二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究

D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.028 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 吕 明2)朱荣12)毕秀荣12)林腾昌12 1)北京科技大学高效钢铁治金国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 通讯作者，E-mail:lvmingsteel(@163.com 摘要对炼钢温度下C0与熔池元素的反应机理进行了研究，并进行了相关热力学和动力学分析.利用30t转炉进行顶 底复吹C02气体的炼钢工艺试验.试验结果表明：采用顶底复吹C02试验炉次烟尘量减少了11.15%，烟尘T℉e降低了 12.98%,炉渣铁损降低了3.10%，试验终点钢液中[N]、[P]含量分别降低了50%和23.33%.转炉顶底复吹C02气体炼钢 工艺是完全可行的，为转炉炼钢节能降耗提供了新方法. 关键词炼钢：烟尘；炉渣；二氧化碳 分类号TF713.1 Application research of carbon dioxide in BOF steelmaking process LO Ming,ZHU Rong2,BI Xiu-rong,LIN Teng-chang 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 4Corresponding author.E-mail:Ivmingsteel@163.com ABSTRACT Reaction mechanism between CO,and molten pool elements at the steelmaking temperature was researched.The related thermodynamics and kinetics were analyzed.The industrial test by top and bottom blowing CO,was carried out in a 30t converter.It is discovered that the amounts of smoke dust and T-Fe are reduced by 11.15%and 12.98%on average.Iron loss of slag is lowered by 3.10%,and the contents of nitrogen and phosphorus are decreased by 50%and 23.33%respectively.The new process is absolutely feasible,which will provide a new method for saving energy consumption in BOF steelmaking process. KEY WORDS steelmaking:dust:slag:carbon dioxide 我国转炉钢产量约占总产量的85%以上，转炉 基于此，本文研究了炼钢过程C0,与熔池元素 炼钢通常采用O2作为顶吹气体、N2或Ar或N2一Ar 的反应机理，并进行了相关热力学和动力学分析. 切换作为底吹气体，但转炉炼钢过程烟尘产生量 提出在炼钢转炉顶部喷吹C02-一02、底部喷吹C0, 大、炉渣铁损较高、单渣法冶炼时脱磷率不稳定 气体的试验方案，并进行了工业试验研究.通过对 国内外学者在20世纪70年代开始对转炉炼钢 比分析冶炼过程的重要技术指标，研究C02在转炉 过程底吹CO2气体进行研究，并取得一定成 炼钢过程作为顶底复吹气体的可行性，为转炉炼钢 果1.研究发现：CO2气体可参与熔池反应，其底 过程节能降耗提供了一种新方法 吹搅拌能力强于Ar和N2,同时CO2不像底吹N2/ 1热力学和动力学分析 Ar型复吹转炉易使钢中[N]增加，也不像底吹O2/ C,H,型转炉易使钢中[H]增加.近年来，我国的冶 1.1热力学分析 金工作者将C02气体掺入氧气射流，发现转炉顶部 在1300℃以上，C02属于弱氧化性气体，与熔 喷吹一定的CO,可减少炼钢过程烟尘的产生)，但 池中[c]、[Si]、[Mn]和Fe均能发生氧化反应6， 未研究对转炉其他冶炼指标的影响. 见表1. 收稿日期：20110801 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50974013)

