再论“同存共荣的钢铁与气体”

kongfen

目录
前言
1，氧、氮、氩气体在钢铁工业中的应用
2，钢铁工业是空分气体发展的主动力，它造就了空分行业的黄金时期
3，我国钢铁工业与气体工业的现状与发展
前言
钢铁工业与空分气体是相互依存、相互促进的关系。钢铁工业的增长带动了气体工业的发展，气体工业的发展又促进了钢铁工业，两者的关系类似一对作用力与反作用力而密不可分，钢铁工业新工艺的出现不时向工业气体提出新的数量、质量和工艺需求，气体工业在不断满足这些需求的过程中发展壮大了自己，同时又推动了钢铁工业的发展。回顾国内外钢铁工业与空分气体的发展史，可以清晰地看到这一点。认清这一点对于气体工业尤其重要，它可引导我们关注钢铁工业的发展动向，制定与修改气体工业的发展策略，研究与钢铁新工艺相结合的气体新工艺，抓住商机，占领市场。当钢铁工业进入低谷时则可及时调整营销方向，进行旧有空分设备改造和技术储备。
本文是对钢铁工业与空分气体的同存共荣关系进行探讨,曾发表于2005年的工业气体年会,五年过去了,这次刊出对文中一些观点作了重新审视和修改并冠以”再论”。
1，氧、氮、氩气体在钢铁工业中的应用
1．1氧气。钢铁工业的炼铁与炼钢过程是氧气的最大用户。
n 氧气顶吹转炉炼钢
1952年奥地利人发明了氧气顶吹转炉炼钢，它冶炼周期短（是平炉的十六分之一），产量大，能耗低，从而促进了钢铁工业的迅猛发展。顶吹转炉吨钢氧耗为50～60Nm3。
n 高炉富氧鼓风
高炉富氧鼓风并辅之以煤粉喷吹可提高炉温、降低焦比、增加产量。高炉鼓风中含氧量每增加1％，产量可提高4～6％，焦比降低5～6％，吨铁氧耗在富氧率3～4％时为45Nm3。
n 电炉炼钢
电炉吹氧能缩短熔化时间，减少热损失，降低单位耗电量。每吨钢吹氧1Nm3可节电5度，电炉炼钢的单位氧耗为40Nm3/吨。
n COREX炼铁
这是一种尚未普及有待成熟的炼铁新工艺，可取代烧结、焦化、高炉三段生产工艺，降低生产成本，减少污染，为之付出的是设备投资增加和氧气消耗高达530～550Nm3/吨铁，是顶吹转炉的十倍。
n 钢材加工、连铸火焰切割、清理等，吨钢氧耗为10～12Nm3。
1．2氮气。氮气在冶金工厂中主要用作密封气、输送气、保护气、搅拌气、吹扫气、仪表气等。
目前冶金工厂消耗的氧、氮比例约为1:1，氮气用量还有上升趋势，设计上对氮气产量应有适当预留。
1．3氩气。用于不锈钢冶炼，钢水包吹氩，连铸钢包和中间罐水口密封，保护气体等。
目前冶金工厂的氩气耗量尚不大，每吨钢约3～4.5Nm3，通常是按全量提取后，多余部分外销。
2．0钢铁工业是空分气体发展的主动力，它造就了空分行业的黄金时期
按前述钢铁工业用氧情况，在高炉→转炉、连铸→轧钢的传统工艺中，吨钢氧耗约120Nm3，每年产百万吨钢规模需配空分装置能力为1.5万Nm3/h，高炉不富氧时可减至1.0万Nm3/h。当采用COREX炼铁新工艺，后置电转炉、连铸、轧钢时，每百万吨钢所需的空分装置能力增至5万Nm3/h，是传统工艺的3～5倍。
回顾一下历史：在氧气转炉出现以前用的是平炉炼钢，钢铁企业内氧气仅用于废钢切割和火焰清理，吨钢氧耗1.5Nm3，一个年产150万吨的钢铁企业有二台150Nm3/h小制氧机就足够了。氧气顶吹转炉取代平炉炼钢后，加上连铸比的扩大，吨钢氧耗增至55～65Nm3，即增加了40多倍，这时6000和10000Nm3/h制氧机开始在钢铁企业内出现；随着高炉富氧的普及，大型钢铁企业鞍钢、宝钢、武钢出现了30000和35000Nm3/h制氧机，当钢铁企业由百万吨级向千万吨级迈进时，60000Nm3/h等级空分相继在宝钢、武钢等钢厂投产。
