蒋 实

（河南省安阳市安钢第二炼轧厂，河南 安阳 455000）

摘 要：在钢铁生产中，磷是一种有害元素。为了，提升钢铁质量，必须对磷元素进行控制。转炉脱磷技术是炼钢过程中的重要环节，能够有效降低钢铁中所含的磷元素。文章介绍了常见的炼钢脱磷方法，结合我国脱磷研究现状，总结了钢铁生产中转炉和脱磷技术的有效策略。

关键词：转炉；炼钢工艺；高效脱磷

随着许多产业发展进入新阶段，对钢铁材料质量的要求也在不断提高，如何控制钢铁中磷的含量，成为了企业发展的重要目标。留渣+双渣技术能够减少渣量，保证转炉过程的能量使用效率，配合脱磷技术，可以推动绿色高炉生产。钢铁企业要加强对该技术的研究，推广相关技术的应用，实现优化产能、绿色生产的新发展目标。

1 炼钢脱磷方法

1.1 铁水预处理

ORP 脱磷法具有较少的铁损耗，高脱磷率，高氧利用率，该方法大致如下：首先将脱硅剂加到铁水中进行脱硅，再将上一次脱磷渣与本炉脱硅铁水进行搅拌，待铁与渣基本分离后，再进行扒渣^［1］。

1.2 转炉脱磷

安钢的 BRP 工艺是我国的一种具有自主知识产权的双联法脱磷，它可以有效地改善生产过程中的生产质量和生产效益。据调查，在使用双联法进行炼钢的情况下，1 吨钢水可较常规法节省 40%的石灰、24 公斤的钢材、70 元的吨钢成本^［2］。

双联法和双渣留渣法都是利用冶炼初期的低温脱磷工艺，双联法是将这种脱磷工艺放在专用的熔池内进行，而采用双渣留渣法则采用倒除磷工艺完成^［3］。

2 炉渣脱磷研究现状

当前，大部分冶金工作者对转炉的脱磷都是从熔渣出发，主要从碱度、氧化性、动力学条件的黏性、物相等三个方面进行了探讨^［4］。尽管许多钢铁企业和科研机构进行了大量的系统、细致的研究，并取得了丰硕的成果，但是，在理论研究和实际生产中仍有一定的距离^［5］。 考虑到工业节奏、取样成本高、工艺难度大等问题，转炉脱磷渣的成分的改变对其去除效果没有显著的作用，而对其进行改进的机制尚不清楚，有效的除磷控制模型不够精确，很难达到有效的除磷效果^［6］。

3 转炉双渣留渣工艺技术研究

3.1 热力学分析

从分子离子共存理论和熔渣成分点在相图中的位置可以看出，在 CaO- FeO- SiO₂- P₂O₅ 渣内部包含的化学物质有：4FeO·P₂O₅，4CaO·P₂O₅，3FeO·P₂O₅，钙离子，正二价铁离子，氧离子，氧化硅，氧化磷，硅酸三钙，硅酸二钙，硅酸钙，硅酸二铁，3CaO·P₂O₅ 以及 2CaO·P₂O₅。

活度计算模型属于非线性方程组，使用 Matlab 程序，运用 Newton 迭代法，对其进行了计算。Newton 迭代法是一种通过逐次线性化的方法来建立一个求解函数（f x）=0 的求解公式。在一定的近似解 x（k）上，将向量函数（f x）作 Taylor 展开。

3.2 动力学分析

以安钢企业 150 t 转炉的实际生产情况为基础，对目前的工艺技术指标进行了研究。结果表明：在 1400℃下，当炉渣中 P₂O₅ 的浓度为 5%时，炉渣中各种组元的活力会随着碱度的改变而发生改变。活性最高的是FeO，而在复合化合物中活性最高的是 2CaO.SiO₂ 和 4CaOP2O5。在炉渣中 P₂O₅ 含量不变、炉渣碱性低于 2 的情况下，FeO 和 2CaO·SiO₂ 的活性随碱性的增大而增大，在碱性超过 2 时，2CaO·SiO₂ 活性逐渐下降。2CaO· SiO₂ 中以磷为主，2CaO·SiO₂ 活性下降，从而使 2CaO· SiO₂ 的生成量下降，从而对除磷效果产生不利影响。根据计算结果得出，废渣中碱度为 1.5~2 时，是最佳的脱磷效果。

