高炉碱负荷对比分析

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 K2O1 烧结矿0.0086 <0.01 0.25 0.33 0.100 0.1202 球团矿0.0022 <0.01 0.44 0.09 0.054 0.0653 块矿0.0860 <0.01 0.16 0.21 0.020 0.0244 美津焦炭<0.0010 <0.01 0.11 0.14 0.029 0.0355 阳光焦炭－<0.01 0.21 0.28 0.033 0.0396 达丰焦炭－<0.01 0.23 0.31 0.035 0.0427 太煤焦炭－<0.01 0.24 0.32 0.028 0.0338 炉渣－<0.01 0.48 0.64 0.037 0.0449 重力灰0.0160 0. 76 0.24 0.32 0.110 0.13210 布袋灰0.0410 6.50 0.97 1.31 1.270 1.53011 混煤－<0.01 0.20 0.27 0.053 0.06312 炉瘤0.0410 2.15 0.42 0.56 1.480 1.78013 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1。

2 炉料中Zn含量变化根据表2中数据Zn含量变化如图2。

3 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3。

图1 试样Pb含量分析图2 试样Zn含量分析图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 5.7502 球团矿253 0.065 0.164 0.090 0.227 0.3913 块矿132 0.024 0.031 0.210 0.277 0.3084 焦炭381 0.037 0.140 0.260 0.998 1.1385 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。

表3 几个高炉烧结矿碱金属含量从表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＝0.149kgNa2O＝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％＝0.199kgNa2O＝24×0.815％＝0.195kg∑K2O＋Na2O＝0.384kg/t铁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K 2SiO 3，Na 2SiO 3等化合物存在，而由原燃料带入高炉的，现以硅酸钾为例（K 2SiO 3），当炉料下达高温区或炉缸时，硅酸钾将进行以下反应：2K 2SiO 3＋2C ＝4K ＋2SiO 2+2CO (1)△G ()01＝298000-158.5T当△G 0≤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 ：42222223K P a P SiO CO K a a c k 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SiO 2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（K 2SiO 3）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℃。