CO2在炼钢工艺中的资源化利用现状与展望

将CO₂用于炼钢工艺可实现对CO₂资源化利用，是一种绿色化、低成本、高效率和易实现的冶炼技术。本文以采用CO₂炼钢工艺为立足点，介绍了近年来CO₂在转炉、电弧炉等流程的应用研究现状和发展情况。同时，结合基于钢铁企业的实际运用情况，概述了CO₂资源化利用在炼钢过程中的可行性和实际效果。CO₂可作为反应气体、保护气体、搅拌气体应用在炼钢工艺过程中，具有生产成本低、热力学条件好、搅拌能力强等优点，应用前景非常广阔。实际生产表明，采用CO₂炼钢可提高铁水脱磷率5%～7%，吨钢节约生产成本9元以上。CO₂在炼钢工艺中的资源化利用将是实现我国钢铁行业高效率、低成本减排的重点研究方向之一。以我国年产粗钢10亿t估算，采用CO₂炼钢工艺可降低钢铁行业CO₂总排放量约5%左右。     

宣钢150 t转炉底吹二氧化碳技术研究

宣钢为响应国家CO₂减排号召,在现有设备基础上进行转炉底吹CO₂技术改造。改造后,炼钢作业区实现全钢种底吹CO₂供气工艺。底吹CO₂工艺应用炉次,各钢种钢铁料消耗明显降低,转炉脱磷效率进一步提高,另外煤气回收量有所增加,炉渣氧化性显著降低,从而优化了溅渣效果,提高了转炉工作效率。     

宣钢150t转炉底吹CO2技术研究与实践

为寻求CO₂在转炉流程内的规模化利用途径,减少CO₂排放量,通过工业实验和理论分析对转炉底吹CO₂工艺开展了创新性技术研究。本文对CO₂吸附深度稳定脱氮技术以及CO₂底吹高强度搅拌技术的机理进行了深入研究,并通过热态实验加以验证。同时根据此次研究成果,制定了转炉炼钢动态调节底吹CO₂流量的工艺,实现了转炉出钢终点氮含量的稳定控制,提高了宣钢150t转炉冶炼脱磷效率和控氧效果,取得了良好的经济效益和社会效益。     

超低碳钢RH混合喷吹Ar-CO2冶金反应特性

 钢铁生产过程CO₂的资源化利用对中国“碳达峰,碳中和”目标的实现起着重要作用。氩气驱动的RH(ruhrstahl-heraeus)真空装置是超低碳钢精炼的关键设备,利用高真空下钢水循环流动可有效脱碳、脱气和去除夹杂物。由于真空条件下CO₂可直接与钢水中碳反应生成CO,在实现脱碳的同时可促进熔池搅拌。因此,尝试将Ar-CO₂混合气体作为提升气体引入超低碳钢RH脱碳过程。首先,针对CO₂在RH脱碳条件下的冶金反应行为,通过热力学理论分析了不同压力下Fe-C-O熔体与Ar-CO₂的反应特性。其次,搭建了Ar-CO₂混合气体作为RH提升气体的工业试验平台,通过工业性试验研究了超低碳钢RH脱碳过程混合喷吹Ar-CO₂对钢水脱碳、脱氮和温降的影响。Fe-C-O熔体与Ar-CO₂反应热力学表明,在低于100 kPa和超低碳条件下,Ar-CO₂混合气体中的CO₂仍可能与钢水中碳反应,从而促进RH脱碳和脱气。工业性试验表明,喷吹100% CO₂、50% Ar+50% CO₂和100% Ar炉次出站平均碳质量分数分别为0.001 50%、0.001 57%和0.001 19%,因而混合喷吹Ar-CO₂并不会显著影响RH脱碳效率。同时,由于CO₂与钢水中碳反应十分有限,与喷吹100% Ar相比,喷吹100% CO₂和50% Ar+50% CO₂对RH脱氮效率和钢水温降没有明显影响。因此,超低碳钢RH脱碳时,完全可采用CO₂取代部分或全部氩气作为提升气体,尽管无法提高精炼效率,但仍具有显著的经济价值和环保优势。     

转炉复吹与石灰石造渣行为控制技术的研究

为了建立适合天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）特点的低成本、高效化、稳定性生产洁净钢新工艺体系,进行了转炉复吹与石灰石造渣行为控制技术的研究.分析了石灰石分解特性以及石灰石代替石灰造渣的可行性并进行试验,发现通过石灰石直接进入转炉造渣炼钢模式取代传统的“煅烧石灰-造渣炼钢”模式,使煅烧石灰的用量在40~50 kg/t_钢基础上,降低煅烧石灰用量高达50 %以上;采用CO₂代替N₂用于转炉溅渣护炉以及复吹转炉底吹CO₂进行搅拌和冶炼技术,预计能够取得良好的效果.      

