工業氣體是指氧、氮、氬、氖、氦、氪、氙、氫、二氧化碳、乙炔、天然氣等。由于這些氣體具有固有的物理和化學特性,因此在國民經濟中占有舉足輕重的地位,推廣應用速度非?,幾乎滲透到各行各業。
工業氣體用量最多的傳統產業有:煉鋼、煉鐵、有色金屬冶煉、化肥生產、乙稀、丙稀、聚氯乙稀、人造纖維、合成纖維、硅膠橡制品、電纜和合成革 等石油化學工業、機械工業中的焊接,金屬熱處理、氦扦漏等,浮法玻璃生產等。由于這些傳統產業在近幾年發展迅速,工業氣體的用量也達到高峰。
工業氣體用量正在掘起的產業有:煤礦滅火 、石油開采、煤氣化和煤液化,玻璃熔化爐、水泥生產窯、耐火材料生產窯,磚瓦窯等工業爐窯、食品速凍,食品氣調包裝、啤酒保鮮、光學、國防工業中的燃料、超導材料生產、電子、半導體、光纖生產、農業、畜牧業、魚業、廢水處理、漂白紙漿、垃圾焚燒、粉碎廢舊輪胎等環保產業、建筑、氣象、文化、文物保護、體育運動、公安破案、醫療保健產業中的冷刀、重危病人吸氧、高壓氧冶療、人體器管低溫冷藏 、麻醉技術及氧吧等。
工業氣體應用正在試驗中的產業有:固體氮生產,燃料電池生產,磁性材料生產,超細加工,天然氣發電,壓縮天然氣汽車,氫能汽車生產等。
--- 鋼鐵工業中的應用------------
吹氧煉鋼: 吹氧煉鋼,已為各國普遍采用,成為鋼鐵工業飛躍發展的一條重要途徑。吹氧煉鋼的主要方式有:轉爐純氧頂吹或底吹煉鋼、電孤爐煉鋼和平爐煉鋼。轉爐煉鋼每噸鋼耗氧50~60m3;電孤爐煉鋼每噸鋼耗氧10~25m3;平爐煉鋼每噸鋼耗耗氧20~40m3。1993年世界各國或地區各種煉鋼法所占的比例(%),其中中國:轉爐鋼是63.8%(美國為61.8%,日本為68.8%,盧森堡為100%,奧地利為90.1%)、電弧爐鋼為21.8%(美國為38.2%,日本為31.2%,奧地利為9.9%)、平爐鋼為14.2%(美、日、奧均為0)、其他鋼為0.2%(美、日、奧均為0)。世界:轉爐59.4%,電弧爐31.0%,平爐9.6%,其他0.1%。進入90年代,電爐短流程技術在世界蓬勃發展,F代化大型電爐采用了各種強化供氧技術,提高生產效率和降低電耗。和30年前相比,電爐的冶煉周期從210min降低到55min,冶煉電耗從650kWh/t降低到350kWh/t,而氧氣的用量從8m3/t增加到35~60m3/t。煉鋼用氧要求氧氣純度達到99.6%,避免鋼水吸氧,一般要求總管壓力大于2MPa,工作壓力大于1.2MPa,氣體要求清潔,無水無油。此外,軋鋼每噸鋼耗氧3~6m3、鋼材加工、連鑄坯火焰切割,火焰清除、爐襯火焰每噸鋼耗氧11.4~14.2m3。
高爐富氧噴煤煉鐵: 高爐富氧噴煤煉鐵可提高利用系數和降低焦比。1991年3月12至5月24日,首鋼公司在1號高爐進行了高富氧大噴煤試驗,最高富氧率達5.5%,鼓風中每富氧1%,可增產2.5%~3.0%,試驗期55天,共增產生鐵1.17萬噸;每富氧1%,可提高煤氣熱值1.28%~2.00%,相當于使用風溫升高32~79℃。鞍鋼2號高爐富氧噴煤冶煉試驗(1992年3月~1993年3月),氧氣由鞍鋼氧氣廠提供,氣量10000~12000m3/h,純度99.5%,壓力1.2~1.6MPa(進入高爐冷風前減壓至0.6MPa)。為安全,系統安裝了氮和均壓設施,冶煉結果,富氧鼓風以后,平均每富氧1%,可增產2.27%,溫度升高35℃,噸鐵成本降低6.91元。1993年12月14~15日,冶金部科技司組織鑒定,當富氧到24.71%時,噴煤量達到161kg/t,入爐焦比降到407kg/t,綜合焦比降到536kg/t。
