摘要：转炉留渣双渣协同脱磷工艺是通过保留前期富磷渣料来参与后续脱磷反应，以此实现磷元素的高效去除。该工艺根据留渣与新渣磷容量叠加原理，通过对留渣比例、供氧节奏、炉渣碱度等核心参数精准调控，进而优化脱磷性能。350t转炉工业化试验结果表明，在留渣比例为15%～20%、碱度2.5～3.0、温度1400～1450℃的优化工艺条件下，钢水中的磷含量从0.120%～0.150%降至0.010%～0.025%，脱磷率达75%～82%，相较于传统单渣工艺提升了10%～15%。同时，该工艺使造渣材料消耗降低了8%～20%，单位脱磷成本减少12%～18%，为钢铁企业生产低磷钢提供了稳定技术方案和经济收益支撑。

　　关键词：转炉炼钢；留渣技术；双渣法；协同脱磷

　　作为钢铁材料中的有害成分，磷含量的高低直接影响钢材低温下的韧性、抗冲击能力与焊接表现。当前工业界对低磷钢的需求持续扩大，推动脱磷技术不断革新，转炉脱磷工艺从最初单渣模式发展成双渣操作，大幅提高了除磷效率。留渣双渣协同脱磷技术在双渣法基础上创新而来，通过保留部分富含磷的初期炉渣参与后续除磷步骤，达成两次造渣过程协同作用。该技术有效利用初渣的磷容纳能力，既降低造渣辅料用量又提升除磷效果，为钢铁行业可持续发展和产品质量进步奠定关键技术基础。

　　1留渣双渣协同脱磷机理

　　1.1转炉脱磷热力学基础

　　转炉脱磷过程遵循特定热力学原理，磷元素能不能氧化取决于体系自由能的变化。在350t转炉的高温条件之下，钢水中的磷会和氧气发生反应生成P2O5，然后和炉渣内碱性氧化物结合形成稳定磷酸盐化合物，脱磷反应的标准自由能呈现为负值，这说明该反应在热力学基础上具有自发倾向，温度升高会降低脱磷反应的平衡常数，因此，合理控制温度对脱磷效率来说是至关重要的，提高炉渣碱度能够改善脱磷的热力学条件，CaO与SiO2的比例直接影响着磷酸盐的稳定性。FeO作为强氧化剂参与到脱磷反应中，其活度提升有利于磷的氧化进程，反应平衡常数K与温度呈指数关系，在1400~1500℃范围内，保持较高平衡常数值能确保脱磷反应充分进行。

　　1.2留渣双渣协同机制

　　留渣双渣协同脱磷原理是依靠初期炉渣富集磷元素，通过保留部分一次造渣产物参与后续脱磷工序产生协同效应［1］。初次造渣生成的富磷熔渣有较高磷浓度梯度，为二次脱磷创造有利物质传输动力条件，保留渣里的CaO与FeO成分在二次造渣时持续发挥脱磷功能，和后续添加造渣材料组成成分互补复合渣系。协同机制通过磷容量叠加效应提高脱磷效率，精确调控保留渣比例是实现协同效应核心技术指标，保留渣比例过高会削弱二次渣脱磷能力、比例过低则无法完全发挥协同作用。渣钢界面物质传输过程在协同机制中扮演重要角色，保留渣存在改变界面特性，促进磷元素从钢液向渣相转移，温度场合理分布能确保保留渣与新渣充分融合形成均匀脱磷环境。

　　1.3磷元素分配规律

　　磷元素在钢渣两相间的分布遵循热力学平衡原理，其中分配比是评估脱磷成效的一个关键指标。在350t转炉的冶炼过程中，磷的分配特性受温度、炉渣组分、氧势等多重因素耦合影响。如图1所示，温度上升导致磷分配比下降，这与磷酸盐类物质的热稳定性随温度升高而降低的趋势一致，提高炉渣碱度能够显著增强磷的分配比，CaO含量增加为磷酸盐生成提供更多反应位置。FeO含量对磷分配的影响呈现非线性关系，适量FeO浓度有助于磷的氧化迁移，而浓度过高则会降低炉渣流动性，抑制脱磷反应进行。钢液中合金元素含量会改变磷的活度系数，如碳含量增加会使磷的活度系数略有降低，渣相中磷的化学势和其浓度、活度系数的乘积成正比，且活度系数明显受渣系组成的制约。磷在钢渣两相间达到分配平衡需要有充足的传质时间，搅拌力度和反应界面大小直接影响平衡建立速度，而磷分配比和脱磷率呈现出正相关的关系，分配比越高，脱磷效果越优异。

