제발. 공업용 질소의 구체적인 방법

자성 재료 제조 기업이 질소 공급 방법을 선택하는 방법

황라성

(강음장가스분리설비유한공사, 장쑤 강음 2 1440 1)

1 머리말

자성 재료에서 고성능 MnZn 철산소 (고μ I 와 전력철산소) 의 소결, 텅스텐과 같은 희토 영자합금 생산의 연마 공예는 모두 고순질소를 필요로 하여 자석 (분말) 이 과정에서 산화되지 않도록 보호해야 한다.

우리 모두 알고 있듯이, 망간아연 철산소체는 철, 망간, 아연의 산화물이 고온소결과정에서 고체상 반응을 일으켜 생성되는 것으로 알려져 있다. Mn 과 Fe 는 쉽게 가격을 바꿀 수 있으며, 온도와 분위기 (산소 분압) 조건에 따라 가격상태가 다르다. MnZn 철산소체에 필요한 자성 성능을 달성하기 위해서는 이러한 각 금속 이온이 특정 원자가와 적절한 결정체 구조에 있는지 확인해야 합니다. 적절한 레시피를 제외하고 균형분위기에서 소결되는 것이 관건이며, 보호가스는 균형분위기 소결을 실시하는 기본 물질 조건 중 하나이다. 질소 가마 세정 창고에 있는 질소의 산소 함량은 50× 10-6 이하로 예상되므로 질소의 순도는 99.995% 이상이며 불순물가스 (O2 와 H2) 의 양을 엄격하게 제한해야 한다. 연간 생산량 약 1000

텅스텐과 같은 희토 영자합금 중의 희토금속은 실온에서도 산화하기 쉬우므로 희토영자합금의 성능이 떨어질 수 있다. 과산화는 합금의 성능을 크게 떨어뜨린다. 1 산소 에너지 산화 6 부 (중량계) 희토원소로 인해 효과가 없습니다. 예를 들어 N45 자석을 만드는 경우 생산 공정 환경의 산소 함량은 반드시 0.01%,최종 제품의 산소 함량은 0.09 0.02% (질량점수) [1] 이어야 합니다. 질소를 공예 환경 가스로 사용한다면, 그 질소의 순도는 반드시 99.99% 보다 높아야 한다.

현재 국내외 희토 영자합금이 대규모로 산업화된 제분 (정제) 과정에서 모두' 질소류 밀' 이라는 설비를 채택하고 있다. 그것은 고속 질소 흐름을 이용하여 자재를 서로 충돌하여 연마 효과를 달성한다. 준비한 분말 입도는 3 ~ 5 미크론으로 표면적보다 커서 산화하기 쉽다. 따라서 질소는 순도가 높아야 하며 O2, H2 등 불순물의 양에 대한 엄격한 요구가 있어야 한다. 연간 약 100 톤의 플루토늄 생산 라인은 보통 약 60 nm3/h 의 고순질소를 소비한다.

2 질소 기술 요구 사항에 대한 자성 재료 생산

사용 관점에서 질소에는 순도, 유량, 이슬점, 압력의 네 가지 기본 매개변수가 있습니다. 매개변수 값은 용도에 따라 다릅니다. * * * * 에 대한 지식을 얻기 위해서는 네 가지 기술 매개변수의 개념을 간략하게 소개해야 합니다.

2. 1 순도

순도는 질소의 중요한 기술 매개변수이다. 국가 표준에 따르면 질소는 산업 질소, 순수 질소, 고순도 질소의 세 가지 등급으로 나눌 수 있다. 순도는 각각 99.5% (O2 ≤ 0.5%), 99.99% (O2 ≤ 0.0 1%), 99.999% (O2 8800.00/KLL) 입니다.

2.2 프로세스

가스가 흐를 때 단위 시간 동안 임의 단면을 통과하는 가스의 양을 나타냅니다. 유속에는 체적 유량과 질량 유량의 두 가지 표현이 있습니다. 전자는 파이프의 임의 세그먼트를 통과하는 기체 부피를 나타내고, 후자는 통과된 기체의 질량을 가리킨다. 가스 산업에서 볼륨 흐름은 일반적으로 m3/h (또는 L/h) 로 측정됩니다. 기체 부피는 온도, 압력, 습도와 관련이 있기 때문에 비교를 용이하게 하기 위해 볼륨 흐름은 일반적으로 표준 상태 (온도 20 C, 압력 0. 10 1 MPa, 상대 습도 65%) 를 나타냅니다. 이 시점에서 트래픽은 nm3/h 단위이고' n' 은 표준 상태를 나타냅니다.