3.3 渣物性参数研究

在炉渣中存在高熔点的 MgO、2CaO·SiO₂ 的析出相和未熔石灰粒子时，会使渣体不能完全熔融，对降低渣中 TFe 的影响很大。要降低熔渣中 TFe 的含量，就必须控制熔渣的组成，以降低熔体的粘度。在渣系碱性为 1.15、渣液中 FeO 含量较低的情况下，渣系的粘度较低，而在碱性大于 1.5 以后，渣系的粘度也随之发生变化^［7］。

在采用双渣留渣技术的情况下，为了达到完全熔融的目的，一定要把渣的碱性降到 1.3。一般炉渣中含有微量的 MnO、Al₂O₃ 等组分，它们可以在一定程度上扩大三元系统中的液相区。在综合以上因素的作用下，要使炉渣完全熔化，其碱性应该在 1.5 以下。

此外，在控制炉渣表面张力的过程中，在铁液成分固定的情况下，炉渣中 CaO、SiO₂、MnO 等元素在熔体中的比例保持不变，要改善其表面张力，就需要调节其表面活性成分 FeO，以实现对中铁的抑制。

3.4 分离研究

温度 T、炉渣表面张力 σ 和炉渣粘度 η 是影响炉渣分离的重要因素。对熔体的流动性进行有效的调控， 是快速脱磷废渣的重要因素。为此必须做到以下几点：

（1）把控温度，一般炉渣的粘度会随着温度的升高而降低，但当温度升高时 （达到碳 - 氧反应平台的温度）时，碳和氧气就会发生剧烈反应，大量的 CO 会使钢渣发生严重的乳化，从而使钢渣难以分离。

（2）对炉渣的组成进行了严格的控制，以达到降低粘度的目的。通过对熔炼中脱碳脱磷反应的热力学分 析，得出：当 ΔGP- C<0 时，该反应中磷元素的氧化反应 不会产生碳的氧化反应，而当 ΔGP- C>0 时，则会出现碳的氧化反应，而不会产生磷的氧化反应。当ΔGP- C=0时，碳、磷元素选择性氧化的温度为 1435 ℃。由于实际运行温度与理论计算有较大差异，因此，在转炉的吹炼和除磷过程中，可以使炉膛的温度下降到 1450 ℃^［8］。

渣相中碱性为 1.15，渣中 FeO 含量较少时，渣的粘度较小，渣的碱性值超过 1.5 以上，则会急剧上升。在炉渣碱度为 0.82~1.5 时，渣相粘度降低（0.2~0.4 Pa·s），炉渣碱性大于 1.5，其粘度随碱性的升高而急剧上升，熔渣流动性显著降低。FeO 质量分数越高，渣相粘度越低。 图 1 为在转炉吹炉前的改变炉渣吸收质子能力对熔点影响变化。

脱磷废渣的熔点随脱磷渣中铁（FeO）的增加而先降低再增加。在废渣（FeO）8%时，废渣熔点为 1545 ℃，而在炉渣中（FeO）含量为 12%时，其熔点约为 1472 ℃；如果将铁水中（FeO）的含量再增加至 20%，则该脱磷渣的熔点还会进一步下降（约 1400 ℃），如果再增加铁水中（FeO），则可以使脱磷渣的熔点稍有升高。在转炉吹炼初期，为了防止钢渣的分离，防止出现严重的 C- O 反应，可以将渣液（FeO）控制在 12%~20%，此时，该渣熔点比较低^［9］。

在脱磷渣中 MgO 含量增加时，其熔点会先降后升。在 MgO 为 3%的情况下，该脱磷渣的熔点约为 1440 ℃；将废渣（MgO）含量再增加至 5%，则其熔点约为 1410 ℃（最低）；将 MgO 的比例再增加至 9%，可使脱磷渣的熔点达到约 1450 ℃，在继续增加 MgO 后，除磷渣的溶点值显著增加。从根据转炉早期炉渣的分离状况，可以将（MgO）含量控制在 4%~8%。