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 吕 明1，2) 朱 荣1，2) 毕秀荣1，2) 林腾昌1，2) 1) 北京科技大学高效钢铁冶金国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 通讯作者，E-mail: lvmingsteel@ 163． com 摘 要 对炼钢温度下 CO2 与熔池元素的反应机理进行了研究，并进行了相关热力学和动力学分析． 利用 30 t 转炉进行顶 底复吹 CO2 气体的炼钢工艺试验． 试验结果表明: 采用顶底复吹 CO2 试验炉次烟尘量减少了 11. 15% ，烟尘 TFe 降低了 12. 98% ，炉渣铁损降低了 3. 10% ，试验终点钢液中［N］、［P］含量分别降低了 50% 和 23. 33% ． 转炉顶底复吹 CO2 气体炼钢 工艺是完全可行的，为转炉炼钢节能降耗提供了新方法． 关键词 炼钢; 烟尘; 炉渣; 二氧化碳 分类号 TF713. 1 Application research of carbon dioxide in BOF steelmaking process L Ming1，2) ，ZHU Rong1，2) ，BI Xiu-rong1，2) ，LIN Teng-chang1，2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: lvmingsteel@ 163． com ABSTRACT Reaction mechanism between CO2 and molten pool elements at the steelmaking temperature was researched． The related thermodynamics and kinetics were analyzed． The industrial test by top and bottom blowing CO2 was carried out in a 30 t converter． It is discovered that the amounts of smoke dust and T-Fe are reduced by 11. 15% and 12. 98% on average． Iron loss of slag is lowered by 3. 10% ，and the contents of nitrogen and phosphorus are decreased by 50% and 23. 33% respectively． The new process is absolutely feasible，which will provide a new method for saving energy consumption in BOF steelmaking process． KEY WORDS steelmaking; dust; slag; carbon dioxide 收稿日期: 2011--08--01 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50974013) 我国转炉钢产量约占总产量的 85% 以上，转炉 炼钢通常采用 O2 作为顶吹气体、N2 或 Ar 或 N2 --Ar 切换作为底吹气体，但转炉炼钢过程烟尘产生量 大、炉渣铁损较高、单渣法冶炼时脱磷率不稳定． 国内外学者在 20 世纪 70 年代开始对转炉炼钢 过程 底 吹 CO2 气 体 进 行 研 究，并 取 得 一 定 成 果［1--4］． 研究发现: CO2 气体可参与熔池反应，其底 吹搅拌能力强于 Ar 和 N2，同时 CO2 不像底吹 N2 / Ar 型复吹转炉易使钢中［N］增加，也不像底吹 O2 / CxHy型转炉易使钢中［H］增加． 近年来，我国的冶 金工作者将 CO2 气体掺入氧气射流，发现转炉顶部 喷吹一定的 CO2 可减少炼钢过程烟尘的产生［5］，但 未研究对转炉其他冶炼指标的影响． 基于此，本文研究了炼钢过程 CO2 与熔池元素 的反应机理，并进行了相关热力学和动力学分析． 提出在炼钢转炉顶部喷吹 CO2 --O2、底部喷吹 CO2 气体的试验方案，并进行了工业试验研究． 通过对 比分析冶炼过程的重要技术指标，研究 CO2 在转炉 炼钢过程作为顶底复吹气体的可行性，为转炉炼钢 过程节能降耗提供了一种新方法． 1 热力学和动力学分析 1. 1 热力学分析 在 1 300 ℃以上，CO2 属于弱氧化性气体，与熔 池中［C］、［Si］、［Mn］和 Fe 均能发生氧化反应［6］， 见表 1. DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.028