熔融還原煉鐵:21世紀,對鋼鐵工業發展的基本要求是消除環境污染。為根本改變鋼鐵工業的污染現狀,許多發達國家紛紛投入巨資開發熔融還原煉鐵技術。熔融還原采用純氧燃燒煤,代替焦炭煉鐵。同時,產生大量高熱值潔凈煤氣,作為能源輸出。 韓國浦項鋼鐵公司已向奧鋼聯訂購一套年產60~70萬噸鐵水的COREX熔融還原爐裝置(C-2000型,日產2000噸鐵),已于1995年12月投產。與傳統的高爐工藝路線相比,COREX設備鐵水成本降低30%,SO2發散量減少94%,NOx減少78%,灰塵減少97%。
在寧波也用熔融還原煉鐵法,擬采用2套C-2000型COREX裝置,煉鐵-復吹轉爐-薄板坯連鑄軋-冷連軋全部流程,總投資126億元。年設計產鋼160萬噸。據概算,若采用球團礦方案,需配62000m3/h空分設備兩套;如為塊礦方案,需配71000m3/h空分設備兩套。技術指標:氧耗580m3/t鐵,2×600型豎爐需氮氣700m3/t鐵。高爐富氧煉鐵用氧,對氧純度要求可放低到92~95‰。
全氧高爐煉鐵: 前蘇聯莫斯科鋼鐵研究總所,1033m3高爐上進行100%使用氧氣試驗,將煤氣在熱風爐蓄熱室預熱,然后代替通常的熱風吹入高爐,接著在每個風口噴入氧氣。這一工藝在1985~1990年間試驗了12次,生產鐵水25萬噸。在一次試驗中,焦比達3677kg/t鐵水,用氧2517kg/t鐵水,日產含2.2%Si的鐵水1700噸。
氮氣在鋼鐵廠的應用
主要是用作保護氣,如軋鋼、鍍鋅、鍍鉻、熱處理(尤為薄鋼片)連續鑄造等都要用氮氣作保護氣,而且氮氣純度要求99.99%以上。
氧、氮、氬是煉鋼企業不可缺少的工業氣體,據天津鋼管公司介紹,公司自產二次能源消耗為:氧氣年耗量2046m3,其中電爐工藝用氧約占79.2%,連鑄切割用氧約占6.1%,廢鋼切割用氧約占5.9%,其它用氧約占8.8%;氮氣年耗量2141萬m3,其中直接還原鐵保護用氮約80.2%,冶煉工藝用氮約15.3%,石灰窯和動力用氮約4.5%;氬氣年耗量29.4萬m3,全部用于煉鋼,其中冶煉用氬61.8%,連鑄用氬38.2%。
據報導,目前煉鐵、煉鋼、軋鋼的綜合氧耗已達100~140m3/t,氮耗80~120m3/t,氬耗3~4m3/t。
爐外精煉:煉鋼、連鑄生產企業面臨的首要任務是提高鋼的質量,擴大品種,而爐外精煉工藝則是關鍵,尤其是對生產高級別鋼種和高附加值產品及提高其競爭力具有重要作用。鋼液的爐外精煉是把一般煉鋼中要完成的精煉任務,如脫硫、脫氧、除氣、去除非金屬夾雜物、調整鋼的萬分和鋼液溫度等,移到爐外的"鋼包"或者專用的容器中進行。爐外精煉工藝與工業氣體的使用密切相關,一般可分為真空精煉法和非真空精煉法。
真空精煉法包括:
(1)真空吹氬法(2)真空吹氧脫碳精煉法(3)強攪拌真空吹氧脫碳精煉法(4)轉爐真空吹氧脫碳法非真空精煉法包括:(1)氬氧爐脫碳精煉法(2)氣氧爐脫碳精煉法(3)鋼包吹氬法(4)密封吹氬法(5)帶蓋鋼包吹氬法
富氧在有色全屬熔煉工業上的應用
富氧煉銅: 日本玉野冶煉廠,從1981年開始吹氧煉銅,使生產力提高30%以上,美國英倫西冶煉廠,1982年開始進行吹氧煉銅,使燃料節省50%。美國Wotrerine銅冶煉廠,采用29%富氧,節約燃料30%。我國安徽銅陵第二冶煉廠在10.5m3密閉鼓風爐上改用28%的富氧空氣。床能率提高45%。日本點島冶煉廠,1991年投運23萬t/d陽極銅爐,建有8650m3/h空分設備,國內最大的煉銅基地--江西貴溪冶煉廠,為將日本往友的閃速爐改為富氧熔煉。內蒙包關銅廠,使氧含量提高量28%,沒有排放,二氧化碳濃度增高,每天提高銅產量1130噸,硫酸成本降低30%。
富氧煉鉛:澳大利亞MTM公司建一座ISA法煉鉛廠,1991年12月投產,規模為年產鉛6萬噸,采用富氧空氣熔煉,27%O2,流量7.1m3/s,壓力135kPa。再ISA法煉銅廠,1992年投產一座18萬t/a銅爐,配一套525t/d(約15400m3/h)制氧機。我國甘肅白銀西北鉛鋅冶煉廠,將在鉛鋅冶煉中應用氧氣。
富氧煉白銀: