氩气是不锈钢和碳钢冶炼的重要工艺介质，主要用于AOD、BOF转炉冶炼底吹搅拌及底吹风口冷却。太钢作为400系不锈钢生产大厂，氩气消耗量大大高于普通碳钢生产厂，有效降低炼钢过程的氩气消耗是降低炼钢生产***的重要措施。从气体特性及钢铁冶炼需求方面分析，二氧化碳可以作为AOD、BOF冶炼搅拌气体；并且二氧化碳是氩气的1/3至1/5。国内外对二氧化碳在炼钢生产中应用已开展专题研究及工业化试验。

基于炼钢过程底吹气体热力学及动力学进行分析,研究了底吹氧气、二氧化碳、氩气、氮气的冶炼效果。研究结果发现,氩气或氮气不与熔池元素反应,底吹时熔池温度基本不变,钢中氮质量分数较高;底吹氧气或二氧化碳时,脱碳速率和钢中氮、氢质量分数基本相同,熔池温度升高了162和45℃。同时发现,与底吹氧气相比,二氧化碳可减少炼钢烟尘量,炉渣中w((TFe))降低2.50%,w((O))降低90.2%。

二氧化碳减排和碳交易因温室效应和***变暖成为热点问题,二氧化碳的资源化应用近年来也引起***关注。大型转炉炼钢过程存在着粉尘大,脱磷困难,温度难控制等问题,将CO2喷入转炉中,使CO2作为弱氧化剂参与钢液脱碳反应为此提供了一条新的解决途径。CO2参与脱碳反应吸热,因此能够降低熔池温度,促进脱磷反应,调控钢液温度。本文首先分析转炉喷吹CO2的炼钢机理,然后从转炉底吹元件角度对底吹CO2的可行性进行了研究,利用中频感应炉进行实验。***后在300吨脱磷转炉和常规转炉,采用顶吹O2-CO2底吹CO2的冶炼工艺进行工业试验,研究转炉喷吹CO2的炼钢工艺技术。中频感应炉实验***,钢液底吹CO2有脱碳效果,不会增加铁液中氧含量。C02与铁水中[C]反应吸收热量,对底吹砖有一定冷却效果。实验进行约20炉次后,底吹孔未堵塞,底吹孔周围略有侵蚀。喷吹C02气体有利于提高炼钢转炉底吹砖寿命,进而可加大转炉底吹流量增加底吹供气强度,熔池搅拌增强,进而带来一系列冶炼指标的改善。300吨转炉预脱磷喷吹CO2试验表明,转炉预脱磷采用复吹CO2工艺可行,转炉预脱磷底吹CO2不会造成底吹元件侵蚀和堵塞。顶吹部分CO2和底吹CO2复吹冶炼工艺可使半钢脱磷率提高,脱碳率下降,实现了脱磷保碳的目的,同时冶炼终点温度可以控制在允许范围之内。随着吨钢喷吹CO2量增加,终点磷含量降低,脱磷率提高,终点碳含量提高。300吨转炉常规炼钢采用顶吹O2-C02混合气和全程底吹C02冶炼工艺可以完成冶炼任务,***终点温度和成分要求,CO2喷入转炉反应生成CO使转炉回收煤气量增加,反应吸热可调控转炉冶炼温度。CO2喷入转炉,与熔池中化学元素反应生成2倍的CO气泡,CO进入炉气,使转炉煤气CO含量大幅增加,煤气热值提高,有利于转炉煤气的后续应用;CO2试验炉次,转炉终渣全铁降低,降低渣中铁损;转炉喷吹CO2可以改善熔池反应动力学条件,终点碳氧积下降。本文的研究结果为大型转炉喷吹CO2气体的冶炼工艺提供了理论和实践依据,促进了炼钢技术的进步和发展。