1、明德博學勤奮求實堿金屬對高爐生產的危害與控制2012年8月4日明德博學勤奮求實主要內容主要內容1 問題的提出；問題的提出；2 生產高爐的堿金屬平衡調查；生產高爐的堿金屬平衡調查；3 高爐內堿金屬狀態熱力學分析；高爐內堿金屬狀態熱力學分析；4 高爐渣綜合排堿脫硫能力的試驗研究；高爐渣綜合排堿脫硫能力的試驗研究；5 降低堿金屬對高爐生產危害的技術措施。降低堿金屬對高爐生產危害的技術措施。明德博學勤奮求實1 問題的提出問題的提出 高爐中的堿金屬主要指鉀、鈉及其化合物，其易在高爐中循環富集，對高爐設備和冶煉過程產生不利影響。 20世紀70年代，國內外許多高爐先后出現了堿金屬危害，主要原因是高爐使用含鐵

2、原料的堿金屬含量高。經過不斷研究與探索，冶金工作者積累了大量的可貴經驗，一段時期內堿金屬對高爐的危害得以解決。 明德博學勤奮求實近年來，堿金屬危害又成為影響高爐生產的主要問題之一：1）煉鐵原料供應緊張，高爐大量使用堿金屬含量較高的原料，入爐堿金屬負荷大幅增加；2）富氧率增加、焦比降低，使理論燃燒溫度升高、煤氣量減少， 有利于高爐內堿金屬硅酸鹽的還原；3）高爐的硫負荷增加，爐渣堿度升高，排堿率降低；4）高爐渣量下降到300kg/t左右，單位爐渣排堿、脫硫負擔加重，爐渣排堿、脫硫的矛盾更加尖銳。以上情況加劇了堿金屬在爐內的循環，導致堿金屬危害。明德博學勤奮求實高爐生產出現堿金屬危害的癥狀：冶煉強度

3、降低、焦比升高；高爐透氣性變差、煤氣流分布失常、頻繁懸料、崩料，操作困難；頻繁出現結瘤；爐底、爐襯侵蝕周期性出現爐況不順。明德博學勤奮求實2 生產高爐的堿金屬平衡調查生產高爐的堿金屬平衡調查高爐中堿金屬主要通過爐渣排出。受多方面的限制，爐渣排堿率波動高爐中堿金屬主要通過爐渣排出。受多方面的限制，爐渣排堿率波動很大。爐渣排堿率低，剩余的堿金屬將在高爐內循環富集，給高爐冶很大。爐渣排堿率低，剩余的堿金屬將在高爐內循環富集，給高爐冶煉帶來危害。通過堿金屬平衡計算掌握堿金屬的收支情況，控制好自煉帶來危害。通過堿金屬平衡計算掌握堿金屬的收支情況，控制好自身的堿平衡，有效排出高爐內的堿金屬，對每座高爐的爐

4、況順行是至身的堿平衡，有效排出高爐內的堿金屬，對每座高爐的爐況順行是至關重要的。關重要的。目前，煉鐵界公認的堿金屬危害界限為目前，煉鐵界公認的堿金屬危害界限為4.5kg/tHM，當渣量較少時，當渣量較少時，入爐堿金屬的限量則應更低。入爐堿金屬的限量則應更低。明德博學勤奮求實廠名廠名入爐堿金屬（入爐堿金屬（K2O+Na2O）限制數量（）限制數量（kg/t）日本新日鐵日本新日鐵 2.5日本川崎制鐵日本川崎制鐵 3.1加拿大多米尼翁鋼與鑄造公司加拿大多米尼翁鋼與鑄造公司 3.0美國瓊斯勞林公司美國瓊斯勞林公司 4.5美國美鋼公司吉尼瓦廠美國美鋼公司吉尼瓦廠 4.0德國蒂森施韋爾根廠德國蒂森施韋爾根廠

5、 4.0英國英鋼聯公司英國英鋼聯公司 3.5寶鋼寶鋼 2.5鞍鋼鞍鋼 6.0首鋼首鋼 4.0武鋼武鋼 5.0包鋼包鋼 7.0梅山梅山2.5酒鋼酒鋼9.0表表1國內外部分高爐入爐堿金屬臨界值國內外部分高爐入爐堿金屬臨界值明德博學勤奮求實對邯寶生產異常高爐進行了堿金屬平衡調查，結論如下：對邯寶生產異常高爐進行了堿金屬平衡調查，結論如下：1）燒結工藝的堿金屬負荷較高，燒結礦堿金屬含量高。）燒結工藝的堿金屬負荷較高，燒結礦堿金屬含量高。2）南非礦、邯邢精粉、雜料、熔劑和燃料的堿金屬含量較高是造成）南非礦、邯邢精粉、雜料、熔劑和燃料的堿金屬含量較高是造成燒結礦堿金屬含量高的主要原因；燒結礦堿金屬含量高的

6、主要原因；3）燒結對堿金屬有一定的脫除作用，約）燒結對堿金屬有一定的脫除作用，約25%的堿金屬進入除塵灰，的堿金屬進入除塵灰，造成除塵灰的堿金屬含量遠高于燒結礦，機頭除塵灰的堿金屬含量是造成除塵灰的堿金屬含量遠高于燒結礦，機頭除塵灰的堿金屬含量是機尾除塵灰堿金屬含量的數十倍。此部分除塵灰返回燒結將造成堿金機尾除塵灰堿金屬含量的數十倍。此部分除塵灰返回燒結將造成堿金屬在燒結礦中的富集。屬在燒結礦中的富集。明德博學勤奮求實表表2 2 邯寶邯寶1#1#燒結機的堿金屬平衡計算燒結機的堿金屬平衡計算項目項目樣品名稱樣品名稱K2O/ %Na2O/ %用量用量（kg/t）K2O(kg/t)Na2O(kg/t

7、)K2O+ Na2O(kg/t)比例比例( %)收收入入項項混合料混合料0.0740.111193.250.881.3132.19680.6焦粉焦粉0.110.1848.830.050.0880.1425.2白云石白云石0.280.09255.800.160.0510.2087.6生石灰生石灰0.280.08448.830.140.0410.1786.5小計小計1346.711.2301.4932.723100.0支支出出項項燒結礦燒結礦1-0760.0820.0781000.000.820.7801.60077.6機頭除塵灰機頭除塵灰11.642.223.000.350.0670.41620

8、.2機尾除塵灰機尾除塵灰0.200.08816.000.030.0140.0462.2小計小計1019.0001.2010.8612.062100.0明德博學勤奮求實1）邯寶高爐的堿負荷較高，明顯高于寶鋼的堿金屬限量，可能是堿）邯寶高爐的堿負荷較高，明顯高于寶鋼的堿金屬限量，可能是堿金屬危害引起的高爐生產的不正常。金屬危害引起的高爐生產的不正常。2）鐵礦石、燃料的堿金屬含量較高，是高爐堿負荷高的主要原因。）鐵礦石、燃料的堿金屬含量較高，是高爐堿負荷高的主要原因。3）爐渣排堿率較低，低于公認最低排堿率要求）爐渣排堿率較低，低于公認最低排堿率要求(80%)。4）除塵灰和污泥中的堿金屬存在富集，如果

9、此部分除塵灰未經處理）除塵灰和污泥中的堿金屬存在富集，如果此部分除塵灰未經處理返回燒結，則有返回燒結，則有10%左右的堿金屬在煉鐵系統循環。左右的堿金屬在煉鐵系統循環。明德博學勤奮求實項目物料單耗K2O%Na2O%K2Okg/t.FeNa2Okg/t.Fe堿負荷kg/t.Fe%kg/t.Fe%收入項1號燒結礦984.9149.710.0820.0780.8080.7681.57641.792號燒結礦81.404.110.100.0600.0810.0490.1303.45南非礦102.645.180.140.0630.1440.0650.2085.53錳礦54.462.750.100.0410

10、.0540.0220.0772.04螢石14.070.710.670.0600.0940.0080.1032.72球團礦206.9110.440.0830.0840.1720.1740.3469.16焦炭444.322.430.0580.100.2580.4440.70218.62煤粉92.54.670.400.280.3700.2590.62916.68小計1981.191001.9811.7903.770100支出項鐵100069.300.0240.0440.2400.4400.68017.94 爐渣41328.620.300.361.2391.4872.72671.92 瓦斯灰17.97

11、1.250.420.300.0750.0540.1293.41 瓦斯泥12.050.831.500.620.1810.0750.2556.74 小計1443.021001.742.063.79100爐渣排堿率2.726/3.79=71.92%高爐排堿率3.79/3.770=100.05%表表3 邯寶邯寶1號高爐堿金屬平衡表號高爐堿金屬平衡表 明德博學勤奮求實3 高爐內堿金屬狀態熱力學分析高爐內堿金屬狀態熱力學分析采用HSC-chemistry5.0軟件模擬堿金屬在高爐各溫度區間反應達到平衡的狀態。根據計算得出的高爐煤氣分布和鐵化合物與溫度間的關系，其規律與實際相符。明德博學勤奮求實3.1 低溫

12、區低溫區(700)堿金屬狀態熱力學分析堿金屬狀態熱力學分析 低溫區堿金屬主要分布于固相中，鉀主要以鐵酸鹽形式存在，鈉主要以Na2CO3存在。溫度升高，Na2CO3的質量開始減少，NaCN的質量增加。明德博學勤奮求實3.2 中溫區中溫區(7001200)堿金屬狀態熱力學分析堿金屬狀態熱力學分析堿金屬主要分布于固相中，鉀主要以K2OFe2O3形式存在。鈉主要以NaCN(s)存在。 明德博學勤奮求實3.3 高溫區高溫區(12001600)堿金屬狀態熱力學分析堿金屬狀態熱力學分析鈉的主要以NaCN(s)形式存在；溫度升高，K2OFe2O3逐步消失，K2TiO3的質量增加。明德博學勤奮求實以邯寶公司的高

13、爐爐料為試樣，模擬了高爐料柱對堿金屬蒸汽的吸附，試驗裝置如圖所示。3.4 堿金屬在高爐內的分配堿金屬在高爐內的分配明德博學勤奮求實2004006008001000120014000.00.51.01.52.02.53.0K2O / wt%溫度 / 高溫區爐料不但不吸高溫區爐料不但不吸附堿金屬，而且還揮附堿金屬，而且還揮發在中溫區吸附在爐發在中溫區吸附在爐料中的堿金屬，形成料中的堿金屬，形成堿金屬在高爐內的循堿金屬在高爐內的循環。環。 明德博學勤奮求實 隨著粒度的增加，燒結礦隨著粒度的增加，燒結礦、球團礦和焦炭吸附的堿、球團礦和焦炭吸附的堿金屬含量均減小。金屬含量均減小。 同粒度的同粒度的3種爐

14、料，燒結種爐料，燒結礦吸附的堿金屬含量最大礦吸附的堿金屬含量最大，焦炭次之，球團礦最少，焦炭次之，球團礦最少。 46810121416180.20.40.60.81.01.21.41.61.8球團礦焦炭燒結礦K2O / wt %粒度 / mm明德博學勤奮求實3.5 堿金屬對爐料冶金性能的影響堿金屬對爐料冶金性能的影響 堿金屬對焦炭氣化反應的催化作用明顯。 w(K2O)由0.06%升高到0.2%時，焦炭的反應性(CRI)由26.2%急劇提高到40.75%；反應后強度(CSR) 也迅速降低，0.00.40.81.21.601020304050607080CRICSRCRI, CSR / %K2O

15、/ wt%明德博學勤奮求實 隨著w(K2O)的增加，燒結礦、球團礦的低溫還原粉化率RDI-3.15和RDI-0.5升高，RDI+6.3迅速下降，堿金屬對球團礦冶金性能的影響略低于燒結礦。 0.00.51.01.52.02.53.001020304050607080RDI-0.5RDI-3.15RDI+6.3RDI / %K2O / wt%0.00.40.81.21.6020406080100RDI-0.5RDI-3.15RDI+6.3RDI / %K2O / wt% (a) 燒結礦 (b) 球團礦明德博學勤奮求實3.6 堿金屬對高爐產生危害原因分類堿金屬對高爐產生危害原因分類 1）入爐的堿負荷

16、高。）入爐的堿負荷高。 2）入爐的堿負荷不高，爐渣的排堿率低，導致堿金屬循環富集。）入爐的堿負荷不高，爐渣的排堿率低，導致堿金屬循環富集。 3）入爐的堿負荷不高，渣量少，單位爐渣的排堿負荷高，導致堿金）入爐的堿負荷不高，渣量少，單位爐渣的排堿負荷高，導致堿金屬循環富集。屬循環富集。 明德博學勤奮求實4 高爐渣綜合排堿脫硫能力試驗研究高爐渣綜合排堿脫硫能力試驗研究爐渣是高爐中堿金屬和硫排出的主要介質，由于爐渣爐渣是高爐中堿金屬和硫排出的主要介質，由于爐渣脫硫和排堿的熱力學條件相互矛盾，現有造渣制度遵脫硫和排堿的熱力學條件相互矛盾，現有造渣制度遵循循長期長期“脫硫脫硫”和和短期短期“酸渣洗爐排堿酸