增刊1 吕明等：二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 ·127· 表1C02与熔池元素的反应机理 Table 1 Reaction mechanisms of CO,with molten elements 吹炼 反应 △H(kJkg) △ge1(J.mol-1 1≥1300℃ 阶段 气体 化学反应 (t=1500℃) 2C0240+[Si]=Si02+2C0到 -3577967+357.27T △G9<0 -9299.21 前期 C02 COx+[Mn]=(MnO)+CO( -261507.82+72.9057 △Ge<0 -1512.40 中期 C02 C02+[C]=2C0(。 34580-30.95T △G9<0 11602.67 后期 C02 CO+Fe(D=(Fe0)+CO 11880-9.92T △Ce<0 720.91 02+[i]=(Si02) -866510+152.30T △Ge<0 -29202 前期 02 1/202+[Mn]=(MnO) -803750+171.57T △G9<0 -6594 1/202+[C]=C0(g -22219.35-91.84T △G°<0 -11639 中期 02 02+[C]=C02(g -166666.534-40.80T △Ge<0 -34834 后期 02 1/202(g)+Fe()=(Fe0) -459400+87.45T △G°<0 -4250 转炉炼钢吹炼前期，熔池中[Si]、[Mn]含量较 主要成分为FeO和Fe,O,·因此，降低射流火点区 高，因此CO,主要与[Si]、[Mn]元素反应且为放热 温度，即可减少金属铁的蒸发量，从而降低铁损. 反应，但放热量比O,与[Si]、[Mn]元素反应放热 以100kg铁水为例，假设富余热量集中在转炉 量减少约70%：吹炼中后期，[Si]、[Mn]元素已被 炼钢的高温反应区，分析不同CO2反应比例时的物 大量氧化，CO,主要与[C]、Fe元素反应且均为吸 料平衡及热平衡，得到熔池元素与C02反应比例为 热反应.因此，在转炉炼钢过程中顶部吹入C02一0~30%时火点区的温度，如图1.火点区温度理论 O2,可降低高温火点区温度，减少炼钢过程铁的蒸 计算值随着与CO2反应比例增加而降低.当反应比 发氧化；从转炉底部吹入C02,可代替底吹氩气或 例超过5%时，火点区温度将低于2376℃，远小于 氮气，加强熔池搅拌，促进渣一金界面反应的进行 铁的蒸发温度2750℃，从而可有效限制金属铁的 1.2动力学分析 蒸发氧化，减少烟尘产生 与Ar和N2不同，CO2与[Si]、[Mn]、Fe可进 2600 行氧化反应，反应过程气体体积不变，而与[C]反 2400 应可成倍增加气体体积.因此，转炉炼钢过程底吹 2200 CO2气体的熔池搅拌能主要包括：①底吹C02气体 2000 在喷嘴出口的初始动能（即初动量作的功）：②C02 1800 气体从室温热膨胀到钢液温度所作的膨胀功：③ 1600 CO2与钢液[C]反应产生两倍体积的C0所产生的 1400 51015202530 膨胀功：④(C0,+CO)混合气体上浮时浮力所作的 元条与C0,反成比例/% 功).底吹CO2的熔池搅拌能力强于Ar和N2, 图1火点区温度随C02比例变化 在冶炼中期脱碳反应较剧烈时，搅拌能力约为底吹 Fig.I The temperature of fire spot district varying with the reaction Ar或N2的两倍 proportion of carbon dioxide C0,气体与钢液元素作用过程可分为：①元素 Fe、Si、Mn(或C)由钢液内部向气泡表面扩散：② 3 转炉工业试验研究 C0,向气泡表面扩散：③气泡表面发生界面反应； ④C0产物向气泡内部扩散：⑤氧化产物向钢液内 3.1试验方案 部扩散. 3.1.1供气方案 本文利用现场30t转炉进行顶底复吹C02炼钢 2火点温度分析 试验，试验供气方案如表2所示.其中常规工艺是 Ryoji TSUJINO等人深入研究了炼钢过程烟 指转炉炼钢过程顶吹O2,底吹N2/Ar的顶底复合 尘的产生机理，研究认为转炉炼钢烟尘主要是由于 吹炼工艺；复吹C02工艺是指转炉顶部吹人O2和 氧气射流火点区高温使铁蒸发氧化产生的，烟尘的 CO,,底部吹入CO,气体的炼钢工艺

