工业气体在国民经济中的应用知识二

（主讲者：严寿鹏 中国气体分离设备商务网 高级工程师）

钢铁工业中的应用

    吹氧炼钢：吹氧炼钢，已为各国普遍采用，成为钢铁工业飞跃发展的一条重要途径。吹氧炼钢的主要方式有：转炉纯氧顶吹或底吹炼钢、电孤炉炼钢和平炉炼钢。转炉炼钢每吨钢耗氧50~60m³；电孤炉炼钢每吨钢耗氧10~25m³；平炉炼钢每吨钢耗耗氧20~40m³。1993年世界各国或地区各种炼钢法所占的比例（%），其中中国：转炉钢是63.8%（美国为61.8%，日本为68.8%，卢森堡为100%，奥地利为90.1%）、电弧炉钢为21.8%（美国为38.2%，日本为31.2%，奥地利为9.9%）、平炉钢为14.2%（美、日、奥均为0）、其他钢为0.2%（美、日、奥均为0）。世界：转炉59.4%，电弧炉31.0%，平炉9.6%，其他0.1%。进入90年代，电炉短流程技术在世界蓬勃发展。现代化大型电炉采用了各种强化供氧技术，提高生产效率和降低电耗。和30年前相比，电炉的冶炼周期从210min降低到55min，冶炼电耗从650kWh/t降低到350kWh/t，而氧气的用量从8m³/t增加到35~60m³/t。炼钢用氧要求氧气纯度达到99.6%，避免钢水吸氧，一般要求总管压力大于2MPa，工作压力大于1.2MPa，气体要求清洁，无水无油。

    此外，轧钢每吨钢耗氧3~6m³、钢材加工、连铸坯火焰切割，火焰清除、炉衬火焰每吨钢耗氧11.4~14.2m³。

    高炉富氧喷煤炼铁：高炉富氧喷煤炼铁可提高利用系数和降低焦比。1991年3月12至5月24日，首钢公司在1号高炉进行了高富氧大喷煤试验，最高富氧率达5.5%，鼓风中每富氧1%，可增产2.5%~3.0%，试验期55天，共增产生铁1.17万吨；每富氧1%，可提高煤气热值1.28%~2.00%，相当于使用风温升高32~79℃。

    鞍钢2号高炉富氧喷煤冶炼试验（1992年3月~1993年3月），氧气由鞍钢氧气厂提供，气量10000~12000m³/h，纯度99.5%，压力1.2~1.6MPa（进入高炉冷风前减压至0.6MPa）。为安全，系统安装了氮和均压设施，冶炼结果，富氧鼓风以后，平均每富氧1%，可增产2.27%，温度升高35℃，吨铁成本降低6.91元。1993年12月14~15日，冶金部科技司组织鉴定，当富氧到24.71%时，喷煤量达到161kg/t，入炉焦比降到407kg/t，综合焦比降到536kg/t。

    熔融还原炼铁：21世纪，对钢铁工业发展的基本要求是消除环境污染。为根本改变钢铁工业的污染现状，许多发达国家纷纷投入巨资开发熔融还原炼铁技术。熔融还原采用纯氧燃烧煤，代替焦炭炼铁。同时，产生大量高热值洁净煤气，作为能源输出。

    韩国浦项钢铁公司已向奥钢联订购一套年产60~70万吨铁水的COREX熔融还原炉装置（C—2000型，日产2000吨铁），已于1995年12月投产。与传统的高炉工艺路线相比，COREX设备铁水成本降低30%，SO₂发散量减少94%，NO_x减少78%，灰尘减少97%。

    宁波北仑钢厂，也用熔融还原炼铁法，拟采用2套C—2000型COREX装置，炼铁—复吹转炉—薄板坯连铸轧—冷连轧全部流程，总投资126亿元。年设计产钢160万吨。据概算，若采用球团矿方案，需配62000m³/h空分设备两套；如为块矿方案，需配71000m³/h空分设备两套。技术指标：氧耗580m³/t铁，2×600型竖炉需氮气700m³/t铁。高炉富氧炼铁用氧，对氧纯度要求可放低到92~95‰。全氧高炉炼铁：前苏联莫斯科钢铁研究总所，1033m³高炉上进行100%使用氧气试验，将煤气在热风炉蓄热室预热，然后代替通常的热风吹入高炉，接着在每个风口喷入氧气。这一工艺在1985~1990年间试验了12次，生产铁水25万吨。在一次试验中，焦比达3677kg/t铁水，用氧2517kg/t铁水，日产含2.2%Si的铁水1700吨。

    氮气在钢铁厂的应用：主要是用作保护气，如轧钢、镀锌、镀铬、热处理（尤为薄钢片）连续铸造等都要用氮气作保护气，而且氮气纯度要求99.99%以上。

    氩的化学情性被用于特种金属的冶炼：锂、铍、铀、钚、钍、钛、锆、铪、铌、钽等原子核及空间工业方面所需的稀有金属进行还原反应时，要用氩气作环境气体。半导体材料硅、锗的精炼和单晶的制备过程中，也要用氩气作环境气体，以保护结晶成长。

    炼钢过程也要用氩：如向熔融的钢水中吹入氩气，使成份均匀，钢液净化，并可除掉溶解在钢水中的氢、氧、氮等杂质，提高钢坯质量。吹氩还可以取消还原期，缩短冶炼时间，提高产量，节约电能等。

    氩气吹炼和保护是提高钢材质量的重要途径，我国已有不少钢厂采用。据介绍，氩气耗量为1~3m³吨钢。

    氧、氮、氩是炼钢企业不可缺少的工业气体，据天津钢管公司介绍，公司自产二次能源消耗为：氧气年耗量2046m³，其中电炉工艺用氧约占79.2%,连铸切割用氧约占6.1%,废钢切割用氧约占5.9%,其它用氧约占8.8%；氮气年耗量2141万m³，其中直接还原铁保护用氮约80.2%,冶炼工艺用氮约15.3%,石灰窑和动力用氮约4.5%；氩气年耗量29.4万m³,全部用于炼钢,其中冶炼用氩61.8%,连铸用氩38.2%。

    据报导，目前炼铁、炼钢、轧钢的综合氧耗已达100~140m³/t，氮耗80~120m³/t，氩耗3~4m³/t。

    炉外精炼：炼钢、连铸生产企业面临的首要任务是提高钢的质量，扩大品种，而炉外精炼工艺则是关键，尤其是对生产高级别钢种和高附加值产品及提高其竞争力具有重要作用。钢液的炉外精炼是把一般炼钢中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的万分和钢液温度等，移到炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。炉外精炼工艺与工业气体的使用密切相关，一般可分为真空精炼法和非真空精炼法。真空精炼法包括：（1）真空吹氩法（2）真空吹氧脱碳精炼法（3）强搅拌真空吹氧脱碳精炼法（4）转炉真空吹氧脱碳法非真空精炼法包括：（1）氩氧炉脱碳精炼法（2）气氧炉脱碳精炼法（3）钢包吹氩法（4）密封吹氩法（5）带盖钢包吹氩法