Использование продуктов, получаемых на кислородных станциях

Начало широкого применения кисло­рода в сталеплавильном производстве относится к концу 40-х годов XX в. К этому времени относится и развитие методов получения кислорода в масш­табах, удовлетворяющих потребности металлургов.

Основным способом получения кислорода в современной технике яв­ляется метод разделения воздуха через стадию его сжижения (методом глубо­кого охлаждения). Сначала воздух сжи­мается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, рас­ширяется в машине-детандере или дроссельном вентиле, в результате чего, охлаждаясь до температуры ниже —180 °С, превращается в жидкий воздух'. Дальнейшее разделение жидкого воздуха основано на различии темпе­ратуры кипения его компонентов: кислорода —182,9 ºС и азота —195,8 ºС. При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преиму­щественно азот, а остающаяся жид­кость все более обогащается кислоро­дом. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных ко­лонн, получают жидкий кислород нужной чистоты (концентрации). В зависимости от чистоты получаемый продукт (в жидком или газообразном виде) принято делить на технологичес­кий кислород (95—98 % О₂), техничес­кий (до 99,9 % О₂) и медицинский (практически без примесей).

В тех случаях, когда особая чистота кислорода не требуется (например, для интенсификации горения топли­ва), экономически целесообразнее ис­пользовать более дешевый технологи­ческий кислород.

Помимо кислорода и азота в воздухе содержится аргон (объемная концент­рация аргона в воздухе 0,93 %). Темпе­ратура кипения аргона - 185,9 °С; он также может быть выделен в процессе ректификации. Азот и аргон являются как бы побочными продуктами при производстве кислорода, но причис­лить их к отходам в настоящее время нельзя. По мере развития технологий сталеплавильных процессов газооб­разные аргон и азот находят все новые и новые области применения (для пе­ремешивания жидкого металла, для предохранения его от повторного окисления при разливке², для интенсификации процесса обезуглерожива­ния и т. д.).

¹ Детандер (от. фр. detendre — уменьшать давление). Наиболее распространен реактив­ный одноступенчатый центростремительный детандер, разработанный нашим соотече­ственником акад. П. Л. Капицей.

² Плотность аргона (1,78 кг/м³) несколько выше плотности воздуха; об этом необходи­мо помнить, используя аргон для защиты ме­талла от вторичного окисления при разливке (например, на вертикальных УНРС с заглуб­лением установки ниже пола цеха). Изолиро­ванные емкости постепенно могут оказаться заполненными аргоном (с вытеснением не­обходимого для дыхания кислорода).

Получение кислорода на кислород­ных станциях — процесс весьма энер­гоемкий (около 0,5 кВт • ч/м³ кислоро­да, а с учетом затрат на повышение давления и транспортировку — около 0,75 кВт • ч/м³), поэтому любое изме­нение в стоимости электроэнергии за­метно влияет на стоимость кислорода и соответственно на себестоимость стали. Для грубых расчетов можно принять средний расход кислорода на 1 т стали равным 50 м³ (несколько выше он будет в конвертерном произ­водстве и ниже — в электросталепла­вильном). Расход кислорода в некото­рых новых процессах жидкофазного восстановления существенно выше: 500—600 м³/т продукта.