lf精炼炉底吹co2气体的工业探索性研究

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1、冶金之家网站LF精炼炉底吹CO2气体的工业探索性研究谷云岭1，2，朱荣1，2，吕明1，2，陈列3，刘润藻1，尚大军3(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083；3.西宁特殊钢股份有限公司，青海西宁810005)摘要：基于LF精炼过程底吹CO2气体搅拌机制的研究，利用75tLF精炼炉进行底吹不同比例CO2与Ar混合气体的探索性工业试验。结果表明：底吹CO2气体使钢液搅拌增强，脱硫率由49.7%提高到65.1%，炉渣平均(F

2、eO)质量分数均小于0.5%，满足精炼过程对炉渣氧化性的要求。钢液中夹杂物的种类、形貌和组成变化较小，夹杂物当量密度减小，钢液洁净度提高，试验表明LF炉可使用CO2气体进行精炼。关键词：LF；CO2；脱硫；洁净度钢铁工业由于其能源密集型特点而成为CO2排放的大户，其CO2排放量占国内工业总排放量的16%左右[1]。如何降低CO2排放及将CO2进行资源化利用已越来越引起钢铁工作者的重视[2-3]。CO2用于炼钢过程的研究，主要集中在转炉炼钢方面，研究发现少部分CO2气体能参与熔池反应，其底吹搅拌能

3、力强于Ar和N2，同时CO2不像底吹N2/Ar易使钢中[N]含量增加，也不像底吹O2/CxHy易使钢中[H]含量增加，CO2是费用较高的Ar和有潜在危害的N2的一种有效的替代品[4-6]。有关CO2在精炼过程的应用研究较少，BruceT将CO2气体用于钢包搅拌的初步尝试表明，最终产品的洁净度较好[7]。有关CO2的来源问题，目前可从钢铁企业自身的石灰窑、转炉煤气、加热炉等富含CO2的气体中回收[8-10]，技术上已解决。将石灰窑生产排放的CO2收集提纯储存，其体积分数可达到99.5%，回收成本约

4、为0.30～0.60元/m3[11]，远低于Ar的生产成本，这为CO2在冶金行业的循环利用提供了基本条件。基于此，本文研究了将CO2气体应用于钢包炉精炼过程的可行性及对钢液的搅拌和钢水质量的影响，为CO2在精炼过程的资源化利用奠定基础。1LF炉底吹CO2气体搅拌机制钢包底吹气体精炼工艺对于均匀钢液成分及温度，更有效地去除夹杂物及脱硫和脱氧都有重要的意义，是提高钢液质量的重要手段之一。搅拌功率的大小是影响钢包底吹过程的关键因素。底吹气体搅拌对钢水所做的功[12-13]主要包括：1)气体在出口附近因

5、温度升高所引起的膨胀功；2)气体在钢水中上升过程中因静压力变化而引起的膨胀功；3)浮力所做的功；4)气体吹入时的动能；5)气体从出口前压力降到出口压力时的膨胀功。钢液底吹过程中动能主要为气泡分散膨胀所产生，因此，搅拌功率的计算公式可近似如下：式中：ε为搅拌功率，W/t；Tg为钢水温度，K；Tq为底吹气体初始温度，K；Tg钢水温度，K；mg钢水质量，t；Qq为气体流量，L/min；H为钢液深度包括渣厚，cm；p2为钢液面上的绝对压力，kPa。从式(1)中可看出底吹气体的搅拌功率与气体流量成正比，故

6、增加气体流量可增加搅拌功率，当气体流量为300L/min、钢包容量为70t、钢包熔池高度为220cm、渣层厚度为15cm时，取钢液温度为1873K，气体温度为298K，计算底吹气体的搅拌功率为83.06W/t。底吹CO2气体与底吹Ar的区别在于会有少量的CO2气体与钢液中的[C]元素反应而产生CO，由反应式[C]+CO2=2CO可知：气体总量增加，相当于气体的流量增加，从而使搅拌功率增加。从图1中可以看出，随着底吹气量和反应比例的增加，底吹气体的搅拌功率增强，更有利于夹杂物的去除及脱硫反应的进行

7、，进一步提高了钢液质量。CO2冶金之家网站气体与钢液中[C]元素反应产生的CO气体弥散于钢液中将进一步增加钢液搅拌强度，这有利于夹杂物的去除。2试验方法2.1供气方案试验在西宁特钢75tLF炉上进行，试验钢种选择45号钢，试验采用CO2气体和Ar气的混合气体进行底吹，精炼过程应控制好气体流量，不同时期应采取不同的供气制度，为钢液升温、脱硫、脱氧及去除夹杂物创造良好的动力学条件，制定供气方案如表1所示。2.2供电制度和造渣制度精炼炉的供电制度视钢液到站温度的高低而定。温度的控制要合理，前期温度不能

8、低，精炼过程中应保持足够长时间的高温精炼来保证夹杂物有足够的时间上浮去除。对于到站温度高的钢水，应采用较低电压、较大电流(28～32kA)送电，保证足够的送电时间，以利于钢水脱氧、钢-渣面反应的进行；对于到站温度低的钢水应采用较高电压、大电流(30～34kA)送电，以利于快速升温。为保证LF炉精炼过程中有足够的升温、脱氧、脱硫、钢水混匀、钢-渣反应的能力及防止钢水吸气，精炼过程中必须保证合适的渣量，一般为1.5%～2.5%，精炼过程渣厚保持在150～180mm，且精炼渣必须具有良好的流动性和丰富