高炉碱负荷对比分析.pdf

1 高炉有害元素计算与分析高炉原燃料炉渣等有害杂质含量状况为了探索分析有害杂质对高炉生产的影响，我们对二、五高炉使用的原料，燃料，炉渣，炉墙粘结物（炉瘤） ，风口焦等 13 个试样，每个试样进行了Zn、K2O、Na2O 等专项化学分析与部分Pb含量的分析，化验结果列于表1表 1试样中一些有害元素化验结果（% ）序号试样名称Pb Zn Na Na2O K K2O 1 烧结矿0.0086 <0.01 0.25 0.33 0.100 0.120 2 球团矿0.0022 <0.01 0.44 0.09 0.054 0.065 3 块矿0.0860 <0.01 0.16 0.21 0.020 0.024 4 美津焦炭<0.0010 <0.01 0.11 0.14 0.029 0.035 5 阳光焦炭－<0.01 0.21 0.28 0.033 0.039 6 达丰焦炭－<0.01 0.23 0.31 0.035 0.042 7 太煤焦炭－<0.01 0.24 0.32 0.028 0.033 8 炉渣－<0.01 0.48 0.64 0.037 0.044 9 重力灰0.0160 0. 76 0.24 0.32 0.110 0.132 10 布袋灰0.0410 6.50 0.97 1.31 1.270 1.530 11 混煤－<0.01 0.20 0.27 0.053 0.063 12 炉瘤0.0410 2.15 0.42 0.56 1.480 1.780 13 风口焦－<0.01 0.26 0.35 0.120 0.144 注： ① 炉瘤是三月上旬三高炉喷涂时从炉腰部位取出的炉瘤。

② 风口焦是五月九号二高炉休风换球时取出的风口焦 ③ 混煤是当前五座高炉风口喷吹用的混合煤为了更清楚直观的表达有害元素Pb、 Zn、 碱金属等在不同炉料中含量的大小，用图表示如下：1 炉料中 Pb 含量变化根据表 1 中数据 Pb 含量变化如图 12 炉料中 Zn 含量变化根据表 2 中数据 Zn 含量变化如图 23 炉料中碱金属含量变化根据表 3 中数据碱金属含量变化如图32 Pb含量分析00.020.040.060.080.1烧结矿球团矿块矿美津焦炭重力灰布袋灰炉瘤试样名称Pb含量％图 1 试样 Pb含量分析Zn含量分析01234567烧结矿球团矿块矿美津焦炭阳光焦炭达丰焦炭太煤焦炭炉渣重力灰布袋灰混煤炉瘤风口焦试样名称Zn含量％图 2 试样 Zn 含量分析3 碱金属含量分析00.511.522.53烧结矿球团矿 块矿美津焦炭阳光焦炭达丰焦炭太煤焦炭 炉渣重力灰布袋灰 混煤 炉瘤风口焦试样编号碱金属含量％ Na 含量K含量Na2O ＋K2O 含量图 3 试样碱含量分析二、高炉碱负荷计算及允许界线量1） 、高炉碱负荷从表 1 可知，高炉使用的原燃料中都含有一定数量的碱金属氧化钾（K2O）与氧化钠（ Na2O） ，在研究高炉中碱金属行为时，对于每冶炼一吨生铁由原燃料带入炉内的碱金属总量（kg）称为碱负荷，高炉工作者经常依据碱负荷的高低，来评价碱金属对高炉操作危害的大小。