增刊 1 吕 明等: 二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 表 1 CO2 与熔池元素的反应机理 Table 1 Reaction mechanisms of CO2 with molten elements 吹炼 阶段 反应 气体 化学反应 ΔG— /( J·mol － 1 ) t≥1 300 ℃ ΔH/( kJ·kg － 1 ) ( t = 1 500 ℃ ) 前期 CO2 2CO2( g) +［Si］= SiO2 + 2CO( g) － 3 577 967 + 357. 27T ΔG— ＜ 0 － 9 299. 21 CO2( g) + ［Mn］= ( MnO) + CO( g) － 261 507. 82 + 72. 905T ΔG— ＜ 0 － 1 512. 40 中期 CO2 CO2( g) +［C］= 2CO( g) 34 580 － 30. 95T ΔG— ＜ 0 11 602. 67 后期 CO2 CO2( g) + Fe( l) = ( FeO) + CO( g) 11 880 － 9. 92T ΔG— ＜ 0 720. 91 前期 O2 O2 +［Si］= ( SiO2 ) － 866 510 + 152. 30T ΔG— ＜ 0 － 29 202 1 /2O2 +［Mn］= ( MnO) － 803 750 + 171. 57T ΔG— ＜ 0 － 6 594 中期 O2 1 /2O2 + ［C］= CO( g) － 22 219. 35 － 91. 84T ΔG— ＜ 0 － 11 639 O2 +［C］= CO2 ( g) － 166 666. 534 － 40. 80T ΔG— ＜ 0 － 34 834 后期 O2 1 /2O2 ( g) + Fe( l) = ( FeO) － 459 400 + 87. 45T ΔG— ＜ 0 － 4 250 转炉炼钢吹炼前期，熔池中［Si］、［Mn］含量较 高，因此 CO2 主要与［Si］、［Mn］元素反应且为放热 反应，但放热量比 O2 与［Si］、［Mn］元素反应放热 量减少约 70% ; 吹炼中后期，［Si］、［Mn］元素已被 大量氧化，CO2 主要与［C］、Fe 元素反应且均为吸 热反应． 因此，在转炉炼钢过程中顶部吹入 CO2-- O2，可降低高温火点区温度，减少炼钢过程铁的蒸 发氧化; 从转炉底部吹入 CO2，可代替底吹氩气或 氮气，加强熔池搅拌，促进渣--金界面反应的进行． 1. 2 动力学分析 与 Ar 和 N2 不同，CO2 与［Si］、［Mn］、Fe 可进 行氧化反应，反应过程气体体积不变，而与［C］反 应可成倍增加气体体积． 因此，转炉炼钢过程底吹 CO2 气体的熔池搅拌能主要包括: ① 底吹 CO2 气体 在喷嘴出口的初始动能( 即初动量作的功) ; ② CO2 气体从室温热膨胀到钢液温度所作的膨胀功; ③ CO2 与钢液［C］反应产生两倍体积的 CO 所产生的 膨胀功; ④( CO2 + CO) 混合气体上浮时浮力所作的 功［7--8］． 底吹 CO2 的熔池搅拌能力强于 Ar 和 N2， 在冶炼中期脱碳反应较剧烈时，搅拌能力约为底吹 Ar 或 N2 的两倍． CO2 气体与钢液元素作用过程可分为: ① 元素 Fe、Si、Mn( 或 C) 由钢液内部向气泡表面扩散; ② CO2 向气泡表面扩散; ③ 气泡表面发生界面反应; ④ CO 产物向气泡内部扩散; ⑤ 氧化产物向钢液内 部扩散． 2 火点温度分析 Ryoji TSUJINO 等人［9］深入研究了炼钢过程烟 尘的产生机理，研究认为转炉炼钢烟尘主要是由于 氧气射流火点区高温使铁蒸发氧化产生的，烟尘的 主要成分为 FeO 和 Fe2O3 ． 因此，降低射流火点区 温度，即可减少金属铁的蒸发量，从而降低铁损． 以 100 kg 铁水为例，假设富余热量集中在转炉 炼钢的高温反应区，分析不同 CO2 反应比例时的物 料平衡及热平衡，得到熔池元素与 CO2 反应比例为 0 ～ 30% 时火点区的温度，如图 1． 火点区温度理论 计算值随着与 CO2 反应比例增加而降低． 当反应比 例超过 5% 时，火点区温度将低于 2 376 ℃，远小于 铁的蒸发温度 2 750 ℃，从而可有效限制金属铁的 蒸发氧化，减少烟尘产生． 图 1 火点区温度随 CO2 比例变化 Fig． 1 The temperature of fire spot district varying with the reaction proportion of carbon dioxide 3 转炉工业试验研究 3. 1 试验方案 3. 1. 1 供气方案 本文利用现场 30 t 转炉进行顶底复吹 CO2 炼钢 试验，试验供气方案如表 2 所示． 其中常规工艺是 指转炉炼钢过程顶吹 O2，底吹 N2 /Ar 的顶底复合 吹炼工艺; 复吹 CO2 工艺是指转炉顶部吹入 O2 和 CO2，底部吹入 CO2 气体的炼钢工艺． ·127·

