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《北京科技大学》 2017年
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CO_2应用于炼钢的基础理论研究

李智峥  
【摘要】:转炉炼钢过程脱磷、脱碳及熔池升温任务主要依赖于供氧完成。随着冶炼节奏的加快、供氧强度亦不断提高,易引起脱磷不稳定、脱碳不易控制、金属料消耗增加等问题。基于此,本文提出将CO_2作为资源应用于炼钢过程,实现脱磷、脱碳、净化钢液等目的,并对其基础理论进行系统的研究。本文基于CO_2参与炼钢氧化反应的热力学和动力学分析,研究了CO_2用于脱磷炉冶炼的物料及能量变化,当废钢比8%,CO_2利用率85%时,CO_2的喷吹比例小于28%时可满足脱磷炉的冶炼要求。此时与纯氧喷吹时相比,氧耗可降低17%,炉气中CO比例可提高8.1%。在掌握CO_2参与脱磷等反应机理的基础上,利用Factsage研究并优化了CO_2作为炼钢氧化剂时的脱磷渣系及熔池平衡状态,并通过高温实验验证了喷吹CO_2可有效脱磷。发现将CO_2用于脱磷炉冶炼过程,脱磷率提高6.99%,脱碳率降低0.75%,磷的分配系数Lp提高了32,渣中TFe降低0.64%,脱磷炉中喷吹CO_2有利于脱磷保碳。同时,通过高温实验研究分析了炼钢过程喷吹CO_2的脱碳动力学。研究发现CO_2利用率和熔池碳含量及熔池温度呈现正相关。当熔池处于中高碳阶段,即碳含量1.0%~4.0%时,CO_2平均利用率达到89.8%,脱碳反应为表观零级反应,此时气相传质和CO_2分解吸附混合控速;当熔池处于低碳阶段,即碳含量0.1%~0.5%时,CO_2利用率由83.5%降至40.8%,脱碳反应为表观一级反应,此时碳传质为控速环节。CO_2利用率低于O2利用率,表明CO_2脱碳能力低于O2,在不同冶炼阶段可利用CO_2控制反应速率。基于喷吹CO_2的脱碳反应机理分析,利用感应炉实验研究了底吹不同气体介质的冶炼效果。发现底吹O2和CO_2时平均脱碳速率基本相同,底吹Ar/N2时钢中氮含量是底吹CO_2/O2的2~6倍,底吹CO_2的终点氧含量远低于O2。并分析了底吹不同气体介质的脱/吸氮动力学,发现底吹CO_2/O2/Ar时,脱氮反应符合表观二级反应动力学规律。本文的研究结果将为CO_2在炼钢过程中的工业化应用提供相应的数据支撑,实现CO_2在炼钢过程的资源化利用。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TF713

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1 李智峥;CO_2应用于炼钢的基础理论研究[D];北京科技大学;2017年
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