唐山國豐1號1780 m3高爐入爐堿金屬分析與控制

佟巖，孫艷芹

（河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北唐山063009）

本次有害元素平衡分析針對于國豐1號1 780 m3高爐，對該高爐2013年7月下旬的原燃料和產(chǎn)出物進(jìn)行取樣，主要包括燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、焦炭（達(dá)豐，中燃，旭陽）、噴吹煤粉、重力灰、布袋灰、爐渣共10種樣品，分別對10種樣品進(jìn)行化學(xué)分析，分析其K、Na、Zn和Pb的含量。

1 高爐堿平衡調(diào)查與分析

表1 各入爐原燃料K、Na含量

圖1 各入爐原燃料K2 O元素帶入比例

圖2 各入爐原燃料Na2 O元素帶入比例

圖3 各入爐原燃料K2 O和Na2 O元素帶入比例

由圖1和表1可以看出，國豐2號高爐的K2O負(fù)荷為3.735 kg／t，K大部分由燒結(jié)礦帶入，其帶入量占鉀總量的59.15%，其次為奇跡塊礦，帶入量占鉀總量的17.36%，3種焦炭以及焦丁帶入鉀總量為11.14%，球團(tuán)礦的帶入量為鉀總量的7.80%，噴吹煤粉帶入的鉀量最少，僅為4.55%

由圖2和表1可以看出，國豐1號高爐的Na2O負(fù)荷為2.075 4 kg／t，Na大部分由燒結(jié)礦帶入，其帶入量占鈉總量的64.00%，3種焦炭以及焦丁帶入量占鈉總量的22.07%，球團(tuán)礦帶入量為鈉總量的7.13%，噴吹煤粉和奇跡塊礦帶入的鈉量最少，分別為5.25%和1.54%。

由圖3和表1可以看出，國豐1號高爐的堿金屬負(fù)荷為5.810 kg／t，堿金屬大部分由燒結(jié)礦帶入，其帶入量占堿金屬總量的60.87%，其次為焦炭，帶入量占堿金屬總量的15.04%，塊礦的帶入量為堿金屬總量的11.72%，球團(tuán)礦和噴吹煤粉帶入的堿金屬量最少，分別為7.56%和4.80%。

高爐產(chǎn)出物主要為鐵水、爐渣、重力灰和布袋灰，其中鐵水的堿金屬含量很少，可忽略不計(jì)，因此，只考慮爐渣、重力灰和布袋灰中所含K、Na的含量和帶出K、Na的比例。國豐2號高爐各產(chǎn)物所含K、Na的含量和帶出K、Na的比例分別如表2及圖4所示。

表2 高爐各產(chǎn)出物K、Na含量及帶出比例

圖4 高爐產(chǎn)物K和Na元素帶出比例

對圖4和表2進(jìn)行分析，可以看出，國豐1號1 780 m3高爐堿金屬總排出量為2.699 kg／t，且主要由爐渣排出，隨爐渣排出的堿金屬量占總排出量的97.26%，布袋灰和重力灰排出的堿金屬量分別占堿金屬總排出量的1.22%和0.96%。國豐2號高爐的堿金屬負(fù)荷為5.810 kg／t，總排出量為2.699 kg／t，堿金屬排出率為46.44%，其中爐渣排堿率為45.16%。

將本次國豐1號1 780 m3高爐堿平衡計(jì)算數(shù)據(jù)與2012年6月份堿平衡計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，其分析結(jié)果如表4所示。

表3 國豐高爐主要數(shù)據(jù)對比

由表3可以看出，國豐1號1 780 m3高爐2013年7月的入爐品位為57.32%，比2012年6月份的入爐品位高出2.22%，礦耗及燒結(jié)礦用量都低于2012年6月的水平，而堿金屬大部分由燒結(jié)礦帶入，2013年7月燒結(jié)礦帶入堿金屬量占堿金屬總量的60.87%，因此，由于2013年7月份燒結(jié)礦用量的減少，使得堿金屬負(fù)荷低于2012年6月；同時2013年7月燒結(jié)礦堿金屬含量也低于2012年6月，也使得2013年7月的堿金屬負(fù)荷降低。高爐堿金屬主要由爐渣排出，2013年7月隨爐渣排出的堿金屬量占總排出量的97.26%，但是由于礦石入爐品位的提高，使得渣量大幅度減小，且爐渣的堿度較高，為1.22，2012年6月份爐渣堿度為1.13，因此，爐渣排出的堿金屬量降低，2013年7月堿金屬排出率僅為46.44%，小于2012年6月份的68.07%。