◆128 北京科技大学学报 第33卷 表2供气方案 Table 2 Gas supply scheme 供气流量代m3h) 喷吹模式 吹气位置 气体种类 0~3 min 3~6min 6~9 min 9~12 min 顶吹 02 8200 7600 7600 7800 常规工艺 底吹 N2/Ar 120 80 120 160 0 7900 7400 7400 7600 顶吹 复吹C02工艺 C02 500 500 500 500 底吹 C02 120 80 120 160 3.1.2取样方案 高温致使金属铁蒸发氧化，喷吹CO2降低了熔池火 试验所用炼钢转炉采用湿法除尘.试验时在转 点区温度，从而减少了烟尘的产生.冶炼中期，碳 炉一文重力脱水器小水封处，从开始吹炼到吹炼结 氧反应剧烈进行，产生大量的C0气泡可带走部分 束每隔1.5min取烟尘水样一次，每次取100mL装 金属液滴，带走的金属液滴在大气中被氧化生成烟 入锥形瓶中，利用烘箱进行烘干处理可得各冶炼阶 尘随烟气排放，由于产生C0气体增加而导致冶炼 段炼钢烟尘样品，每炉共取8个烟尘样；吹炼终点 中期烟尘降幅较小 倒炉取钢样和渣样.试验所取样品成分均采用化学 图3为两种工艺条件下平均烟尘总量及烟尘 分析法分析 TFe对比图. 3.2试验结果分析 6 %常规艺 本文主要通过对烟尘量、烟尘T℉e、钢液和炉渣 14 复吹C),上艺 成分、氧气消耗以及冶炼时间进行对比分析，探索 研究C02气体用于转炉炼钢过程的可行性 8 3.2.1烟尘量及TFe含量 6 图2所示为两种工艺条件下转炉冶炼过程中平 均烟尘量及烟尘T℉e随冶炼时间的变化情况.烟尘 2 量及烟尘TFe均随冶炼过程的进行呈下降趋势，冶 烟出 炯尘T下# 炼前期和后期，复吹C02工艺较常规炼钢工艺烟尘 图3平均烟尘总量及烟尘TFe对比 量及烟尘TFe均可降低10%以上，而冶炼中期烟尘 Fig.3 Comparison of the average total amounts of smoke dust and T-Fe 量及烟尘TFe降幅较小 与常规炼钢工艺相比，转炉顶底复吹C02炼钢 3.5 烟尘1一常规工艺 工艺平均每炉烟尘量降低1.6424(g/100mL),降 烟尘 烟尘2·-复吹C0,工艺 TFe1-常规工艺 幅为11.15%.烟尘TFe降低1.1621(g/100mL), TFe2一复吹C0,工艺 降幅为12.98%. 尘 3.2.2烟尘及TFe分布 20 图4和图5分别为两种工艺条件下各冶炼炉次 的烟尘量和烟尘T℉e分布图.图中曲线分别为常规 TFe2 工艺和复吹CO,工艺条件下的烟尘量及烟尘T℉e 05 分布趋势线 0 153.04.56.07.59.010.512.0 治炼时间/min 从图中可以看出，采用顶底复吹CO,工艺进行 炼钢的炉次，烟尘量及烟尘T℉e量均呈下降趋势. 图2平均烟尘量及烟尘TFe随治炼时间的变化 Fig.2 The amounts of dust and Tfe varying with blowing time 主要是由于喷吹C02降低了氧气射流火点区温度， 从而减少了烟尘量及烟尘铁损 烟尘量及烟尘T℉e量的变化趋势基本一致.冶 3.2.3钢液及炉渣成分 炼前期和后期，硅、锰元素大量氧化，碳氧反应受 图6所示为两种工艺条件下钢液及炉渣平均成 到抑制，因此产生的搅拌作用主要靠顶吹气体和底 分对比图.从图中可以看出，转炉复吹C02炼钢工 吹气体的射流作用，烟尘的产生主要是熔池火点区 艺有利于降低钢液中[N]、[P]含量和炉渣铁损.与

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 表 2 供气方案 Table 2 Gas supply scheme 喷吹模式 吹气位置 气体种类 供气流量/( m3 ·h － 1 ) 0 ～ 3 min 3 ～ 6 min 6 ～ 9 min 9 ～ 12 min 常规工艺 顶吹 O2 8 200 7 600 7 600 7 800 底吹 N2 /Ar 120 80 120 160 顶吹 O2 7 900 7 400 7 400 7 600 复吹 CO2 工艺 CO2 500 500 500 500 底吹 CO2 120 80 120 160 3. 1. 2 取样方案 试验所用炼钢转炉采用湿法除尘． 试验时在转 炉一文重力脱水器小水封处，从开始吹炼到吹炼结 束每隔 1. 5 min 取烟尘水样一次，每次取 100 mL 装 入锥形瓶中，利用烘箱进行烘干处理可得各冶炼阶 段炼钢烟尘样品，每炉共取 8 个烟尘样; 吹炼终点 倒炉取钢样和渣样． 试验所取样品成分均采用化学 分析法分析． 3. 2 试验结果分析 本文主要通过对烟尘量、烟尘 TFe、钢液和炉渣 成分、氧气消耗以及冶炼时间进行对比分析，探索 研究 CO2 气体用于转炉炼钢过程的可行性． 3. 2. 1 烟尘量及 TFe 含量 图 2 所示为两种工艺条件下转炉冶炼过程中平 均烟尘量及烟尘 TFe 随冶炼时间的变化情况． 