冯永磊

（河钢集团宣钢公司， 河北 宣化 075100）

CO2减排是当今世界关注的焦点，钢铁工业由于其能源密集型特点而成为CO2排放的大户。2019 年我国粗钢产量达到9.96 亿t，CO2排放强度为2.0 t/t，钢铁行业CO2排放量超过20 亿t，我国重点钢厂的碳排放占到全国碳排放总量的16%以上，我国承诺，到2030 年单位GDP 碳排放比2005 年下降60%～65%。

在实现CO2减排的同时，可实现节能降本及提高钢水质量，降低渣中铁损，节约生产成本，提高CO 回收量，符合宣钢转型升级、节能减排的发展目标，且为后续采用电炉工艺替代转炉工艺，解决生产绿色化及产品洁净化等难题提供技术支撑。

宣钢二钢轧厂炼钢作业区于2010 年11 月投产，底吹工艺投入使用至今。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，炼钢作业区实现底吹CO2供气工艺。CO2作为底吹气体，其与钢中碳反应是吸热反应，调节CO2底吹流量和切换介质；反应生成大量的CO 气泡，强化熔池搅拌，为脱磷反应创造良好的动力学条件；所以底吹CO2的应用可以有效提高转炉脱磷效率。

1 工艺装备情况

河钢集团宣钢公司（全文简称宣钢）二钢轧厂炼钢作业区于2010 年11 月投产，底吹工艺投入使用至今，炼钢工艺流程主要包括8 套铁水罐倾翻装置、2座KR 铁水脱硫站、2 座150 t 顶底复吹转炉，2 座吹氩站，2 座LF 钢包精炼炉，1 座RH 真空精炼装置，2台12 机12 流小方坯连铸机、及配套水泵站、水处理、空压机等公辅设施。

宣钢转炉底吹系统内外环承X 状分布，具体砌筑和炉底位置分布见图1、图2。

图1 炉底底吹供气组件砌筑图（mm）

图2 炉底底吹供气元件分布图

目前底吹供气模式（见图3）主要有以下四种模式：

图3 底吹模式

1）A 模式。全程吹氮模式。该模式工艺要求：若选择A 模式，要求吹炼阶段以及其他辅助阶段均为N2。

2）B 模式。全程吹氩模式。该模式工艺要求：开吹至出钢结束全程吹氩，为避免其他辅助阶段吹氩气造成的浪费，要求在接收到溅渣护炉信号后切换成价格便宜的氮气至下一炉开吹开氧信号之前的辅助阶段全为氮气，周而复始。

3）C 模式。12 min 氮氩切换模式。适用于普通级别的品种钢。该模式工艺要求：开吹开氧至720 s 阶段底吹气体为氮气，720 s 至出钢结束切换为氩气，以减少钢液增氮，提高钢水质量，为避免浪费要求在接收到溅渣护炉信号后切换成价格便宜的氮气至下一炉开吹开氧信号之前的辅助阶段全为氮气，周而复始。

4）D模式。10 min 氮氩切换模式。适用于35MnBH要求10 min 氮氩切换的钢种。该模式工艺要求：开吹至600 s 阶段底吹气体为氮气，600 s 至出钢结束切换为氩气，减少钢液增氮，提高钢水质量，为避免浪费要求在接收到溅渣护炉。

信号后切换成价格便宜的氮气至下一炉开吹开氧信号之前的辅助阶段全为氮气，周而复始。

目前来看，上述四种模式可满足现阶段全部钢种的要求，为长远考虑该项目的优化改造还预留H、K等模式，为后续新增钢种对转炉底吹模式与上述四种模式不同的其他要求而预留的优化窗口。

