姜娟娟等：二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用 3· 尘，笔者团队通过研究探明了转炉炼钢各吹炼阶 所示.验证了CO2一O2混合喷吹降低炼钢烟尘产 段烟尘粒径、成分及形貌变化，揭示了炼钢烟尘是 生的工业应用效果 由铁蒸发或C0气泡带出，如图1所示，证实了高 3.5 Dust volume of 温火点区元素蒸发是烟尘产生的主要原因，占烟 conventional process 尘总量的70%~80%7-2四首次提出降低火点区温 Dust volume of CO. 度有效控制铁蒸发的思路，将CO2气体用于炼钢 2 process ■TFe volume of conventional process ■TFe volume of 过程降低烟尘产生，发明了转炉CO2一O2混合喷 CO,process 吹炼钢降尘技术，配套研制了CO2O2混合喷吹 系统及装置，制定了钢铁行业CO2一O2气体混合 aH.L pue isna 1.0 利用标准 1.5 3.0 4.56.07.59.010.512.0 Smelting time/min 图3冶炼过程炼钢烟尘与TFe量变化 Fig.3 Variation of steelmaking dust and TFe in the smelting process aporation in fire point area 700 600 Dust brought out by CO bubbles 500 ■ 400 ■ 300 3 200 图1烟尘产生机理 100 Fig.I Dust generation mechanism 0 通过火点区非接触在线测温方法，测得随着 100 200300400500600700 CO,consumption/kg 二氧化碳喷吹比例的增加，火点区温度降低，如 图4炼钢粗灰产生量随CO,用量变化 图2所示.通过C02一O2混合顶吹可稳定控制火 Fig.4 Variation of coarse ash production in steelmaking with CO2 点区温度低于铁的沸点(2750℃)，减少炼钢烟尘 consumption 产生，将炼钢烟尘由完全依靠后处理转变为前抑 2.2 CO2控温高效脱磷技术及其应用 制，打破了炼钢烟尘传统治理的方式 氧气剧烈反应放热带来的熔池快速无序升 温，破坏了高效脱磷的“低温”热力学条件，造成深 2600 ■Calculated value 度脱磷困难.笔者团队探明了CO2喷吹减缓熔池 Experimental value 2400 升温和强化熔池搅拌的作用规律，发现CO2一O2 ,2200 混合顶吹可延长最佳脱磷温度时间20%，如图5 所示，增加射流冲击面积36%，发明了C02一O2混 2000 合顶吹熔池“升温-控温”热平衡模型和CO2比例 1800 分段动态调控技术，软件操作界面如图6所示，制 1600 定了转炉顶吹CO2用于脱磷的工艺标准，建立了 0 5 101520 25 适应不同钢种的双联脱磷模式及阶梯式脱磷方 CO:mixing ratio/% 法，保证了CO2控温高效脱磷，突破了长期困扰炼 图2火点区温度随CO,喷吹比例的变化 钢深脱磷的技术瓶颈23-2刈 Fig.2 Fire point area temperature variation with the CO,mixing ratio 该技术先后在首钢京唐钢铁联合有限责任公 首钢京唐钢铁联合有限责任公司应用本技术 司、福建三钢闽光股份有限公司成功投入工业应 后，实现炼钢烟尘源头减量9.95%（质量分数），烟 用，保障了超低磷钢稳定生产.首钢京唐半钢脱磷 尘中Fe的质量分数降低12.98%，如图3所示，且 转炉脱磷率提高6.99%，如图7所示，常规转炉终 粗灰产生量随二氧化碳用量增加而降低，如图4 点磷的质量分数平均降至0.006%，如图8所示，实尘，笔者团队通过研究探明了转炉炼钢各吹炼阶 段烟尘粒径、成分及形貌变化，揭示了炼钢烟尘是 由铁蒸发或 CO 气泡带出，如图 1 所示，证实了高 温火点区元素蒸发是烟尘产生的主要原因，占烟 尘总量的 70%～80% [17−22] . 首次提出降低火点区温 度有效控制铁蒸发的思路，将 CO2 气体用于炼钢 过程降低烟尘产生，发明了转炉 CO2−O2 混合喷 吹炼钢降尘技术，配套研制了 CO2−O2 混合喷吹 系统及装置，制定了钢铁行业 CO2−O2 气体混合 利用标准. Iron evaporation in fire point area Dust brought out by CO bubbles 图 1    烟尘产生机理 Fig.1    Dust generation mechanism 通过火点区非接触在线测温方法，测得随着 二氧化碳喷吹比例的增加，火点区温度降低，如 图 2 所示. 通过 CO2−O2 混合顶吹可稳定控制火 点区温度低于铁的沸点 (2750 ℃)，减少炼钢烟尘 产生，将炼钢烟尘由完全依靠后处理转变为前抑 制，打破了炼钢烟尘传统治理的方式. 2600 2400 2200 2000 1800 0 5 10 15 20 25 30 1600 Temperature of ire point area/ ℃ CO2 mixing ratio/% Calculated value Experimental value 图 2    火点区温度随 CO2 喷吹比例的变化 Fig.2    Fire point area temperature variation with the CO2 mixing ratio 首钢京唐钢铁联合有限责任公司应用本技术 后，实现炼钢烟尘源头减量 9.95%（质量分数），烟 尘中 Fe 的质量分数降低 12.98%，如图 3 所示，且 粗灰产生量随二氧化碳用量增加而降低，如图 4 所示. 验证了 CO2−O2 混合喷吹降低炼钢烟尘产 生的工业应用效果. 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 Smelting time/min Dust and TFe volume/(10−2 g·mL−1 ) 9.0 10.5 12.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 Dust volume of conventional process Dust volume of CO2 process TFe volume of CO2 process TFe volume of conventional process 图 3    冶炼过程炼钢烟尘与 TFe 量变化 Fig.3    Variation of steelmaking dust and TFe in the smelting process 100 200 300 400 500 CO2 consumption/kg Coarse ash/kg 600 700 700 600 500 400 300 200 100 0 图 4    炼钢粗灰产生量随 CO2 用量变化 Fig.4     Variation  of  coarse  ash  production  in  steelmaking  with  CO2 consumption 2.2    CO2 控温高效脱磷技术及其应用 氧气剧烈反应放热带来的熔池快速无序升 温，破坏了高效脱磷的“低温”热力学条件，造成深 度脱磷困难. 笔者团队探明了 CO2 喷吹减缓熔池 升温和强化熔池搅拌的作用规律，发现 CO2−O2 混合顶吹可延长最佳脱磷温度时间 20%，如图 5 所示，增加射流冲击面积 36%，发明了 CO2−O2 混 合顶吹熔池“升温−控温” 热平衡模型和 CO2 比例 分段动态调控技术，软件操作界面如图 6 所示，制 定了转炉顶吹 CO2 用于脱磷的工艺标准，建立了 适应不同钢种的双联脱磷模式及阶梯式脱磷方 法，保证了 CO2 控温高效脱磷，突破了长期困扰炼 钢深脱磷的技术瓶颈[23−24] . 该技术先后在首钢京唐钢铁联合有限责任公 司、福建三钢闽光股份有限公司成功投入工业应 用，保障了超低磷钢稳定生产. 首钢京唐半钢脱磷 转炉脱磷率提高 6.99%，如图 7 所示，常规转炉终 点磷的质量分数平均降至 0.006%，如图 8 所示，实 姜娟娟等： 二氧化碳绿色洁净炼钢技术及应用 · 3 ·