二氧化碳在钢铁冶金流程应用研究

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摘要：本文就二氧化碳在钢铁冶金流程中的应用进行讨论，从多个角度入手对其应用研究现状展开分析，并对二氧化碳在该领域的未来应用进行展望，希望能够有效提升钢铁冶金领域对二氧化碳的应用水平，以此来推动相关技术的革新与进步，使钢铁冶金行业的可持续发展得到有效的保证。

关键词：二氧化碳；钢铁冶金流程；研究现状；展望

二氧化碳（CO2）属于弱养性气体，在常温状态下表现为无色无味，且具有较为稳定的化学性质，不助燃、没有毒性，但如果受到高温影响，就会出现相应的化学反应，也正因为CO2的这种特性，其在钢铁冶金领域得到了广泛的应用，将其作为资源在钢铁冶金流程当中进行有效的应用，不仅能够达到降低CO2排放量的目的，同时还能减少钢铁生产成本，并使其产品质量得到有效的提升，因此，有必要针对CO2在钢铁冶金流程当中的应用进行深入的研究。

1在高炉当中的应用

（1）在高炉风口部分喷吹。早在2010年开始，相关领域就开始针对高炉喷吹CO2的相关技术进行研究，通过向高炉进行CO2的喷吹，或喷吹含有CO2的废气能够在高炉炼铁过程中有效减少资源的消耗，同时降低CO2的排放量，避免在高炉炼铁工程中造成严重的污染问题，具体技术方案如下：在高炉鼓风部分将CO2或者是含有CO2的废气鼓入冷风管当中，在使用热风炉进行加热处理以后，经由热风管道在高炉风口部分完成喷吹，在高炉风口区域，高温的碳会与氧产生反应形成CO2，而带入的CO2或后产生的CO2会再次与炭产生反应，从而得出CO，能够在高炉冶炼当中作为还原剂使用。（2）作为喷煤载气进行应用。在2011年国内相关人员又提出以CO2作为传输介质用于高炉喷煤的想法，而高炉喷煤主要是将烟煤粉、无烟煤或者是混合煤粉经过高炉风口直接喷吹到炉内，以此来对焦炭进行取代，从而达到提供热量和充当还原剂的目的。将CO2作为传输介质以后，不仅煤粉当中蕴含的碳会在风口区域与富集的CO2进行反应，同时还会与鼓风中的氧气进行反应，在此过程中，需要对富氧量以及喷煤量进行科学的调整，确保配比的科学性，以此来保证煤粉能够在风口前进行充分的燃烧。 

2在转炉当中的应用

（1）转炉顶吹二氧化碳。相比于纯氧，在炼钢过程中使用CO2作为氧化剂时，由于在参与熔池反应过程中CO2会产生微放热或吸热反应，反应之后的热效应不高，因此，可以按照一定比例对转炉进行顶吹CO2达到控制炼钢脱磷温度的目的，使脱磷反应能够获得相应的热学条件，而且，使用CO2参与反应能够生成较多的气体，对熔池搅拌操作具有一定的强化作用，从而使脱磷反应获得相应的力学条件。而相关研究人员在近些年当中对CO2在炼钢领域的应用进行了深入的研究，经过多年的研究，实现了CO2的转炉顶吹，通过转炉炼钢期间对CO2气体的顶吹技术研究，在氧气射流当中掺入了CO2气体，并在转炉底吹当中进行应用，在转炉以及感应炉当中实现了O2+CO2的混合喷吹。在研究中发现，对CO2进行顶底复吹能够使炼钢过程中产生的烟尘量有效减少，同时还能降低烟尘TFe质量分数以及炉渣铁损，改善了搅拌机控温效果，使脱磷率得到了很大的提升，此外，钢水氮质量分数也有所降低，对钢水质量的提升产生了积极的作用。（2）转炉底吹二氧化碳。国内研究人员对转炉炼钢流程中的CO2底吹工艺研究最早开始于上世纪70年代，在研究过程中发现CO2能够与熔池进行反应，而且在底吹搅拌能力上要高于N2和氩气，CO2与底吹N2/Ar型复吹转炉不同，并不会增加钢产品当中的氮，也不同于底吹CO2/CxHy型转炉，不会增加产品中的氢，相比于具有较高成本的氩气以及具有潜在危害的N2，CO2是一种非常好的代替品。在上世纪90年代，我国鞍钢的相关研究人员对顶底复吹转炉中的底吹CO2应用进行了深入的研究，发现可以在顶底复吹转炉当中应用CO2进行底吹，但需要在底吹气体当中混入适量的O2，避免在对CO2气体进行底吹的过程中，由于强烈冷却作用导致喷嘴出现堵塞现象，但在实际应用过程中，受到底吹砖寿命影响，这种技术未能得到全面的应用。在近几年当中，通过研究发现在转炉当中进行底吹CO2，能够使炉渣铁损有效降低，同时还能使熔池搅拌得到有效强化，并可以提升脱磷率，根据实验发现，在转炉当中进行底吹CO2具有较高的可行性，且炉底未发现明显的侵蚀现象。

3在精炼连铸流程中的应用

（1）电弧炉底吹搅拌。使用CO2对氩气加以取代进行底吹搅拌，能够使终点碳质量分数得到有效提升，同时会对少量的铬进行氧化，但对于氮、氧、锰等物质的质量分数并不会造成影响，而且运用CO2进行底吹能够使熔池搅拌被增强，提升炉渣碱度，并使其中的FeO质量分数有效降低，能够为电弧炉的脱硫操作提供相应的热学和动力学条件，使电弧炉获得更高的脱硫率，此外，高质量的熔池搅拌也能够对脱磷反应产生一定的促进作用。（2）连铸保护气。为了使连铸保护气应用氩气投入高以及应用CO2的相关工艺问题得到有效的解决，相关人员经过试验研究发现，将氩气换成CO2对浸入式水口密封进行保护时，有效提升了氮质量分数，而且使用CO2充当保护气，会使钢中的氧质量分数减少，使浇注得到有效的保护，对浇注保护前后钢产品中的气体进行分析可以发现，使用CO2进行连铸保护，能够减少浇注中的二次氧化问题。

4相关展望

随着科学技术的发展，CO2在钢铁冶金流程当中的应用技术将会得到进一步的完善，同时还能有效拓宽应用领域，使得钢铁冶金流程在CO2的用量不断提升，就目前我国的钢产量来看，以每年8亿t计算，每年冶金流程对CO2的回收利用量能够达到8000万t，而该数量将会随着技术的革新以及应用范围的扩大逐渐上涨，这将会对冶金工艺技术的发展产生巨大的推动作用，有利于钢铁冶金领域可持续发展目标的实现。

5结语

综上所述，将CO2应用在钢铁冶金流程当中，不仅能够降低资源消耗和污染问题，还能使钢铁冶金质量得到有效的提升，因此，钢铁冶金领域一定要对CO2的应用加强研究，不断提升自身的应用水平，使其能够在钢铁冶金领域发挥更大的作用。

参考文献：

[1]朱荣,毕秀荣,吕明.CO2在炼钢工艺的应用及发展[J].钢铁,2012(03).

作者：焦拴平 单位：甘肃酒钢（集团）宏兴钢铁股份有限公司不锈钢分公司