2.3 압력

압력은 표압과 절대 압력으로 나눌 수 있다. 공사에서 대기압보다 크고 대기압을 시작 (0) 으로 하는 압력을' 표압' 이라고 하며, 압력이 0 일 때는' 절대압력' 이라고 합니다. 가스 공업에서 달리 명시되지 않는 한, 그 압력은 시계압을 가리키며, 단위는 메가파스이다. 많은 계산에서 "절대 압력" 이 자주 사용되며, 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 있습니다.

절대 압력 = 표압+대기압력

2.4 이슬점

기체 속의 물이 불포화 수증기에서 포화 수증기로 변할 때의 온도를 가리킨다. 불포화증기가 포화증기로 변할 때 아주 작은 이슬이 나타난다. 이슬이 내리는 온도를' 이슬점' 이라고 하며 이슬점은 기체의 수분 함량을 나타냅니다. 이슬점이 낮을수록 기체의 수분 함량이 적을수록 기체가 건조해진다. 이슬점은 압력과 관련이 있기 때문에 대기 이슬점 (상압 이슬점) 과 압력 이슬점이 있습니다. 대기압 이슬점은 대기압에서 물의 응축 온도를 나타내고, 압력 하에서 이슬점은 이 압력 하에서 물의 응축 온도를 나타냅니다. 둘 사이에는 변환 관계가 있습니다 (변환 테이블 참조). 예를 들어, 0.7 MPa 압력 이슬점은 5 C 이고 해당 기압 (0. 10 1 MPa) 이슬점은-20 C 입니다. 가스 산업에서, 달리 명시되지 않는 한, 모든 이슬점은 대기 이슬점이다.

위의 내용은 가스의 여러 매개 변수의 의미를 간략하게 소개합니다. 공정 요구 사항에 따라 질소는 자성 재료에 대한 구체적인 매개변수를 제시할 수 있습니다.

(1) 질소 유량. 유량 결정은 주로 질소 설비의 유형, 수량 및 생산 공정에 근거한다. MnZn 철산소 소결용 질소 가마를 예로 들면, 긴 가마와 짧은 가마, 단일 가마와 이중 가마, 치밀화 소결과 비치밀화 소결, 가마 조정 수준이 다르기 때문에 가스 소비의 차이가 크다. 또한 질소의 양을 결정할 때 적절한 여유를 남겨 두어야 한다.

(2) 질소 순도. 생산공정에 따르면 자성 재료는 일반적으로 고순도 질소, 순도 99.995%, O2 와 H2 함량이 일정 범위 내에 있어야 한다.

(3) 압력. 장비와 공정에 따라 질소의 최소 압력을 결정한 다음 압력 조절 밸브를 통해 압력을 원하는 압력으로 조절한다.

(4) 이슬점. 수증기도 일종의 산화성 기체이므로 제한해야 한다. 자성 재료용 질소의 경우 이슬점 ≤-60 C, 즉 질소의 수분 ≤ 10.7× 10-6 만 있으면 공예 요구 사항을 충족시킬 수 있다.

고순도 질소원

자성 재료의 요구를 충족시키는 고순도 질소원은 세 가지가 있습니다.

3. 1 병에 든 질소

강철 병의 용적 40L, 정격 압력 15MPa, 전체 저장량 6m3. 사용자에 따라 병에 든 질소의 순도는 99.5%, 99.99%, 99.999%, 자성 재료는 질소 순도 ≥ 99.995% 로 나타났다. 그것은 저온공기 분리의 산물로 박막압기로 채워져 있다. 규정에 따르면, 질소병은 검은 페인트로 칠해져 있고, 노란색 페인트자' 질소' 로 표시되어 있으며,' 순도' 와 검사 합격을 표시하는 표지판이 있다. 각지의 공급과 수요가 다르기 때문에 병에 든 고순질소 가격의 차이가 크다. 18 ~ 90 원/병에서 동일하지 않다. 즉 질소 가격은 3 ~ 15 원 /m3 이다.