烟尘 量及烟尘 TFe 均随冶炼过程的进行呈下降趋势，冶 炼前期和后期，复吹 CO2 工艺较常规炼钢工艺烟尘 量及烟尘 TFe 均可降低 10% 以上，而冶炼中期烟尘 量及烟尘 TFe 降幅较小． 图 2 平均烟尘量及烟尘 TFe 随冶炼时间的变化 Fig． 2 The amounts of dust and T-Fe varying with blowing time 烟尘量及烟尘 TFe 量的变化趋势基本一致． 冶 炼前期和后期，硅、锰元素大量氧化，碳氧反应受 到抑制，因此产生的搅拌作用主要靠顶吹气体和底 吹气体的射流作用，烟尘的产生主要是熔池火点区 高温致使金属铁蒸发氧化，喷吹 CO2 降低了熔池火 点区温度，从而减少了烟尘的产生． 冶炼中期，碳 氧反应剧烈进行，产生大量的 CO 气泡可带走部分 金属液滴，带走的金属液滴在大气中被氧化生成烟 尘随烟气排放，由于产生 CO 气体增加而导致冶炼 中期烟尘降幅较小． 图 3 为两种工艺条件下平均烟尘总量及烟尘 TFe 对比图． 图 3 平均烟尘总量及烟尘 TFe 对比 Fig． 3 Comparison of the average total amounts of smoke dust and T-Fe 与常规炼钢工艺相比，转炉顶底复吹 CO2 炼钢 工艺平均每炉烟尘量降低 1. 642 4 ( g /100 mL) ，降 幅为 11. 15% ． 烟尘 TFe 降低 1. 162 1 ( g /100 mL) ， 降幅为 12. 98% ． 3. 2. 2 烟尘及 TFe 分布 图 4 和图 5 分别为两种工艺条件下各冶炼炉次 的烟尘量和烟尘 TFe 分布图． 图中曲线分别为常规 工艺和复吹 CO2 工艺条件下的烟尘量及烟尘 TFe 分布趋势线． 从图中可以看出，采用顶底复吹 CO2 工艺进行 炼钢的炉次，烟尘量及烟尘 TFe 量均呈下降趋势． 主要是由于喷吹 CO2 降低了氧气射流火点区温度， 从而减少了烟尘量及烟尘铁损． 3. 2. 3 钢液及炉渣成分 图 6 所示为两种工艺条件下钢液及炉渣平均成 分对比图． 从图中可以看出，转炉复吹 CO2 炼钢工 艺有利于降低钢液中［N］、［P］含量和炉渣铁损． 与 ·128·

增刊1 吕明等：二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 ·129· 18 耗从1700m3降低至1670m3,降低了30m3,吨钢氧 ·常规工艺 ▲复吹C0,工艺 耗降低1m3.主要是由于吹入C02可替代部分02 16A M ·常规工艺·一 参与反应，从而减少了氧气消耗 144 ▣ 3.2.5冶炼时间 4 。·复吹心0，工艺 30t转炉采用常规工艺进行冶炼时，平均每炉 124 吹炼时间为1213”，采用转炉复吹C02炼钢工艺平 均每炉吹炼时间为1215”，基本不影响转炉炼钢节 奏.主要是由于喷吹的CO2为氧化性气体，也可参 02 468101214161820 与熔池反应，同时促进渣一金反应的进行，提高反 治炼炉次 应速率.因此，C02作为炼钢过程的复吹气体完全 图4两种工艺条件下的烟尘量分布 Fig.4 Distribution of the amount of dust in two smelting processes 可满足正常转炉炼钢生产的需要. 12 4结论 ·常规工艺 4复吹C0,工艺 在炼钢转炉顶部喷吹CO,一0，、底部喷吹C0O, 常规工艺·： 气体，并进行了转炉炼钢工业试验研究，可得出以 8 。0。 下结论： ,复吹C0,1艺 (1)采用转炉顶底复吹C0,气体炼钢工艺能 6 有效减少炼钢过程烟尘量及烟尘铁损，冶炼前期和 后期烟尘降低较多，中期烟尘降低较少.试验炉次 平均每炉烟尘量降低了11.15%，烟尘T℉e降低了 6 81012 14161820 治炼炉次 12.98%. 图5两种工艺条件下的烟尘TFe分布 (2)采用C0,气体进行顶底复吹炼钢有利于 Fig.5 Distribution of the amount of TFe in two smelting processes 去除钢液中[N]、[P]含量，较常规工艺分别降低 50%和23.33%；且对减少炉渣铁损效果较好，炉渣 常规工艺相比，钢液[C]含量略有降低，[N]、[P] 中TFe含量平均每炉降低3.10%，(Fe0)含量降低 含量降低比例分别为50%和23.33%，炉渣T℉e和 了3.97%. (F0)含量分别降低了3.10%和3.97%.主要是由 (3)C02可代替部分02用于转炉炼钢，采用 于采用CO2代替了底吹N2/Ar,降低钢液[N]含量 转炉顶底复吹CO,气体炼钢工艺可降低炼钢氧耗， 的同时加强了熔池搅拌，促进了渣一金反应的进行， 同时不影响转炉冶炼节奏 使得转炉炼钢终点炉渣碳氧更趋于平衡，降低钢液 [P]含量及炉渣铁损，提高金属收得率. 