馮永磊

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

CO2減排是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)，鋼鐵工業(yè)由于其能源密集型特點(diǎn)而成為CO2排放的大戶。2019 年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量達(dá)到9.96 億t，CO2排放強(qiáng)度為2.0 t/t，鋼鐵行業(yè)CO2排放量超過(guò)20 億t，我國(guó)重點(diǎn)鋼廠的碳排放占到全國(guó)碳排放總量的16%以上，我國(guó)承諾，到2030 年單位GDP 碳排放比2005 年下降60%～65%。

在實(shí)現(xiàn)CO2減排的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本及提高鋼水質(zhì)量，降低渣中鐵損，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高CO 回收量，符合宣鋼轉(zhuǎn)型升級(jí)、節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)，且為后續(xù)采用電爐工藝替代轉(zhuǎn)爐工藝，解決生產(chǎn)綠色化及產(chǎn)品潔凈化等難題提供技術(shù)支撐。

宣鋼二鋼軋廠煉鋼作業(yè)區(qū)于2010 年11 月投產(chǎn)，底吹工藝投入使用至今。為響應(yīng)國(guó)家CO2減排號(hào)召，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行轉(zhuǎn)爐底吹CO2技術(shù)改造。改造后，煉鋼作業(yè)區(qū)實(shí)現(xiàn)底吹CO2供氣工藝。CO2作為底吹氣體，其與鋼中碳反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，調(diào)節(jié)CO2底吹流量和切換介質(zhì)；反應(yīng)生成大量的CO 氣泡，強(qiáng)化熔池?cái)嚢?，為脫磷反?yīng)創(chuàng)造良好的動(dòng)力學(xué)條件；所以底吹CO2的應(yīng)用可以有效提高轉(zhuǎn)爐脫磷效率。

1 工藝裝備情況

河鋼集團(tuán)宣鋼公司（全文簡(jiǎn)稱宣鋼）二鋼軋廠煉鋼作業(yè)區(qū)于2010 年11 月投產(chǎn)，底吹工藝投入使用至今，煉鋼工藝流程主要包括8 套鐵水罐傾翻裝置、2座KR 鐵水脫硫站、2 座150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2 座吹氬站，2 座LF 鋼包精煉爐，1 座RH 真空精煉裝置，2臺(tái)12 機(jī)12 流小方坯連鑄機(jī)、及配套水泵站、水處理、空壓機(jī)等公輔設(shè)施。

宣鋼轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)內(nèi)外環(huán)承X 狀分布，具體砌筑和爐底位置分布見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 爐底底吹供氣組件砌筑圖（mm）

圖2 爐底底吹供氣元件分布圖

目前底吹供氣模式（見(jiàn)圖3）主要有以下四種模式：

圖3 底吹模式

1）A 模式。全程吹氮模式。該模式工藝要求：若選擇A 模式，要求吹煉階段以及其他輔助階段均為N2。

2）B 模式。全程吹氬模式。該模式工藝要求：開(kāi)吹至出鋼結(jié)束全程吹氬，為避免其他輔助階段吹氬氣造成的浪費(fèi)，要求在接收到濺渣護(hù)爐信號(hào)后切換成價(jià)格便宜的氮?dú)庵料乱粻t開(kāi)吹開(kāi)氧信號(hào)之前的輔助階段全為氮?dú)?，周而?fù)始。

3）C 模式。12 min 氮?dú)迩袚Q模式。適用于普通級(jí)別的品種鋼。該模式工藝要求：開(kāi)吹開(kāi)氧至720 s 階段底吹氣體為氮?dú)猓?20 s 至出鋼結(jié)束切換為氬氣，以減少鋼液增氮，提高鋼水質(zhì)量，為避免浪費(fèi)要求在接收到濺渣護(hù)爐信號(hào)后切換成價(jià)格便宜的氮?dú)庵料乱粻t開(kāi)吹開(kāi)氧信號(hào)之前的輔助階段全為氮?dú)?，周而?fù)始。

4）D模式。10 min 氮?dú)迩袚Q模式。適用于35MnBH要求10 min 氮?dú)迩袚Q的鋼種。該模式工藝要求：開(kāi)吹至600 s 階段底吹氣體為氮?dú)猓?00 s 至出鋼結(jié)束切換為氬氣，減少鋼液增氮，提高鋼水質(zhì)量，為避免浪費(fèi)要求在接收到濺渣護(hù)爐。

信號(hào)后切換成價(jià)格便宜的氮?dú)庵料乱粻t開(kāi)吹開(kāi)氧信號(hào)之前的輔助階段全為氮?dú)猓芏鴱?fù)始。

目前來(lái)看，上述四種模式可滿足現(xiàn)階段全部鋼種的要求，為長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮該項(xiàng)目的優(yōu)化改造還預(yù)留H、K等模式，為后續(xù)新增鋼種對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹模式與上述四種模式不同的其他要求而預(yù)留的優(yōu)化窗口。

2 底吹CO2 概述

新引入的底吹CO2系統(tǒng)設(shè)備主要包含CO2液態(tài)儲(chǔ)罐、CO2水浴式汽化器、CO2氣體儲(chǔ)罐、雙路減壓裝置、PLC 控制系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備作用如表1[1]。

