PSA制氮设备在高性能MnZn铁氧体生产中的应用.docVIP

PSA制氮设备在高性能MnZn铁氧体生产中的应用众所周知，气氛烧结是现代高性能MnZn铁氧体生产中的关键工序，而品质良好、价格便宜的氮气又是实施气氛烧结的基本条件之一。 我国是世界上铁氧体生产大国，软磁铁氧体的产量已跃居世界第二位，生产企业很多，因生产规模及设备不同，故采用的供气方式也各异。以真空气氛烧结炉作为主要烧结设备者，因规模相对较小，其氮气总量需求不多，一般均使用外购的瓶装高纯氮气。瓶装氮气规格通常是6Nm3／瓶，价格在30～40元／瓶，故氮气单价在5～7元／m3。生产规模较大(年产量一般在300吨以上)的工厂则是以氮气隧道窑作为磁芯的主要烧结设备，它们的供气方式有两种。一是购买液氮(液氮贮罐及气化器)来提供生产所需的氮气。1m3液氮可气化为标准状态下的气氮643m3，氮气的综合单价在2～2.5元／m3。另一种方式是工厂购置制氮设备现场制氮，因制氮设备的种类、规格不同，其氮气成本在0.4～0.6元／m3。近年来也有尝试租赁制氮设备供气的，其氮气成本在1.5元／m3左右。由上可知，采用不同的供气方式其生产成本差别是较大的。表1以年产量1200吨MnZn铁氧体磁芯生产线(每小时需供气100m3，年供气量864000m3）为例将不同供气方式的单价及年用气成本作一粗略比较，就可见一斑。 表1　不同供气方式下的氮气成本 供气方式 单价／元.m-3 成本／万元.年－1 外购液氮 2.5 216 自购设备制氮 0.6 51.8 租赁设备制氮 1.5 129.6 三种制氮方法及其特点 现代工业用氮的制取方法都是以空气为原料，将其中的氧和氮分离而获得。目前主要有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近九十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济㈡、分子筛空分制氮 分子筛空分制氮是以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA(Pressure Swing Adsorption）制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。 膜空分制氮 膜空分制氮的基本原理是以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。由上可知，MnZn铁氧体生产企业，采用什么供气方式和何种供气技术，必须根据企业情况进行技术经济论证，选择最佳供气方案。 PSA制氮法的应用 众所周知，氮窑烧结时有三条重要曲线即温度、压力和气氛曲线，这三条曲线对产品的质量影响极大，生产中一旦调整到位最好保持稳定。而所提供的氮气压力、流量和纯度的变化将影响窑内气氛的稳定。因此高性能锰锌铁氧体磁芯使用氮气保护烧结时对所供氮气有如下特定的要求。 (1)氮气纯度 ①氧含量必须控制在一定量以下，否则不能满足高性能磁芯的烧结气氛要求。 ②残氢量应尽可能少，否则磁芯在烧结时会开裂、变形，磁芯性能会恶化。 ③氮气尽可能干燥，通常是以露点来表示其含水量。 (2)氮气的流量 氮气流量是气氛烧结的基本要素之一，不同规格的氮窑和烧结制度，其单位台时的耗氮量是不同的。如28米单推板氮窑年生产磁芯的能力约为300吨，非致密化烧结时耗氮量约为20m3／h，而采用致密化烧结时耗氮量在30m3／h左右，平均耗氮量约为25m3／h。36米双推板氮窑年生产磁芯的能力约为800吨，非致密化烧结时耗氮量约为40m3／h，而采用致