2 國豐高爐爐渣排堿試驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)以國豐公司的現(xiàn)場渣成分為基準(zhǔn)，經(jīng)折算后使用純化學(xué)試劑配制渣樣品，以溫度、Mg O含量、Al2O3含量和堿度為考察因素，研究不同條件下爐渣的堿容量，從而表征各高爐爐渣的排堿能力。實(shí)驗(yàn)采用氣渣平衡法，所用坩堝為高純石墨坩堝，規(guī)格為外徑φ60 mm×65 mm，坩堝壁厚5 mm。試驗(yàn)渣樣的質(zhì)量為50 g，其中K2O含量為總渣量的3%。

表4 國豐高爐現(xiàn)場爐渣成分（%）

表5 爐渣排堿校正實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表6 不同實(shí)驗(yàn)方案條件下爐渣的K2 O含量（%）

2.2.1 各因素對爐渣排堿能力的影響

爐渣中的K2O含量隨著溫度的升高而急劇下降，爐渣的排堿能力隨之減弱；隨著MgO含量的增加，渣中堿含量整體呈現(xiàn)減小趨勢；隨著渣中Al2O3含量的增加，爐渣中K2O含量先增大，后減小，最大值出現(xiàn)在Al2O3含量為15%時；堿度是影響爐渣中堿金屬含量的最重要的因素，隨著堿度的升高，K2O含量直線下降，下降的幅度較大，排堿效果明顯。

圖5 各因素對爐渣中K2 O含量的影響的效應(yīng)曲線

2.2.2 爐渣排堿方差分析

表7 爐渣排堿實(shí)驗(yàn)方差分析

由上述方差分析表可以看出，堿度R的顯著性最高，溫度次之，Mg O含量和Al2O3含量的顯著性不高。這和極差分析得到的結(jié)果是相同的，更加說明了堿度和溫度是影響爐渣排堿能力的最重要的因素。

（3）爐渣粘度分析：不同溫度下，爐渣粘度均隨著爐渣中堿含量的增加而呈現(xiàn)增大趨勢；提高爐渣排堿能力的同時，爐渣的粘度也逐漸增大，將對高爐的正常冶煉產(chǎn)生不利的影響；溫度越低，越有利于排堿，1 425℃和1 450℃下爐渣的排堿率明顯較大，但爐渣粘度也偏大，在0.7 Pa·s以上，不利于高爐的正常冶煉；渣溫為1 475℃和1 500℃時，爐渣的粘度在0.4 Pa·s到0.7 Pa·s之間，可以滿足高爐的正常冶煉，同時具有一定的排堿能力。

2.3 爐渣排堿綜合分析

排堿能力最強(qiáng)的為1號渣樣，其堿度R為0.80，MgO含量為6.00%，Al2O3含量為11.00%，爐渣溫度為1 425℃，爐渣有很強(qiáng)的排堿能力，但是該渣樣的粘度也較高，為1.447 Pa·s，不能滿足高爐正常冶煉的要求。

堿度R為0.80，Mg O含量為8.00%，Al2O3含量為15.00%，爐渣溫度為1 500℃，爐渣的排堿能力較強(qiáng)，而爐渣粘度為0.6 Pa·s左右，符合高爐冶煉的要求，是比較理想的排堿爐渣。另外堿度R為0.90，MgO含量為6.00%，Al2O3含量為17.00%，爐渣溫度為1 500℃爐渣的排堿能力也較強(qiáng)，爐渣粘度為0.597 Pa·s，也可作為國豐1 780 m3高爐排堿爐渣的選擇之一。

綜合以上分析，可得出國豐1 780 m3高爐排堿爐渣的成分要求：當(dāng)Al2O3含量為15.00%～17.00%時，堿度R為0.80～0.90，MgO含量為6.00%～8.00%，爐渣溫度為1 500～1 550℃。

表8 基于爐渣排堿實(shí)驗(yàn)不同組成爐渣的粘度

3 國豐高爐入爐有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)及措施

3.1 有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)

表9 國豐高爐入爐有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)

