[教育]有害元素對高爐的危害含量和有效預(yù)防措施

1、1,有害元素對高爐的危害、含量和有效預(yù)防措施,王筱留北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院鋼冶系北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào),100083Tel:13520786882E-mail:wangxiaoliu2009@aliyun.com,2,提 綱,有害元素在高爐中的影響堿金屬在高爐中的分布-高爐解剖有害元素的來源-堿金屬平衡計(jì)算排減措施,3,1堿金屬對高爐的危害主要表現(xiàn),1）提前并加劇CO2對焦炭的氣化反應(yīng)，縮小了間接還原區(qū)，擴(kuò)

2、大了直接還原區(qū)，進(jìn)而引起焦比升高；降低焦炭的粒度和強(qiáng)度，從而降低料柱特別是軟熔帶氣窗的透氣性，引起風(fēng)口破損。2）使燒結(jié)礦中溫還原粉化率升高；導(dǎo)致球團(tuán)礦產(chǎn)生異常膨脹（甚至產(chǎn)生災(zāi)難性膨脹），使其強(qiáng)度降低，粉化率劇增，給高爐冶煉帶來不利的影響。3）引起硅鋁質(zhì)耐火材料異常膨脹，熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕，從而大大縮減了高爐內(nèi)襯壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)漲裂爐缸爐底鋼殼。4）在堿金屬積累嚴(yán)重的高爐內(nèi)，由于礦石的軟熔溫度降低，焦炭破損嚴(yán)重、氣流分布失?；蚶鋮s強(qiáng)

3、度過大，從而引起高爐中、上部結(jié)瘤。5）使高爐料柱透氣性惡化，壓差梯度升高，引起高爐崩、懸料。,4,高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求,1）堿的吸附首先是從焦炭的氣孔開始，然后向焦炭內(nèi)部基質(zhì)慢慢擴(kuò)散，隨著焦炭在堿蒸氣里曝露時(shí)間的延長，焦炭吸附堿量也越加增多。2）向焦炭基質(zhì)擴(kuò)散的堿金屬還會(huì)使石墨晶體內(nèi)部受到侵蝕。堿金屬侵蝕到石墨內(nèi)部破壞了原有的層狀結(jié)構(gòu)而生成了一種層間化合物，將會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹。例如生成KC：和KC6。時(shí)，兩種層間化合物會(huì)分別

4、產(chǎn)生61％， 12％的體積膨脹，最終的后果使焦炭慢慢生成裂紋而崩裂。3）在石墨晶格上形成使碳的邊界連接變?nèi)醯囊环N放電體，這是焦炭反應(yīng)性增加的另一個(gè)原因。綜上所述，無論用哪一種方法增堿，焦炭增堿后的結(jié)果都大致一樣，即隨著含堿量的增加，焦炭的反應(yīng)性相應(yīng)升高，焦炭的體積膨脹，強(qiáng)度明顯降低，易粉化。,5,高爐堿金屬對鐵礦石冶金性能的影響,1）堿金屬能明顯促進(jìn)燒結(jié)礦的還原，對降低焦比有利。2）少量堿金屬能夠提高燒結(jié)礦的軟熔溫度，使得高爐軟熔帶

5、下移，有利于鐵礦石間接還原的進(jìn)行，對焦比的降低有利。但燒結(jié)礦含堿量過高又會(huì)產(chǎn)生負(fù)影響，即會(huì)變寬軟熔溫度區(qū)間，而對高爐冶煉不利。3）堿金屬會(huì)增加燒結(jié)礦的中溫粉化率，從而影響到料柱的透氣性。,6,高爐中堿金屬對球團(tuán)礦冶金性能的影響,1）在試樣中加入少量的堿金屬碳酸鹽（0.5％K2CO3或Na2CO3），球團(tuán)礦就會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的膨脹，膨脹后的球團(tuán)礦呈疏松的海綿狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度很差。2）在試樣中加入Na2SiO3也會(huì)使球團(tuán)礦發(fā)生很大的膨脹。當(dāng)加入

