氩是目前工业上应用很广的稀有气体。它的性质十分不活泼,既不能燃烧,也不助燃。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门,对特殊金属,例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时,往往用氩作为焊接保护气,防止焊接件被空气氧化或氮化。
在金属冶炼方面,氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施,每炼1t钢的氩气消耗量为1~3m3。此外,对钛、锆、锗等特殊金属的冶炼,以及电子工业中也需要用氩作保护气。
在空气中含有的0.932%的氩,沸点在氧、氮之间,在空分装置上塔的中部含量最高,叫氩馏分。在分离氧、氮的同时,将氩馏分抽出,进一步分离提纯,也可得到氩副产品。对全低压空分装置,一般可将加工空气中30%~35%的氩作为产品获得(最新流程已可将氩的提取率提高到80%以上);对中压空分装置,由于膨胀空气进下塔,不影响上塔的精馏过程,氩的提取率可达60%左右。但是,小型空分装置总的加工空气量少,所能生产的氩气量有限,是否需要配置提氩装置,要视具体情况确定。
氩气为惰性气体,对人体无直接危害。但是,如果工业使用后,产生的废气则对人体危害很大,会造成矽肺、眼部损坏等情况。
虽然是惰性气体,同时也是窒息性气体,大量吸入会产生窒息。生产场所要通风,并且,从事与氩气有关的技术人员,每年定期进行职业病体检,确保身体健康。
氩本身无毒,但在高浓度时有窒息作用。当空气中氩气浓度高于33%时就有窒息的危险。当氩气浓度超过50%时,出现严重症状,浓度达到75%以上时,能在数分钟内死亡。液氩可以伤皮肤,眼部接触可引起炎症。
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
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%,NOx减少78%,灰尘减少97%。
在宁波使用熔融还原炼铁法,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。
富氧炼铜
日本玉野冶炼厂,从1981年开始吹氧炼铜,使生产力提高30%以上,美国英伦西冶炼厂,1982年开始进行吹氧炼铜,使燃料节省50%。美国Wotrerine铜冶炼厂,采用29%富氧,节约燃料30%。我国安徽铜陵第二冶炼厂在10.5m3密闭鼓风炉上改用28%的富氧空气。床能率提高45%。日本点岛冶炼厂,1991年投运23万t/d阳极铜炉,建有8650m3/h空分设备,国内最大的炼铜基地--江西贵溪冶炼厂,为将日本往友的闪速炉改为富氧熔炼。内蒙包关铜厂,使氧含量提高量28%,没有排放,二氧化碳浓度增高,每天提高铜产量1130吨,硫酸成本降低30%。
富氧炼铅
澳大利亚MTM公司建一座ISA法炼铅厂,1991年12月投产,规模为年产铅6万吨,采用富氧空气熔炼,27%O2,流量7.1m3/s,压力135kPa。再ISA法炼铜厂,1992年投产一座18万t/a铜炉,配一套525t/d(约15400m3/h)制氧机。我国甘肃白银西北铅锌冶炼厂,将在铅锌冶炼中应用氧气。
富氧炼白银
甘肃白银有色金属公司冶炼厂,在白银炉上采用富氧熔炼,使日处理炉科量增加了56%
富氧炼铝
日本三井氧化铝制造公司试验高炉炼铝技术,始于1975年,到1980年已在实验室制得纯度99.9%的高纯铝,1981年11月20日获准日本专利。高炉炼铝所用的热风,最好用纯氧,也可使用富氧空气,即在空气中加入4%以上的氧。富氧空气经热风炉预热,从高炉下部第一风口喷入。到1984年,已完成1m3实验炉和喷吹能力为每小时喷吹240公斤粉煤以及每小时可将100m3氧气预热到500℃的预热设备。计划1987年达到半工业性设备的生产。