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有害元素对高炉的危害以及应对措施

时间:2025-01-21 01:10  来源:中国炼铁网   作者:赵晗 于海新 刘茂   点击:次

摘 要  2021年，由于入炉原料碱负荷和锌负荷偏高，应对有害元素排出不足，炉内碱金属和锌元素循环富集，致使炉墙频繁结厚，导致高炉炉内气流不畅，频繁出现难行悬料，所以高炉的各项经济指标较差。2022年通过对有害元素入炉管控以及采取高炉排碱排锌等措施，高炉处于稳步提产降耗的状态，2022年5月份高炉各项指标均达到历史最好水平。

关键词  碱金属   危害   措施

1 概况

通钢现有两座高炉分别为2号高炉和3号高炉，两座高炉有效容积均为2680m3,设计产能均为220万吨/年。2021年因对有害元素入炉疏于管控，导致高炉由于碱金属在炉内循环富集频繁发生炉墙结厚，高炉多次采取热洗炉措施处理结厚，这样不仅生铁产量损失较大，燃料消耗显著增加，生铁成本损失严重。2022年通过对有害元素入炉管控以及采取高炉排碱排锌等措施，使得高炉处于稳步提产降耗的状态。

2 有害元素对高炉生产影响

    对高炉产生危害的有害元素K、Na、Zn等，进入高炉后由于在炉内循环富集对高炉生产产生不利影响。

2.1 碱金属和锌元素在高炉内循环富集原理

K、Na的沸点为799℃和882℃。碱金属的氧化物在炉身中温区还原出碱金属蒸气，随煤气流上升，与炉料中的矿物结合生成碱的氰化物、碳酸盐和硅酸盐等。再随炉料返回到高炉下部高温区，又被还原成碱金属蒸气上升，除部分随煤气和溶解于渣铁中排出炉外，其余相当一部分在炉内上部和下部之间循环富集。

Zn在1000℃以上高温区域，炉料中的锌化合物被CO还原为气态锌，气态锌随煤气上升，部分排出炉外，部分冷凝附着在炉料上被氧化为ZnO,随炉料下降并在炉内循环富集。

2.2 有害元素对高炉生产的危害

（1）碱金属对焦炭冷强度影响较小，但对焦炭热强度影响较明显，碱金属侵入到石墨内部破坏原有的层状结构而生成一种层间化合物，例如KC、KC6，产生较大的体积膨胀，导致焦炭产生裂纹而崩裂，同时K对焦炭的侵蚀程度高于Na对焦炭的侵蚀程度。

（2）碱金属氰化物在炉身上部氧化使炉衬渣化，在炉衬表面形成碱金属渣，碱金属渣具有一定的粘稠性，容易吸附炉料中的小颗粒，形成一种粘稠的渣相吸附更多的碱金属。碱金属蒸气也易与炉料渣化形成稠化物，可以附着在薄的铁层上促进炉瘤的长大。

（3）通过炉衬空隙渗入到高炉不同部位，引起硅铝质耐火材料异常膨胀，耐材剥落和严重侵蚀，缩短高炉寿命。

（4）锌蒸气冷凝，同风口组合砖内耐火材料发生化学反应，体积膨胀，风口中套变形和上翘，导致风口漏风，改变高炉的送风参数。

（5）碱金属加剧球团矿产生异常膨胀，还原性显著降低，还原粉化加剧，高炉料柱透气性降低，气流分布失常，高炉频繁发生崩料、悬料，导致高炉利用系数降低，燃料消耗增加。

3  高炉有害元素现状

从表可以看出2021年平均碱负荷3.19kg/t较国家标准＜3kg/t高0.19kg/t，平均锌负荷0.45kg/t较国家标准0.15kg/t高0.3kg/t。2022年通过对入炉有害元素管控，平均碱负荷降至2.47kg/t，平均锌负荷降至0.21kg/t。

