碱金属对高炉生产的危害分析及控制

第３１卷第１期　黑龙江冶金　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．１　２　０　１　１年３月　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｍａｒｃｈ　２０　１　Ｏ　碱金属对高炉生产的危害分析及控制　谢　刚，付　涛　（宝钢集团八钢炼铁分公司，乌鲁木齐８３００２２）　摘要：对高炉碱金属行为进行实际调查和理论分析。结合八钢高炉的实际生产情况，提出防范碱害的控制措　施。　关键词：碱金属；高炉；排碱　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｌｋａｌｉ　Ｍｅｔａｌｓ　ｔｏ　ＢＦ　Ｘｉｅ　Ｇｎ　，Ｆｕ　Ｔａｏ　（Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｂａｙｉ　Ｉｒｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｂａｏｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｗｕｌｕｍｕｑｉ　８３００２２　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ｉｎ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ，Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｏｆ　ＢＡ　Ｓｔｅｅｌ，ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｆｕｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｌ—　ｋａｌｉ　ｍｅｔｌａｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｌｋａｌｉｓ　ｍｅｔａｌｓ；ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｒｅｍａｖｉｎｇ　ａｌｋａｌｉｓ　ｍｅｔａｌｓ　八钢老区现有６座３８０ｍ　高炉，２００９年度在　粉占８．１％），。（２）高炉炉内不同区域存在不同　４　高炉停炉之际，对不同位置的炉瘤进行取样分　的碱金属富集，八钢高炉人炉碱金属负荷为　析，炉瘤中含有大量碱金属矿物。入炉碱金属不　６．０７ｋｇ／ｔ，此水平超过众多国外高炉人炉碱金属负　能从高炉中有效排出，滞留在高炉内不断的循环　荷的临界值。　富集，给高炉带来一系列不利影响。影响对料柱　当碱金属带人量高于临界值水平时，高炉操　透气性及对高炉内衬的侵蚀和炉墙结瘤；由于碱　作立即恶化。通过试验和高炉现场操作的经验，　金属的作用，使烧结矿、球团矿及焦炭的冶金性能　确定临界值是很重要的。随着高炉炼铁技术不断　变坏（如产生体积膨胀，强度降低，粉末增多等）。　进步和原燃料质量的提高，焦炭负荷提高，焦炭在　分析八钢高炉碱金属的来源、负荷及在炉内的循　炉内所承担的任务也越来越重，因此，对人炉碱金　环富集规律，对于高炉强化水平、煤比、降低碱害、　属临界值也应降低。　延长高炉寿命具有重要意义。　２碱金属对原燃料的影响　１　八钢高炉碱金属来源及支出　２．１　恶化焦炭冶金性能。　高炉炉内的碱金属主要由原燃料带人，对高　碱金属首先吸附在焦炭的气孔，后向焦炭内　炉人炉原燃料矿石（烧结＋球团）、焦炭、喷吹煤粉　部的基质扩散，最终侵蚀到石墨晶体内部，破坏了　及产物炉渣、瓦斯灰、污泥的碱金属含量进行调查　原有的层状结构，产生层间化合物，导致比较大的　２００９年１～５月八钢高炉碱金属收支情况。结果　体积膨胀，使得焦炭强度下降，块度减小，产生较　表明：（１）高炉中７５．３％的碱金属来自于矿石，　多碎焦和粉末。