3.2 액체 질소

액질소는 저온공기 분리제질소의 산물이다. 표준 조건에서 1m3 액질소는 643m3 질소로 기화될 수 있지만 실제 이용률은 일반적으로 95% 정도인 1m3 액질소가 실제로 사용할 수 있는 질소는 약 665438+ 100m3 이다 현재 시장에서 액체 질소의 평균 가격은 약 1000 원 /m3 이므로 질소 단가는 100 원 /m3 입니다.

액체 질소를 사용할 때 사용자는 액체 질소 저장 탱크, 흐름에 해당하는 기화기 및 압력에 해당하는 압력 조절 밸브를 갖추어야 합니다. 액체 질소의 순도가 높고 품질이 안정적이며 일반적으로 공급이 보장되어 사용이 편리하다.

3.3 현장 질소

현장 질소 제조란 질소 사용자가 질소 제조 설비를 구입하여 질소를 만드는 것을 말한다. 현재 국내외 산업 규모의 제질소는 극저온 공기 분리 질소, 변압 흡착제 질소, 막분리제 질소의 세 가지 유형이 있다.

질소 제조를위한 저온 공기 분리

그것은 전통적인 공기 분리 기술로 90 여 년의 역사를 가지고 있다. 그 특징은 산량이 많고, 제품의 질소 순도가 높기 때문에, 더 이상 정제할 필요 없이 자성 재료에 직접 적용할 수 있다는 것이다. 그러나 그 과정은 복잡하고, 설치 면적이 크고, 인프라 비용이 높으며, 전문적인 유지력이 필요하고, 운영자가 많고, 생산량이 느리다 (18 ~ 24h). 대규모 공업제 질소에 적용되며, 질소 제조 비용은 톤당 0.7 위안이다.

3.3.2 압력 스윙 흡착 질소 및 질소 정화 장치의 조합

변압 흡착 가스 분리 기술은 비심냉가스 분리 기술의 중요한 분기로, 사람들이 오랫동안 심냉법보다 더 간단한 공기 분리 방법을 찾으려고 노력한 결과이다. 1970 년대에 서독 에슨 광업회사는 탄소 분 자체 개발에 성공하여 변압 흡착 공기 분리 질소의 공업화를 위한 길을 닦았다. 최근 30 년 동안 이 기술은 급속도로 발전하여 성숙해지면서 중소형 질소 분야에서 극저온 공기 분리의 유력한 경쟁자가 되었다.

변압 흡착제 질소는 공기를 원료로 하고, 탄소 분 자체를 흡착제로, 탄소 분 자체를 이용하여 공기 중 산소와 질소의 특성을 선택적으로 흡착하고, 변압 흡착 원리 (압력 흡착, 감압 탈착, 분 자체 재생) 를 이용하여 상온에서 산소와 질소를 분리해 질소를 만든다.

극저온 공기 분리 질소에 비해 변압 흡착제 질소는 흡착분리가 상온에서 진행되고, 공예가 간단하고, 설비가 작고, 점유 면적이 작고, 주차가 편리하고, 운전이 빠르고, 생산기가 빠르며 (보통 30 분 정도), 에너지 소비량이 낮고, 운영비용이 낮고, 자동화도가 높으며, 운영유지보수가 편리하다는 특징이 있다. 미국 Air Supplies 는 순순도 ≥ 99.999% 의 고순질소를 공업으로 생산할 수 있으며, 후정화 (수입가격이 높음) 없이 국내외 동행자는 질소 순도가 99.9% (즉 O2 ≤ 0. 1%) 인 일반 질소만 생산할 수 있다. PSA 에서 순도가 더 높은 질소를 만드는 것은 기술적으로 가능하지만, 생산 비용이 너무 높아서 사용자가 받아들일 수 없기 때문에, 후정화 장치를 추가해서 비저온 질소 기술로 고순질소를 제조해야 한다. 현재 질소 정제 방법에는 세 가지가 있습니다 (산업 규모).