CO2作为RH提升气的冶金反应行为研究

钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时,炼钢环境下 CO₂可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此,本文提出将CO₂作为RH提升气进行真空精炼。针对CO₂在RH精炼过程的冶金反应行为特性,通过热力学理论分析了极限真空条件下CO₂脱碳的有利条件及限度,同时搭建了CO₂作RH提升气工业试验平台,通过工业试验对比研究了CO₂/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明,若单纯考虑CO₂与碳反应,则当钢液中[C]低于1.8×10?6,CO₂仍然具有氧化碳元素的能力。然而,CO₂对钢液中碳铝元素存在选择性氧化,当铝含量低于一定程度时,CO₂主要参与脱碳反应;反之,CO₂则会造成一定铝损,因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外,CO₂用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果,喷吹同等量CO₂并未造成钢液的大幅温降,因此CO₂完全有潜力作为RH提升气,进而完成精炼。      

不锈钢冶炼底吹CO2对熔池动力学条件影响

 近年来,CO₂在钢铁行业的资源化利用技术被广为开发,研究表明CO₂在不锈钢冶炼中的应用颇具潜力。通过建立底吹CO₂气泡反应动力学模型并结合水力学模拟试验研究,量化研究不锈钢冶炼条件下底吹CO₂对熔池动力学条件的影响。由于CO₂脱碳导致气体体积增加会造成气泡膨胀或分裂的情况不明确,假设两种极端条件,即条件a,CO₂反应气泡体积增大后只膨胀不分裂;条件b,CO₂反应气泡体积增大后只分裂不膨胀,并取某厂70 t不锈钢炉冶炼中期工艺参数对两种条件下CO₂气泡反应动力学进行计算。结果表明在本研究条件下,不锈钢冶炼底吹CO₂反应后气体增加无论是导致气泡膨胀或者分裂,反应平衡时气泡最终体积约为初始体积的1.3倍,并且气泡体积随反应时间的变化呈线性关系。水力学模拟研究发现,相对于对照组试验,条件a和条件b下熔池的混匀时间分别缩短16.5 s和8.4 s,因此得出实际底吹CO₂在反应后会使熔池混匀时间缩短8.4~16.5 s,使熔池的动力学条件得到显著改善。此外,通过墨水示踪剂观察底吹CO₂对熔池流场变化的影响,发现底吹CO₂反应后导致气泡膨胀会促进熔池的溶质向横向扩散,相对抑制溶质在纵向的扩散速度;相反地,CO₂反应后导致气泡分裂会促进熔池的溶质向纵向扩散,相对抑制溶质在横向的扩散速度。     

CO2用于K-OBM-S转炉冶炼不锈钢的理论分析与实践

为探究K-OBM-S转炉冶炼不锈钢过程中用CO₂代替底吹氩气(Ar)的可行性,以409不锈钢为例,基于热力学计算明确了底吹气中CO₂体积分数应高于30%,以此保证在脱碳末期CO₂仍能参与脱碳反应.CO₂氧化1 kg C,Si和Cr就会使1 t 409不锈钢钢水分别降温13.8 K、升温10.9和3.9 K,该升温效果显著低于O₂.理论分析表明,CO₂总流量应低于6.56 m³/t,以此保证脱碳终点钢水温度高于1 923 K,避免Cr发生严重氧化.利用太钢80 t K-OBM-S转炉开展相关工业试验,结果表明,与原底吹工艺(30 m³/min O₂+30 m³/min Ar, O₂-50%Ar)相比,试验工艺(35 m³/min O₂+27 m³/min CO₂,...     

钢铁联合企业CO2排放研究综述

摘 要：回顾了近年来国内外研究钢铁联合企业CO₂排放的文献,建立了钢铁生产过程碳素流模型;总结和分析了钢铁联合工业影响CO₂排放因素;介绍了国外利用reMIND和CLPEX建立的过程集成优化分析生产成本和CO₂排放量的模型;总结了钢铁联合企业CO₂排放量的估算方法和注意事项;提出我国钢铁联合企业目前应该加快建立适合本国钢铁联合企业温室气体排放计算标准和方法;展望了钢铁联合企业研究CO₂排放的研究方向。     

钢铁工业二氧化碳排放计算方法实例研究

实现钢铁生产中CO₂排放的准确量化和计算是分析评估其环境影响及各种减排技术的基础和保障.基于Y钢厂2015年的实际生产数据，分别利用国内推荐的投入产出法和国际钢铁协会推荐的生命周期法计算了Y钢厂的吨钢CO₂排放量.计算结果表明:生命周期法计算的Y钢厂的吨钢CO₂排放量为2.183 t CO₂，明显高于国内推荐的投入产出法计算的Y钢厂的吨钢CO₂排放量1.940 t CO₂，这主要是由于钢铁协会提出的计算方法统计项目更为丰富并且考虑了物料和能源的上游产生的二氧化碳排放.结合《温室气体排放核算与报告要求》计算方法和国际钢铁协会所提出的计算方法，从计算边界、排放因子、物料和能源分类以及评价基准线层面提出了一套基于全生命周期方法的符合中国钢铁企业国情的温室气体排放计算方法.      

