CO2用作RH提升气体冶炼超低碳钢的热力学分析及实验研究

作     者：游辛晨 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何生平

授予年度：2020年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：CO2 RH精炼 超低碳钢 脱碳 

摘      要：CO的大量排放造成的“温室效应严重影响生态环境和人类生存发展,钢铁企业作为CO排放大户,将CO资源化利用具有深远意义。近年来,以深脱碳、脱氢等为主要目标的RH精炼成为纯净钢冶炼的重要手段。RH精炼需耗费大量高昂的Ar,CO成本仅为Ar的1/3～1/5,且CO具有弱氧化性可参与脱碳,由此将CO替代Ar用于RH精炼是钢厂节能减排的重要方向,但将CO用作RH提升气体冶炼超低碳钢的相关基础理论并不充分,特别是真空条件下CO和[O]的协同脱碳效果及其影响因素鲜有报道。因此,深入研究CO-[O]-Ar体系下RH精炼中钢水脱碳行为及温度效应具有重要意义。本文结合RH真空精炼特点,基于Fact Sage热力学软件,首先采用迭代的计算思路并验证计算方法的可靠性,在此基础上,分析体系压力、混合气体比例、初始碳氧含量等因素对钢液脱碳及钢水温度的影响,并讨论预脱氧工艺的利弊及可行性;其次,在实验室高温真空硅钼炉内,向低碳钢液喷吹不同比例的CO/Ar,考察CO的脱碳效果;最后,基于热力学计算及实验室研究结果,在220t RH炉进行侧吹CO作提升气体冶炼超低碳钢的工业性试验。理论计算结果表明,在保证钢中一定初始氧的真空条件下,向低碳钢液喷吹CO脱碳温降在5℃以内,喷吹后期脱碳停滞并伴有钢液增氧现象,需切换Ar吹炼;当初始碳含量小于0.04%,初始氧含量控制在0.02～0.04%,混吹CO-Ar气体中CO体积占比为50%～65%时有最佳冶炼效果;由于CO会氧化钢液中铝,合金脱氧前需切换为纯Ar吹炼。实验室研究结果显示,常压向超低碳钢液继续喷吹CO会增碳;而真空体系下,当喷吹体积比为1:1的CO-Ar混合气体时终点碳氧含量水平较佳;混合气体中CO的存在会加快脱碳速率,喷吹纯CO时,脱碳速度指数可达13.4 ppm·min·L。工业性试验结果表明,不改变进站钢水条件,采用CO替代Ar作为提升气体,温度效应、脱碳效果和生产效率与现有工艺相当,但可以节能降本。高氧低碳钢水条件下喷吹CO辅助脱碳效果不明显,这与热力学计算基本吻合。碳高氧低的情况下,可以考虑使用CO作提升气体弥补钢液脱碳能力不足,但这需要进一步的试验验证。研究结果可为CO在RH精炼工艺上的应用提供思路和有关数据支撑,为进一步探索及优化该工艺提供经验。