参考文献 [1]Guo M X.Chen X W.Action mechanism of bottom-blowing CO2 ☑常规T艺 30 复吹C0,工艺 in the bath of combined-blowing converter.fron Steel Res,1993. 5(1):10 (郭木星，陈襄武.底吹C02气体在复吹转炉熔池中的作用机 20 理.钢铁研究学报，1993,5(1)：10) [2]Toshie T.Tatsuya H,Kawakami HA,et al.Exploration and re- search of removal of molten silicon and carbon by blowing weak ox- idation gas.Tetsuo-Hagane,2008,94:23 3]Nomura H,Mori K.Kinetics of decarburization of liquid iron by C(X10-W×1NX10-91)Fe0) Ar-CO2 gas mixture.Tetsu-to-Hagane,1972.12:1603 削液及炉渣成分 [4]Nomura H.Mori K.Shirota Y.Kinetics of decarburization of liq- 图6钢液及炉渣平均成分对比 uid iron in Ar-CO-C02 atmospheres.Tetsu-to-Hagane,1974,3: Fig.6 Comparison of components of liquid steel and slag 39 [5]Yi C.Zhu R,Chen B Y,et al.Experimental research on reduc- 3.2.4氧气消耗 ing the dust of BOF in COz and O2 mixed blowing steelmaking 转炉采用复吹C0,工艺进行冶炼，平均每炉氧 poce5s.1S1nl,2009,49(11):1694

增刊 1 吕 明等: 二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究 图 4 两种工艺条件下的烟尘量分布 Fig． 4 Distribution of the amount of dust in two smelting processes 图 5 两种工艺条件下的烟尘 TFe 分布 Fig． 5 Distribution of the amount of T-Fe in two smelting processes 常规工艺相比，钢液［C］含量略有降低，［N］、［P］ 含量降低比例分别为 50% 和 23. 33% ，炉渣 TFe 和 ( FeO) 含量分别降低了 3. 10% 和 3. 97% ． 主要是由 于采用 CO2 代替了底吹 N2 /Ar，降低钢液［N］含量 的同时加强了熔池搅拌，促进了渣--金反应的进行， 使得转炉炼钢终点炉渣碳氧更趋于平衡，降低钢液 ［P］含量及炉渣铁损，提高金属收得率． 图 6 钢液及炉渣平均成分对比 Fig． 6 Comparison of components of liquid steel and slag 3. 2. 4 氧气消耗 转炉采用复吹 CO2 工艺进行冶炼，平均每炉氧 耗从 1700 m3 降低至1670 m3 ，降低了30 m3 ，吨钢氧 耗降低 1 m3 ． 主要是由于吹入 CO2 可替代部分 O2 参与反应，从而减少了氧气消耗． 3. 2. 5 冶炼时间 30 t 转炉采用常规工艺进行冶炼时，平均每炉 吹炼时间为 12'13″，采用转炉复吹 CO2 炼钢工艺平 均每炉吹炼时间为 12'15″，基本不影响转炉炼钢节 奏． 主要是由于喷吹的 CO2 为氧化性气体，也可参 与熔池反应，同时促进渣--金反应的进行，提高反 应速率． 因此，CO2 作为炼钢过程的复吹气体完全 可满足正常转炉炼钢生产的需要． 4 结论 在炼钢转炉顶部喷吹 CO2 --O2、底部喷吹 CO2 气体，并进行了转炉炼钢工业试验研究，可得出以 下结论: ( 1) 采用转炉顶底复吹 CO2 气体炼钢工艺能 有效减少炼钢过程烟尘量及烟尘铁损，冶炼前期和 后期烟尘降低较多，中期烟尘降低较少． 试验炉次 平均每炉烟尘量降低了 11. 15% ，烟尘 TFe 降低了 12. 98% ． ( 2) 采用 CO2 气体进行顶底复吹炼钢有利于 去除钢液中［N］、［P］含量，较常规工艺分别降低 50% 和 23. 33% ; 且对减少炉渣铁损效果较好，炉渣 中 TFe 含量平均每炉降低 3. 10% ，( FeO) 含量降低 了 3. 