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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(xiàn)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?qū)Χ趸嫉膽盟?,以此來推動相關技術的革新與進步,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)為無色無味,且具有較為穩(wěn)定的化學性質(zhì),不助燃、沒有毒性,但如果受到高溫影響,就會出現(xiàn)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(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(jīng)由熱風管道在高爐風口部分完成噴吹,在高爐風口區(qū)域,高溫的碳會與氧產(chǎn)生反應形成CO2,而帶入的CO2或后產(chǎn)生的CO2會再次與炭產(chǎn)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(nèi)相關人員又提出以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、無煙煤或者是混合煤粉經(jīng)過高爐風口直接噴吹到爐內(nèi),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(zhì)以后,不僅煤粉當中蘊含的碳會在風口區(qū)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(diào)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(zhuǎn)爐當中的應用
(1)轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jīng)過多年的研究,實現(xiàn)了CO2的轉(zhuǎn)爐頂吹,通過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐底吹當中進行應用,在轉(zhuǎn)爐以及感應爐當中實現(xiàn)了O2+CO2的混合噴吹。在研究中發(fā)現(xiàn),對CO2進行頂?shù)讖痛的軌蚴篃掍撨^程中產(chǎn)生的煙塵量有效減少,同時還能降低煙塵TFe質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)也有所降低,對鋼水質(zhì)量的提升產(chǎn)生了積極的作用。(2)轉(zhuǎn)爐底吹二氧化碳。國內(nèi)研究人員對轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)爐不同,并不會增加鋼產(chǎn)品當中的氮,也不同于底吹CO2/CxHy型轉(zhuǎn)爐,不會增加產(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90年代,我國鞍鋼的相關研究人員對頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐中的底吹CO2應用進行了深入的研究,發(fā)現(xiàn)可以在頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)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(xiàn)堵塞現(xiàn)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(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)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(jù)實驗發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)爐當中進行底吹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(zhì)量分數(shù)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(zhì)的質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量的熔池攪拌也能夠?qū)γ摿追磻a(chǎn)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(jīng)過試驗研究發(fā)現(xiàn),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(zhì)量分數(shù),而且使用CO2充當保護氣,會使鋼中的氧質(zhì)量分數(shù)減少,使?jié)沧⒌玫接行У谋Wo,對澆注保護前后鋼產(chǎn)品中的氣體進行分析可以發(fā)現(xiàn),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(fā)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(chǎn)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(shù)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(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用,有利于鋼鐵冶金領域可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)。
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(zhì)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(fā)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(fā)展[J].鋼鐵,2012(03).
作者:焦拴平 單位:甘肅酒鋼(集團)宏興鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司