而且钾、钠浓度越高，反应性越　２４．６％的碱金属来自于原燃料（焦炭占１６．５％，煤　大。这说明钾、钠对焦炭的碳溶反应起正催化作　收稿日期：２０１０—０８—２０　作者简介：谢刚，毕业于西安建筑科技大学，冶金工程，工程师。　５０　第１期　谢刚，等：碱金属对高炉生产的危害分析及控制　用。有关资料测定表明焦炭含Ｋ　Ｏ量每增加　１％，反应性增加８％，焦炭反应后强度降低　９．２％。　高，低温还原粉化率高，边缘温度过高，矿石过早　软熔，一旦炉温波动，就容易结瘤。在总结正反两　面的基础上，得出高碱金属负荷下高炉煤气仍按　保持“两条通路”的规律，在适当发展边缘气流的　基础上，同时疏通中心操作。　３．３对炉料进行脱碱　２．２碱金属对烧结矿的影响　２．２．１　碱金属对还原性的影响　烧结矿的还原度均随烧结矿含碱量的增高而　提高，碱金属能促进烧结矿还原的原因：一是碱金　属对烧结矿的催化作用，二是碱金属能增加烧结　矿的气孔率。　有关资料显示，烧结矿和球团矿中的碱金属　可以用氯化焙烧的方法将其分离出来。以硅酸盐　状态的钠为例，当加人氯化剂ＣａＣ１　时，发生的反　应式：ＮａＯ．ＳｉＯ＋ＣａＣ１２＝ＣａＯ．ＳｉＯ２＋２ＣａＣ１２△ＧＴＯ　＝２．２．２碱金属对还原粉化率的影响　碱金属导致烧结矿中温还原粉化率倍增：一　是在还原过程中还原到ＦｅＯ时，碱金属大量进人　ＦｅＯ晶格，由于碱金属对还原反应的催化作用，使　４１５６２４—２９３．６Ｔ，Ｊ／ｍｏｌ（Ｔ＝２９８—１７００Ｋ），热　力学计算表明，氯化钙加入烧结矿和球团矿中，能　够将其中的碱金属变成相应的氯化物。　３．４控制炉渣碱度、渣量及炉温　该区域的金属铁晶体生长较快，导致产生大量的　裂纹，粉化率升高；二是在还原过程中会发生含钾　矿物中钾元素的迁出与再集中，迁出的钾（或游离　研究表明，高炉排出碱金属的主要渠道是炉　渣，炉渣中碱含量可达到入炉碱含量的９０％，炉渣　的钾）与硅铝等元素结合，生成钾铝硅酸盐，由于　析晶困难，结构也会更加疏松。　２．２．３碱金属对烧结矿软熔性能的影响　排碱可以关注几个方面：（１）保持一定炉温，随着　炉渣碱度的降低，高炉的排碱能力相应提高；（２）　在合适的脱硫状况下，保持渣碱度不变，适当降低　生铁含硅，可以提高高炉排碱能力；（３）提高渣中　ＭｇＯ（８％～１２％）质量分数，特别是对于原料中　少量碱金属可以提高烧结矿的软熔温度，使　软熔带下移，但是碱金属含量过多时，会使软熔带　温度区间变宽而不利于高炉冶炼。　２．３碱金属对球团矿的影响　试验发现，在球团矿中加入少量金属碳酸盐　（０．５　Ｋ：Ｏ或Ｎａ：Ｏ）、硅酸盐（Ｎａ：ＳｉＯ。）后，碱金属　和硅酸盐中的Ｋ　、Ｎａ　侵入Ｆｅ　Ｏ　晶格，在还原过　Ａ１：Ｏ　质量分数（１５％～１８％），降低渣中Ｋ　Ｏ、　Ｎａ：Ｏ的活度，从而提高排碱率；（４）配加高锰矿，　提高（ＭｎＯ）／Ｍｎ比，可提高渣中碱含量；用ＣａＦ　洗炉提高渣中碱的活度，增加含氟１％，相应减少　渣中碱金属氧化物０．１６％，不利于排碱。　增加渣量能增加炉渣的排碱量时无需类述的　程中，晶格变形及产生的内应力使球团矿发生灾　难性的膨胀。球团矿还原膨胀率愈高，还原后的　强度愈低，还原粉化率也愈高。　事实，但渣量的增加对降焦比不利。　４　结语　３预防和减轻高炉碱害的措施　（１）碱金属恶化原燃料冶金性能、破坏炉况顺　３．１　有效的高炉碱负荷管理工作　碱金属在炉内危害极大，有计划的做好高炉　炉料碱金属状况分析，了解掌握高炉碱金属负荷　行、侵蚀炉衬和导致炉墙结瘤、降低高炉寿命。　（２）２００９年八钢老区高炉人炉碱金属负荷超　过６ｋｇ／ｔ，比国内外许多高炉限定的临界值要高，　应加强原料的计划性管理。　动态，稳定或降低入炉碱金属的负荷，减少焦沫及　矿沫的人炉，为高炉操作（排碱）提供有利的条件。　３．２控制煤气流分布　（３）瓦斯灰及污泥带走的碱金属含量非常小，　碱金属主要从炉渣带走。　在高炉冶炼中，煤气量大，温度高的地方炉料　的含碱量也高。八钢高炉炉料结构中球团矿含量　（４）做好高炉定期排碱计划，保持高炉顺行稳　定，采取合适的高炉操作制度。　５ｌ