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摘要：针对现有硅钢生产线保护气体的运行使用情况，就新硅钢生产线建设保护气体的应用改进提出设想，以降低运行成本，提高生产效率，减少设备运行故障率。本文对硅钢机组退火时所需氮气用量、氮气成本、氢气用量、氢气成本、安全性、环保问题等作出了论述，可直接用于新硅钢生产线建设保护气体系统的设计与计算。
关键词：硅钢线保护气体；氮气成本；氢气用量；氢气成本；安全；环保
1 前言
众所周知，硅钢机组退火时需在还原性保护气氛中进行，保护气用的是氮气，还原气用的是氢气，炉内氢气比例约15%～20%，冷却时是在纯氮（氢含量小于1%）中进行，这样在不但能保证钢带在退火过程中不被氧化，而且，钢带本身的氧化和在无氧化炉中产生的微氧化都可以被还原。而氧化是对磁性能是有破坏的，所以保证退火炉的还原性是提高硅钢磁性能的一个重要方面。
氮气和氢气现在都是由气保站制取，氮气采用的是空气分离技术，氢气是用氨分解技术，现对其成本和安全环保方面进行分析。
2 氮气
2.1 氮气用量
现机组使用氮气用量每小时约为1000～1200标准立方米，现按1000标准立方米计算。在标准状态下，氮气的密度为1.25kg/m3，即每小时约1000*1.25/1000=1.25吨。
如果要全部采用液氮，则每天用液氮量为30吨左右，厂家最多能提供的液氮车为100吨，即每约3天需更换一台液氮车。
2.2 氮气成本
氮气成本主要是电、维护和氢气。
生产氮气时，2台空压机不足，3台空压机有空载运行（机组需要压缩空气），现按3台空压机计算；氮气纯化处所有功率约30kw，則制氮所需功率约为160*3+30=510kw，加上其他辅助，每小时算550度电，成本约550*0.8=440元。
空压机每4000小时维护保养一次，每维护保养一次的费用约8500元，换算成小时成本为：8500元/台*3台/4000=6.38元；维修成本及人工成本每月约2万元，换算成小时成本为20000/30/24=27.78元，即保养、维护及人工成本约6.38+27.78=34.16元/小时。
氮气纯化时用氢气20Nm3/h，成本约72元/小时。
综合以上成本，制氮每小时的成本为440+34.16+72=546.16元，而每小时生产用氮气约为1.25吨，即我公司制取氮气成本为546.16/1.25≈436.93元/吨。
现采购成本价为800元/吨，厂家说如果供应量这么大，可以考虑价格降至550元/吨左右，比自己生产稍高。
可以计算一下，每天多的费用：（550-436.93）*24=2713.68元，每月按25天计算，多的费用为2713.68*25=6.78万元。
2.3 观点
制氮设备运转过程中比较平稳，即使出现故障，也可以马上切换为事故氮，以保证机组的生产，所以氮气可以仍由制氮机组制造。
3 氢气
3.1 氢气用量
现机组使用氨分解气用量每小时约为130 Nm3/h，其中含75%的氢气，即氢气用量约为100 Nm3/h，在标准状态下，氢气的密度为0.0899kg/m3，以下计算按0.09 kg/m3计算，即每小时约100*0.09=9kg，每天为9*24=216kg，每月按25天计算，用量为216*25=5400kg。
3.2 氢气成本
氢气成本主要由两部分组成，一是液氨，二是电，每小时生产9kg氢气需要液氨51kg，成本为170元，电约160度，成本130元，共每小时成本约300元，产气100立方米，300/100=3元/ Nm3；提纯时损失约5%，计0.15元/ Nm3；维护成本约每月约5000元（包括维修、安全检测、冷却水等），折合0.08元/ Nm3；再生时要用约100 Nm3的氮气，计0.54元/ Nm3；共计3.77元/ Nm3。
现厂家报价为3.6元/ Nm3，加上租车约15000元，平均价格为3.85元，与我们生产成本基本执平。每车能运送4500 Nm3的氢气，氮气若采购，则可以用2.5天，氮气若自己制造，则可以用2天。
4 安全性
4.1 硅钢一号线液氨罐体压力的安全
制氢过程使用的液氨，是利用其挥发的压力进入分解炉，越使用液氨的压力越低，同时，液氨罐体较大，为50m3，但平时储存量小，约为10～15m3左右，在生产期间，液氨罐的压力较低，有时甚至过低，需淋水加速氨气的挥发，所以在生产期间，液氨罐的压力是安全的。液氨罐的设计正常工作压力为1.8MPa，在生产期间压力为0.4～0.5MPa，远低于工作压力。
