二氧化碳在炼钢流程的应用
针对钢铁工业 CO 2 排放量大的问题以及少(无)烟尘、深度脱磷、脱氮、控氧的绿色洁净炼钢的发展方向,2004 年研发团队提出将 CO 2 作为资源循环应用于炼钢过程,同时利用 CO 2 的高温特性解决现有冶金工艺存在的问题。经过根据十余年的研究发现,CO 2 是弱氧化性气体,在炼钢温度下与碳、硅、锰等元素可发生氧化反应,并伴随吸热或微放热效应,具有以下冶金功能:(1)利用 CO 2 参与炼钢反应的吸热效应,可将 2700-3000℃的顶吹氧气射流高温火点区降低至铁的沸点(2750℃)以下,减少了铁的蒸发量;(2)转炉炼钢前期硅、锰等元素的氧化使熔池迅速升温,难以满足低温高效脱磷的热力学条件,可通过喷吹 CO 2 控制熔池升温速率,延长低温脱磷时间,解决了长期困扰炼钢的脱磷不稳定、深脱磷难等问题;(3)与纯氧喷吹相比,CO 2 与钢中各元素反应均生成 CO,能够强化熔池搅拌,改善渣钢反应动力学条件,减少终点钢液过氧化,生产低氮/低磷/低氧钢种;(4)利用炼钢底吹 CO 2 的冷却效应,发明了 CO 2 控制“蘑菇头”生长与消除的动态平衡方法,可有效延长炼钢底吹元件寿命。在充分掌握 CO 2 高温弱氧化、强搅拌及冷却效应等冶金反应特性的基础上,研发团队提出在炼钢生产中采用 CO 2 代替部分顶吹 O 2 、底吹 CO 2 代替全部 N 2 /Ar进行 CO 2 -O 2 混合喷吹炼钢的工艺流程(见附件 1 工艺路线图),发明了具有自主知识产权的炼钢喷吹 CO 2 降尘、高效脱磷、脱氮/控氧及长寿底吹等系列技术,并完成了工业示范应用。
北京科技大学
2021-04-13