碱金属的危害

碱金属对原燃料的影响

1恶化焦炭冶金性能。

碱金属首先吸附在焦炭的气孔，而后逐渐向焦炭内部的基质扩散，随着焦炭在碱蒸汽内暴露时间的延长，碱金属的吸附量逐渐增多。向焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏了原有的层状结构，产生层间化合物。当生成层间化合物时，会产生比较大的体积膨胀，导致焦炭强度下降，块度减小，产生较多碎焦和粉末。不同碱量条件下测定的焦炭反应性及反应后强度结果表明，加入钾、钠浓度增加后，焦炭的反应性增加，而且钾、钠浓度越高，反应性越大。这说明钾、钠对焦炭的碳溶反应起正催化作用，而且钾的催化作用高于钠。有关资料测定表明焦炭含K2O量每增加1％，反应性增加8％，焦炭反应后强度降低9.2％。同时，高炉冶炼统计表明，碱负荷每增加1kg/t,焦比平均上升18.75kg/t。

2碱金属对烧结矿的影响

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（K2O）的增高而提高，但随着含碱量的进一步增加，烧结矿的还原度提高幅度较小。碱金属能促进烧结矿还原的原因：一是碱金属对还原反应的催化作用，二是碱金属能增加烧结矿的气孔率。

2.2碱金属对还原粉化率的影响

碱金属使烧结矿中温还原粉化率倍增的原因是：一是在还原过程中，碱金属会进入氧化铁的晶格。当还原到FeO时，碱金属大量进入FeO晶格，由于碱金属对还原反应的催化作用，使该区域的金属铁晶体生长较快，在相界面上产生应力，当应力积累到一定程度，便产生大量的裂纹，导致粉化率升高；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（或游离的钾）与硅铝等元素结合，生成钾铝硅酸盐，由于析晶困难，往往形成一些超显微的结晶，晶化愈强，结构也会更加疏松。

2.3碱金属对烧结矿软熔性能的影响

烧结矿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。

3碱金属对球团矿的影响

碱金属是球团矿产生异常膨胀的重要原因。试验发现，在球团矿中加入少量碱金属碳酸盐（0.5K2O或Na2O）、硅酸盐（Na2SiO3）后，都会是球团矿产生灾难性的膨胀。原因是碱金属和硅酸盐中的K+、Na+侵入Fe2O3晶格，在还原过程中，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。

预防和减轻高炉碱害的措施

1有效的高炉碱负荷管理工作

碱金属在炉内危害极大，在炉内将引起炉缸堆积、炉料透气性恶化、结瘤及损坏炉墙等，为减少碱金属危害，有计划地做好高炉炉料碱金属状况分析，了解掌握高炉碱金属负荷动态，做好入炉原燃料的稳定工作，配加低碱负荷矿石，稳定或降低入炉碱金属的负荷，减少焦末及矿末的入炉，为高炉操作（排碱）提供有利的条件。

2控制煤气流分布

在高炉冶炼中，煤气是热能和化学能的携带者和传递者，同时也是碱金属的携带者和传递者。煤气量大，温度高的地方炉料的含碱量也高。发展中心气流对排碱有利。八钢高炉炉料结构中球团矿和烧结矿各占50％，由于球团矿含量高，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。应在适当发展边缘气流的基础上，同时疏通中心操作。

3对炉料进行脱碱

有关资料显示，针对碱金属会对烧结矿和球团矿造成粉化膨胀问题，可以用氯化焙烧的方法进行烧结矿和球团矿的脱碱。烧结矿和球团矿中的碱金属也可用此法将其分离出来。以硅酸盐状态的钠为例，当加入氯化剂（CaCl2）时，发生的反应式：Na2O.SiO2+CaCl2＝CaO.SiO2+2NaCl△GTO=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（氯化钠和氯化钾）。生成物的熔点很低（分别是800℃和770℃），沸点也低（1465℃和1437℃），而蒸汽压却很高，这对烧结矿和球团矿的脱碱是有利的。

氯化脱碱存在的问题是，脱碱产物会沉积在废气流经的各种设备上，造成结瘤和腐蚀管道。废气中的脱碱产物也会污染大气。

4控制炉渣碱度、渣量及炉温

国内外研究表明，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％。炉渣排碱可以关注以下几个方面：（1）在保持一定炉温的情况下，随着炉渣碱度的降低，高炉的排碱能力相应提高。有资料表明，炉渣碱度降低0.1％则增加渣中（K2O+Na2O）0.21％；（2）碱金属硅酸盐的还原是一个强烈的吸热反应，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。铁水含硅降低0.1％，渣中碱金属氧化物增加0.045％；（3）提高渣中MgO（8％－12％）含量，特别是对于原料中Al2O3含量较高（15％－18％），降低渣中K2O、Na2O的活度，从而提高排碱率，渣中MgO±1％，影响渣中碱金属氧化物±0.21％，所以，渣中适当增加MgO含量，既利于改善渣的流动性又有利于排碱；（4）提高（MnO）／Mn比，可提高渣中碱金属氧化物；(5)增加渣中含氟1％，相应减少渣中碱金属氧化物0.16％，用CaF2洗炉提高渣中碱的活度，加快碱金属氧化物的还原，从而加大碱金属在炉内的循环富集，而高锰矿则没有副作用，相反，还有利于排碱。

增加渣量能增加炉渣的排碱量是无须赘述的事实，但渣量的增加对降焦比不利，因此这一措施只在必要时采用。