为满足钢铁工业的需求，在单机能力不断扩大的同时，空分设备的流程和设备不断更新，能耗不断降低，工作压力从高压流程→高低压流程→全低压流程而不断降低。大型空分设备经历了铝带蓄冷器高低压流程→石头蓄冷器全低压流程→可逆板式流程→分子筛常温净化流程→分子筛常温净化增压膨胀流程→分子筛常温净化、填料上塔与全精馏制氩流程→分子筛常温净化内压缩流程这7个阶段的变化。由于流程和设备的不断进步，大型空分设备的单位制氧电耗已由0.6kwh/Nm3O2降至0.4kwh/Nm3O2以下，氧提取率由80％升至97～99％，氩提取率由24％提高到80～90％，大加温周期由一年增至三年以上。
在世界各国，钢铁工业都是空分行业的最大用户，占总用量的60～70％。正是上世纪60～80年代钢铁工业的突飞猛进带动了空分行业的蓬勃发展。日本在引进氧气转炉后,十年内钢产量由一千万吨增至一亿吨，全国氧产量16年增加20倍。我国钢铁工业在走过一段弯路后，80年代步入正轨，1996年突破一亿吨。2005年达3.4亿吨，排名世界笫一，超过日本、美国和俄罗斯三国的总和，2010年预计可6.2亿吨,超过后面笫二到二十一位国家粗钢产量的总和。
2001年到2010年，由于国民经济快速发展和全球制造业向中国转移，推动了我国钢铁工业的迅猛发展，平均年增产4600万吨粗钢，按每百万吨钢配套空分装置1.5万Nm3/h计算,单钢铁一项,年需新增空分装置能力即为69万Nm3/h。从而推动了气体行业的蓬勃发展，催来了中国空分的黄金时期。
在此期间，我国空分行业紧跟世界先进水平，提升了自己的竞争力，在软件和硬件设施上都为空分行业的腾飞做好了准备：
n 2002年3月我国第一套20000Nm3/h空分在济南钢厂投产
n 2002年12月我国第一套30000Nm3/h空分在上海宝钢投产
n 2004年9月我国第一套化工内压缩40000Nm3/h空分在山东德州投产
n 2007年12月我国第一套内压缩53000Nm3/h空分在河南建成投产
n 2008年12月我国第一套60000Nm3/h空分在上海宝钢建成投产
至此，我国已进入空分大国行列,并开始向空分强国迈进。
3，我国钢铁工业与气体工业的现状与发展
3.1我国钢铁工业的现状与发展
解放初期我国钢的年产量仅为17万吨。1996年达到1.01亿吨，2003年达到2.22亿吨，2005年达3.4亿吨，即增加第一个1亿吨我们花了47年，增加第二个1亿吨花了7年，而增加第三个1亿吨花了不到2年。可见从上世纪90年代开始我国的钢铁工业已迈入快速发展的轨道，但是钢铁的消耗是遵循一定的曲线运行的，有快速增长区、缓和增长区和平衡区，不可能永无休止的增长。因为作为钢材的主要用户如建筑、交通、机械等在形成一定规模后，其用钢量都会显著下降，在与其它增长用户综合后达到平衡。日本在1967年钢产量达到1亿吨，美国在1975年达到1亿吨，三、四十年过去了，它们的钢产量仍维持在1亿吨左右，其它发达国家也是如此。这充分说明了钢铁生产和消费有一个饱和点或称平衡点，叫做“平衡钢产量”。世界主要国家达到“平衡钢产量”时的国民经济主要指标是:
人均GDP:3500美元
人均钢产量:600Kg
笫三产业占GDP的比重:～50％
城市化率:55～60％
从2010年我国的人均钢产量、人均GDP、城市化率、笫三产业占GDP的比重和累计钢产量各项指标来看，我国目前的钢产量已接近“平衡钢产量”。为了实现可持续发展和走循环经济之路，还必须考虑社会可承受能力（污染物排放对环境的影响）和资源可供应能力,今后钢铁工业的发展将会是：
