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冶金与材料第 44 卷对留渣和双渣转炉炼钢工艺高效脱磷技术的思考徐震，胡帅，崔应秦（江苏永钢集团炼钢厂，江苏 苏州215628）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：在钢铁生产过程中，经常会出现一些磷元素，影响钢铁生产质量。传统的去磷工艺存在效率低、污染环境、成本高，以及操作复杂等缺点，无法满足现代钢铁生产的需求。留渣和双渣转炉炼钢工艺是一种高效的脱磷技术，其通过充分利用转炉熔化期后期的热量和渣子中的氧化钙含量，有效地提高脱磷效率。并且，通过控制温度和渣子的成分，进而有效控制钢水的成分和温度，提高钢水的质量和产量。因此，文章基于此，对留渣和双渣转炉炼钢工艺高效脱磷技术进行研究。通过分析传统去磷工艺的不足，以及留渣和双渣转炉炼钢工艺高效脱磷技术的优势，以此来对留渣和双渣转炉炼钢工艺的应用提供参考。关键词：磷的危害；传统去磷工艺；“双渣”工艺作者简介：徐震（1984），男，江苏如皋人，主要研究方向：转炉炼钢技术。磷是钢铁生产中的有害元素，磷的产生不仅会降低钢的塑性、韧性和机械性，还会影响钢铁质量，因此，必须采取相应的工艺来去除这些磷元素。传统的去磷工艺存在着很多不足，如效率低、成本高、不环保等，为了弥补不足，留渣和双渣转炉炼钢工艺应运而生咱1暂遥其结合了转炉熔化期前期的渣子作为“留渣”和熔化期后期的渣子作为“双渣”的工艺特点，是一种高效的脱磷技术，并且高效、环保、成本低，非常符合现代钢铁生产的需求。文章主要是对该工艺进行分析和探讨，以此来为相关企业提供参考。1钢铁生产中磷的危害在钢铁生产过程中常常会产生磷，其不仅会降低钢材的塑性和韧性，还会增加钢材的热脆性、增加钢材的冷脆性，以及影响钢材的可焊性，进而影响着钢铁质量。尤其在降低钢材的塑性和韧性方面，产生的磷会在钢中全部溶于铁素体中，可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使低温下钢的塑性、冲击韧性急剧降低，使钢变脆咱2暂。这种现象也通常会被称为“冷脆”。在增加钢材的热脆性方面，产生的磷几乎不溶于固态铁而与铁形成 FeS，而 FeS 与 Fe 形成的共晶体熔点为 988益，低于钢材热加工的开始温度。热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂。在增加钢材的冷脆性方面，在焊接重要结构时，磷含量不得大于 0.03%。因为磷能溶于 琢-Fe 中，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒间的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加。在钢材的可焊性方面，在钢条焊接的时候，磷的主要危害是使焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，将造成焊缝金属的韧性、特别是低温冲击韧性下降。因此，在钢铁生产过程中，需要控制磷的含量以避免其对钢材性能产生不良影响。2钢铁生产中传统的去磷工艺及不足2.1传统的去磷工艺传统的去磷工艺包括机械法、爆破法、变形法，以及高压水清除法等咱3-4暂。其中机械法主要是通过机械方法将磷从钢水中去除，比如通过分离设备将沉淀物与水分离，从而去除水中的磷。爆破法主要是通过向钢水中加入氧气或其他氧化剂，使磷与氧化剂反应而生成磷的氧化物，然后将其从钢水中除去。或者通过添加除磷剂，使其与水中的磷反应生成沉淀，在静置一段时间后，使沉淀物沉降下来即可。变形法主要是通过改变钢水的温度和成分，使磷以固态形式从钢水中分离出来。高压水清除法主要是通过高压水流将磷从钢水中冲刷下来。这些方法在钢铁生产中都有一定的应用，但是，其对除磷剂的选择和使用有较高的要求，同时也需要较高的处理成本，也会产生一些污染物等。因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的去磷工艺。2.2传统的去磷工艺的不足首先，效率低。