堿金屬負(fù)荷與鉛金屬負(fù)荷還是高于國豐高爐入爐有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)，還會對高爐造成很大危害。

高爐的鋅負(fù)荷非常高，為了實(shí)現(xiàn)高爐的正常冶煉，國豐1 780 m3高爐的入爐鋅負(fù)荷應(yīng)低于600 g／t，若條件允許，可降至500 g／t，才能保證高爐的穩(wěn)定和順行，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)國豐高爐的原燃料條件情況，國豐1 780 m3高爐的鉛負(fù)荷控制在200 g／t以內(nèi)，若條件允許，控制在150 g／t以內(nèi)為最佳。

3.2 降低堿金屬對高爐危害的措施

（1）嚴(yán)格制定燒結(jié)礦、塊礦和焦炭的入爐標(biāo)準(zhǔn)，尤其是燒結(jié)礦，需要對燒結(jié)工藝進(jìn)行合理的配礦，從根本上控制堿金屬的來源。其中，要特別控制高爐重力灰在燒結(jié)配料過程中的配加量。國豐的燒結(jié)配料過程中，將高爐重力灰作為含鐵物料配加，國豐1 780 m3高爐重力灰含鐵量可達(dá)30%以上，450 m3高爐的重力灰含鐵可達(dá)45%以上，同時配加重力灰可以降低燒結(jié)生產(chǎn)的成本。但是重力灰作為高爐產(chǎn)物，其含有一定量的堿金屬成分，如果不斷地在燒結(jié)配料環(huán)節(jié)配加，相當(dāng)于高爐自身從爐頂排除的一部分堿金屬通過燒結(jié)礦又循環(huán)至高爐，增加堿金屬的富集。

（2）提高爐渣的排堿能力。高爐內(nèi)堿金屬主要通過高爐渣排除爐外，因此，提高爐渣的排堿能力是減輕高爐堿金屬危害的有效方法。在總堿度不變的情況下，通過提高渣中MgO含量可降低K、Na的活度，提高爐渣排堿能力。條件允許時，低堿度操作，二元堿度控制在1.08左右，不超1.10，同時保證爐缸狀態(tài)活躍，蓄熱充足。爐渣堿度降低，使SiO2和TiO2的活度增大，從而抑制了堿金屬硅鈦酸鹽的高溫還原，是爐渣的溶堿能力提高。

（3）合理控制氣流分布。根據(jù)爐襯溫度的變化情況以及爐況表現(xiàn)，通過疏松邊緣等措施，防止?fàn)t墻結(jié)厚，同時及時調(diào)整負(fù)荷，減少粘結(jié)物對高爐生產(chǎn)的影響。

（4）優(yōu)化高爐操作［1］。強(qiáng)化篩分管理，在改善原料的冶金性能的同時，減少入爐粉末，嚴(yán)格控制小于5 mm的入爐比例在5%以下，實(shí)際目標(biāo)值控制在3%以下；運(yùn)用上下部調(diào)劑等手段，使送風(fēng)制度與裝料制度相匹配、熱制度與造渣制度相適應(yīng)，形成合理煤氣流分布，使?fàn)t缸熱量充足，工作均勻，保持高爐的穩(wěn)定順行；控制冷卻強(qiáng)度，避免邊緣堆積或爐墻結(jié)厚。必要時采取硅石洗爐的辦法排除堿害。

（5）周期性洗爐。洗爐時應(yīng)酸堿適當(dāng)，配入錳礦或CaCl2，洗爐過程中，控制好生鐵含硅和物理熱水平，避免高爐出現(xiàn)虧熱爐涼等事故。

4 結(jié)語

堿金屬對于高爐的危害是每1座高爐都需要面對和加以應(yīng)對的長期性問題，應(yīng)當(dāng)從入爐原燃料的控制上入手，在燒結(jié)環(huán)節(jié)高爐重力灰配加量以及外礦采購檢驗(yàn)等方面，從根本上緩解或減輕堿金屬對高爐的危害。同時，高爐生產(chǎn)過程中控制合理的爐渣堿度水平，保證爐缸蓄熱充足，有效控制邊緣煤氣流，保證高爐的穩(wěn)定順行，減少波動，降低堿金屬的危害和影響。

［1］ 傅燕樂.高爐操作［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.