1）结构调整：主要是调整产品品种,减少线材产量,增加高质量板材产量。
2）工艺调整：主要解决节能降耗，治污和循环经济问题，提高钢铁工业的迈入门槛。
3）市场布局调整：其基本原则是整合现有企业，布局向沿海、沿江地区转移。
4）提高产业集中度，使十大钢铁企业的产量达到全国钢产量的70％以上。
总之在今后相当长的一段时间内，钢铁工业的发展不再是产能上的增加，而是产品质量的提升，使之更贴近市场，布局更趋于合理，降低成本与能耗，降低CO2排放，从源头削减与预防污染，实现绿色、循环、可持续发展，因而任务会更艰巨。
3.2我国空分行业发展展望
气体工业是伴随国民经济的增长而发展的，其增长率是GDP增长率的1.25～1.5倍，我国实行的是可持续发展战略，在今后相当长的一个历史时期将维持GDP7～8％的年增长率，这就保证了气体行业稳定的10～12％的年增长率。虽然国民经济发展会有起伏，但那是波浪式的前进和螺旋式上升，不会出现类似钢铁工业的饱和点，只要国民经济在增长，气体工业就会不断看好。
当前空气分离行业仍处于黄金时期，它开始于2001年，是被钢铁工业的迅猛发展造就的，目前增长势头不减。几年之后，钢铁工业的产能增加将会趋缓或仃止，对空分装置的需求会有所下降，这个缺额会被旧空分装置的节能改造和煤化工的新增需求所填补，因而空分行业的黄金时期仍将延续。
身处发展机遇期，正确定位，居安思危，找出与世界先进水平的差距，制定出切实可行的发展规划是中国空分行业的当务之急。笔者提出以下几点看法:
3.2.1加速空分设备大型化的进程
从2002年到2008年,仅用了六年时间我国空分行业就完成了从30000Nm3/h空分到60000Nm3/h空分的跨越,这是一个罕见的速度,目前世界上除我国外仅林德公司.法液空公司.空气产品公司.普列克斯公司四家厂商具有60000Nm3/h等级空分的设计制造能力,但是由于煤化工的发展提出了对60000Nm3/h以上特大型空分的需求,上述空分厂商均已具有8万∽10万空分的业绩,并且声称具有15万Nm3/h等级空分的设计制造能力,今后十年我国将迎来煤化工的发展高峰,对 8万∽10万等级空分的需求量会进一步增加,为此我国空分行业必须认清形势,争取在2～3年时间再上一个台阶,生产出我国的8万等级空分,去迎接这一领域的竞争。
3.2.2开发研制与用户结合的空分新工艺、新设备
目前，全低压空分装置在流程上的改进余地有限，人们的注意力开始移向空分产品的应用领域，将空分设备的工艺和介质流与应用领域的工艺和介质流结合起来，即生产综合性的空分设备，使得包括用户在内的综合能耗最低，投资最省。笔者在深冷技术2004年No2中谈到了空分设备与煤气化联合循环发电(IGCC)的结合，实际上在融熔还原炼铁（COREX）和煤液化项目上的空分也有类似的问题，研究和弄清这些问题对我国空分行业参加这些项目的竞争是十分有益的。
3.2.3继续重视空分设备技术改造
空分产品已加快了更新换代的步伐，从可逆式流程→带增压膨胀机的分子筛流程→规整填料塔与全精馏制氩流程→高提取率的内压缩流程，仅用了20年时间。我国目前尚有数目可观的可逆式流程空分设备在运转，这些设备的能耗高，氧氩提取率低（大部分不提取氩），事故频率高，对其进行改造符合国家的能源政策，用户也能获得较多的退税优惠，因而大多能在1～2年内回收投资。2002年宝钢将日本神钢提供的26000Nm3/h可逆式空分设备改造成规整填料塔全精馏制氩工艺的30000Nm3/h空分后，收到了很好的经济效益和社会效益。