6、0.5％的Na2SiO3時(shí)，球團(tuán)礦還原膨脹率就大于100％膨脹后的球團(tuán)礦出現(xiàn)龜裂。3）在試樣中加入鉀板巖石和霓石，球團(tuán)礦發(fā)生較小的體積膨脹，但也會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋。,7,高爐結(jié)瘤,1）堿金屬氰化物處于氧化氣氛中是爐瘤形成的主要原因。堿金屬氰化物在不缺氧如爐身上部時(shí)易被氧化并使?fàn)t襯渣化，使?fàn)t襯表面逐漸形成堿金屬渣。這種堿金屬渣具有一定的粘稠性，容易粘附爐料中的一些細(xì)小顆粒，最后形成一種粘稠的渣相吸附更多的堿金屬，并與磚襯作用結(jié)晶出硅鋁酸鉀。

7、堿金屬蒸氣也易與爐料渣化形成稠化物，可以附著在形成的薄的鐵層上促進(jìn)了爐瘤的長大。2）煤氣中所攜帶的礦物微粒如方鎂石、鉀鎂鋁硅酸鹽以及鈣欽礦等是富硅酸鹽爐瘤形成的緣由。聚集在磚襯上的這些微粒和小顆粒礦石，形成沉積物。這種沉積物在熔渣液相的作用下粘結(jié)的更加緊密，進(jìn)而促使?fàn)t瘤的形成。,8,3）重碳酸鹽與耐火磚襯作用形成的一種初渣是爐瘤生長的起因。堿金屬氧化物在高爐環(huán)境中容易形成重碳酸鹽，如每1％的K20和Na20可以分別形成2.5％和3.3

8、％的重碳酸鹽。重碳酸鹽在780-00℃熔化，并能溶解石英和赤鐵礦而生成堿金屬硅酸鹽和鐵酸鹽。由重碳酸鹽和耐火磚襯反應(yīng)形成的初渣在重碳酸鹽熔體的作用下將高爐爐料粘結(jié)在一起，隨著熔融的重碳酸鹽在800-820℃發(fā)生熱分解作用而使高爐層狀爐瘤生成。 從上述三種高爐結(jié)瘤的不同機(jī)理中可以看出，堿金屬對高爐結(jié)瘤起到中心環(huán)節(jié)作用，是高爐結(jié)瘤和長大的最主要的原因。為了減小高爐結(jié)瘤的可能性，應(yīng)該采取措施，盡量減少入爐堿負(fù)荷以及提高高爐的排堿能力

9、。高爐結(jié)瘤會(huì)嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)，如上世紀(jì)60年代包鋼結(jié)瘤對其高爐冶煉的影響可見一斑。爐瘤形成和長大的原因很復(fù)雜，如爐體的冷卻形式、爐料的構(gòu)成和理化性能、以及高爐操作過程的影響等；而且爐瘤形成的部位、形狀及組成也是多種多樣的。大量高爐結(jié)瘤結(jié)果表明，堿金屬跟高爐結(jié)瘤有著密切的關(guān)系，是爐瘤形成和長大的最主要的原因。,9,堿金屬及堿化物的性質(zhì),化學(xué)元素周期表中第玖族元素中的Li， Na， K， Rb， Cs， Fr，其氫氧化物都是易溶于水的強(qiáng)堿，

10、故稱為堿金屬。由于對高爐冶煉有重要影響的堿金屬元素主要是鉀（K）和鈉（Na）。,表1 堿金屬單質(zhì)的性質(zhì),表2 我國部分高爐鐵礦石的含堿量,10,堿化物的性質(zhì),在高爐冶煉過程中，堿金屬通常以氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、氰化物的形式出現(xiàn)，因而研究它們的熱力學(xué)性質(zhì)，對于分析堿金屬在高爐中的行為是至關(guān)重要的。1）堿金屬氧化物 純Na2O在1132℃熔化，而K2O的熔點(diǎn)尚未確定。固體氧化鉀約在881℃分解為鉀蒸氣和氧。在101 KPa下

