冶金行业是CO2排放大户,为自身消纳部分CO2,冶金工作者提出了将CO2资源化利用于本行业,其中CO2在炼钢中资源化利用的工艺日趋成熟,但关于CO2资源化利用于高炉的工艺研究较少。本文针对风口喷吹CO2对高炉冶炼过程的作用规律展开了研究,并开发了高炉风口喷吹CO2工艺。本文首先通过热重实验及数值模拟分析了 CO2对煤粉燃烧行为及煤粉燃尽率的影响。热重实验结果表明,提高混合气体中氧含量及初始通入温度均可降低CO2气体对煤粉燃烧的不利影响。数值模拟结果表明,当氧含量为22.7%,热风富二氧化碳率由0%增加至6%时,CO2参与反应比例由0%增加至1.28%,回旋区出口温度降低52K,煤粉燃尽率增加1.15%。基于回旋区出口煤气成分变化结合系列实验研究了高炉风口喷吹CO2对炉料冶金行为的影响,研究结果表明,当富二氧化碳率由0%增加至4%时,炉料透气性改善效果最明显;当富二氧化碳率由4%增加至8%时,炉料还原度增加幅度最大,由55.9%增加至66.5%;同时发现随着富二氧化碳率的增加,气氛变化对炉料低温粉化的影响较小。高炉风口喷吹CO2对高炉炉内冶炼过程的影响错综复杂,为从高炉整体分析高炉风口喷吹CO2后炉内反应的变化,建立了热风中含有CO2气体的高炉物料及热量平衡模型,通过计算可知富二氧化碳率每增加1%,吨铁风耗降低约15.4Nm3/t,直接还原度降低约0.0072,炉顶煤气中的CO气体浓度增加约0.64%,炉顶煤气温度降低约46℃。基于基础理论研究,以泰钢1780m3高炉为基础,搭建了高炉风口喷吹CO2的试验平台。通过工业试验,验证了 C02与焦炭反应动力学模型、热风中含有CO2气体的高炉物料及能量平衡模型的准确性,同时试验结果表明当富二氧化碳率增加至1%时,高炉顺行受到影响,明确了采取合理的热补偿措施是高炉风口喷吹CO2的前提。最后本文结合CO2在高炉工况下的作用规律,根据CO2反应特性,开发了高炉风口喷吹CO2工艺,并分析了该工艺应用于传统高炉和钢铁工业与化工行业联合生产过程的可行性。本文的研究成果将为扩大CO2资源化利用于冶金行业的途径提供理论及数据支撑。