3.5 留渣工艺

采用双渣留渣技术，在脱碳阶段结束后，终渣中的氧化钙、氧化铁的含量会大大增加，有利于下一炉次余渣的生成，并能加快脱磷的速度。但它的缺点是熔炼过程中容易出现飞溅现象，严重危害到炼钢工人和设备运行的安全。试验开始之前的留渣过程为：兑铁，通过吹炼进行脱磷，排出部分脱磷渣，再进行吹炼脱碳，初步出钢，调渣，加入废钢。改进后的工艺流程为：加入废钢，兑铁，通过吹炼脱磷，排渣，再度吹炼脱碳，初步出钢，调渣，加入 CaCO₃ 或 CaMg（CO₃ ）₂，再加工废钢。没有试验时，工艺相关参数为：供氮量在 3.5m³ /t·min，调渣时间在 3 min，调渣总共氮气消耗数量在 1570 m³ 左右，转换为质量单位的数值 W 为 1570×28/22.4=1962.5 kg。运算后得到留渣理论安全值（和波动幅度），可以对废渣进行冷却。在保证剩余渣量的前提下，在 1650 ℃出钢时，渣相的熔点降到 1500 ℃。如果上一次的留渣量太大，或者是出钢温度太高，则必须在出钢之前添加一定数量的调渣剂，然后喷渣护炉，这时废渣的温度通常在1500 ℃左右。

4 脱磷分析

使用 150 t 转炉时开展了一系列的研究，冶炼开始4 min 操作倒渣，进而了解该阶段中炉渣碱度，氧化亚铁含量，倒渣过程中温度影响脱磷的情况，为了保证数据的说服力，企业总共进行 36 炉次，冶炼 4 min 时倒渣。通过对熔渣组成、碱度和脱磷率的相关性分析，发现在 3 min 内，渣的碱度为 1.87，表明早期的石灰渣质 量较好，而在 9 min 之前，渣的碱度只有 2.1。结果表明，在冶炼过程的中间阶段，渣中氧化亚铁占比过小，导致石灰熔融极慢，从而使炉渣产生轻微的“返干”，从而严重地影响了高炉的脱磷^［10］。

对 6、9、12 min 时完成脱磷后渣物成分相分析，可了解到：脱磷的过程分为氧化和炉渣两个部分，影响脱磷效果的原因往往不取决于其中的磷，而在于氧化性低，脱磷速率过慢。在造渣中形成的固相硅酸二钙离子是加速除磷的关键因素。

通过对双渣脱磷试验的分析，发现在熔炼 4 min后，在低碱性条件下（R<1.5）下，脱磷渣中 P₂O₅ 的含量随碱性的升高而增加。熔渣碱性越高，对 P₂O₅ 的吸收能力就越强。结果表明，脱磷率较高的分布在 1.5~1.8 范围内，脱磷最佳效果能达到 72%以上。在冶炼达到 4 min，对炉渣的碱度进行调整，脱磷效果能够上升 12%；调整冶炼4 min 时炉渣中 FeO 含量，使脱磷率提高了 22%；调整倒渣温度，使脱磷率提高 15%。图 2 为调整后渣中 FeO含量脱磷率对比图。图 3 为前期 FeO 对脱磷率的影响。

5 结 语

留渣 + 双渣转炉炼钢脱磷技术具有效果佳的特点，在开展脱磷处理工作前，企业要了解先进技术，结合自身情况开展转炉脱磷。通过试验，了解最佳脱磷区间，提升脱磷效率。

参考文献

［1］杨娜“. 双渣+留渣”脱磷工艺在生产中的应用与优化［J］.山 东冶金，2020，（4）：17-19.

［2］高福彬，李建文，王玉刚.邯钢 120t 转炉“留渣+双渣”脱磷工艺研究［J］.河南冶金，2020，（3）：23-26，42.

［3］刘忠建，王忠刚，宁伟.转炉单渣留渣高效冶炼技术的研究与应用［J］.工业加热，2021，（10）：12-14，22.

［4］高琦，智建国，吴伟，等.100 t 转炉留渣双渣法冶炼高硅高磷铁水试验［J］.特殊钢，2020，（6）：41-45.

［5］崔璇，周朝刚，回屹，等.转炉脱磷工艺中单渣法的研究进展［J］.中国金属通报，2021，（19）：23-24.

［6］杨之俊，张润灏，杨健，等.碱度和全铁含量对新双渣法转炉炼钢脱磷渣物相的影响［J］.炼钢，2021，（6）：15-21.

［7］王雨墨，陶林，郭皓宇，等.转炉铁水预处理脱磷的影响因素［J］.钢铁，2020，（9）：29-37.

［8］王多刚，郭培民，程乃良，等.转炉少渣深脱磷技术工业实践［J］.钢铁钒钛，2021，（5）：186-191.

［9］佟帅，李晨晓，王书桓，等.温度对转炉气化脱磷渣再利用脱磷的影响［J］.钢铁钒钛，2021，（5）：109-114.

［10］张蕊，贾吉祥，刘承军，等.转炉渣中磷的微观结构行为［J］.东北大学学报（自然科学版），2021，（5）：646-651.