降低邯鋼高爐堿金屬危害的研究

王 綱，馮 帥，尹志華

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司，邯寶煉鐵廠，河北 邯鄲 056000)

邯鋼高爐入爐原料的堿金屬含量較高，高爐中K、Na會加劇CO2對焦炭的氣化反應(yīng)，一方面造成焦炭破損，縮小間接還原區(qū)，擴大直接還原區(qū)，導(dǎo)致焦比升高[1]；另一方面造成軟熔溫度降低，料柱透氣性，特別是軟熔帶焦窗的透氣性變差。K、Na會加劇球團(tuán)礦災(zāi)難性的膨脹和多數(shù)燒結(jié)礦中溫還原粉化，使氣流分布失常，引起硅鋁質(zhì)耐火材料異常膨脹和嚴(yán)重侵蝕，降低高爐壽命[2-3]。因此，研究邯鋼高爐堿金屬的走向及分布規(guī)律，對高爐正常冶煉有著重要意義。

1 邯鋼燒結(jié)機的堿金屬平衡

燒結(jié)機使用的原料為混勻料、焦粉、白云石、生石灰。產(chǎn)品是燒結(jié)礦和除塵灰。各種物質(zhì)的堿金屬含量見表1所示。

由表1可知，收入項中，混勻料消耗1193.25 kg/t，占燒結(jié)配料比例88.6%。K2O和Na2O帶入量分別為0.84 kg/t和1.31 kg/t，堿金屬(K2O+ Na2O)合計2.15 kg/t，占總收入量的80.4%，燒結(jié)礦中的堿金屬絕大多數(shù)來源于混勻料。焦粉帶入堿金屬量占收入項比例5.3%。溶劑中白云石和生石灰?guī)雺A金屬量比例分別為7.7%、6.6%。熔劑和燃料雖然配比較低，但其堿金屬含量較高，使得燒結(jié)礦中堿金屬含量升高。

燒結(jié)工序產(chǎn)物中，大燒結(jié)礦粒度在20～22 mm之間，堿金屬量比例為47.1%。小燒結(jié)礦粒度在8～10 mm之間，堿金屬量比例為13.6%。機頭除塵灰和機尾除塵灰堿金屬比例分為37.3%、2.0%。燒結(jié)過程對堿金屬有一定的脫除作用，約40%的堿金屬進(jìn)入除塵灰。燒結(jié)過程中，機頭的溫度高，還原性氣氛較強，這是機頭除塵灰的堿金屬含量是機尾除塵灰的數(shù)十倍的原因。由于除塵灰的產(chǎn)生量較小，造成除塵灰的堿金屬含量急劇升高，如果這部分除塵灰返回配料，則這部分堿金屬又重新回到燒結(jié)工序中，形成堿金屬在燒結(jié)工序的循環(huán)，所以對機頭除塵灰進(jìn)行脫除堿金屬處理，再返回使用，有利于降低堿金屬負(fù)荷。

表1 邯鋼燒結(jié)機的堿金屬平衡Table 1 Alkali metal balance of sintering machine

2 邯鋼高爐堿金屬負(fù)荷

2.1 原料的堿金屬含量

邯鋼高爐入爐的含鐵原料有大燒結(jié)礦、小燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、澳礦，燃料為焦炭和煤粉。技術(shù)中心鐵前化驗室采用原子吸收光譜法化驗入爐原料(含鐵原料、燃料)的堿金屬含量，結(jié)果如表2所示。

表2 高爐入爐原料的堿金屬含量Table 2 Alkali metal content of blast furnace materials

從表2中可以看出，邯鋼高爐所用含鐵原料中，大燒結(jié)礦K2O含量為0.042%，Na2O的含量為0.099%，堿金屬(K2O+Na2O)含量為0.141%；小燒K2O含量為0.053%，Na2O的含量為0.076%，堿金屬(K2O+Na2O)含量為0.129%。燒結(jié)礦(包括大燒和小燒)占高爐入爐原料50%～70%，可見，燒結(jié)礦也是高爐堿金屬的主要來源之一。含鐵原料中球團(tuán)礦的堿金屬含量也比較高，K2O含量為0.144%，Na2O的含量為0.148%，堿金屬含量(K2O+Na2O)為0.2929%，高于燒結(jié)礦、澳礦。

邯鋼高爐所用燃料的堿金屬含量較高，入爐原料中焦炭的K2O含量為0.209%，Na2O的含量為0.380%，相對其它入爐原料，含量均為最高。焦炭中堿金屬(K2O+Na2O)含量達(dá)到了0.589%，可見焦炭是高爐堿金屬的主要來源。煤粉的K2O含量為0.041%，Na2O的含量為0.083%，合計為0.124%，堿金屬含量較低，因此提高煤比，降低焦比，有利于降低堿負(fù)荷，從而降低堿金屬危害。

2.2 產(chǎn)品的堿金屬含量

經(jīng)過高爐冶煉，高爐產(chǎn)物為生鐵、爐渣、瓦斯灰、瓦斯泥、爐前灰。邯鋼技術(shù)中心鐵前化驗室采用原子吸收光譜法化驗高爐產(chǎn)物的堿金屬含量，結(jié)果如表3所示。堿金屬在鐵水中的溶解度較低，生鐵的堿金屬含量極低，可忽略不計。