在山力公司时，由于液氨罐相对小些，消耗也小一些，每到夏天压力会升到1.5～1.6MPa，而且需要不停淋冷水才能保持，很让人担心。而我公司由于液氨罐大，即使在夏天停产期间，压力最大也只到过1.2MPa，相对比较安全。
4.2 国家对液氨管理的新动向及带来的相应改变
在2015年，国家加大对液氨的管理，要求所有液氨罐必须小于10m3，则充装最多8m3，罐底至少需留3m3，即每次充装约5m3，液氨密度为0.617t/m3，重量约为3吨，产线用液氨每天约1.5吨，即需两天充装一次。
更重要的是，当罐体小了后，夏天在停产期间，罐体压力会剧激升高，可能会出现像山力公司的状态，那就比较危险了。
4.3 其他安全问题
液氨毕竟是危险物品，是环保部门及安全部门重点监管的对象，超过一定量后还必须报备为重大危险源。采用液氨在安全和环保方面有较大的风险。
4.4 环保问题
除了非正常状态时，环保存在大的风险外，液氨在分解过程中，约为5%的损失，这些损失是直接排放到大气中的，如果环保部门进行监测，肯定是超标的，如果要收集起来，将又要投资设备。
4.5制氢设备的安全性
氢气的渗透性很强，也就是很难做到完全密封，不可避免的会有泄露，而制氢过程中阀门和管理特别多，从而带来一定的安全隐患，厂房设计时也更复杂。
5 制氢设备异常时对机组的影响
硅钢机组的生产必须在还原性气氛中进行，一旦制氢设备出来问题，机组的还原性气氛消失，将无法进行生产，已在机组上的产品也将成为废品。同时，氮气的除氧也是靠氢气，一旦没有氢气，氮气也将不合格，只能更换为事故氮（即液氮），如果发现不及时，氮气里氧气未除干净，整个炉都会有氧，同时也有氢气，将是非常危险的。
5.1 观点
从液氨的运输、储存到制氢设备运转过程中的确存在一些危险因素，且生产运行过程中维修和管理成本也较高，同时，一旦制氢设备发生问题，整个机组将无法生产。现广东地区共有四家氢气生产厂家，有选择和备用的余地，所以个人认为采购氢气是可行和划算的。
5.2 特别说明
成本计算时未包含氢气机组出故障导致机组产生不合格品和停机的费用。
参考文献：
[1]中华人民共和国标准，GB/T3655-92 电工钢片（带）磁、电和物理性能测量方法
[2]中华人民共和国标准，GB/T13789-92 单片电工钢片（带）磁性能测量方法
[3]温彤，贾朋举，方刚，等.连续变截面薄板的塑性变形特点及冲压成型性能[J].热加工工艺，2010，39（23：107-109.）
作者简介：
陆正谊，工程师。
关键词：硅钢线保护气体；氮气成本；氢气用量；氢气成本；安全；环保
1 前言
众所周知，硅钢机组退火时需在还原性保护气氛中进行，保护气用的是氮气，还原气用的是氢气，炉内氢气比例约15%～20%，冷却时是在纯氮（氢含量小于1%）中进行，这样在不但能保证钢带在退火过程中不被氧化，而且，钢带本身的氧化和在无氧化炉中产生的微氧化都可以被还原。而氧化是对磁性能是有破坏的，所以保证退火炉的还原性是提高硅钢磁性能的一个重要方面。
氮气和氢气现在都是由气保站制取，氮气采用的是空气分离技术，氢气是用氨分解技术，现对其成本和安全环保方面进行分析。
2 氮气
2.1 氮气用量
现机组使用氮气用量每小时约为1000～1200标准立方米，现按1000标准立方米计算。在标准状态下，氮气的密度为1.25kg/m3，即每小时约1000*1.25/1000=1.25吨。
如果要全部采用液氮，则每天用液氮量为30吨左右，厂家最多能提供的液氮车为100吨，即每约3天需更换一台液氮车。
2.2 氮气成本
氮气成本主要是电、维护和氢气。
生产氮气时，2台空压机不足，3台空压机有空载运行（机组需要压缩空气），现按3台空压机计算；氮气纯化处所有功率约30kw，則制氮所需功率约为160*3+30=510kw，加上其他辅助，每小时算550度电，成本约550*0.8=440元。
空压机每4000小时维护保养一次，每维护保养一次的费用约8500元，换算成小时成本为：8500元/台*3台/4000=6.38元；维修成本及人工成本每月约2万元，换算成小时成本为20000/30/24=27.78元，即保养、维护及人工成本约6.38+27.78=34.16元/小时。
氮气纯化时用氢气20Nm3/h，成本约72元/小时。
综合以上成本，制氮每小时的成本为440+34.16+72=546.16元，而每小时生产用氮气约为1.25吨，即我公司制取氮气成本为546.16/1.25≈436.93元/吨。