11、，溫度高于815℃時(shí)，純K2O會(huì)被碳還原為鉀蒸氣和一氧化碳。Na2O類似的還原溫度約為1000℃。 （1） （2）,11,2）堿金屬碳酸鹽 Na2CO3與K2CO3的熔點(diǎn)分別是850℃和901℃。在高爐內(nèi)，堿金屬碳酸鹽比其氧化物更穩(wěn)

12、定，純堿金屬碳酸鹽在101KPa下，溫度達(dá)到1200℃之前不會(huì)被CO還原。當(dāng)堿金屬蒸氣的分壓較低時(shí)，還原反應(yīng)可能在溫度低于1200℃時(shí)發(fā)生：3）堿金屬硅酸鹽 在101kPa及溫度高于1550℃時(shí)，碳能還原硅酸鉀生成鉀蒸氣和二氧化硅（或硅）。反應(yīng)式如下： 硅酸鈉相應(yīng)的還原溫度為1700℃，復(fù)雜堿金屬硅鋁酸鹽的還原將更困難。因此，在高爐中堿金屬硅酸鹽還是比較穩(wěn)定的，一般很難將其還原。,12,4）堿金屬氰化物在高爐

13、原料中本來并不存在KCN或NaCN等有毒物質(zhì)。但在高爐內(nèi)高溫區(qū)卻能夠通過下列反應(yīng)形成堿金屬氰化物：氰化鉀在622℃熔化，1625℃氣化；氰化鈉在562℃熔化，1530℃氣化。因此在風(fēng)口區(qū)它們能以氣態(tài)的形式存在，它隨煤氣流向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)溫度降低后它們便轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。所以在爐身下部、爐腰、爐腹和爐缸堿金屬氰化物完全可能以液體的形式出現(xiàn)。,13,堿化物在高爐里的行為，我們還應(yīng)了解它們的相對穩(wěn)定性。,14,由堿化物性質(zhì)分析可知，在高爐的中、

14、上部，以復(fù)雜硅酸鹽形式進(jìn)入高爐的堿金屬是很穩(wěn)定的，當(dāng)它們進(jìn)入高溫區(qū)后，進(jìn)行還原。由于煤氣的高速運(yùn)動(dòng)達(dá)不到堿金屬的平衡蒸氣壓，因此只有小部分堿金屬硅酸鹽參加反應(yīng)，生成的堿蒸氣隨著煤氣流向上運(yùn)動(dòng)。又因?yàn)楣娘L(fēng)中氮的含量很高（78％），高爐內(nèi)的任何高度都具有較高的氮?jiǎng)?，所以在高溫區(qū)產(chǎn)生的堿蒸氣離開風(fēng)口區(qū)以后，可能與氮反應(yīng)生成堿金屬氰化物蒸氣并隨煤氣流向上運(yùn)動(dòng)。煤氣進(jìn)入氧化性很強(qiáng)的爐身中、上部時(shí)，它們將生成更加穩(wěn)定的K2CO3。新產(chǎn)生的K2CO3

15、由于是堿蒸氣及堿金屬氰化物的小液滴形成的，故它們中的大部分將以煙塵的形式出現(xiàn)。,高爐中堿金屬的循環(huán)富集,15,攜帶著堿蒸氣，堿金屬氰化物和堿金屬碳酸鹽的高爐煤氣在自下而上的運(yùn)動(dòng)過程中，所攜帶的上述堿化物會(huì)沉積在內(nèi)襯和爐料上，而來不及反應(yīng)和沉積的堿金屬則隨煤氣和爐塵從爐頂排出，大部分未還原的堿金屬硅酸鹽隨爐渣排出。沉積在爐襯上的堿金屬會(huì)通過磚襯孔隙滲入磚襯，并對其進(jìn)行侵蝕，沉積在爐料上的堿金屬到達(dá)高爐高溫區(qū)后又將揮發(fā)。揮發(fā)的堿金屬又重新

