随着“双碳”目标的逐步推进，废钢电弧炉工艺在钢铁行业的应用日益广泛。电弧炉在全废钢生产流程中具备较高的环保效益，是实现钢铁工业低碳化的重要方向。然而，在全废钢生产中，钢水中的氮含量、电耗以及冶炼周期的控制，尤其是氮含量的控制，仍然是实现绿色高效电弧炉冶炼的关键。
传统电弧炉喷吹工艺常采用N₂或压缩空气作为载气，但这类载气易增加钢水吸氮量，影响钢水的纯净度。同时，常规Ar气底吹的脱氮能力有限，无法有效满足生产低氮高品质钢种的要求。这些问题成为阻碍全废钢电弧炉工艺广泛应用的瓶颈。
最近，北京科技大学魏光升教授及其团队通过采用CO₂喷吹工艺，优化了1 t量子电弧炉的喷吹技术。CO₂替代了传统喷吹工艺的N₂载气，并结合Ar+CO₂的动态混合底吹工艺，旨在降低电弧炉出钢的氮含量，同时优化冶炼电耗、周期及碳排放等性能指标。通过多炉次的工业实验，魏光升教授团队验证了该工艺在冶炼中的优越性，为全废钢电弧炉的绿色高效发展提供了新思路。
相关研究成果以“115t量子电弧炉CO2喷吹工艺的影响研究”为题目发表于《炼钢》期刊2023年第39卷第6期。论文作者为：李层, 李欣, 魏光升*, 朱荣, 李挺, 孟令辉。
该论文的主要研究结果与结论如下：
采用CO₂喷吹工艺后，钢水出钢的氮质量分数减少了30.6×10⁻⁶，达到(40～60)×10⁻⁶，满足低氮钢种的生产要求；
冶炼电耗由315.6 kWh/t降低至310.0 kWh/t，减少了5.6 kWh/t；
冶炼周期缩短了3.2分钟，由43.6分钟缩短至40.4分钟；
钢水的碳氧积由0.00332减少至0.00288，降低了4.4×10⁻⁴；
炉渣中FeO含量降低了4.5个百分点，由28.45%降低至23.95%；
CO₂喷吹工艺使吨钢碳排放量降低8.4%，由467.1 kg/t减少至427.9 kg/t。
论文中的主要图片和表格如下：
图1. 电弧炉喷吹碳粉原理图
图2. Ar-CO₂混合底吹原理图
图3. CO₂喷吹工艺示意图
图4. 量子电弧炉底吹孔位置分布
图5. 使用CO₂工艺前后出钢氮含量散点分布
图6. 使用CO₂喷吹工艺前后冶炼电耗、周期对比
图7. 不同搅拌条件下电弧炉熔池中碳氧关系比较
图8. 改进喷吹工艺前后物料平衡图
图9. 改进喷吹工艺前后能量收支图
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