97% ． ( 3) CO2 可代替部分 O2 用于转炉炼钢，采用 转炉顶底复吹 CO2 气体炼钢工艺可降低炼钢氧耗， 同时不影响转炉冶炼节奏． 参 考 文 献 ［1］ Guo M X，Chen X W． Action mechanism of bottom-blowing CO2 in the bath of combined-blowing converter． J Iron Steel Res，1993， 5( 1) : 10 ( 郭木星，陈襄武． 底吹 CO2 气体在复吹转炉熔池中的作用机 理． 钢铁研究学报，1993，5( 1) : 10) ［2］ Toshie T，Tatsuya H，Kawakami H A，et al． Exploration and re￾search of removal of molten silicon and carbon by blowing weak ox￾idation gas． Tetsu-to-Hagané，2008，94: 23 ［3］ Nomura H，Mori K． Kinetics of decarburization of liquid iron by Ar-CO2 gas mixture． Tetsu-to-Hagané，1972，12: 1603 ［4］ Nomura H，Mori K，Shirota Y． Kinetics of decarburization of liq￾uid iron in Ar-CO-CO2 atmospheres． Tetsu-to-Hagané，1974，3: 39 ［5］ Yi C，Zhu R，Chen B Y，et al． Experimental research on reduc￾ing the dust of BOF in CO2 and O2 mixed blowing steelmaking process． ISIJ Int，2009，49( 11) : 1694 ·129·

◆130· 北京科技大学学报 第33卷 [6]Noel J S.Lee H G.Peter C H.Decarburisation of liquid Fe-C$ (何平，邓开文.转炉中底吹C02熔池搅拌能的探讨.化工治 drops using multiple oxidants of 0.CO2 and H,0.IS/J Int, 金，1989,10(3)：90) 1999.39(12):1217 [8]Nagasaka T.Fruchan R J.Reaction kinetics of CO22O gas mix- [7]He P,Deng K W.Discussion about molten pool stirring energy of tures with liquid Fe-C alloys.ISIJ Int,1994,34(3):241 bottom blowing CO2 in converter.Eng Chem Metall,1989.3(3): [9]Tsujino R.Hirai M.Ohno T,et al.Mechanism of dust generation 90 in a converter with minimum slag./S//Int,1989,29(4):291

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 ［6］ Noel J S，Lee H G，Peter C H． Decarburisation of liquid Fe-C-S drops using multiple oxidants of O2，CO2 and H2O． ISIJ Int， 1999，39( 12) : 1217 ［7］ He P，Deng K W． Discussion about molten pool stirring energy of bottom blowing CO2 in converter． Eng Chem Metall，1989，3( 3) : 90 ( 何平，邓开文． 转炉中底吹 CO2 熔池搅拌能的探讨． 化工冶 金，1989，10( 3) : 90) ［8］ Nagasaka T，Fruehan R J． Reaction kinetics of CO2 -H2O gas mix￾tures with liquid Fe-C alloys． ISIJ Int，1994，34( 3) : 241 ［9］ Tsujino R，Hirai M，Ohno T，et al． Mechanism of dust generation in a converter with minimum slag． ISIJ Int，1989，29( 4) : 291 ·130·