烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制.docx

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烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制

烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制

黄克存、班友合、孟德礼

（国丰钢铁有限公司技术部）

摘要随着我公司的高炉逐步进入炉役后期，延长高炉寿命不仅可以直接减少昂贵的大中修费用，还可以避免由于停产造成的经济损失。

造成高炉损坏的原因和机理错综复杂，但烧结矿带入的碱金属和锌的破坏作用应引起我们的高度重视。

关键词高炉碱负荷锌负荷危害

为适应当前严峻的钢铁形势，进一步降低铁水成本，各钢铁企业都采用低价的外矿粉进行烧结，并充分利用烧结、炼铁、炼钢工序所产生的各种除尘灰，利用其低价和含有大量的Ｃ、Fe、CaO、MgO等有利成分的优势，来降低烧结料消耗，从而达到降低成本的目的。

但由于各种外矿粉及除尘灰都含一定量的K、Na、Zn等有害元素，大量配加会造成高炉碱负荷、锌负荷超标，高炉炉墙结厚结瘤，加剧炉缸侵蚀，影响炉况稳定顺行。

1.烧结矿中有害元素的来源

烧结所有外矿粉有害元素含量如下表所示：

表1烧结外矿粉有害元素含量（%）

试样名称

Zn

Na

Na2O

K

K2O

信昂澳粉

0.015

0.047

0.064

0.022

0.027

雄鹰澳粉

0.025

0.119

0.14

0.076

0.092

巴姆澳粉

0.0055

0.156

0.21

0.035

0.042

繁荣巴粗

0.0091

0.031

0.042

0.216

0.26

博斯巴粗

0.14

0.013

0.018

0.07

0.085

在高炉生产中，钾、钠、锌存在两个循环，第一个循环是高炉内部的小循环，第二个循环是烧结—高炉的大循环。

通过上表可看出，原料中的钾、钠、锌的量是相对稳定但不可控，要控制其富集减少对高炉的危害就是要打破第二个循环，减少高炉布袋灰、烧结机头灰等高碱、高锌灰的循环使用。

以下是我公司布袋灰、烧结机头灰的有害元素成分分析：

表2北区试样灰中有害元素含量（%）

试样名称

Zn

Na

Na2O

K

K2O

红泥除尘灰

0.290

0.0816

0.110

0.1743

0.210

36m2机头灰

2.000

5.1342

6.920

48.7915

58.800

36m2机尾灰

0.120

0.0965

0.130

0.2987

0.360

北区450m2高炉重力灰

1.120

0.1855

0.250

0.2157

0.260

北区450m2高炉布袋灰

0.240

0.3710

0.500

1.2032

1.450

表3南区450m3高炉系统试样灰中有害元素含量（%）

试样名称

Zn

Na

Na2O

K

K2O

南区450m3布袋除尘灰

5.000

0.4823

0.650

1.3774

1.660

南区三号450m3重力灰

0.300

0.0890

0.120

0.1494

0.180

南区三号450m3布袋灰

3.620

0.2968

0.400

0.8713

1.050

1#72m2机头灰

0.056

0.3190

0.430

2.0413

2.460

2#72m2机头灰

0.057

0.3413

0.460

2.0911

2.520

72m2机尾灰

0.024

0.0683

0.092

0.2323

0.280

2#132m2机头灰

0.170

1.0684

1.440

7.4681

9.000

132m2机尾灰

0.340

0.0460

0.062

0.1494

0.180

表4南区1780m3高炉系统试样灰中有害元素含量（%）

试样名称

Zn

Na

Na2O

K

K2O

230m2烧结机尾灰

0.084

0.0683

0.092

0.2987

0.360

120t转炉除尘灰

0.090

0.2077

0.280

0.9626

1.160

1780m3高炉重力灰

0.560

0.1335

0.180

0.5726

0.690

1780m3高炉布袋灰

3.620

0.2226

0.300

1.1285

1.360

2.高炉所用原燃料中有害元素含量及负荷计算

1780m3高炉入炉原燃料有害元素含量及负荷计算如下表所示：

表51780m3高炉碱负荷及锌负荷计算表

名称

消耗量（kg/t铁）

K2O

（%）

K2O

（kg）

Na2O

（%）

Na2O

（kg）

K2O+Na2O

（kg）

Zn

（%）

Zn

（kg）

烧结矿

1386.4

0.38

5.268

0.13

1.802

7.071

0.07

0.970

球团矿

34.66

0.16

0.055

0.16

0.055

0.111

0.029

0.010

块矿

311.94

0.25

0.780

0.04

0.125

0.905

0.0004

0.001

焦炭

360

0.115

0.414

0.0635

0.2286

0.6426

0.0247

0.089

煤粉

160

0.1

0.16

0.085

0.1360

0.2960

0.16

0.256

总计

6.677

2.3466

9.0236

1.326

表6其它高炉碱负荷及锌负荷计算结果

K2O+Na2O（kg）

Zn（kg）

北区4#450m3高炉

4.078

1.648

南区4#450m3高炉

7.359

0.898

南区5#450m3高炉

5.730

2.7322

从以上计算的结果看，3月份高炉碱负荷最高达到9.0公斤/吨，锌负荷达到2.73公斤/吨，都处于严重超标状态，直接影响到高炉的顺行和长寿，进而影响公司的经济效益。

以1780m3高炉为例，入炉原燃料带入的碱金属及锌含量分别占碱负荷、锌负荷的比例如下图所示：

从炉料结构看，78.4%的碱金属来自烧结矿，来自其它的仅占21.6%，73.2%的锌来自于烧结矿，其它占26.8%。

从上图表可以看出，烧结矿是碱金属和锌的主要来源。

根据我公司物料状况，结合两个铁厂意见，拟定了碱负荷及锌负荷标准：

高炉碱负荷≤5㎏/t,锌负荷≤1㎏/t。

3.有害元素对高炉的危害

3.1危害

1）钾、钠等碱金属能降低矿石的软化温度，引起球团矿异常膨胀而严重粉化，使烧结矿的还原粉化加剧。

2）钾、钠等碱金属是焦炭溶损反应的催化剂，增加焦炭的反应性。

3）钾、钠等碱金属会造成炉缸堆积，高炉结瘤，透气性恶化，炉墙损坏及炉况失常。

4）锌常以闪锌矿的形式存在，在炉内，先转化为氧化物，然后在1000℃的高温区被CO还原为气态锌，沉积在炉墙上，形成炉瘤，使透气性变坏和炉墙结厚，高炉难行、悬料次数急剧增加。

