魏光升:电炉短流程高品质钢生产控氮技术探索与创新实践 | 2024

文摘   2024-11-30 12:00   英国  

随着国家“双碳”战略的持续推进,电炉短流程炼钢由于流程短、能耗低、碳排少的优势,逐渐成为钢铁行业实现绿色低碳转型的重要方式。然而,电炉炼钢过程中电弧放电电离空气,导致钢液氮含量偏高,影响钢材质量。控制钢中氮含量,尤其在全废钢生产高品质钢种中,是电炉短流程炼钢亟待解决的关键难题。
       

目前,电炉炼钢的控氮技术多集中于控制氮源、泡沫渣操作、增强碳氧反应等方法,但降氮效果有限。特别是在全废钢炼钢工艺中,氮含量难以稳定控制在低水平,难以满足高品质钢的生产要求。这一技术瓶颈限制了电炉短流程在生产高端钢种中的应用。
       

最近,北京科技大学的魏光升教授及其团队通过创新性技术提出了两项电炉控氮方法,即CO₂复合喷吹控氮技术和中空电极富氢气体喷吹控氮技术。CO₂复合喷吹控氮技术通过减少炉内氮分压并优化泡沫渣形成,有效降低钢液吸氮量;而中空电极富氢气体喷吹控氮技术则利用富氢等离子体促进氮的脱除,实现了钢液氮含量的显著降低。
       

相关研究成果以“电炉短流程高品质钢生产控氮技术探索与创新实践”为题目,发表于《钢铁》期刊2024年59卷9期。论文作者为:王润哲,魏光升*,朱荣,李欣,李挺。  
       

该论文的主要研究结果与结论如下:
  • 在115吨全废钢电炉工业应用中,CO₂复合喷吹控氮技术将出钢平均氮含量从0.00814%降至0.00508%,实现了显著的氮含量降低。
  • 中空电极富氢气体喷吹控氮技术进一步降低了电炉出钢的氮含量,平均氮含量从0.00585%降至0.00466%,最低可达0.00299%。
  • 以上技术的应用显著提高了电炉短流程炼钢生产高品质低氮钢种的能力,推动了钢铁行业绿色低碳转型的发展。
       

论文中的主要图片和表格如下:
图1. 铁水比与出钢氮质量分数的关系
       

 
图2. 钢液出钢氮质量分数变化
       

图3. 出钢后钢中铝质量分数对钢液增氮的影响
       

 
图4. 电炉CO₂载气喷吹碳粉
       

图5. 底吹CO₂、O₂和Ar时钢液的脱氮动力学规律
       

 
图6. 电炉CO₂-Ar动态底吹
       

图7. CO₂复合喷吹控氮技术工业应用效果  
       

图8. 等离子体试验装置示意及钢液氮质量分数变化
       

图9. 中空电极热态试验系统示意
       

 
图10. 不同气体及配比下钢液氮质量分数变化
       

图11. 工业试验用中空电极
       

 
图12. 使用中空电极喷吹Ar-CH₄前后钢液氮质量分数整体对比
       

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