1000 h-1升至5000 h-1左右，分解率始終保持在99.98%左右，當空速逐漸升高到15000 h-1，分解率為99.9%，繼續加大到60000 h-1時，分解率才有明顯的下降，此時可以嗅到較重的氨味。
通常，產氣量小于10 m3/h時，可采用單管式；產氣量大于30 m3/h時，可采用多管式。我們采用帶有上下封頭的梅花形列管式結構，大大提高了氨分解率，延長了反應管的使用壽命。
純化器采用高純氮氣吹掃再生，提高了凈化效果。設置的兩組純化器，一組工作，同時另一組再生。交替輪換工作和再生，用plc可編程控制器進行自動操作。
用液氨貯罐提供原料，以75m3/h氨分解裝置為例，每天需耗液氨720kg，選用10m3液氨貯罐，可盛液氨5000 kg，可連續工作一周，即每周充罐一次液氨比較省事。
2.4變壓吸附制氮
變壓吸附氣體分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支。
變壓吸附（psa）制氮是以空氣為原料，用碳分子篩為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對o2和n2的選擇性吸附，實現氧氮分離，從而獲及氮氣。變壓吸附法制氮相比于深冷法制氮，具有顯著的特點，吸附在常溫下進行，不涉及絕熱問題，工藝流程簡單，裝置緊湊，操作維護簡單，啟動迅速，產氣快（15~30min）產品氮氣純度可按工藝要求作任意調節，對于要求連續供應保護氣體的熱鍍鋅而言，具有明顯優勢。
為了適應熱鍍鋅生產要求，我們采用了下列的優化措施。
1、以壓縮空氣作為制氮原料氣，由于活塞 式空壓機的噪聲大，又經常維修，宜選用螺桿式空壓機。由于無油螺桿式空壓機價格太高，多數選擇少油螺桿式空壓機。新空壓機的壓縮空氣中含油量可達3ppm以下，可是隨使用時間延長，含油量會明顯增加。雖然我們在空壓機后面配置了冷凝干燥器和3至4級的過濾器，仍然難免會產生碳分子篩受污染。因此，必須定期檢查和更換螺桿式空壓機內和凈化系統中的各級過濾器的濾芯。
2、碳分子篩是制氮機的關鍵，要求碳分子篩強度好，產氮量和氮氣純度高。如今，不論是進口還是國產的碳分子篩的質量都在不斷提高。
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