二、五号高炉（450m3）2007 年 4 月碱负荷计算结果列于表2，碱负荷为 8.102kg/t 铁，其他高炉炉料结构虽有差异，但使用的原料成份与性能基本类似，因此二、 五高炉碱负荷计算结果， 对其他三座高炉也应该具有一定的代表性，可供其他炉况分析时参考用2） 、碱负荷超标的界限碱负荷允许含量大小，目前尚无统一标准，国外大多数高炉采用5kg 为超标的界线，在 5.0kg 以内高炉不用采取排碱操作，高炉生产是安全的，但是加拿大有的高炉以 4.0kg 为界线，碱负荷超过4.0kg 高炉需要采取排碱措施否则高炉出现炉况难行，生产指标不正常，我国高炉生产过程中，大都考虑采用5.0kg界线碱负荷在5.0kg 以内，高炉生产大都不受影响，超过5.0 以后根据超过界限的多少，需要采取不同处理手段， 众多高炉生产实践证明这一界限也是符合我4 国炼铁生产实际的表 2二、五高炉碱负荷计算表（2007 年 4 月）序 号名称消耗量 kg/t 铁K2O% K2O (kg) Na2O% Na2O (kg) K2O+Na2O (kg) 1 烧 结 矿1263 0.120 1.510 0.336 4.240 5.750 2 球团矿253 0.065 0.164 0.090 0.227 0.391 3 块矿132 0.024 0.031 0.210 0.277 0.308 4 焦炭381 0.037 0.140 0.260 0.998 1.138 5 煤粉155 0.063 0.097 0.270 0.418 0.515 总计————1.942 ——6.160 8.102 说明：（1）从计算结果可知，四月份二、五高炉碱负荷为8.102kg/t 铁，按我国碱负荷水平处于较高超标， 碱负荷很高， 因此需要进一步核实和准备采取相应的处理措施。

2）碱负荷中 K2O 占 24%，Na2O 占 76%，根据理论计算和实际经验，碱金属中以 K2O 危害最大，后果也最为突出3）碱负荷特点与其他高炉相反，虽然碱负荷很高，但是K2O 含量低，只占 24％因此危害性大大降低初步判断有可能是导致高炉崩塌料频繁的主要原因之一4）碱负荷中由烧结矿带入量占71.00%，成为主要带入源，由其他炉料带入只占 29.00%，因此是次要的5）下一步应检测烧结混合料中各种粉料中碱金属的带入量，检核本次化验数据的重现性，找出主要带入源，再进行研究处理6）二、五高炉使用的是同一原料，但五高炉崩塌料次数很少，对他的操作制度可能存在有利于排碱的因素，建议值得深入分析研究7）将一些高炉烧结矿碱金属含量资料列于表3，供研究参考5 表 3 几个高炉烧结矿碱金属含量厂名K2O Na2O 备注包钢原矿0.18 0.40 易结瘤烧结矿0.220 0.26 球团矿0.20 0.23 涟钢烧结矿0.081 0.070 不易结瘤太钢烧结矿0.12 0.04 建龙烧结矿0.089 0.17 从表 3 可知：1. 烧结矿碱金属含量与包钢接近，但K、Na含量比例相反2. 由于碱金属 Na高 K低，因此对高炉的危害性要轻很多。

3. 烧结矿 K、Na含量比太钢、涟钢、建龙要高很多三、高炉碱金属存在富集现象高炉是否存在碱金属富集现象，我们用平衡计算来说明碱金属的平衡计算：已知二，五高炉碱负荷为8.102kg/t 铁，支出项目如下：① 炉渣带出量，已知高炉渣量约340kg/t 铁左右又已知炉渣中K2O 为 0.044， Na2O 为 0.64 故渣中：K2O＝340×0.044＝0.149kg Na2O＝340×0.64＝2.176kg ∑K2O＋Na2O＝2.345kg/t铁② 炉尘布袋灰中重力灰和布袋灰总量按24kg/t铁计算：重力灰中 K2O＝0.132 ，布袋灰中 1.53 ，平均 0.831 重力灰中 Na2O＝0.32 ，布袋灰中 1.31 ，平均 0.815 因此，总灰中 K2O＝24×0.831％＝0.199kg Na2O＝24×0.815 ％＝0.195kg ∑K2O＋Na2O＝0.384kg/t铁6 ③ 碱金属帯入量与排出量应该相等，剩余的碱金属量=0 计算结果如下：剩余量＝碱负荷－碱金属（渣中）－碱金属（尘中）＝8.102－2.345－0.384＝5.373kg 如果再考虑煤气带走的10％ （约 0.810kg） ， 本计算结果还剩余 4.563kg沒有排出来，因此剩余的碱金属至少还有4.563kg/t 铁左右，可能还在炉内沉积和循环着， 这就是人们平常所说的碱金属循环富集现象。