2 底吹CO2 概述

新引入的底吹CO2系统设备主要包含CO2液态储罐、CO2水浴式汽化器、CO2气体储罐、双路减压装置、PLC 控制系统，关键设备作用如表1[1]。

表1 底吹CO2 关键设备作用

具体工艺流程如图4 所示。

图4 底吹CO2 工艺流程图

控制模式分为两种：

1）手动操作，即操作工通过就地阀组控制系统的开、关运行和调整。

2）计算机操作，即计算机可远程控制系统的开、关和调节，二氧化碳的流量，压力和温度等参数可在操作画面中实时显示。

受到现场设备管路影响，底吹CO2系统没有重新铺设管道，而是将CO2气化后与Ar 气源管道连接，在需要时对气源管路进行切换，已达到改变底吹气源的目的，并在操作界面上加设底吹模式选择按钮（如图5 所示），用来选择底吹气源。这样一来，即完成了底吹CO2气源的引入，又保留了原有底吹模式，可以满足不同钢种对底吹模式的要求。

图5 底吹CO2 操作界面

3 炼钢转炉底吹CO2 气体的应用效果

3.1 底吹CO2 对钢铁料消耗的影响

对实验的700 炉次数据进行统计分析，分钢种HRB400，SWRH82B，ER70S-6，数据如图6 所示。

图6 使用CO2 钢铁料消耗对比图

其中HRB400 系列钢种钢铁料消耗降低1.08 kg/t；SWRH82B 系列钢种钢铁料消耗降低0.96 kg/t，ER70S-6 钢种系列钢铁料消耗降低0.58 kg/t。各钢种消耗均有所降低，由于影响钢铁料消耗因素较多，比如铁水成分、废钢质量、转炉炉况等，宣钢保守认为钢铁料消耗受到底吹CO2影响所占比列为50%，以作业区现阶段品种钢比列（SWRH82B 系列为6%；ER70S为6 系列为6%），吨钢钢铁料消耗成本3.628 元/t 计算，吨钢钢铁料消耗成本降低：（0.88×1.08+0.06×0.96+0.06×0.58）×3.628×50%=1.892 元。

3.2 脱磷效果对比（下页表2 和表3）

表2 未使用二氧化碳磷含量统计表

表3 使用二氧化碳磷含量统计表

以宣钢现阶段铁水平均磷含量0.145%计算，通过实验数据对比可以看出，未使用底吹二氧化碳炉次平均脱磷率为82.07%，使用底吹二氧化碳炉次平均脱磷率为84.14%，脱磷率提高了2.07%。

3.3 底吹CO2 对煤气回收的影响

由于底吹二氧化碳不但与碳发生反应CO2（g）+[C]=2CO（g），也同硅锰发生反应生成一氧化碳，一氧化碳产出有所增加，对部分实验数据统计分析，如图6 所示，底吹二氧化碳使煤气回收量增加。

图7 煤气回收量

对实验的七百炉次煤气回收量进行统计，单炉煤气回收量平均3.53×104m3，对比上一年度同期煤气回收量3.24×104m3煤气回收量增加了0.29×104m3，以现阶段转炉煤气价格0.25 元/m3，每炉钢增加效益0.29×104×0.25=725 元

3.4 炉渣成分

对铁水成分相近炉次进行跟踪，采取加入相同物料，尽量减少变量，取出相近炉次的炉渣进行分析如表4。

表4 炉渣成分 %

4 结语

通过试验炉次得出，CO2作为底吹气体较传统N2、Ar 底吹气源存在一定优势：

1）CO2与钢中碳反应生成大量的CO 气泡，强化熔池搅拌，降低了渣中氧化铁含量，有利于降低钢铁料消耗[2]。

2）CO2与钢中碳反应是吸热反应，调节CO2底吹流量和切换介质。

3）由于底吹二氧化碳不但与碳发生反应CO2（g）+[C]=2CO（g），也同硅锰发生反应生成CO，CO 产出有所增加，促进了转炉煤气回收量的增加。另外，将CO2作为转炉的底吹搅拌气代替N2、Ar 进行底吹，增强搅拌能力，减少氩气消耗，节约生产成本，降低钢中氮元素含量，进一步提高钢水质量[3-4]。