　　2关键工艺参数控制

　　2.1留渣比例确定方法

　　留渣比例精准设定对协同脱磷工艺最终成效起到决定性作用，必须充分考量初始炉渣成分等要素［2］。350t转炉生产实践中留渣比例普遍维持在15%~25%，比例过低无法实现协同效应，过高则会削弱脱磷效能。留渣量的计算以初始炉渣磷含量及后续脱磷目标为依据，通过物料平衡方程式求解最优保留量。初始炉渣中P2O5含量是确定留渣比例的核心参数，对于高磷初始炉渣，需适当降低比例以避免磷逆向回溶富集，而炉渣流动性则是选择留渣比例的重要约束条件。温度条件对留渣比例的选择具有显著影响，高温条件下可适度提高比例，以维持渣钢反应界面与反应动力学条件。同时，渣钢比控制需与留渣比例保持协同匹配，确保整体脱磷环境稳定性和可控性，如表1所示。

　　2.2供氧时序控制策略

　　供氧时序控制是留渣双渣脱磷工艺的关键技术要点，核心是通过分阶段供氧操作，实现磷元素梯度去除和工艺参数精确调控，如图2所示。针对350t转炉实际生产需求，供氧制度设计采用前期强化供氧与后期精细控制供氧协同复合策略。前期高强度供氧能促进碳元素快速氧化和熔池温度快速提升，为后续脱磷反应创造有利热力学条件。实际操作中氧枪位置动态调整要和供氧强度变化相配合，操作初期用低枪位操作模式确保氧气射流与钢液充分接触，操作后期适当提升枪位高度减少氧气射流对熔渣层强烈冲击。供氧总量与供氧时间合理匹配对脱磷效果有决定性影响，供氧过量会使金属铁氧化损耗加剧和炉渣出现过氧化现象，供氧不足则会显著影响脱磷反应深度和效率。该分段供氧策略考虑留渣阶段与新渣阶段脱磷特性差异性，留渣阶段用中等强度供氧维持熔渣化学活性，新渣阶段增强供氧强度促进深度脱磷反应进行，氧势精确调控主要通过调节供氧速率实现，维持适宜氧势水平可确保脱磷反应有高度选择性。

　　2.3炉渣碱度调节技术

　　调节炉渣碱度是提高脱磷效率的关键核心技术，通过科学管控氧化钙与二氧化硅的比例创造理想的脱磷条件［3］。在350t转炉采用留渣双渣操作时，碱度调控可分为初渣碱度设定与二次碱度完善，初渣碱度设定为2.0~2.5，以此奠定基础脱磷能力，后续二次调整将其提升至2.5~3.0，增强深度脱磷效果。石灰添加量需依据预测的渣量及目标碱度值进行计算，采用分批添加方式防止局部过热和渣料飞溅现象。萤石的使用必须严格控制，要在确保渣料流动性的同时避免对炉衬造成过度侵蚀。碱度调控过程中需要关注渣钢比的变化，过高的渣钢比会稀释脱磷组元浓度进而影响传质效率。温度对碱度调控效果有显著影响，高温虽然能加速石灰溶解，但也可能导致碱度超标，要通过底吹搅拌和充足的反应时间保证渣料成分均匀分布，避免因成分差异导致局部脱磷效果不均。