16、進(jìn)入向上運(yùn)動(dòng)的煤氣流，這種過程連續(xù)不斷的循環(huán)往復(fù)。最終導(dǎo)致堿金屬的富集，進(jìn)而嚴(yán)重危害高爐生產(chǎn)。2007-2010年山東萊蕪高爐解剖對現(xiàn)代高爐堿負(fù)荷進(jìn)行了系統(tǒng)的取樣分析。,16,萊蕪高爐解剖研究：堿金屬平衡計(jì)算,萊鋼3#120高爐堿負(fù)荷（堿負(fù)荷為M2O的入爐量）為：,與全國堿負(fù)荷平均在3～4kg/tFe相比，高出45%～60%，處于較高水平。,入爐原料中堿金屬分布,產(chǎn)物中堿金屬分布,17,堿金屬平衡小結(jié),高爐中的K、Na、均主要由燒結(jié)礦

17、帶入，其中帶入的K為65.7%，Na為52.5%，由此可以看出，要想降低高爐有害元素入爐量，最重要的是控制燒結(jié)礦的質(zhì)量；球團(tuán)礦、焦炭中Na含量較高，用量也較多，因此分別帶入了19.0%和25.3%的Na，適當(dāng)控制球團(tuán)礦和焦炭中的Na含量是減輕高爐堿金屬負(fù)荷的有效途徑；萊鋼用噴吹煤粉帶入2.0%的K，3.2%的Na，堿金屬所占比例較小，從堿金屬方面而言是較理想的噴吹用煤；高爐產(chǎn)物中爐渣中含Na量為98.3%，含K量為94.7%，爐渣

18、是高爐堿排出的主要途徑，增大爐渣中堿的分配系數(shù)，有效利用爐渣排出堿金屬，控制堿金屬在高爐內(nèi)的富集量。,18,,高爐中堿金屬分布狀況,,含鐵爐料中K含量分布曲線,含鐵爐料中Na含量分布曲線,含鐵爐料中堿金屬分布狀況,塊狀帶含鐵爐料中的堿金屬含量變化很小，只有邊緣樣點(diǎn)到爐身底部開始略有增加。進(jìn)入軟熔帶后，各樣點(diǎn)堿金屬含量劇烈增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)軟熔帶內(nèi)側(cè)時(shí)，堿金屬迅速減小到爐身上部含量水平，由此可見，高爐內(nèi)堿金屬存在富集現(xiàn)象，主要富集區(qū)域?yàn)檐浫蹘?/p>

19、側(cè)。高爐邊緣樣點(diǎn)的堿金屬含量比中心樣點(diǎn)稍高。,19,高爐中堿金屬分布狀況,,,焦炭中K含量分布曲線,焦炭中Na含量分布曲線,焦炭中堿金屬分布狀況,焦炭中的K2O和Na2O沿高度變化的規(guī)律基本相同。到風(fēng)口回旋區(qū)上沿時(shí)，達(dá)到最大值，可見此區(qū)域?yàn)閴A金屬富集量最大區(qū)域，此區(qū)域爐墻耐火材料受堿金屬的破壞極為嚴(yán)重，建議砌筑高爐是將風(fēng)口上部爐腹區(qū)域的耐材重點(diǎn)考慮其抗堿金屬侵蝕的性能。,20,Zn平衡計(jì)算,,目前國內(nèi)外鋅負(fù)荷還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但普遍

20、認(rèn)為，當(dāng)高爐鋅負(fù)荷超過150g/t鐵時(shí)，可能會(huì)形成爐瘤等，嚴(yán)重影響高爐冶煉。,,萊鋼3#120高爐鋅負(fù)荷為：,21,高爐中Zn分布,,含鐵爐料中Zn含量分布曲線,礦石：邊緣樣點(diǎn)中Zn含量逐漸增加，近軟熔帶時(shí)含量已達(dá)到1%，到軟熔帶后Zn含量驟然減小至幾十ppm。爐身最上部一層Zn含量較高為爐塵落入爐料中所致。焦炭：爐身部位Zn含量變化不大，邊緣和中間樣點(diǎn)的Zn含量到風(fēng)口上沿達(dá)到最大，風(fēng)口回旋區(qū)上部爐襯應(yīng)采用抗Zn侵蝕的耐材。焦炭中的Z

