二氧化碳炼钢理论与实践_朱荣著.pdf

内容简介本书介绍将CO2资源化利用于炼钢工艺的理论基础与生产实践。通过CO,应用于转炉、LF炉、RH炉、AOD炉等工业生产实践情况，解析CO2与钢液中元素反应的热力学及动力学、冶炼的物料和热平衡等炼钢的理论基础。本书可供冶金工程专业师生、科研人员及从事炼钢生产的工程技术人员参考。图书在版编目(CIP)数据二氧化碳炼钢理论与实践=Theory and Practice of CO2 Utilization inSteelmaking/朱荣著.一北京：科学出版社，2019.2ISBN978-7-03-056718-5I.二，朱.二氧化碳-应用-炼钢研究N.TF7中国版本图书馆CIP数据核字(2018)第044556号责任编辑：李雪/责任校对：王瑞责任印制：师艳茹/封面设计：无极书装辞学出版社出版北京东黄城根北街16号邮政编码：100717http:/北素画中画印刷有很公司印刷科学出版社发行各地新华书店经销2019年2月第一版开本：78710921/162019年2月第一次印刷印张：231/2字数：560000定价：180.00元(如有印装质量问题，我社负责调换)前言1983年，我从江西冶金学院（现江西理工大学）毕业后到江西钢厂（现新余钢铁集团有限公司)工作，先后担任炉前工、炉长、值班长、车间主任等。1990年考取北京科技大学钢铁冶金专业硕士研究生，1996年博士研究生毕业后留校任教。20多年一直从事冶金工程专业“炼钢学”教学及炼钢相关领域的科学研究工作。二氧化碳炼钢理论与实践一书追其来源要感谢一次炼钢课堂教学，有学生提问：“为什么炼钢过程顶吹氧会产生烟尘？能否不产生或少产生烟尘呢？”关于第一个问题，通常认为炼钢产生烟尘的主要原因是吹氧大量放热，形成局部达到25003000的高温火点区，而铁的沸点为2700左右，造成金属铁的大量蒸发：铁蒸气与熔池上方过剩氧迅速反应生成大量微细含FO的粉尘，并随高温烟气排出。但关于“能否不产生或少产生烟尘呢？”这一问题确实难以给学生解答。这是“炼钢学”中尚未触及的研究领域，是烟尘从源头治理的思路，这大大激发了我的研究热情。查遍了国内外相关文献，除减少供氧强度和采用底吹氧工艺，鲜有从源头治理，降低烟尘产生的研究报道。既然吹氧产生局部高温形成火点，能否采用某种方法降低炼钢火点区温度，而又不影响冶炼节奏呢？经苦思冥想及实验尝试，我采用了在氧气中掺入粉剂或气体，试图通过物理及化学降温降低氧气吹炼火点区温度，最终发现仅有CO2具备这一特质。在O2中掺摻入5%的C02可降低熔池火点区温度300400，减少烟尘排放5%10%。相关研究先后在1t、30t、300t转炉完成，证实了这一奇思妙想。工业示范期间，我意外发现CO2可提高煤气总量及煤气中CO的浓度，降低终渣FO、氧、氮、磷含量等，以此展开了CO2用于炼钢反应的机理探究及工程应用研究。在多项国家自然科学基金、国家科技支撑计划及校企合作项目的支持下，从2004年开始，我完成了CO2应用于炼钢的基础理论及工业示范研究.涉及转炉(basic oxygen furnace,BOF)、电弧炉(electric arc furnace,EAF)、钢包精炼炉(ladle furnace,LF)、真空脱气炉(vacuumdegassing furnace,VD)/真空循环脱气炉(rheinsahl-heraeus,RH)等工序，完成了部分工业试验验证，为工业应用积累了数据。本书共9章，详细介绍了我及团队成员的研究成果，是国内外第一部关于CO2资源化应用于炼钢领域的学术专著。本书从CO2与钢液中元素的反应热力学及动力学，物料和能量平衡等多方面解析了CO2应用于炼钢的机理，利用FactSage热力学软件计算分析CO2、硅、锰、磷、铬、镍、钒等元素的热力学条件，分析了CO2同时氧化多种元素时的选择性氧化规律：在动力学方面，使用气相质谱-同位素气体交换技术分析C02的界面反应机理，研究CO2-渣-金间氧的传递过程及传递速率：在物料及能量平衡方面，主要介绍了利用CO2的高温特性控制熔池温度，改善熔池反应条件，减少铁液蒸发，降低炼钢过程的烟尘产生量：以试验数据为基础，建立了CO2应用于炼钢的单元操作理论模型，包括脱碳、脱磷、脱氮、脱碳保铬、提钒保碳反应模型，并开始应用于炼钢生产工艺：。i二氧化碳炼钢理论与实践迈出了从理论到实践的重要一步，为钢铁生产流程节能降耗及钢液洁净化开辟了全新的解决方案，推动了炼钢技术的进步。参加本书写作的老师主要有胡晓军(3.1.2小节，3.2.2小节的第1部分)、吕明(4.2节)、李宏（第6章）、王海娟（第7章）、王雨（第8章），其余章节由朱荣完成。同时对参加本研究工作的刘润藻老师、董凯老师，所有研究生、企业工程技术人员及书稿整理人员韩宝臣、武文合等一并表示感谢。对积极参与及资助“CO2资源化应用于炼钢的基础研究”的福建三钢（集团）有限责任公司、西宁特殊钢股份有限公司、首钢京唐钢铁联合有限责任公司、天津天管特殊钢有限公司、宝山钢铁股份有限公司、南京钢铁股份有限公司、北京科米荣诚能源科技有限公司等单位及研究人员表示崇高的敬意。令我欣慰的是，随着国家对CO2减排的重视，越来越多的钢铁企业关注CO2在钢铁生产流程的资源化应用技术，在本书出版之时，该技术发明已在转炉及电弧炉实现工业化应用及示范。2018年5月，中国金属学会一致认为该技术发明总体成果达到国际领先水平。本书内容丰富，注重现代检测技术、冶金物理化学及炼钢工艺的相互联系，书中附有大量试验数据，完善了炼钢过程热力学及动力学理论，为CO2炼钢的工程化应用提供了帮助。本书的出版得到国家自然科学基金重点项目的资助，也得到钢铁冶金新技术国家重点实验室的资助，特此感谢！由于作者水平有限，书中如有不妥之处，敬请读者批评指正。2018年6月