二氧化碳在鋼鐵冶金流程應(yīng)用研究

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摘要：本文就二氧化碳在鋼鐵冶金流程中的應(yīng)用進(jìn)行討論，從多個(gè)角度入手對(duì)其應(yīng)用研究現(xiàn)狀展開(kāi)分析，并對(duì)二氧化碳在該領(lǐng)域的未來(lái)應(yīng)用進(jìn)行展望，希望能夠有效提升鋼鐵冶金領(lǐng)域?qū)Χ趸嫉膽?yīng)用水平，以此來(lái)推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的革新與進(jìn)步，使鋼鐵冶金行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展得到有效的保證。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；鋼鐵冶金流程；研究現(xiàn)狀；展望

二氧化碳（CO2）屬于弱養(yǎng)性氣體，在常溫狀態(tài)下表現(xiàn)為無(wú)色無(wú)味，且具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，不助燃、沒(méi)有毒性，但如果受到高溫影響，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，也正因?yàn)镃O2的這種特性，其在鋼鐵冶金領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，將其作為資源在鋼鐵冶金流程當(dāng)中進(jìn)行有效的應(yīng)用，不僅能夠達(dá)到降低CO2排放量的目的，同時(shí)還能減少鋼鐵生產(chǎn)成本，并使其產(chǎn)品質(zhì)量得到有效的提升，因此，有必要針對(duì)CO2在鋼鐵冶金流程當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究。

1在高爐當(dāng)中的應(yīng)用

（1）在高爐風(fēng)口部分噴吹。早在2010年開(kāi)始，相關(guān)領(lǐng)域就開(kāi)始針對(duì)高爐噴吹CO2的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)向高爐進(jìn)行CO2的噴吹，或噴吹含有CO2的廢氣能夠在高爐煉鐵過(guò)程中有效減少資源的消耗，同時(shí)降低CO2的排放量，避免在高爐煉鐵工程中造成嚴(yán)重的污染問(wèn)題，具體技術(shù)方案如下：在高爐鼓風(fēng)部分將CO2或者是含有CO2的廢氣鼓入冷風(fēng)管當(dāng)中，在使用熱風(fēng)爐進(jìn)行加熱處理以后，經(jīng)由熱風(fēng)管道在高爐風(fēng)口部分完成噴吹，在高爐風(fēng)口區(qū)域，高溫的碳會(huì)與氧產(chǎn)生反應(yīng)形成CO2，而帶入的CO2或后產(chǎn)生的CO2會(huì)再次與炭產(chǎn)生反應(yīng)，從而得出CO，能夠在高爐冶煉當(dāng)中作為還原劑使用。（2）作為噴煤載氣進(jìn)行應(yīng)用。在2011年國(guó)內(nèi)相關(guān)人員又提出以CO2作為傳輸介質(zhì)用于高爐噴煤的想法，而高爐噴煤主要是將煙煤粉、無(wú)煙煤或者是混合煤粉經(jīng)過(guò)高爐風(fēng)口直接噴吹到爐內(nèi)，以此來(lái)對(duì)焦炭進(jìn)行取代，從而達(dá)到提供熱量和充當(dāng)還原劑的目的。將CO2作為傳輸介質(zhì)以后，不僅煤粉當(dāng)中蘊(yùn)含的碳會(huì)在風(fēng)口區(qū)域與富集的CO2進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)還會(huì)與鼓風(fēng)中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在此過(guò)程中，需要對(duì)富氧量以及噴煤量進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，確保配比的科學(xué)性，以此來(lái)保證煤粉能夠在風(fēng)口前進(jìn)行充分的燃燒。 