(1) 수소화 탈산 소화 방법. 촉매제의 작용으로, 일반 질소에 남아 있는 산소는 첨가된 수소반응으로 물을 생성하는데, 반응식은 2h2+O2 = 2h2o 로, 그 후 건조를 통해 물을 제거하여 고순질소를 얻는다. 주성분은 N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 ×/KLOL 이다 질소 제조 비용은 약 0.5 원 /m3 이다.

(2) 수소화 탈산 소화 및 수소 제거. 이 방법은 세 단계로 나뉜다. 첫 번째 단계는 수소화탈산, 두 번째 단계는 탈수소, 세 번째 단계는 탈수로 고순도 질소를 얻는다. 그 구성은 N2≥99.999%, O2 ≤ 5× 10-6,. 질소 제조 비용은 약 0.6 위안 /m3 이다.

(3) 탄소 탈산법. 탄소 촉매제의 작용 (일정 온도에서) 에서 질소에 남아 있는 산소와 촉매 자체가 제공하는 탄소반응에 의해 CO2 가 생성된다. 반응식: C+O2 = CO2. 그런 다음 CO2 와 H2O 를 제거하여 N2≥99.999%%, O2 ≤ 5× 10-6, CO2 ≤ 5 ×/KLOC-0 으로 구성된 고순도 질소를 얻습니다. 질소 제조 비용은 약 0.6 위안 /m3 이다.

위의 세 가지 질소 정화 방법 중 완제품인 질소의 H2 함량이 너무 높아서 자성 재료의 요구 사항을 충족시키지 못하기 때문에 (1) 방법을 사용하지 않는다. 방법 (2) 완제품 질소 순도는 자성 재료 사용자 요구 사항을 충족하지만 수소원, 수소의 운송, 저장 및 사용에 안전하지 않은 요소가 필요합니다. 방법 (3) 완제품 질소 품질은 자성 재료의 가스 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 있다. 이 과정에서 H2 를 사용하지 않고 수소화로 인한 문제가 없다. 질소에는 H2 가 없고, 완제품 질소의 품질은 총 질소 변동의 영향을 받지 않는다. 따라서 질소 품질은 다른 질소 정제 방법보다 안정적이며 자성 재료 산업에 가장 적합한 질소 정화 방법입니다.

3.3.3 막 분리와 공기 분리 질소와 질소 정화 장치가 결합되었다.

막 분리 공기 분리 질소도 비저온제질소 기술의 새로운 분기로, 외국의 80 년대에 급속히 발전한 새로운 질소 제조 방법으로 최근 몇 년 동안 국내에서 보급되었다.

막분리제질소는 공기를 원료로 하고, 일정한 압력 하에서 산소와 질소를 이용하여 중공섬유막에서의 침투율이 다르기 때문에 산소와 질소를 분리하여 질소를 만든다. 위의 두 가지 질소 제조 방법보다 장비 구조가 더 간단하고, 부피가 작고, 스위치가 없는 밸브, 작동 유지 보수가 더 간단하고, 가스 생산이 더 빠르며 (3 분 이내), 확장이 더 편리하다는 특징이 있습니다. 중공 섬유막은 압축 공기의 청결도에 대한 요구가 더욱 엄격하고, 막이 노화되기 쉽고, 고치기 어렵고, 교체가 필요하다. 막 분리제질소는 질소 순도 98% 의 중소형 사용자에게 더 적합하며, 이때 효과가 가장 좋다. 질소 순도가 98% 를 넘을 것을 요구할 때, 그 가격은 같은 규격의 변압 흡착제 질소 장치보다 약 30% 높다. 따라서 막분리제질소와 질소순화장치가 공동으로 고순질소를 생산할 때 일반 질소의 순도는 일반적으로 98% 로 순화장치의 생산비용과 운영비용을 증가시킨다.

위에서 언급한 세 가지 현장에서 고순질소를 생산하는 방법 외에도 최근 몇 년 동안 또 다른 임대 질소 공급 방식이 등장했습니다. 즉, 사용자가 질소 설비를 임대하여 현장 생산이나 질소 제조 설비 생산업자가 질소 현장에서 질소를 제조하고 있으며, 사용자가 가스를 구입하여 양당 비용을 지불하고 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 남녀명언) 공기 공급원에 따라 가격은 약 1.0 ~ 1.4 위안 /m3 입니다. 단위제 질소 비용은 자가구매설비 현장제질소보다 높지만 일회성 투자가 적고 사용이 편리하며 사용자에게 위험하지 않지만, 이런 방식은 기량이 많은 상황에 적용된다. 그렇지 않으면 임대 비용이 늘어난다. 각종 고순도 질소원의 질소 단가는 표 1 에 요약되어 있다.