平衡计算结果说明， 高炉也存在这一现象四、高炉内碱金属循环富集分析1 碱金属在炉内的形态与反应式碱金属主要是以硅酸盐的形态，例为K2SiO3，Na2SiO3等化合物存在，而由原燃料带入高炉的，现以硅酸钾为例（K2SiO3） ，当炉料下达高温区或炉缸时，硅酸钾将进行以下反应：2K2SiO3＋2C＝4K＋2SiO2+2CO ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（ 1）△G0 1＝298000-158.5T 当△G0≤0 ， 反应起始温度 T＝1880 K， 可以计算出此温度时的平衡常数K：4222 2223KPaPSiOCO K aack SiO式中K――反应平衡常数a――反应物生成物的活度P――生成物分压根据热力学条件的分析，例如增加SiO2活度，增加 CO 分压，降低温度等因素该平衡反应向左边移动， 以及由于动力学的原因， 上述反应中一部份或大部分硅酸钾（ K2SiO3）来不及反应而随炉渣被排出炉外，而只有一部份或少部分被还原2 循环富集过程与对高炉操作的危害从反应式（ 1）还原出来的金属钾（ K）由于沸点低，只有774℃，因此在高温区（1500～2200℃）还原出来的 K，将马上被气化，形成钾蒸气，随煤气流上升到炉身下部的中温区 （800-1000℃）部份 K 蒸气继续随煤气流逸出炉顶，另外7 部份的钾（ K）蒸气与下降过程含有大量FeO 与 SiO2的炉渣相遇而发生以下反应。

2K↑＋2（SiO2）＋2（FeO）=2(K2SiO3)+2Fe⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（ 2）由式（ 1）可知，产生的 K 蒸汽随煤气上升，到中温区，与渣中FeO 和 SiO2反应又生成 K2SiO3，反应式（2）的产物是 K2SiO3和铁（Fe）被下降的炉料所吸收，因而使下降炉料中K2O 含量增高，并且又随同炉料下降到高温区，钾含量高的炉料中的K2SiO3，下到高温区后，又被还原成钾蒸气，又再次随煤气流上升到中温区，又与下降过程含有大量FeO与 SiO2的炉料相遇，钾蒸气与SiO2将生成更多的硅酸钾， 又再次随炉料下降到高温区，这样不断下降上升与气化吸收，不断循环之后，炉料中 K2O 含量在炉内不断增加， 这就是所谓的碱金属 “ 循环富集 ”过程，最终导致炉料与煤气中K2O 含量增加，恶化料柱透气性，容易导致高炉崩塌料，或悬料，严重时导致高炉结厚和结瘤，对炉况产生严重影响，含量不高时对炉况影响不大五、有关减少碱负荷的措施1. 搞清楚碱负荷过高的主要矿源，如有可能应该减少或停用碱金属含量过高的矿石例如，碱金属主要来自烧结矿，而烧结配料的粉料品种有好几个，到底是哪一个含碱金属最高，现在还不清楚。

2. 根据国内外通常做法，采用定期用酸渣或低炉温排碱从反应式（1）可知：采用降低反应温度与增加SiO2的活度反应式（ 1）向左进行，有利于 K2SiO3（Na2SiO3）的形成因而有利于碱金属随炉渣排出3. 保持三元碱度不变的情况下减少CaO增加 MgO 含量4. 采用高 MgO 烧结矿，或外加白云石5. 提高炉料的高温冶金性能与减少粉末入炉，提高料柱透气性6. 改善布料，精心操作及时调剂炉况7. 定期监控碱金属的变化，及时调整炉况六、高炉锌负荷计算及允许界线量与高炉碱负荷的定义相同，冶炼每吨生铁由原燃料带入的锌量也称为锌负8 荷二、五高炉炉料中锌的含量状况见表4表 4二、五高炉炉料中锌的含量状况项目名称数量 kg/t 铁Zn 含量% Zn 量 kg/t 铁% 烧结矿1263.00 0.01 0.126 58.06 球团矿253.00 0.01 0.025 11.52 块矿132.00 0.01 0.013 5.99 焦炭381.00 0.01 0.038 17.51 煤粉155.00 0.01 0.015 6.91 总计——0.05 0.217 100.00 锌负荷计算结果只有0.217kg/t 铁，离极限范围（ 0.9kg/t 铁）很远，因此暂无危害，故本次不进行分析。

但是如果锌负荷过高的话，由于Zn 氧化物在炉内被还原成金属Zn 后，它们不仅熔点低，而且气化温度也不高，沸点907℃与碱金属一样在炉内形成循环富集现象，破坏炉料强度，恶化料拄透气性，导致炉况难行，结厚与结瘤，而且导致炉衬的破损加快等有害作用，因此要严加防范七、高炉铅负荷计。