21、n沿高爐徑向的總體趨勢是：自邊緣向中心Zn含量逐漸減少，邊緣樣點(diǎn)的Zn含量是中心樣點(diǎn)的3～5倍。,,,焦炭中Zn含量分布曲線,22,Pb平衡計(jì)算,,,各種入爐料和產(chǎn)物帶入和帶出的Pb量,各種入爐料和產(chǎn)物中帶入和帶出Pb的比例,,萊鋼3#120高爐鉛負(fù)荷為：,與國內(nèi)外普遍認(rèn)可的鉛負(fù)荷100～600g/t鐵相比，處于相當(dāng)?shù)偷乃?，故萊鋼高爐中不存在鉛的危害。,23,高爐中鉛的分布,,,,沿高度方向Pb含量變化很小，軟熔帶比塊狀帶含量稍多。

22、萊鋼解剖高爐爐料中Pb含量很少，燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭和噴吹煤粉中Pb含量都小于0.001%，所以Pb對萊鋼高爐正常生產(chǎn)幾乎沒有影響。,焦炭中Pb含量分布曲線,含鐵爐料中Pb含量分布曲線,,,24,耐火材料中有害元素的分布研究,耐火磚試樣取樣圖,取樣位置及高爐內(nèi)部溫度分布,25,爐喉內(nèi)襯侵蝕,高爐爐喉部分耐火材料結(jié)構(gòu)致密，未發(fā)現(xiàn)有明顯的侵蝕現(xiàn)象；耐火材料中并未發(fā)現(xiàn)有害元素，爐喉處并未受到有害元素的侵蝕；爐喉段的破損主要是由于爐料的沖擊

23、磨損、高速粉塵煤氣的沖刷，以及溫度頻繁變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力等作用，致使金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變形或脫落。,,,,熱面,中間,冷面,26,爐身上部侵蝕狀況,,,,熱面,中間,冷面,爐身上部只有少量的Zn存在耐火材料的表面，并對爐襯產(chǎn)生深度侵蝕。而耐火材料的冷面和中間元素由Al、Si和O組成，沒有發(fā)現(xiàn)其他有害元素。,27,爐身下部侵蝕狀況,,,,熱面,中間,冷面,在高爐爐身下部爐襯結(jié)構(gòu)較疏松，耐料的主體已經(jīng)受到侵蝕，局部有明顯的孔洞及裂紋。高爐爐身下部溫

24、度已經(jīng)達(dá)到800~1000℃,除了熱侵蝕加重以外,該溫度區(qū)域爐料中的有害元素與爐襯反應(yīng)加劇，這些因素均導(dǎo)致高爐爐身下部耐火材料侵蝕加重。,28,爐身下部侵蝕狀況,,,爐身下部，除了 Zn以外，K、Ca也出現(xiàn)在耐火材料中。其中Zn、K對耐火材料侵蝕較嚴(yán)重，整個(gè)耐火材料均發(fā)現(xiàn)兩種有害元素的存在；Ca元素比較少，主要存在于耐火材料的熱面。XRD顯示的結(jié)果說明，爐身下部耐火材料表面礦相包括鉀霞石（K2O?Al2O3?2SiO2），白榴石（K2

25、O?Al2O3?4SiO2），鋅尖晶石（ZnO?Al2O3），ZnO，ZnS。其中ZnO與ZnS沉積在磚的氣孔、裂紋和磚縫中，起填充作用，致使磚的龜裂擴(kuò)大，砌體膨脹和上漲。部分Zn還與耐火磚發(fā)生反應(yīng)，生成鋅尖晶石，導(dǎo)致磚組織脆弱，強(qiáng)度降低。,,,29,爐腰內(nèi)襯侵蝕狀況,,,,熱面,中間,,,,冷面,爐腰部位溫度較高，約為1100~1300℃，此溫度區(qū)域除了有害元素對爐襯的侵蝕外，渣對爐襯也有一定的侵蝕作用。耐火材料的主體與渣中CaO和S

