科创中国

      1970年代，Mannion和Fruehan阐述了采用CO2作为 Fe-C熔体脱碳剂的原理，其实验结果表明大约有 1/5的CO2可以被有效地利用在脱碳反应中。Heise等将CO2引入AOD精炼（氩氧混吹脱碳）碳钢过程中，结果表明CO2的加入提高了AOD过程的脱碳效率。申请人在博士课题研究期间，利用CO2和O 2混合气体，对不锈钢熔体（Fe-Cr-C 体系 ）进行脱碳，取得明显的脱碳保铬效果。由上可知，引入二氧化碳脱碳是可行的。并且，通过纯吹CO2和纯吹O 2的对比可知，纯吹CO2，碳含量从3％降到1％左右，Cr几乎没有损失；而纯吹O 2碳含量从3％降到1％，Cr 的损失高达1.5％。因此，CO2具有脱碳同时保铬的作用。 

      本发明公开了一种引入二氧化碳转炉一步法冶炼中低碳铬铁的方法，属于冶金领域。本发明采用如下步骤 ：(1) 矿热炉连续生产高碳铬铁 ；(2)引入 CO2转炉生产中低碳铬铁 ；(3) 中低碳铬铁成品的生产。通过引入 CO2转炉生产中低碳铬铁延长了耐火炉衬的使用寿命，在脱碳同时抑制铬氧化，提高了铬的回收率，提高了转炉煤气的品位，降低了冶炼成本。

1.在转炉生产过程中加入了CO2进行吹炼，虽然CO2是一种弱的氧化剂，但在高温下，CO2能和 C进行反应生成CO，因此CO2不同于Ar等搅拌气体，它既能参与搅拌，增大气体与金属液中C、Si等元素的反应接触面积，又能与碳进行反应，起到脱碳的作用；在熔池发生的众多反应中，大部分反应是放热反应，这些反应使熔池的温度不断升高，严重损坏炉衬。而CO2与C的反应是吸热反应，通过控制CO2和O2比例，可以防止熔池温度过高，延长耐火炉衬的使用寿命；由于CO2气泡内其他气体的分压接近于零，对于H 2、N2等气体来说相当于真空，通过搅拌铁液，可使 H 2、N2等气体扩散进入CO2气泡内，并随CO2气泡排出，达到净化铁液的目的。此外，由于一体积CO2与C反应生成两体积的CO，这会增加对熔池搅拌作用，增强脱碳效果，同时生成的CO可以增加炉气中CO的比例，增加其热值，可进一步回收利用；

2.通过合理调整矿热炉连续生产高碳铬铁工艺，使得生产出的高碳铬铁更加符合CO2转炉吹炼中低碳铬铁的生产要求，并且使得该流程成本得到降低；

3.通过合理调整转炉冶炼的各个工艺参数，使得其更加适合CO2的吹炼生产。

目前，冶炼中低碳铬铁的方法主要有三种：冷装法，电炉-摇包法和吹氧法。其中，冷装法是将铬矿、硅铬合金和石灰加入电炉中使炉料熔化，利用硅铬合金中的硅还原铬矿中的 Cr₂O₃，通过脱硅增铬反应生产中低碳铬铁。该方法电耗高，损耗严重。电炉-摇包法是将矿热炉冶炼出的硅铬合金通过摇包、精炼炉进行脱硅增铬反应生产中低碳铬铁，与冷装法相比，能耗、矿耗均有大幅度降低。但电炉-摇包法需要硅铬炉、精炼炉和摇包三部分联合作业，生产设备较多，实际生产中需要多炉联动，协调性较难把握，同时弃渣量大，环境污染严重。吹氧法也称为“一步法”，是将矿热炉冶炼出来的高碳铬铁液直接兑入转炉进行吹氧，利用氧气的强氧化性对碳、硅等元素进行氧化，但由于温度原因这种工艺难以得到推广的。

一种引入二氧化碳转炉一步法冶炼中低碳铬铁的方法。包括如下步骤：(1) 矿热炉连续生产高碳铬铁；(2) 引入CO₂转炉生产中低碳铬铁；（3）中低碳铬铁成品的生产。

王海娟，副教授，于2011年6月加入北京科技大学冶金与生态工程学院钢铁冶金系，从事不锈钢、合金钢精炼，及铁合金工艺、精炼等方向的研究工作。主持“高硅镍硅铁合金沉淀脱磷和还原脱磷渣磷容量的研究”；主持“引入二氧化碳转炉一步法冶炼中低碳铬铁”；参与国家科技支撑计划项目“CO2-O2混合喷吹炼钢工艺技术及装备”；参与自然科学基金重点基金“CO2应用于炼钢的基础理论研究”。迄今为止共发表文章23篇，包括英文17篇，中文6篇，其中SCI, EI收录13篇，参与申请专利5项，参加国际会议7次，并作大会报告。

本技术在二氧化碳、氧气气源与氧枪之间需有混气装置，旨在使进入转炉熔池的气流成分均匀，避免造成一边降温而一边升温的现象。二氧化碳、氧气气源与混气装置之间，混气装置与氧枪之间均需要设置调节阀，能够实时控制气体的流量。转炉采用侧吹、顶吹、底吹来替换顶底复合吹炼，同时二氧化碳和氧气从同一侧吹入，喷吹气体采用的是二氧化碳和氧气的混合气体，混气的压力要与吹氧法喷吹氧气的压力相当。

本技术冶炼周期短，生产节奏紧凑，无硅铬合金中间产品的生产环节，其反应所需的能量为自身产生的化学热无需额外提供电能；可以大大节约时间成本、降低能耗。

本发明通过引入CO₂冶炼中低碳铬铁能够降低冶炼过程中CO的分压，降低合金液中的碳含量。通过控制CO₂吹入量，能起到控制熔池温度，保护炉衬，延长转炉寿命，节约生产成本的作用。

合作方式： 技术许可

目前处于何种研发阶段：小批量生产、产业化

推广应用情况：已在相关企业应用

期望技术转移成交价格（大概金额）：面议。