4 질소 공급 방법 선택

위에서 언급한 고순질소원은 질소 품질면에서 자성 재료의 가스 요구 사항을 충족시킬 수 있지만 질소 비용의 차이는 크다. 연료 소비가 클수록 차이가 커진다. 기업은 각종 가스 공급 방식의 특징을 충분히 이해하는 데 기초하여 자신의 제품, 생산 공예, 생산 규모, 가스 설비 유형, 수량, 자금 상황, 발전 계획 등에 따라 질소 공급 방식과 규모를 종합적으로 고려해야 한다.

4. 1 NdFeB 생산 라인

플루토늄 생산 라인에서 사용하는 주요 질소 제조 설비는' 기류 마모' 이다. 생산 규모에 따라' 기류 밀' 의 유형과 수량을 결정하고 이에 따라 질소의 사용량을 결정한다. 현재 국내 생산업체는 병에 든 질소를 소수의 사용 외에 다른 업체들은 액체 질소를 사용하고, 어떤 기업은 PSA 현장제질소를 사용하고 있다.

4.2 mn-zn 페라이트 생산 라인

4.2. 1 진공 분위기로

진공 분위기로는 소결 설비로 쓰인다. 진공 분위기로는 간헐적으로 작동하기 때문에 보통 24 시간을 생산주기로 한다. 단일 기량은 크지 않고, 단시간 내에 기량이 상대적으로 집중된다. 이런 기업은 왕왕 생산 규모가 작고, 거의 병에 든 질소를 사용하며, 사용이 유연하고 편리하다. 각종 질소 공급 방식 중 질소의 단가가 가장 높지만 총 용량이 제한되어 경제적으로 감당할 수 있다.

질소 가마

질소 가마는 소결 설비로 쓰인다. 질소 가마는 연속적으로 작동하는 설비이기 때문에 대량의 가스를 소모한다. 그리고 추세상 각 기업의 신질소 가마는 모두 장가마, 장쌍판 가마 방향으로 발전하고 있다. 단일 가마 소모량은 일반적으로 30 ~ 50 nm3/h .. 질소 가마 소결의 공정 특성에 따라 가스 공급의 연속성, 질소의 고순도, 질소 함량의 일치성, 질소 순도, 유량 및 압력의 안정성, 질소 사용 비용의 저비용은 다음과 같다. 분명히 병에 든 질소는 사용하기에 적합하지 않다. 현재 국내 기업이 채택한 질소 공급 방식은 주로 액질소와 현장제질소 두 가지다.

(1) 액체 질소. 기업이 설립되었을 때, 액체 질소를 사용하는 일반적인 생산 규모는 모두 매우 작았으며, 일반적으로 가마는 한두 개밖에 없었다. 현장에서 질소를 만드는 데 드는 비용이 가장 낮다는 것을 알고 있지만, 자금이나 향후 발전을 위해 주로 액체 질소를 먼저 사용한 다음 기업 상황을 살펴보기로 했다. 일단 기업의 생산능력이 확장되거나 자금 사정이 허락하면 생산원가를 낮추기 위해 대부분 현지에서 질소로 전환된다. 그러나 기업 자금이 허용되고 최근 2 년간 확장 계획이 없다면, 단일 가마의 기량이 30 nm3/h 를 넘으면 PSA 제질소 설비를 구입하여 질소를 만드는 것이 좋을 것으로 본다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 액질소를 사용하는 것에 비해 30 nm3/h 질소 발전기 연간 질소 비용은 약 24 만원, 설비총투자는 약 40 만원이다. 설비 투자는 1 년 반 정도면 회수할 수 있다. PSA 질소제조기의 수명은 10 년, 10 년은 질소 비용 200 만원을 절약할 수 있다.