26、iO2反應(yīng)生成的液相，加重了爐襯的破損，侵蝕相當(dāng)嚴(yán)重。從能譜分析來看，爐腰部位開始出現(xiàn)C的析出反應(yīng)，F(xiàn)e液開始向已經(jīng)過有害元素侵蝕而結(jié)構(gòu)變得疏松的耐火材料中滲透。因此隨著溫度升高，爐腰部位受到的侵蝕和熱沖涮作用越來越嚴(yán)重，耐火材料結(jié)構(gòu)破壞的也更為嚴(yán)重。,30,爐腰內(nèi)襯侵蝕狀況,,Zn和C已經(jīng)完全侵蝕如爐襯內(nèi)部，Zn在爐腰和爐腹部位對耐火材料的侵蝕作用比爐身下部更為嚴(yán)重。從XRD分析結(jié)果來看，除了莫來石以外還存在鋅尖晶石（ZnAl2O

27、4）、二氧化硅（SiO2）和碳素（C），已經(jīng)沒有剛玉的存在，這說明在以剛玉莫來石為骨架的爐村耐火材料中，Al2O3開始和渣中堿性物質(zhì)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的硅鋁酸鹽，同時(shí)C的析出以及鋅尖晶石充斥在耐火材料中，使得耐火材料結(jié)構(gòu)疏松容易脫落。,,31,爐腹部位侵蝕狀況,,,,,熱面,中間,冷面,爐腹部位液態(tài)渣鐵的侵蝕開始加劇，渣中的Ca和Si對耐火材料的侵蝕相當(dāng)?shù)拿黠@，此外Fe的侵蝕開始增多，總體來講隨著越到高爐的下部，溫度逐漸增加，爐襯受到的熱

28、侵蝕越嚴(yán)重，而侵蝕爐襯的元素越多，爐體的破壞程度越大。,32,爐腹部位侵蝕狀況,,,Fe在耐材中已深度侵蝕，爐腹部位溫度已經(jīng)達(dá)到了1300℃以上，高溫的鐵液對爐襯耐火材料的熱侵蝕作用，是爐腰爐腹耐火材料狀況惡化的重要因素之一。通過爐襯表面XRD分析結(jié)果可見，該部位的有大量的二氧化硅（SiO2）。SiO2容易與Ca以及Al生成低熔點(diǎn)化合物，產(chǎn)生玻璃相，破壞耐火材料的基質(zhì)，使?fàn)t襯被溫度很高的鐵液侵入以及其他熱應(yīng)力的作用而脫落。,33,小結(jié)

29、,高爐爐喉部分耐火材料結(jié)構(gòu)致密，未發(fā)現(xiàn)有明顯的侵蝕現(xiàn)象；耐火材料中并未發(fā)現(xiàn)有害元素，爐喉處并未受到有害元素的侵蝕；爐喉段的破損主要是由于爐料的沖擊磨損、高速粉塵煤氣的沖刷，以及溫度頻繁變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力等作用，致使金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變形或脫落。爐身中、上部溫度為400～800℃，熔渣尚未形成，沒有渣蝕現(xiàn)象發(fā)生。爐襯主要受到下降爐料和上升含塵氣流的磨損和沖蝕；鋅被揮發(fā)并隨煤氣流上升至爐身中上部的低溫區(qū)而沉積于磚縫中，其中部分金屬被氧化生成氧化物

30、而體積膨脹，使磚襯開裂、破損，侵蝕現(xiàn)象并不嚴(yán)重。爐身下部溫度較高，開始出現(xiàn)熔渣。高溫下的堿金屬蒸氣對磚的化學(xué)反應(yīng)也較中上部突出，侵蝕生成的鉀霞石，白榴石，鋅尖晶石對爐襯結(jié)構(gòu)造成較大的破壞。爐腰和爐腹溫度較爐身下部更高，高溫下爐渣的侵蝕以及堿金屬和碳素的沉積作用使得這兩個(gè)部位的爐襯的侵蝕現(xiàn)象特別嚴(yán)重。總體來講隨著越到高爐的下部，溫度逐漸增加，爐襯受到的熱侵蝕越嚴(yán)重，而侵蝕爐襯的元素越多，爐體的破程度越大。,34,查明有害元素來源-堿