2在轉(zhuǎn)爐當(dāng)中的應(yīng)用

（1）轉(zhuǎn)爐頂吹二氧化碳。相比于純氧，在煉鋼過(guò)程中使用CO2作為氧化劑時(shí)，由于在參與熔池反應(yīng)過(guò)程中CO2會(huì)產(chǎn)生微放熱或吸熱反應(yīng)，反應(yīng)之后的熱效應(yīng)不高，因此，可以按照一定比例對(duì)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行頂吹CO2達(dá)到控制煉鋼脫磷溫度的目的，使脫磷反應(yīng)能夠獲得相應(yīng)的熱學(xué)條件，而且，使用CO2參與反應(yīng)能夠生成較多的氣體，對(duì)熔池?cái)嚢璨僮骶哂幸欢ǖ膹?qiáng)化作用，從而使脫磷反應(yīng)獲得相應(yīng)的力學(xué)條件。而相關(guān)研究人員在近些年當(dāng)中對(duì)CO2在煉鋼領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，經(jīng)過(guò)多年的研究，實(shí)現(xiàn)了CO2的轉(zhuǎn)爐頂吹，通過(guò)轉(zhuǎn)爐煉鋼期間對(duì)CO2氣體的頂吹技術(shù)研究，在氧氣射流當(dāng)中摻入了CO2氣體，并在轉(zhuǎn)爐底吹當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，在轉(zhuǎn)爐以及感應(yīng)爐當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了O2+CO2的混合噴吹。在研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)CO2進(jìn)行頂?shù)讖?fù)吹能夠使煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵量有效減少，同時(shí)還能降低煙塵TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及爐渣鐵損，改善了攪拌機(jī)控溫效果，使脫磷率得到了很大的提升，此外，鋼水氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所降低，對(duì)鋼水質(zhì)量的提升產(chǎn)生了積極的作用。（2）轉(zhuǎn)爐底吹二氧化碳。國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼流程中的CO2底吹工藝研究最早開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)CO2能夠與熔池進(jìn)行反應(yīng)，而且在底吹攪拌能力上要高于N2和氬氣，CO2與底吹N2/Ar型復(fù)吹轉(zhuǎn)爐不同，并不會(huì)增加鋼產(chǎn)品當(dāng)中的氮，也不同于底吹CO2/CxHy型轉(zhuǎn)爐，不會(huì)增加產(chǎn)品中的氫，相比于具有較高成本的氬氣以及具有潛在危害的N2，CO2是一種非常好的代替品。在上世紀(jì)90年代，我國(guó)鞍鋼的相關(guān)研究人員對(duì)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中的底吹CO2應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)可以在頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐當(dāng)中應(yīng)用CO2進(jìn)行底吹，但需要在底吹氣體當(dāng)中混入適量的O2，避免在對(duì)CO2氣體進(jìn)行底吹的過(guò)程中，由于強(qiáng)烈冷卻作用導(dǎo)致噴嘴出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受到底吹磚壽命影響，這種技術(shù)未能得到全面的應(yīng)用。在近幾年當(dāng)中，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐當(dāng)中進(jìn)行底吹CO2，能夠使?fàn)t渣鐵損有效降低，同時(shí)還能使熔池?cái)嚢璧玫接行?qiáng)化，并可以提升脫磷率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)爐當(dāng)中進(jìn)行底吹CO2具有較高的可行性，且爐底未發(fā)現(xiàn)明顯的侵蝕現(xiàn)象。

3在精煉連鑄流程中的應(yīng)用

（1）電弧爐底吹攪拌。使用CO2對(duì)氬氣加以取代進(jìn)行底吹攪拌，能夠使終點(diǎn)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到有效提升，同時(shí)會(huì)對(duì)少量的鉻進(jìn)行氧化，但對(duì)于氮、氧、錳等物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并不會(huì)造成影響，而且運(yùn)用CO2進(jìn)行底吹能夠使熔池?cái)嚢璞辉鰪?qiáng)，提升爐渣堿度，并使其中的FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)有效降低，能夠?yàn)殡娀t的脫硫操作提供相應(yīng)的熱學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，使電弧爐獲得更高的脫硫率，此外，高質(zhì)量的熔池?cái)嚢枰材軌驅(qū)γ摿追磻?yīng)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。（2）連鑄保護(hù)氣。為了使連鑄保護(hù)氣應(yīng)用氬氣投入高以及應(yīng)用CO2的相關(guān)工藝問(wèn)題得到有效的解決，相關(guān)人員經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將氬氣換成CO2對(duì)浸入式水口密封進(jìn)行保護(hù)時(shí)，有效提升了氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而且使用CO2充當(dāng)保護(hù)氣，會(huì)使鋼中的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，使?jié)沧⒌玫接行У谋Ｗo(hù)，對(duì)澆注保護(hù)前后鋼產(chǎn)品中的氣體進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，使用CO2進(jìn)行連鑄保護(hù)，能夠減少澆注中的二次氧化問(wèn)題。

4相關(guān)展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CO2在鋼鐵冶金流程當(dāng)中的應(yīng)用技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的完善，同時(shí)還能有效拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，使得鋼鐵冶金流程在CO2的用量不斷提升，就目前我國(guó)的鋼產(chǎn)量來(lái)看，以每年8億t計(jì)算，每年冶金流程對(duì)CO2的回收利用量能夠達(dá)到8000萬(wàn)t，而該數(shù)量將會(huì)隨著技術(shù)的革新以及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大逐漸上漲，這將會(huì)對(duì)冶金工藝技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用，有利于鋼鐵冶金領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將CO2應(yīng)用在鋼鐵冶金流程當(dāng)中，不僅能夠降低資源消耗和污染問(wèn)題，還能使鋼鐵冶金質(zhì)量得到有效的提升，因此，鋼鐵冶金領(lǐng)域一定要對(duì)CO2的應(yīng)用加強(qiáng)研究，不斷提升自身的應(yīng)用水平，使其能夠在鋼鐵冶金領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱榮,畢秀榮,呂明.CO2在煉鋼工藝的應(yīng)用及發(fā)展[J].鋼鐵,2012(03).

作者：焦拴平 單位：甘肅酒鋼（集團(tuán)）宏興鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司