传统的去磷方式通常需要经过多道工序，而且去除磷的效率较低，难以满足现代钢铁生产的需求。其次，去磷成本高。传统的去磷方式需要使用大量的化学试剂和设备，而且还需要经过多道工序，操作较为复杂，对工人的技能要求也比较高。因此，无形中增加了生产的成本。此外，还会对环境产生污染。传统的去磷方式会产生大量的废水和废气，对环境造成污染，不符合环保要求。因此，在去磷工艺中就需要采用更加高效、环保、低成本的去磷技术，以此来满足现代钢铁生产的需求。142第 1 期3“留渣和双渣”转炉炼钢工艺3.1“留渣和双渣”转炉炼钢工艺原理留渣和双渣是一种高效的脱磷技术，是通过调整转炉熔化期前后期的热量和渣子中的氧化钙含量的方式来进行去磷的咱5暂。其中在转炉熔化期前期，将上一炉的终渣留在炉内，然后在炉内加入钢水，通过让炉渣中的磷与钢水中的碳发生反应进而生成磷的化合物，然后再进入炉渣中，从而达到脱磷的目的。这种“留渣”的方式可以充分利用上一炉的终渣中的磷含量，减少石灰和白云石的消耗，降低渣量。而在转炉熔化期后期，是通过控制温度和炉渣的成分的方式，将渣子分为两层，即一次脱磷层和二次脱磷层。在高温下，钢水中的磷与一次脱磷层中的氧化钙反应，生成磷酸钙进入炉渣中。然后，通过控制温度和加入石灰等材料，形成二次脱磷层，进一步脱除钢水中的磷。这种“双渣”的工艺不仅提高了脱磷的效率，还有效地提高了钢水的质量和产量。3.2“留渣和双渣”转炉炼钢工艺优势该炼钢工艺的优势体现在以下几点：首先，降低生产成本。留渣和双渣转炉炼钢工艺能够充分利用上炉的终渣，减少渣料加入量，从而降低炼钢成本。同时，该工艺通过优化渣的组成和性质，提高了脱磷效率，进一步减少了原材料的消耗，降低了生产成本。其次，提高钢材质量。通过留渣技术和双渣工艺的结合，能够有效去除钢水中的有害元素，如磷、硫等，提高了钢材的质量和性能。同时，该工艺能够生产出更高品质的钢种，满足市场对高质量产品的需求。再次，环保节能。留渣和双渣转炉炼钢工艺能够减少废渣的产生和排放，减轻了对环境的压力。同时，该工艺通过优化生产流程，降低了能耗和碳排放，符合环保节能的要求。最后，提高生产效率。留渣和双渣转炉炼钢工艺简化了生产流程，提高了转炉的装入量，从而提高了生产效率。同时，该工艺通过精确控制温度和成分，缩短了冶炼周期，提高了生产效率。此外，适应性广。留渣和双渣转炉炼钢工艺适用于不同钢种和规格的生产，能够满足不同市场需求。同时，该工艺具有较强的灵活性和可调性，可以根据不同的原料和生产条件进行调整和优化。3.3留渣和双渣转炉炼钢工艺的不足留渣和双渣转炉炼钢工艺是一种新型的炼钢工艺，它利用转炉终渣在下一炉脱磷阶段重复使用的特点，达到降低原辅料消耗的目的。然而，在实际应用中，该工艺在脱磷方面仍存在不足咱6暂。3.3.1倒渣操作难度大留渣技术需要将上炉的终渣留用，但在倒渣过程中，由于渣中含有大量的磷、硫等有害元素，容易造成倒渣不净或倒渣过程中产生喷溅等问题，增加了操作的难度和危险性。倒渣难度大的问题主要由于以下原因。首先，温度控制难度大。由于转炉内氧气泡沫体积大、炉料深度大等因素的影响，使得炉温分布极不均匀，导致温度控制难度增大。在倒渣过程中，如果温度过高，渣容易粘附在炉口或炉壁，不易倒出；如果温度过低，渣容易凝固在炉底，形成硬壳，影响倒渣的顺利进行。其次，留渣操作中，为了提高溅渣效果和使溅渣护炉操作同时进行，通常需要保留适量的底渣。因此，初始渣量较大。在转炉生产中，根据所炼钢种不同，操作中渣料加入量存在差异。若加入的渣料较多，则底渣中会残留较多的渣料，从而使得最终渣量较大咱7-8暂。留渣技术需要与溅渣护炉技术相结合，而溅渣操作中的倒炉、控渣和点火等步骤都会增加一定的底渣量。留渣操作需要加入适量的改质剂稠化底渣，这也增加了底渣的量。最后，操作时间长。由于倒渣操作需要耗费一定的时间，如果操作时间过长，炉温会下降，导致渣的黏度和流动性增大，从而增加了倒渣的难度。此外，设备老化或故障。如果转炉设备老化或出现故障，例如炉口松动、炉底不平整等，也会影响倒渣的顺利进行。3.3.2脱磷效率不稳定双渣法炼钢工艺需要两次造渣以达到脱磷的目的，但由于原料成分的波动、温度控制不当等因素的影响，导致脱磷效率不稳定，有时甚至出现脱磷效果不佳的情况。