3.2K、Na的富集规律

K、Na主要是以硅酸盐（K2SiO3、Na2SiO3）的形态存在于炉料中，当炉料下到高温区或炉缸时，硅酸钾将进行以下反应：

2K2SiO3＋2C＝4K＋2SiO2+2CO

（1）

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。

3.3Zn的循环富集规律

Zn常以闪锌矿（Zns）的形式存在，高炉冶炼时，先转化为氧化物，在高于1000℃高温区被还原为气态锌，大量锌蒸汽随着煤气上升到温度较低的块状带时冷凝，然后再被CO2氧化为ZnO。

这些ZnO仅少量随着炉尘逸出炉外，大量积存在块状带，块状带的高锌炉料在下降过程中，部分ZnO被氧化还原部分进入软熔带。

软熔带内ZnO绝大部分气化随煤气上升，从而造成锌在1200℃以下区域内的循环，因锌不被渣铁吸收，锌蒸汽在炉内循环，沉积在炉墙上，可与炉衬和炉料反应，形成低熔点化合物粘附在炉墙上，形成炉瘤，阻塞煤气通道，影响高炉顺行。

4.降低碱负荷、锌负荷的措施

4.1降低碱负荷的措施

1）对所使用的外粉进行批量检测，合理配加，以控制烧结矿碱金属含量。

2）对焦炭和煤粉灰分中的钾、钠含量，分品种每旬进行检验分析。

3）对烧结自循环的机头灰，因钾、钠含量极高，建议送综合料场处理后使用或停用。

4）在保证生铁含硫不出格的原则下，适当降低炉渣碱度。

自由碱度±0.1%，影响渣中碱金属氧化物0.3%。

5）炉渣碱度不变，生铁含硅±0.1%,影响渣中碱金属氧化物0.045%。

6）烧结机头电厂除尘灰由吸排车吸走外销，减轻碱金属循环富集，可使烧结矿碱金属含量降低20%。

4.2排碱制度

1）大高炉每月排碱一次，炉渣二元碱度控制在1.0～1.05，炉温控制0.5～0.6，时间3～4个班。

2）提高炉渣中的MgO含量，提高炉渣的流动性。

我厂在日常冶炼时，高炉炉渣二元碱度控制在1.1～1.16，MgO：

450m3高炉11～12，1780m3高炉10～11。

3）减少入炉粉末，每周做3次筛分检测，<5mm不大于3%。

同时控制顶温到140℃以上，增加一部分炉尘的吹出。

5.措施的实施

为检验降低碱、锌负荷措施的效果，11月份对一铁1780m3高炉碱负荷、锌负荷又进行了计算，结果如下表所示：

表711月份碱负荷及锌负荷计算表

名称

消耗量

（kg/t铁）

K2O

%

K2O

（kg）

Na2O

%

Na2O

（kg）

K2O+Na2O

（kg）

Zn

%

Zn

（kg）

烧结矿

1263.6

0.086

1.09

0.10

1.26

2.35

0.14

1.77

球团矿

64.8

0.094

0.06

0.13

0.08

0.15

0.014

0.01

南非块矿

291.6

0.10

0.29

0.058

0.17

0.46

0.0028

0.01

焦炭

360

0.065

0.23

0.167

0.60

0.84

0.241

0.87

煤粉

140

0.42

0.59

0.46

0.64

1.23

0.012

0.02

合计

2.26

2.76

5.02

2.67

与3月份数据比较：

表811月份与3月份的碱负荷及锌负荷对比

名称

K2O（kg）

Na2O（kg）

K2O+Na2O（kg）

Zn（kg）

11月份合计

2.26

2.76

5.02

2.67

3月份合计

6.68

2.35

9.02

1.33

合计比较

-4.42

+0.42

-4.00

+1.34

通过上表可看出，230烧结通过停用布袋灰，减少了其在烧结、高炉间的循环，11月份高炉碱负荷为5.02kg/t，比3月份的9.02kg/t降低了4kg/t，基本达到制定的5kg/t标准。

11月份锌负荷为2.67kg/t，比3月份的1.33kg/t上升了1.34kg/t，较1kg/t的标准超1.67kg/t。

从炉料结构分析，11月份1780m3高炉入炉原燃料带入的碱金属及锌含量分别占碱负荷、锌负荷的比例如下图所示：

从上述图表看，46.78%的碱金属来自烧结矿，24.52%来自煤粉，16.63%来自焦炭，12.06%来自球团和块矿。

66.21%的锌是来自烧结矿，32.51%来自焦炭，而其它仅占1.28%。

烧结矿仍然是碱金属和锌的主要来源。

6.结论

自碱金属控制措施和排碱制度实施以来，碱负荷有了大幅下降，而11月份锌负荷较3月份高1.34kg/t，除焦炭锌含量升高外，烧结矿带入的锌含量亦高出0.8kg/t，其主要原因是11月份烧结配加了锌含量较高的转炉除尘灰和重力灰。