表3 高爐產(chǎn)物的堿金屬含量Table 3 Alkali metal content of blast furnace product

從表3可以看出，高爐產(chǎn)物中堿金屬的含量從大到小排列依次為:高爐渣、爐前灰、瓦斯灰、瓦斯泥。高爐產(chǎn)物中爐渣的堿金屬含量最高，達(dá)到了0.647%，其中K2O含量為0.337%，Na2O的含量為0.310%，堿金屬的排出方式主要通過爐渣。爐前灰的堿金屬含量為0.584%，僅次于爐渣，其中K2O的含量在所有產(chǎn)物中最高，達(dá)到0.422%。

瓦斯灰和瓦斯泥的堿金屬含量均為0.194%，含量比較低。瓦斯灰K2O含量為0.105%，瓦斯泥K2O含量為0.121%，瓦斯灰K2O含量略低。瓦斯灰Na2O含量為0.089%，瓦斯泥Na2O含量為0.073%，瓦斯泥Na2O含量略低。

2.3 高爐堿金屬平衡

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，計算高爐入爐原料和產(chǎn)物的堿負(fù)荷(K2O、Na2O)及所占比例，結(jié)果見表4。

表4 邯鋼高爐堿金屬平衡表Table 4 Alkali metal balance’s for blast furnace of Han Steel

由表4可知，邯鋼高爐的堿金屬負(fù)荷為4.69 kg/t，其中K2O負(fù)荷為1.638 kg/t，Na2O負(fù)荷在3.055 kg/t，高爐的堿負(fù)荷較高。爐渣的排堿率僅為42.64%，高爐排堿率為44.78%，高爐正處于堿金屬積蓄期，已經(jīng)危害到了高爐正常冶煉。邯鋼入爐原料以燒結(jié)礦為主，比例為56.62%，大燒和小燒按3:1的比例配比分級入爐，可以提高煤氣利用率。大燒和小燒的堿金屬含量相差不大，大燒堿負(fù)荷為1.3 kg/t，小燒為0.37 kg/t，燒結(jié)礦合計的入爐堿負(fù)荷為1.67 kg/t，占比35.61%，燒結(jié)礦是入爐原料中堿金屬量的第二大來源。邯鋼入爐原料以球團(tuán)礦和澳礦為輔，占比例分別為6.56%、13.92%。球團(tuán)礦的Na2O和K2O含量高于燒結(jié)礦和澳礦，在高爐順行的前提下，可適當(dāng)降低其比例。澳礦堿金屬含量最低，入爐堿負(fù)荷僅為0.2 kg/t，且價格低廉，條件允許可增加使用。

邯鋼高爐焦比為386.7 kg/t，占入爐料結(jié)構(gòu)的18.15%，焦炭的Na2O和K2O含量均為最高，導(dǎo)致焦炭的入爐堿金屬負(fù)荷高達(dá)2.28 kg/t，占比48.61%，可見焦炭是入爐原料中堿金屬量的第一大來源。因此，必須控制焦炭堿金屬含量，盡量選擇優(yōu)質(zhì)焦炭降低入爐堿金屬含量。邯鋼高爐煤比為101.3 kg/t，煤粉的入爐堿金屬負(fù)荷為0.13 kg/t，僅占總堿負(fù)荷2.77%，煤粉帶入高爐的堿金屬負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焦炭。因此，在爐況穩(wěn)定順行的前提下，適當(dāng)改變?nèi)剂?焦炭和煤粉)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定燃料比，提高煤比至150 kg/t，降低焦比至340 kg/t，入爐燃料的堿金屬負(fù)荷會由原來的2.41 kg/t下降到2.19 kg/t，從而有利于降低高爐堿負(fù)荷。

高爐渣比為309.3 kg/t，占支出項的92.11%，爐渣的Na2O、K2O含量均較高，排堿2.00 kg/t，占比95.24%，因此高爐主要通過爐渣排堿。瓦斯灰和瓦斯泥排堿均為0.02 kg/t，通過爐頂排出的堿金屬為1.9%。爐前灰的排堿為0.06 kg/t，占比2.86%。邯鋼高爐爐渣中SiO2含量在32%～34%之間，CaO含量在40%～42%之間，二元堿度為1.2左右。針對邯鋼高爐堿金屬負(fù)荷較大的情況，在高爐冶煉時，當(dāng)煤氣流異常，分布嚴(yán)重不均，左、右料尺差異較大，甚至頻繁“出氣流”、崩料，渣溝和鐵溝有白點等現(xiàn)象時，應(yīng)采取洗爐排堿措施，將爐渣SiO2含量提高到40%左右，二元堿度降低到0.9左右，控制MgO含量在8%～10%，Al2O3含量在15%左右，使?fàn)t渣具有最大的排堿能力。避免爐墻粘結(jié)，保持合理的操作爐型。

3 結(jié)論

(1)燒結(jié)礦中的堿金屬絕大多數(shù)來源于混勻料，熔劑和燃料雖然配比較低，但其堿金屬含量較高，使得燒結(jié)礦中堿金屬含量升高。機頭除塵灰進(jìn)行脫除堿金屬處理，再返回使用，有利于降低堿金屬負(fù)荷。

(2)邯鋼高爐的堿金屬負(fù)荷為4.69 kg/t，爐渣的排堿率僅為42.64%，高爐排堿率為44.78%，必須控制焦炭堿金屬含量，盡量選擇優(yōu)質(zhì)焦炭降低入爐堿金屬含量。適當(dāng)改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，提高煤比，降低焦比有利于降低高爐堿負(fù)荷。

(3)保證鐵水S含量合格的條件下，適當(dāng)降低爐渣堿度，提高SiO2含量，控制MgO含量在8%～10%，Al2O3含量在15%左右，使?fàn)t渣具有最大的排堿能力。