刍议二氧化碳在转炉炼钢中的应用

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[摘 要]二氧化碳在钢铁生产过程中的比例占据工业二氧化碳排放量的近15%，其在转炉炼钢中也有较为重要的应用，因此如何减少其排放并对其进行合理的利用，是当前钢铁行业转炉炼钢业应当认真思索的一件事情。本文探讨二氧化碳在转炉炼钢中的应用。

[关键词]二氧化碳；转炉炼钢；应用

中图分类号：TF713.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0396-01

由于在高度下的二氧化碳呈现出弱氧化的性质，所以其经常被作为炼钢过程中的一种反应介质。同时，二氧化碳处于特定的温度之下，还能够作为保护气及炼钢搅拌气使用，因而其在转炉炼钢中具有很重要的应用地位。

1 二氧化碳作为炼钢搅拌气的应用分析

1.1 转炉底吹二氧化碳气体

和转炉顶吹工艺比较，将底吹工艺应用到转炉之中，能够使熔池的搅拌工艺更加均匀。当前转炉底吹气体主要的种类包括CO2、Ar、N2与CxHy等，在转炉炼钢中较为常用的两种气体是Ar、N2。底吹气体N2、N2/Ar的切换可以增加钢中的[N]，而底吹O2/CxHy则会增加钢中的[H]。由于底吹CO2存在CO2+C=2CO，会导致气体分析扩大一倍，从而进一步强化熔池搅拌。除此之外，从转炉废气以及石灰窑废气中回收出来的二氧化碳气体均可以作为二氧化碳的气源。相关研究表明，在初期冶炼温度较低的时候，优先发生氧化的是锰、硅；而在冶炼中期阶段，也就是 熔池脱碳速度最快的时候，底吹二氧化碳主要和碳之间发生钢液脱碳反应，采用底吹二氧化碳熔池脱碳的效果显著优于其他气体；在冶炼的末期阶段，底吹二氧化碳主要和[Fe]发生作用。我国曾有学者在25吨转炉上进行底吹二氧化碳工业试验，结果证明底吹CO2的可行度十分高，并且在实验炉底并没有出现显著的侵蚀作用。

1.2 二氧化碳替代Ar搅拌钢包钢液

钢液吹氩处理是较为简单的去除非金属杂质与钢液脱气的炉外精炼手段。随着近些年来，钢铁行业对于碳需求的增加以及氩气成本不断上涨，工业中逐渐使用CO2来取代Ar进行作用，从而实现均匀的搅拌。[1]除此之外，由于CO2气体在钢中能够发生反应，从而分解出氧原子及CO，使钢中的氧含量增加，因而其逐渐被运用到炼钢行业中。

2 钢铁冶炼中二氧化碳作为反应介质的应用分析

2.1 CO2在转炉炼钢中的应用

在转炉冶炼过程中，每冶炼出1t的钢就会导致20kg左右的烟尘量排出，其中将近一半的气体都是氧化铁。烟尘量不断增加不仅仅会导致严重的除尘负荷，还会减少金属的最终收得率。近些年来，笔者对转炉炼钢时烟尘形成原因进行了深入的研究，发现细粉尘形成的最主要原因是蒸发，由于高温铁液能直接接触到氧气射流，会产生温度高达2600℃的火点区，甚至最高的温度能高达近3100℃，然而金属铁沸点仅多于2700℃，所以有一些的金属铁会通过氧化的形式挥发掉，从而形成高温烟尘并且随着工业的烟气被排放出去。[2]如果可以将氧气射流火点区温度适当降低，就能够降低烟尘的最终排放量。

如果在氧气射流中掺入CO2进行CO2- O2气体的混合喷吹，从而通过CO2这种氧化剂进行熔池反应，因铁、碳与CO2的反应是一种吸热反应，所以能够有效降低熔池火点区的整体温度，最终降低了金属铁的氧化挥发量。现阶段关于CO2- O2气体的混合喷吹探索与研究仍然有待于进一步深入，但我国在对于脱磷、降尘机理等方面的研究已经取得相应的进展。

2.2 炼钢炉渣吸收CO2技术

在炼钢过程中产生的炉渣具有十分重要的作用，其主要的来源就是铁水元素与造渣材料的氧化反应。当前，对炼钢炉渣进行利用通常采用的处理方法与思路为：通过磁选、筛分以及分拣等处理手段将渣中的钢珠收集起来，其余部分依然会含有将近13%的铁元素以及其氧化物，并且还可能会有部分含磷化合物及近8%的CAO，所以少量钢渣可以作为烧结溶剂或水泥原料，很多的炉渣都被应用与填埋及铺路建设。

二氧化碳作为酸性气体的一种，其能够有效处理炉渣中含有的进行氧化物，还可以应用与炉渣中含有的部分活性物质，从而获得性质较为稳定的碳酸盐。我国在进行转炉钢渣吸收CO2气体的实验中，得出CO2被转炉钢渣吸收的最佳反应环境为：粒径0.17mm，反应时间35～50min，反应温度680～720℃，水蒸气体积分数15～17%，CO2体积分数75%～80%。在这种反应环境下，约束转炉钢渣中大约有85%的游离氧化钙都转化为碳酸钙，最终消除游离氧化钙水化反应而造成体积膨胀，进一步稳定转炉钢渣性质，而发生碳酸化钢渣其碱性弱化了很多。该方法当前在海洋中的应用较多，但要想实现广泛应用还应当解决二氧化碳回收、烟气处理等方面的问题，并且该项技术还有待进一步优化与完善。

结语：

二氧化碳在转炉炼钢中的应用虽然获得相应的成就，但在很多技术方面仍然存在不足之处，为此相关研究人员与冶炼行业工作者应当进一步对这些技术进行完善，从而转炉炼钢中二氧化碳得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 李伟东，孙群，王向辉，丁勇，王国庆.铁碳复合球团在转炉炼钢中的应用[J].鞍钢技术，2011，03：46-49.

[2] 吕明，朱荣，毕秀荣，林腾昌.二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究[J].北京科技大学学报，2011，S1：126-130.