31、平衡,高爐的堿負(fù)荷一般是指每噸鐵由爐料帶入的堿金屬的總量（kg/t鐵），有時(shí)也可以用每噸爐渣由爐料帶入的堿金屬的總量（Kg/t 渣）來表示。一般而言，高爐內(nèi)的堿負(fù)荷越高，給高爐冶煉帶來的危害也越嚴(yán)重。 例如，美國的格萊尼特（Granite）廠堿負(fù)荷達(dá)6-11kg/t鐵時(shí)，造成爐況不順，結(jié)瘤，焦比升高，產(chǎn)量降低。而吉尼瓦（Geneva）廠的堿負(fù)荷由20.9kg/t鐵降至7.7kg/t鐵時(shí)，產(chǎn)量增加42.3％，焦比降低10.3

32、％。因此為了降低堿金屬對高爐冶煉的影響程度，國外的一些煉鐵廠對自身入爐的堿負(fù)荷作了一定的限制。,35,36,堿平衡是高爐冶煉過程中入爐的堿負(fù)荷和排除的堿金屬量的明細(xì)表。高爐中的堿金屬主要是由鐵礦石和焦炭帶入的，堿金屬的排出主要是通過爐渣。但是爐渣的排堿能力受多方面的限制，如爐渣堿度，渣中二氧化硅的含量以及渣中Mg0的含量等等。爐渣排堿能力好的時(shí)候可以排出入爐堿量的95％，差的時(shí)候卻只有65-80％。而從爐頂煤氣及爐塵排出的堿金屬量少且波

33、動(dòng)很小，波動(dòng)一般小于S％。當(dāng)爐渣的排堿能力降低時(shí)，剩余的堿金屬將會(huì)在高爐內(nèi)循環(huán)富集，給高爐冶煉帶來種種問題。所以，高爐堿害取決于滯留在高爐內(nèi)進(jìn)行循環(huán)富集的堿金屬的多少。如果高爐內(nèi)的堿金屬不能有效的排出，就必然會(huì)在高爐內(nèi)不斷的循環(huán)富集，從而給高爐冶煉帶來一系列的不利影響。這些不利影響有的是直接的，如堿金屬循環(huán)富集本身對料柱透氣性的不利影響以及堿金屬對高爐內(nèi)襯的侵蝕；而有的是間接的，如由于堿金屬的作用，使燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及焦炭的冶金性能變壞

34、（如產(chǎn)生體積膨脹，強(qiáng)度降低，粉末增多等）而產(chǎn)生的對高爐冶煉的不利影響。因此，有效的排出高爐內(nèi)的堿金屬，盡量的控制好自身的堿平衡，對每一座高爐冶煉而言是至關(guān)重要的。,37,取一臺(tái)230m2燒結(jié)機(jī),38,,,各種原料、燃料、熔劑帶入有害元素的量,各種原料、燃料、熔劑帶入有害元素的比例,燒結(jié)過程中K、Na、Pb、Zn元素：（收入項(xiàng)-支出項(xiàng)）/收入項(xiàng)分別為32.99%、42.55%、50.32%、48.69%，這表明該鋼廠燒結(jié)過程脫除了大量的鉀

35、鈉鉛鋅元素，因此建議該鋼廠妥善處理燒結(jié)粉塵，盡量不要將未經(jīng)處理的燒結(jié)粉塵直接用于燒結(jié)過程，否則會(huì)加劇燒結(jié)—煉鐵過程中這些元素的富集；一般燒結(jié)過程中脫除鉀鈉鉛鋅的量是有限的，而該鋼廠燒結(jié)過程脫除了大量的有害元素，究其原因，可能是燒結(jié)過程中有大量的Cl存在，而一般該鋼廠只在成品燒成礦上噴灑鹵化物，此外該鋼廠使用大量港口礦，在港口為了環(huán)保需要，要在礦粉上噴灑大量海水，因此可以推測，燒結(jié)過程中的Cl很有可能來自于港口噴灑的海水，Cl本身對高爐

