二氧化碳在鋼鐵冶金流程應用研究現狀與展望

焦拴平

摘 要：本文就二氧化碳在鋼鐵冶金流程中的應用進行討論，從多個角度入手對其應用研究現狀展開分析，并對二氧化碳在該領域的未來應用進行展望，希望能夠有效提升鋼鐵冶金領域對二氧化碳的應用水平，以此來推動相關技術的革新與進步，使鋼鐵冶金行業的可持續發展得到有效的保證。

關鍵詞：二氧化碳;鋼鐵冶金流程;研究現狀;展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.059

二氧化碳（CO2）屬于弱養性氣體，在常溫狀態下表現為無色無味，且具有較為穩定的化學性質，不助燃、沒有毒性，但如果受到高溫影響，就會出現相應的化學反應，也正因為CO2的這種特性，其在鋼鐵冶金領域得到了廣泛的應用，將其作為資源在鋼鐵冶金流程當中進行有效的應用，不僅能夠達到降低CO2排放量的目的，同時還能減少鋼鐵生產成本，并使其產品質量得到有效的提升，因此，有必要針對CO2在鋼鐵冶金流程當中的應用進行深入的研究。

1 在高爐當中的應用

（1）在高爐風口部分噴吹。早在2010年開始，相關領域就開始針對高爐噴吹CO2的相關技術進行研究，通過向高爐進行CO2的噴吹，或噴吹含有CO2的廢氣能夠在高爐煉鐵過程中有效減少資源的消耗，同時降低CO2的排放量，避免在高爐煉鐵工程中造成嚴重的污染問題，具體技術方案如下：在高爐鼓風部分將CO2或者是含有CO2的廢氣鼓入冷風管當中，在使用熱風爐進行加熱處理以后，經由熱風管道在高爐風口部分完成噴吹，在高爐風口區域，高溫的碳會與氧產生反應形成CO2，而帶入的CO2或后產生的CO2會再次與炭產生反應，從而得出CO，能夠在高爐冶煉當中作為還原劑使用。

（2）作為噴煤載氣進行應用。在2011年國內相關人員又提出以CO2作為傳輸介質用于高爐噴煤的想法，而高爐噴煤主要是將煙煤粉、無煙煤或者是混合煤粉經過高爐風口直接噴吹到爐內，以此來對焦炭進行取代，從而達到提供熱量和充當還原劑的目的。

將CO2作為傳輸介質以后，不僅煤粉當中蘊含的碳會在風口區域與富集的CO2進行反應，同時還會與鼓風中的氧氣進行反應，在此過程中，需要對富氧量以及噴煤量進行科學的調整，確保配比的科學性，以此來保證煤粉能夠在風口前進行充分的燃燒。

2 在轉爐當中的應用

（1）轉爐頂吹二氧化碳。相比于純氧，在煉鋼過程中使用CO2作為氧化劑時，由于在參與熔池反應過程中CO2會產生微放熱或吸熱反應，反應之后的熱效應不高，因此，可以按照一定比例對轉爐進行頂吹CO2達到控制煉鋼脫磷溫度的目的，使脫磷反應能夠獲得相應的熱學條件，而且，使用CO2參與反應能夠生成較多的氣體，對熔池攪拌操作具有一定的強化作用，從而使脫磷反應獲得相應的力學條件。

而相關研究人員在近些年當中對CO2在煉鋼領域的應用進行了深入的研究，經過多年的研究，實現了CO2的轉爐頂吹，通過轉爐煉鋼期間對CO2氣體的頂吹技術研究，在氧氣射流當中摻入了CO2氣體，并在轉爐底吹當中進行應用，在轉爐以及感應爐當中實現了O2+CO2的混合噴吹。在研究中發現，對CO2進行頂底復吹能夠使煉鋼過程中產生的煙塵量有效減少，同時還能降低煙塵TFe質量分數以及爐渣鐵損，改善了攪拌機控溫效果，使脫磷率得到了很大的提升，此外，鋼水氮質量分數也有所降低，對鋼水質量的提升產生了積極的作用。

（2）轉爐底吹二氧化碳。國內研究人員對轉爐煉鋼流程中的CO2底吹工藝研究最早開始于上世紀70年代，在研究過程中發現CO2能夠與熔池進行反應，而且在底吹攪拌能力上要高于N2和氬氣，CO2與底吹N2/Ar型復吹轉爐不同，并不會增加鋼產品當中的氮，也不同于底吹CO2/CxHy型轉爐，不會增加產品中的氫，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90年代，我國鞍鋼的相關研究人員對頂底復吹轉爐中的底吹CO2應用進行了深入的研究，發現可以在頂底復吹轉爐當中應用CO2進行底吹，但需要在底吹氣體當中混入適量的O2，避免在對CO2氣體進行底吹的過程中，由于強烈冷卻作用導致噴嘴出現堵塞現象，但在實際應用過程中，受到底吹磚壽命影響，這種技術未能得到全面的應用。

在近幾年當中，通過研究發現在轉爐當中進行底吹CO2，能夠使爐渣鐵損有效降低，同時還能使熔池攪拌得到有效強化，并可以提升脫磷率，根據實驗發現，在轉爐當中進行底吹CO2具有較高的可行性，且爐底未發現明顯的侵蝕現象。

3 在精煉連鑄流程中的應用

（1）電弧爐底吹攪拌。使用CO2對氬氣加以取代進行底吹攪拌，能夠使終點碳質量分數得到有效提升，同時會對少量的鉻進行氧化，但對于氮、氧、錳等物質的質量分數并不會造成影響，而且運用CO2進行底吹能夠使熔池攪拌被增強，提升爐渣堿度，并使其中的FeO質量分數有效降低，能夠為電弧爐的脫硫操作提供相應的熱學和動力學條件，使電弧爐獲得更高的脫硫率，此外，高質量的熔池攪拌也能夠對脫磷反應產生一定的促進作用。

（2）連鑄保護氣。為了使連鑄保護氣應用氬氣投入高以及應用CO2的相關工藝問題得到有效的解決，相關人員經過試驗研究發現，將氬氣換成CO2對浸入式水口密封進行保護時，有效提升了氮質量分數，而且使用CO2充當保護氣，會使鋼中的氧質量分數減少，使澆注得到有效的保護，對澆注保護前后鋼產品中的氣體進行分析可以發現，使用CO2進行連鑄保護，能夠減少澆注中的二次氧化問題。

4 相關展望

隨著科學技術的發展，CO2在鋼鐵冶金流程當中的應用技術將會得到進一步的完善，同時還能有效拓寬應用領域，使得鋼鐵冶金流程在CO2的用量不斷提升，就目前我國的鋼產量來看，以每年8億t計算，每年冶金流程對CO2的回收利用量能夠達到8000萬t，而該數量將會隨著技術的革新以及應用范圍的擴大逐漸上漲，這將會對冶金工藝技術的發展產生巨大的推動作用，有利于鋼鐵冶金領域可持續發展目標的實現。

5 結語

綜上所述，將CO2應用在鋼鐵冶金流程當中，不僅能夠降低資源消耗和污染問題，還能使鋼鐵冶金質量得到有效的提升，因此，鋼鐵冶金領域一定要對CO2的應用加強研究，不斷提升自身的應用水平，使其能夠在鋼鐵冶金領域發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]朱榮，畢秀榮，呂明.CO2在煉鋼工藝的應用及發展[J].鋼鐵，

2012（03）.