表1 底吹CO2 關(guān)鍵設(shè)備作用

具體工藝流程如圖4 所示。

圖4 底吹CO2 工藝流程圖

控制模式分為兩種：

1）手動(dòng)操作，即操作工通過(guò)就地閥組控制系統(tǒng)的開(kāi)、關(guān)運(yùn)行和調(diào)整。

2）計(jì)算機(jī)操作，即計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開(kāi)、關(guān)和調(diào)節(jié)，二氧化碳的流量，壓力和溫度等參數(shù)可在操作畫面中實(shí)時(shí)顯示。

受到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管路影響，底吹CO2系統(tǒng)沒(méi)有重新鋪設(shè)管道，而是將CO2氣化后與Ar 氣源管道連接，在需要時(shí)對(duì)氣源管路進(jìn)行切換，已達(dá)到改變底吹氣源的目的，并在操作界面上加設(shè)底吹模式選擇按鈕（如圖5 所示），用來(lái)選擇底吹氣源。這樣一來(lái)，即完成了底吹CO2氣源的引入，又保留了原有底吹模式，可以滿足不同鋼種對(duì)底吹模式的要求。

圖5 底吹CO2 操作界面

3 煉鋼轉(zhuǎn)爐底吹CO2 氣體的應(yīng)用效果

3.1 底吹CO2 對(duì)鋼鐵料消耗的影響

對(duì)實(shí)驗(yàn)的700 爐次數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分鋼種HRB400，SWRH82B，ER70S-6，數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 使用CO2 鋼鐵料消耗對(duì)比圖

其中HRB400 系列鋼種鋼鐵料消耗降低1.08 kg/t；SWRH82B 系列鋼種鋼鐵料消耗降低0.96 kg/t，ER70S-6 鋼種系列鋼鐵料消耗降低0.58 kg/t。各鋼種消耗均有所降低，由于影響鋼鐵料消耗因素較多，比如鐵水成分、廢鋼質(zhì)量、轉(zhuǎn)爐爐況等，宣鋼保守認(rèn)為鋼鐵料消耗受到底吹CO2影響所占比列為50%，以作業(yè)區(qū)現(xiàn)階段品種鋼比列（SWRH82B 系列為6%；ER70S為6 系列為6%），噸鋼鋼鐵料消耗成本3.628 元/t 計(jì)算，噸鋼鋼鐵料消耗成本降低：（0.88×1.08+0.06×0.96+0.06×0.58）×3.628×50%=1.892 元。

3.2 脫磷效果對(duì)比（下頁(yè)表2 和表3）

表2 未使用二氧化碳磷含量統(tǒng)計(jì)表

表3 使用二氧化碳磷含量統(tǒng)計(jì)表

以宣鋼現(xiàn)階段鐵水平均磷含量0.145%計(jì)算，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，未使用底吹二氧化碳爐次平均脫磷率為82.07%，使用底吹二氧化碳爐次平均脫磷率為84.14%，脫磷率提高了2.07%。

3.3 底吹CO2 對(duì)煤氣回收的影響

由于底吹二氧化碳不但與碳發(fā)生反應(yīng)CO2（g）+[C]=2CO（g），也同硅錳發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳產(chǎn)出有所增加，對(duì)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，如圖6 所示，底吹二氧化碳使煤氣回收量增加。

圖7 煤氣回收量

對(duì)實(shí)驗(yàn)的七百爐次煤氣回收量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單爐煤氣回收量平均3.53×104m3，對(duì)比上一年度同期煤氣回收量3.24×104m3煤氣回收量增加了0.29×104m3，以現(xiàn)階段轉(zhuǎn)爐煤氣價(jià)格0.25 元/m3，每爐鋼增加效益0.29×104×0.25=725 元

3.4 爐渣成分

對(duì)鐵水成分相近爐次進(jìn)行跟蹤，采取加入相同物料，盡量減少變量，取出相近爐次的爐渣進(jìn)行分析如表4。

表4 爐渣成分 %

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)爐次得出，CO2作為底吹氣體較傳統(tǒng)N2、Ar 底吹氣源存在一定優(yōu)勢(shì)：

1）CO2與鋼中碳反應(yīng)生成大量的CO 氣泡，強(qiáng)化熔池?cái)嚢?，降低了渣中氧化鐵含量，有利于降低鋼鐵料消耗[2]。

2）CO2與鋼中碳反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，調(diào)節(jié)CO2底吹流量和切換介質(zhì)。

3）由于底吹二氧化碳不但與碳發(fā)生反應(yīng)CO2（g）+[C]=2CO（g），也同硅錳發(fā)生反應(yīng)生成CO，CO 產(chǎn)出有所增加，促進(jìn)了轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的增加。另外，將CO2作為轉(zhuǎn)爐的底吹攪拌氣代替N2、Ar 進(jìn)行底吹，增強(qiáng)攪拌能力，減少氬氣消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低鋼中氮元素含量，進(jìn)一步提高鋼水質(zhì)量[3-4]。