36、也是有害的，雖然能夠利于燒結(jié)過程脫除鉀鈉鉛鋅有害元素，但仍應(yīng)盡量控制Cl的入爐量；,39,燒結(jié)過程中的58.2%的K、43.1%的Pb都是由白灰?guī)氲?，這一比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他原料的帶入量，由此看來，該鋼廠的白灰質(zhì)量還需要較大改善才行；各種物料帶入燒結(jié)中的Na的比例相差不是很大，主要是由巴粗、高返和精粉帶入的，帶入比例分別為28.1%、12.1%和13.0%；燒結(jié)過程中的Zn主要是由重力灰和布袋灰?guī)氲?，兩者帶入比例之和達(dá)到了89%，

37、尤其是布袋灰，帶入比例為75.3%，由此看來，控制燒結(jié)過程Zn含量最有效的方法之一就是控制布袋灰和重力灰的加入量，或者將布袋灰、重力灰經(jīng)過脫鋅處理后再加入燒結(jié)、高爐即可有效控制鋅害；此外巴粗除了帶入28.1%的Na外，還帶入了11.3%的K、20.7%Pb，由此看來，巴粗的質(zhì)量也需要引起注意，尤其是礦粉中K、Na、Pb的含量；通過化學(xué)分析也可以看出，燒結(jié)使用的各種原料中的Na含量均超過了0.1%，最高的（白灰）甚至超過1.3%，這也

38、是造成燒結(jié)過程中Na高的原因，因此該鋼廠需要嚴(yán)格控制燒結(jié)使用原料的Na含量。通過對該鋼廠燒結(jié)系統(tǒng)的有害元素平衡分析可知，該鋼廠燒結(jié)過程可去除較多的鉛鋅鉀鈉等有害元素，但該鋼廠仍需大力改善燒結(jié)原料條件，尤其是要嚴(yán)格控制白灰質(zhì)量，減少巴粗的使用量，重力灰和布袋灰應(yīng)盡量避免直接用于燒結(jié)過程。,40,高爐系統(tǒng)平衡計(jì)算,41,,,各種入爐料帶入的有害元素量,各種入爐料帶入的有害元素比例,高爐中的K、Na、Pb、Zn均主要由燒結(jié)礦帶入，其中帶入的

39、K為73.3%，Na為65.9%，Pb為84.8%，Zn為67.5%，由此可以看出，要想降低高爐有害元素入爐量，最重要的是控制燒結(jié)礦的質(zhì)量；球團(tuán)礦、塊礦中Na含量較高，用量也較多，因此分別帶入了13.1%和9.7%的Na；噴吹煤粉帶入19%的K，8.2%的Pb和13.7%的Zn，帶入的有害元素也較多，因此應(yīng)該適當(dāng)控制噴吹煤粉中的K、Pb、Zn含量；此外，高爐使用的幾種焦炭中，達(dá)豐焦炭的使用量最大，一般占到50%左右，而達(dá)豐焦炭中的

40、鋅含量在這幾種焦炭中也是最高的，因此需要設(shè)法降低達(dá)豐焦炭中的鋅含量，或者適當(dāng)減少其使用量。,42,排減措施,降低爐渣堿度，是K2O,Na2O與SiO2結(jié)合形成硅酸鹽隨爐渣排出爐外，為排除90%以上的堿，爐渣堿度應(yīng)控制在0.85-0.90。降低爐渣堿度的同時(shí)提高渣中（MgO）含量以同時(shí)滿足排堿脫硫的要求，在三元堿度m（CaO+MgO）/m（SiO2）保持不變時(shí)用5%MgO代替5%CaO，爐渣排堿能力可提高20%。,43,爐渣堿度與渣中ω