　　3工业试验效果分析

　　3.1脱磷效果测试结果

　　350t转炉在采用留渣双渣协同脱磷工艺时，操作参数的变化会导致脱磷效果出现明显差异［4］。其中，留渣比例对脱磷率的影响呈现出阶段性规律，当留渣比例处于15%~20%时，脱磷率随比例增加而上升，当比例超过25%后，脱磷效果基本保持稳定，甚至轻微下滑。通过优化供氧时序控制能让脱磷过程变得更为平稳，采用分段供氧方式比传统连续供氧可使脱磷率提升5%~8%。炉渣碱度的精确控制是决定脱磷程度的关键因素，当碱度处于2.5~3.0时，脱磷效果达到最优，碱度过低会限制脱磷深度，而过高则会影响渣料流动性。将温度控制在1400~1450℃范围内，既能保证良好脱磷效果又能兼顾能耗控制。FeO含量维持在12%~15%水平时，脱磷效果最为理想，这一水平既提供了充足氧化能力，又避免因过度氧化造成铁损失。协同工艺的脱磷率稳定保持在75%~82%，比传统单渣法高出10%~15%，如表2所示。

　　3.2工艺经济性评价

　　350t转炉应用留渣双渣协同脱磷工艺的经济效益显著，单位脱磷成本相比传统工艺下降12%~18%，其主要原因是造渣材料消耗的降低［5］。通过对供氧制度进行优化，氧气消耗得到有效控制，单位钢产量的氧气消耗减少3~5m3。在能源消耗方面，协同工艺通过提升热效率减少废热损失，实现单炉能耗降低2%~3%。设备利用率的提高带来了间接经济效益，转炉作业率提升约5%，单位时间钢产量显著增加。劳动生产率因操作简化和自动化水平提高而改善，单炉操作时间缩短10~15min，环保效益方面，粉尘排放量减少8%~10%，且废渣产生量降低12%~15%，进而减少了环保处理成本，产品质量稳定性得到提升，从而减少了后续精炼处理需求，使综合生产成本进一步降低。

　　3.3工艺稳定性分析

　　在350t转炉持续不断的生产实践过程中，留渣双渣协同脱磷工艺展现出十分优异的稳定性。为期3个月的跟踪实验数据表明，终点磷含量的标准偏差始终维持在±0.003%之内，与传统单渣法的±0.008%相比有明显的改善，该工艺参数的重复性已经得到了充分证实，连续30炉次的脱磷率变化区间仅有2%~3%。就算铁水磷含量出现超过±0.02%的波动，通过动态调节留渣比例及供氧参数，终点磷含量的合格率依然能够维持在95%。引入副枪实时监测及自动化控制系统后，人工干预的次数减少了40%，终点磷含量的过程能力指数从1.2提高到1.6，标志着工艺控制水平达到了优良的标准。

　　4结语

　　综上所述，留渣双渣协同脱磷工艺技术依靠机理创新和工艺参数优化，显著提升了转炉的脱磷效率。该技术在350t转炉中开展工业应用，充分验证了其可行性与先进性，在最优工艺条件之下，脱磷率稳定保持在75%~82%的较高水平，磷元素的去除效果尤其突出。其协同机制的关键之处在于初渣的磷容量和二次渣的脱磷潜能高效结合，通过精确调控工艺参数达成磷元素的梯度式去除，从技术经济方面，该协同工艺在降低生产成本和提升产品质量上优势显著。这项技术为钢铁企业生产低磷钢提供了可靠的工艺方案，对推动钢铁行业绿色发展和产品质量进步具有重大价值，展现出十分广阔的市场应用前景。

参考文献

　　［1］蒋实.留渣+双渣转炉炼钢工艺高效脱磷技术研究［J］.冶金与材料，2022，42（6）：8-10.

　　［2］嵇立磊.转炉“留渣+双渣”炼钢工艺研究［J］.冶金与材料，2022，42（4）：16-17+20.

　　［3］张桢凯，赵俊学，王泽，等.转炉双渣法冶炼炉渣成分、性能及炉温的匹配［J］.钢铁，2024，59（4）：57-65.

　　［4］孟华栋，杨勇，姚同路，等.复吹转炉“留渣-双渣”脱磷工艺试验［J］.钢铁研究学报，2022，34（7）：622-628.

　　［5］刘佳，崔猛.转炉低成本造渣技术研究与实践［J］.天津冶金，2020（3）：8-10.