(2) 현장에서 질소를 만들다. 자체 구매 장비는 현장에서 고순도 질소를 생산하는 데 사용됩니다. 일회성 투자는 크지만 운영비는 낮다 (0.7 원 /m3 이내). 액질소를 사용하는 것과 비교하면 같은 기량과 연간 비용 절감의 경우 1 년 반 이내에 장비의 총 투자를 회수할 수 있다. 이 분야의 세 가지 질소 기술인 극저온 공기 분리, 변압 흡착, 막 분리는 각각 특징이 있어 질소 생산량과 질소 순도 범위 내에서 각각 우세하다. 기존 문장 [2] 은 질소 순도가 99.99% 이상이고 질소 생산량은 500 nm3/h 이내이며 PSA 제질소 (정화) 는 극저온 공기 분리와 경쟁할 수 있다고 세 가지 기술의 투자 가치를 구체적으로 분석했다.

현재 국내 자성 재료 (MnZn 철산소) 제조업체는 두 가지 방법, 즉 극저온 공기 분리 질소와 PSA 질소 (정화) 를 채택하고 있다.

① 저온 공기 분리 질소. 이런 기업은 90 년대 이전에 설립되어 설립 당시 규모가 매우 컸다. 경제적 관점에서 볼 때, 액체 질소를 사용하는 것은 적절하지 않다. 당시 저온 공기 분리는 우리나라 유일의 공업화된 질소 제조 기술로 자금 여건이 허용돼 저온 공기 분리가 채택됐다. 당시 생산 규모에 따라 질소 제조 설비의 질소 생산량은 모두 200 nm3/h 이하였으며, 에너지 소비량이 높고 고장률이 높은 설비는 정기적으로 점검해야 한다. 1990 년대 중반 이후 변압 흡착제 질소라는 새로운 제질소 기술이 우리나라에서 급속히 발전하고 보급되면서 많은 독특한 장점을 보여 중소형 질소 사용자들의 환영을 받고 있다.

②PSA 질소. 변압 흡착제 질소와 질소 정화는 공동으로 고순도 질소를 생산하며, 다음과 같은 공정 과정과 설비 구성을 채택한다.

액체 질소 저장 탱크는 모든 자성 재료 기업의 현장에서 질소를 만드는 데 꼭 필요한 설비이다. 그 역할은 공기 압축기 오일 교환, 공기 정화 장비 필터 청소 또는 교체와 같은 장비의 정상적인 유지 보수 또는 장비 사고 주차 수리시 단기 주차 시 가스 공급의 연속성을 보장하는 것입니다. 이 공예에서 생산된 고순질소의 품질은 액체 질소와 완전히 비교할 수 있다. 액체 질소 탱크를 갖추면 사용자가 가스를 공급하여 걱정이 없다는 사실이 이를 충분히 증명한다. 1997 이후 강음장가스분리설비유한공사는 이미 4 개의 PSA 고순제질소기 그룹을 절강 강서 산둥 4 개 아연철산소 생산업체에서 사용하고 있다. 장비는 잘 작동하고, 기술이 성숙하고, 품질이 안정적이며, 고급 자기 코어의 생산 요구 사항을 완벽하게 충족시킬 수 있다. 이 네 개 기업 중 세 곳은 원래 액체 질소를 사용했고, 한 곳은 극저온 공기 분리를 사용했다. 고장이 잦고 수리가 어렵기 때문에, 그들은 양자강 질소 설비로 전환하여 효과가 현저하다.

기업이 현장제질소를 채택하기로 결정하면 기술 요구 사항을 명확히 하고 공급업체에 대한 고찰과 종합 평가를 실시하여 가장 싼 것을 선택해야 한다.

5 결론

(1) 질소원에 대한 명확한 요구는 질소 공급 방식을 선택하기 위한 전제 조건이다.

(2) 각종 질소원의 특성에 익숙해지는 것이 질소 공급 방식을 선택하는 기초이다.

(3) 질소량이 30 nm3/h 이상일 때 현장제질소를 선택하는 것이 더 경제적이며, 기량이 클수록 효율이 두드러진다.

(4) 질소 소비량이 500 nm3/h 미만인 경우 PSA 고순질소 발생기가 현장에서 가장 좋은 선택이다.

참고 자료:

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