Study on gas utilization for resource in iron and steel factory

The gas resource in iron & steel factory is very rich.One of gas utilization routes is methanol synthesization using gas,including BFG,LDG and COG,and in this way both the CO₂ reduction and the chemical products with high value can be obtained at the same time.In this paper,the technique route of BFG utilization for resource is put forward,and the environment and economy evaluation models are set up to analyze and estimate the CO₂ reduction and economic benefit of methanol synthesization by BFG and by gas off full- oxygen blast furnace.     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO₂吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO₂低成本脱除技术和CO₂的储存与利用技术。     

低碱度含FeO渣热分解H2O/CO2制取H2/CO

以转炉钢渣为原料,通过高温重熔获得不同碱度渣样并开展H₂O/CO₂氧化试验,在获得H₂/CO气体能源的同时改善渣样磁性,提升渣综合利用率。试验结果表明,随着碱度增加,析出主要物相从橄榄石到镁蔷薇辉石最终向硅酸二钙转变,与此同时,固溶在其中的RO相逐渐溶出。相同亚铁含量下,高碱度渣样能够大幅度改善氧化反应效率,碱度1.83渣样最高产气量为H₂ (32.3 cm3/g)、CO (22.1 cm3/g),反应率分别达到了83.7%、57%,碱度1.13的渣样反应率分别仅为 40.5%、32%。氧化后的渣样磁选效率均有提高,碱度2.13渣样从14.85%增加到78.75%。     

Carbon dioxide emissions reduction technology and its application prospects in the steel industry

Fossil-fuel burning greenhouse gas induced global warming has been recognized as global environmental problems,reduce and ultimately control the energy production in the use of CO₂ emissions, global energy production will be a major challenge.As a highly intensive materials and energy,iron and steel enterprises,need to be invested to produce one ton of steel about two tons of material and 0.7 t of standard coal energy,and while producing two tons of CO₂.Therefore,reducing CO₂ emissions from iron and steel industry has become the focus of the global steel industry.This paper describes an integrated domestic and international measures to control carbon dioxide emissions research progress and future technology trends, with emphasis on the domestic steel industry emissions of carbon dioxide status of technology development and industrialization of implementation of the proposed on this basis,including dry quenching technology, gas,power generation,coal moisture control technology,blast furnace injection plastics technology,the use of coking process for treating municipal waste plastics technology,sintering heat generation,low pressure saturated steam for power generation,metallurgical slag heat recovery technology,coke oven gas hydrogen technology and the other key technologies energy saving technologies,including the development,promotion and popularization of the steel industry in China will be the CO₂ emission reduction technology direction and focus.At this stage,the Chinese steel industry can be improved the energy efficiency and recycling of waste heat and energy,reduce unit GDP,CO₂ emissions;but in the long run,should increase CO₂ capture and storage on the input of technology can possible effective control of the adverse effects of CO₂ emissions.     

Study on rapid stabilization of steel slag powder

Dry ball milling and wet ball milling were used to treat converter slag with particle size < 10 mm and the converter slag powder was stabilized by H₂O only and H₂O coupled with CO₂.respectively.Results showed that when CO₂ &H₂O was used,the free-calcium oxide（f-CaO） content in converter slag decreased significantly and after an-hour treatment the f-CaO content was reduced to 3%;however,when only treated by H₂O without CO₂, f-CaO needed 3-hour stabilization to decrease its content to 3%.When f-CaO in converter slag powder was treated by CO₂ &H₂O,its main reaction products were CaCO₃ and then Ca（OH）₂;however,when only H₂O was used, the f-CaO content decreased gently and the main products were Ca（OH）₂.     

Optimized AOD gas administration—a lean process for a green world

The AOD is by its very nature and purpose a large generator of CO₂.The total CO₂ emission from the process can be divided into two parts-the direct part which is proportional to the carbon removal from the metal and the indirect part which is related to the consumption of additives such as reduction agents,slag formers and alloys. The production of the additives typically required for a heat causes large emissions of CO₂,in fact,often larger than what is generated from the direct part.By applying a real-time adaptive optimization of the oxygen to inert gas ratio over small time increments,the overall carbon removal efficiency is increased while the consumption of reduction agents and slag formers are decreased.This removes unnecessary production costs and minimizes the total emission of CO₂. In this paper a process concept with optimized gas administration over a large number of time increments is compared with a more traditional process practice.The work is based on industrially proven process models integrated in the UTCAS software package for converter management and control.Finally,this paper concludes on how the suggested process can be applied in actual plant operation.