现采购成本价为800元/吨，厂家说如果供应量这么大，可以考虑价格降至550元/吨左右，比自己生产稍高。
可以计算一下，每天多的费用：（550-436.93）*24=2713.68元，每月按25天计算，多的费用为2713.68*25=6.78万元。
2.3 观点
制氮设备运转过程中比较平稳，即使出现故障，也可以马上切换为事故氮，以保证机组的生产，所以氮气可以仍由制氮机组制造。
3 氢气
3.1 氢气用量
现机组使用氨分解气用量每小时约为130 Nm3/h，其中含75%的氢气，即氢气用量约为100 Nm3/h，在标准状态下，氢气的密度为0.0899kg/m3，以下计算按0.09 kg/m3计算，即每小时约100*0.09=9kg，每天为9*24=216kg，每月按25天计算，用量为216*25=5400kg。
3.2 氢气成本
氢气成本主要由两部分组成，一是液氨，二是电，每小时生产9kg氢气需要液氨51kg，成本为170元，电约160度，成本130元，共每小时成本约300元，产气100立方米，300/100=3元/ Nm3；提纯时损失约5%，计0.15元/ Nm3；维护成本约每月约5000元（包括维修、安全检测、冷却水等），折合0.08元/ Nm3；再生时要用约100 Nm3的氮气，计0.54元/ Nm3；共计3.77元/ Nm3。
现厂家报价为3.6元/ Nm3，加上租车约15000元，平均价格为3.85元，与我们生产成本基本执平。每车能运送4500 Nm3的氢气，氮气若采购，则可以用2.5天，氮气若自己制造，则可以用2天。
4 安全性
4.1 硅钢一号线液氨罐体压力的安全
制氢过程使用的液氨，是利用其挥发的压力进入分解炉，越使用液氨的压力越低，同时，液氨罐体较大，为50m3，但平时储存量小，约为10～15m3左右，在生产期间，液氨罐的压力较低，有时甚至过低，需淋水加速氨气的挥发，所以在生产期间，液氨罐的压力是安全的。液氨罐的设计正常工作压力为1.8MPa，在生产期间压力为0.4～0.5MPa，远低于工作压力。
在山力公司时，由于液氨罐相对小些，消耗也小一些，每到夏天压力会升到1.5～1.6MPa，而且需要不停淋冷水才能保持，很让人担心。而我公司由于液氨罐大，即使在夏天停产期间，压力最大也只到过1.2MPa，相对比较安全。
4.2 国家对液氨管理的新动向及带来的相应改变
在2015年，国家加大对液氨的管理，要求所有液氨罐必须小于10m3，则充装最多8m3，罐底至少需留3m3，即每次充装约5m3，液氨密度为0.617t/m3，重量约为3吨，产线用液氨每天约1.5吨，即需两天充装一次。
更重要的是，当罐体小了后，夏天在停产期间，罐体压力会剧激升高，可能会出现像山力公司的状态，那就比较危险了。
4.3 其他安全问题
液氨毕竟是危险物品，是环保部门及安全部门重点监管的对象，超过一定量后还必须报备为重大危险源。采用液氨在安全和环保方面有较大的风险。
4.4 环保问题
除了非正常状态时，环保存在大的风险外，液氨在分解过程中，约为5%的损失，这些损失是直接排放到大气中的，如果环保部门进行监测，肯定是超标的，如果要收集起来，将又要投资设备。
4.5制氢设备的安全性
氢气的渗透性很强，也就是很难做到完全密封，不可避免的会有泄露，而制氢过程中阀门和管理特别多，从而带来一定的安全隐患，厂房设计时也更复杂。
5 制氢设备异常时对机组的影响
硅钢机组的生产必须在还原性气氛中进行，一旦制氢设备出来问题，机组的还原性气氛消失，将无法进行生产，已在机组上的产品也将成为废品。同时，氮气的除氧也是靠氢气，一旦没有氢气，氮气也将不合格，只能更换为事故氮（即液氮），如果发现不及时，氮气里氧气未除干净，整个炉都会有氧，同时也有氢气，将是非常危险的。
5.1 观点
从液氨的运输、储存到制氢设备运转过程中的确存在一些危险因素，且生产运行过程中维修和管理成本也较高，同时，一旦制氢设备发生问题，整个机组将无法生产。现广东地区共有四家氢气生产厂家，有选择和备用的余地，所以个人认为采购氢气是可行和划算的。
5.2 特别说明
成本计算时未包含氢气机组出故障导致机组产生不合格品和停机的费用。
参考文献：
[1]中华人民共和国标准，GB/T3655-92 电工钢片（带）磁、电和物理性能测量方法
[2]中华人民共和国标准，GB/T13789-92 单片电工钢片（带）磁性能测量方法
[3]温彤，贾朋举，方刚，等.连续变截面薄板的塑性变形特点及冲压成型性能[J].热加工工艺，2010，39（23：107-109.）
作者简介：
陆正谊，工程师。