具体而言，有以下原因：首先，原料成分的波动。原料中磷、硫等有害元素的含量波动，会影响终渣的组成和性质，从而影响脱磷效率。其次，温度控制不当。转炉内的温度对脱磷效率有重要影响。温度过高可能导致磷的挥发损失，而温度过低则会影响脱磷反应的进行。再次，渣的碱度对脱磷效率有重要影响。碱度过低会影响 P2O5与 CaO 的反应进行，从而降低脱磷效率。最后，操作不当。在倒渣、调渣等操作过程中，如果操作不当，会导致渣的组成和性质发生变化，从而影响脱磷效率。3.3.3石灰消耗量大为了提高脱磷效率，需要加入大量的石灰等原料，但石灰的加入量不易控制，如果加入过多，会导致渣量大、钢水温度下降等问题；如果加入过少，则会影响脱磷效果咱9暂。留渣和双渣转炉炼钢工艺中石灰消耗量大的问题，主要有以下原因：首先，渣量的增加。由于留渣技术的应用，每一炉都需要倒出上炉的终渣。这些终渣中含有大量的磷、硫等有害元素，需要加入大量的石灰进行脱磷处理。其次，石灰质量的波动。石灰质量的好坏直接影响其反应能力和消耗量。如果石灰质量不稳定，或者石灰中杂质含量高，就会导致石灰消耗量的增加。最后，操作不当，例如加料不均匀、温度控制不当等，也徐震等：对留渣和双渣转炉炼钢工艺高效脱磷技术的思考143冶金与材料第 44 卷会导致炉内反应不充分，增加石灰的消耗量。3.3.4环保问题留渣和双渣转炉炼钢工艺会产生大量的废气、废渣等污染物，如果处理不当，会对环境造成严重污染。留渣技术操作过程中需要保留底渣并多次利用，这导致底渣中的杂质和有害物质在反复利用中不断积累。这些杂质和有害物质可能会在高温下挥发或升华，从而产生废气。双渣炉炼钢操作过程中需要加入大量的渣料，这些渣料中含有多种化合物和杂质，例如氧化钙、氧化镁、氧化铁和氧化铝等。在高温下，这些化合物和杂质会与空气中的氧气发生反应，产生废气。3.4留渣和双渣转炉炼钢工艺的优化建议3.4.1优化倒渣操作为了解决倒渣问题，可以采取以下措施：首先，加强温度控制。通过改进温度控制技术，提高温度测量的准确性和控制精度，使炉温分布更加均匀，降低倒渣难度。其次，合理控制渣量。合理控制原料的配比和加入量，以及石灰等添加剂的加入量，减少渣量的产生。同时，在倒渣前可以进行适当的搅拌和调整，使渣层更加均匀和易于倒出。最后，改进倒渣方式。可以采用机械臂或液压装置辅助倒渣，减轻人工操作的强度和难度。同时，也可以开发自动倒渣系统，实现自动化的倒渣操作。此外，加强设备维护和检修。定期对转炉设备进行检查和维护，及时发现和解决设备存在的问题和故障，保证设备的正常运行和延长设备使用寿命。3.4.2优化脱磷工艺首先，加强原料管理。提高原料的稳定性和合格率，控制原料中磷、硫等有害元素的含量。其次，优化温度控制。根据实际情况调整转炉内的温度，使温度保持在合适的范围内，以提高脱磷效率。再次，控制渣的碱度。根据原料和生产条件调整渣的碱度，使渣的碱度保持在适当的范围内，以提高脱磷效率。最后，规范操作。加强员工培训，规范操作流程，使员工能熟练掌握倒渣、调渣等操作技术，减少操作不当对脱磷效率的影响。3.4.3加强环境治理首先，钢铁企业需要加强废气治理，通过采用高效除尘器、烟气脱硫脱硝等技术，降低废气中粉尘、硫化物、氮化物的排放量。同时，企业需要定期对废气治理设施进行维护和检修，确保其正常运行。其次，钢铁企业需要加强废渣治理，对产生的废渣进行分类处理和回收利用。例如，可以利用废渣生产建筑材料、铺路等，实现废渣的资源化利用。同时，企业需要合理规划废渣堆放场所，避免对周边环境造成二次污染。最后，钢铁企业还需要加强生产过程中的噪声、振动等污染的治理，尽可能减少对周边居民和企业的影响。同时，企业需要积极探索新的工艺和技术，从源头上减少污染物的产生。4结语综上所述，留渣和双渣转炉炼钢工艺在脱磷方面有着一定的优势，但是也存在一定的问题，主要体现在倒渣操作难度大、脱磷效率不稳定、石灰消耗量大、环保问题等方面。因此，相关企业需要有针对性地改善留渣和双渣工艺，使其能够有效地发挥作用，为高效脱磷提供积极优势。参考文献1 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