国内空分行业过去曾为空分设备技术改造做了大量工作，多次召开专门会议，收到显著的成效。这几年钢铁企业大都具备了设备更新换代的经济实力，空分行业和有关设计单位应继续努力，配合用户做好效益分析，保持这一领域国内的一统天下。
3.2.4大力拓展国际空分市场
中国的空分市场尽管很大，但容量毕竟有限，同时在特大型空分和新的应用领域与国外厂商比较，国内厂商并不占有优势，因此，开拓国际市场是国内空分求发展的必由之路
随着我国空分行业实力的增强，空分产品出口不断增加，地域上已由东南亚扩展到中东和欧洲，单机能力由中、小型扩大到目前的15000～60000Nm3/h大型空分，但市场占有率仍然不高。
目前东南亚和欧洲经济开始复苏，对空分设备的需求增加，我国在20000Nm3/h以下的空分由于技术成熟，价格相对低廉，具有一定的竞争力，空分行业应联起手来，协调一致，稳扎稳打进军国际市场。
3.2.5进入气体供应市场,实行专业化生产和社会化供应。
这是国际几大著名空分厂商走向成功的经验之路，即所谓“既卖奶牛也卖牛奶”的道路，其好处是：
■ 多了一条稳定的生财之道。空分设备供应会时高时低，时而会进入谷底，但国民经济对工业气体的需要量总是随着GDP的增长而增加，如果我国能保持8％的GDP增长速度，则工业气体供应就会有10～12％的稳定增长。 国外空分厂商卖气的收入通常远大于卖设备的收入。
■ 气体供应工厂可以为制造商提供进行新工艺、新设备的试验场所，提供第一手的试验资料。
建立独立的气体供应工厂向社会各用户供气是一种经济合理的供气方式，国外有几十年的历史。随着国内用户观念的的更新，目前国外空分厂商已在我国建立了多个供气厂。国内空分厂商、钢铁企业和有眼光的企业家已开始进入供气市场，但市场占有率较低，仍然具有较大的发展空间，国内空分厂商应发挥在人脉、沟通和价格上的优势，不断扩大这一市场。
3.2.6走联合重组之路
我国现有空分厂家不下50家，规模较大的有杭氧、开封、川空三家，由于空分是一个专业性很强的行业，市场有限，黄金时期之后会有低谷，一旦市场疲软，很容易陷于无序竞争，竞相压价，造成几败俱伤。此外资源重复配置，产能不能发挥，这些矛盾都应通过联合重组的方式予以解决。我国空分行业的联合重组也必将大大提升中国空分在国际上的竞争力。
3.2.7增强科技投入，开展产品应用研究
产品的竞争归根到底是科技实力的竞争。大型空分的流程改进无一不是技术创新的结果，为此世界著名空分厂商都十分重视科技投入，既重视产品的科技创新，也关注产品应用领域的研究开发。其目的很明显，谁开拓了新的应用领域，谁就占领了市场竞争的有利位置。
我国空分行业长期以来都处于追赶、模仿的阶段，属于自主知识产权的东西很少，要在国际空分行业排行榜上名列前茅，举手投足具有一定的影响，必须拥有自己的科技成果和较强的创新能力，这条道路无疑是漫长的。近几年我国的空分行业正处于黄金时期，利润增长较快，使增加科技投入成为可能，“雄关漫道真如铁，而今迈步从头越”。
参考资料：
1，中国空分行业的十年展望 杨湧源 邓文 气体分离2006.8
2, 同存共荣的钢铁与气体 杨湧源 邓文 工业气体2005 年年会论文集
3，中国钢铁工业转变增长方式的途径及建议 中国钢铁工业协会来源：http://www.kongfen.cc/news/201212/15/4097.html

                               
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