 表1 2021年-2022年5月高炉碱负荷及锌负荷统计表

项目

碱负荷kg/t

锌负荷kg/t

时间

2#高炉

3#高炉

平均

2#高炉

3#高炉

平均

2021年1月份

3.44

3.40

3.42

0.63

0.52

0.58

2021年2月份

3.74

3.66

3.70

0.53

0.65

0.59

2021年3月份

3.62

3.58

3.60

0.47

0.62

0.55

2021年4月份

3.76

3.76

3.76

0.38

0.40

0.39

2021年5月份

3.73

3.69

3.71

0.48

0.51

0.50

2021年6月份

3.70

3.75

3.73

0.45

0.47

0.46

2021年7月份

3.78

3.83

3.81

0.47

0.45

0.46

2021年8月份

3.75

3.74

3.75

0.40

0.45

0.42

2021年9月份

2.24

2.01

2.13

0.29

0.41

0.35

2021年10月份

2.09

2.05

2.07

0.29

0.31

0.30

2021年11月份

2.35

2.21

2.28

0.36

0.32

0.34

2021年12月份

2.19

2.41

2.30

0.43

0.47

0.45

2021年平均

3.20

3.17

3.19

0.43

0.47

0.45

2022年1月份

2.08

2.29

2.19

0.18

0.19

0.18

2022年2月份

2.58

2.78

2.68

0.22

0.23

0.23

2022年3月份

2.54

2.68

2.61

0.17

0.18

0.18

2022年4月份

2.67

2.96

2.81

0.18

0.18

0.18

2022年5月份

1.98

2.18

2.08

0.29

0.27

0.28

2022年1-5月份平均

2.37

2.58

2.47

0.21

0.21

0.21

图1 2021年-2022年5月高炉碱负荷及锌负荷变化趋势图

  

4  有害元素主要来源

（1）锌元素主要来源

高炉入炉料锌元素带入，主要来源为烧结矿原料带入和系统内部循环，烧结矿带入比例达到64.19%。

①原料带入主要为国内矿、进口非主流矿、块矿等。

②系统内部循环主要包括高炉布袋灰、重力除尘灰、烧结除尘灰、炼钢转炉泥、粗颗粒等。

（2）碱金属主要来源

高炉入炉料碱金属带入，主要来源为入炉燃料，其中焦炭和焦丁带入37.48%，喷吹煤带入17.8%。

表3  各种入炉原燃料有害元素带入量

入炉品种

品位

吨铁单耗

锌含量

碱金属含量

锌负荷

碱负荷

烧结矿

55.60%

1.348

0.010%

0.065%

0.135

0.876

球团矿

63.43%

0.282

0.013%

0.066%

0.037

0.186

块矿1

53.49%

0.041

0.028%

0.053%

0.011

0.022

块矿2

65.60%

0.049

0.005%

0.035%

0.002

0.017

矿重

57.12%

36.94



0.000

0.000

干熄焦


0.192

0.005%

0.205%

0.010

0.394

水熄焦


0.122

0.005%

0.205%

0.006

0.251

外购焦


0.035

0.005%

0.440%

0.002

0.154

焦丁


0.062

0.005%

0.205%

0.003

0.128

煤粉


0.157

0.003%

0.280%

0.005

0.440

焦批重合计


0.569



0.21

2.47

 

表4 各种入炉原燃料有害元素占比

 

项目

烧结矿

球团矿

块矿1

块矿2

干熄焦

水熄焦

外购焦

焦丁

煤粉

锌负荷（%）

64.19

17.44

5.41

1.18

4.57

2.91

0.83

1.48

2.24

碱负荷（%）

35.48

7.53

0.87

0.69

15.94

10.15

6.22

5.17

17.80

 

       

图1 入炉锌负荷占比       图2入炉碱负荷占比

5 有害元素控制对策

（1）控制有害元素的来源，一是高炉布袋灰配入烧结工序前提前进行脱锌处理，降低布袋灰锌含量。二是根据烧结矿锌含量及碱金属含量选择转炉泥配入量。三是严控地方铁粉及进口非主流矿有害元素达到控制标准。

（2）定期排碱排锌，高炉本体排出有害元素主要通过两个途径实现，第一，主要通过炉渣排出炉外，第二，主要从炉顶伴随煤气排出炉外。其中碱金属主要通过炉渣排出，高炉操作通过降低炉渣碱度（控制炉渣碱度1.1-1.12倍），提高炉渣中SiO2含量抑制K2O和Na2O还原，提高铁水温度1500℃以上，保证铁水热量充足，提高炉渣的排碱能力。锌主要通过炉顶伴随煤气排出炉外，充分发展中心气流，提高煤气流速，促进锌元素的排出。保证有害元素排出率达到100%。

6 结语

（1）目前对有害元素对高炉的危害得到充分认识，2021年前由于对有害元素对高炉的危害认识不足，导致通钢高炉生产比较被动，经济损失巨大。

（2）2022年通过对有害元素入炉管控以及采取高炉排碱排锌等措施，高炉处于稳步提产降耗的状态，2022年5月份高炉各项指标均达到历史最好水平。

（3）面对目前不利的市场形势，迫于成本压力及工艺物料发生量，需配入部分有害元素偏高的经济原料和工艺物料，采取措施排出有害元素至关重要，控制低炉渣碱度、铁水物理热对有害元素排出有利。

 7 参考文献

1.李肇毅.宝钢高炉锌危害及其抑制[J].宝钢技术.2002,（6）：18-20

2.王筱留.有害元素对高炉危害、含量和有效预防措施


(责任编辑：zgltw)
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