17、渣洗爐排堿”原則，高爐原則，高爐硫負荷增加，導致爐渣的排堿率降低，堿金屬危害又硫負荷增加，導致爐渣的排堿率降低，堿金屬危害又開始顯現。開始顯現。研究適宜的排堿、脫硫熱力學條件，控制合理的爐渣研究適宜的排堿、脫硫熱力學條件，控制合理的爐渣成分，使高爐在滿足生產合格鐵水的前提下最大限度成分，使高爐在滿足生產合格鐵水的前提下最大限度的排堿才能解決當前的堿金屬危害。的排堿才能解決當前的堿金屬危害。明德博學勤奮求實類似于鉀容量、硫容量定義，由爐渣的排堿、脫硫的離子反應式，定義爐渣的“硫化鉀容量”來評價爐渣的綜合排堿脫硫能力：明德博學勤奮求實采用氣渣平衡法聯合測定爐渣的三個容量，測試裝置布置如圖所示。明德

18、博學勤奮求實4.1 二元堿度對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響二元堿度對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響0.70.80.91.01.11.21.3-1.40-1.35-1.30-1.25-1.20-1.15-1.10-1.05-1.00 lgCKw(CaO)/w(SiO2)0.70.80.91.01.11.21.3-4.9-4.8-4.7-4.6-4.5-4.4-4.3-4.2-4.1-4.0 lgCSw(CaO)/w(SiO2)0.70.80.91.01.11.21.3-6.86-6.84-6.82-6.80-6.78-6.76-6.74 lgCK2Sw(CaO)/w(SiO2)二元堿度增加

19、，爐渣的排堿能力下降，脫硫能力增加，堿度為1.05左右時，硫化鉀容量具有最大值，爐渣的綜合排堿脫硫能力最大。 明德博學勤奮求實4.2 MgO含量對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響含量對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響 MgO含量為10.58%時，爐渣的綜合排堿脫硫能力最大。 6810121416-1.45-1.40-1.35-1.30-1.25-1.20-1.15-1.10-1.05 lgCKw(MgO) (%)6810121416-5.2-5.0-4.8-4.6-4.4-4.2-4.0 lgCSw(MgO) (%)6810121416-7.1-7.0-6.9-6.8-6.7-6.6-6.5

20、lgCk2Sw(MgO) (%)明德博學勤奮求實4.3 三元堿度不變三元堿度不變MgO含量對鉀容量、硫容量、硫化鉀容含量對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響量的影響 三元堿度不變，MgO含量增加，爐渣的綜合排堿脫硫能力減小。 681012141618-1.35-1.30-1.25-1.20-1.15-1.10 lgCKw(MgO) (%)681012141618-5.2-5.0-4.8-4.6-4.4-4.2 lgCSw(MgO) (%)681012141618-7.4-7.3-7.2-7.1-7.0-6.9 lgCK2Sw(MgO) (%)明德博學勤奮求實4.4 Al2O3含量對鉀容量、硫容量

21、、硫化鉀容量的影響含量對鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的影響 Al2O3含量在11%19%增加，硫化鉀容量先增大后減小， Al2O3含量為15.1%時，爐渣的綜合排堿脫硫能力最大。 101214161820-1.35-1.30-1.25-1.20-1.15-1.10-1.05-1.00 lgCKw(Al2O3) (%)101214161820-4.9-4.8-4.7-4.6-4.5-4.4-4.3-4.2 lgCSw(Al2O3) (%)101214161820-6.95-6.90-6.85-6.80-6.75-6.70-6.65 lgCK2Sw(Al2O3) (%)明德博學勤奮求實4.5 溫度與

22、鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系溫度與鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系 隨著溫度升高，體系硫分壓增加幅度較大，鉀分壓降低。20.420.520.620.720.820.91400142014401460148015000500100015002000 PKP(Pa) PS2P(Pa)t()明德博學勤奮求實提高溫度會降低爐渣的綜合排堿脫硫能力，然而，提高溫度能改善爐渣流動性。140014201440146014801500-1.23-1.22-1.21-1.20-1.19-1.18-1.17 logCKt (OC)140014201440146014801500-4.45-4.40-4.35-4

23、.30-4.25-4.20-4.15-4.10 logCSt (OC)140014201440146014801500-6.90-6.85-6.80-6.75-6.70-6.65-6.60-6.55-6.50-6.45 logCK2St (OC)明德博學勤奮求實4.6 硫分壓與爐渣鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系硫分壓與爐渣鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系 硫分壓升高，爐渣的硫化鉀容量降低，硫負荷增加，對爐渣的綜合排堿脫硫不利。 0.00.40.81.21.6-1.24-1.23-1.22-1.21-1.20 lgCKPS2(104Pa)0.00.40.81.21.6-5.4-5.2-5.0-

24、4.8-4.6-4.4-4.2 lgCSPS2(104Pa)0.00.40.81.21.6-8.0-7.8-7.6-7.4-7.2-7.0-6.8 lgCK2SPS2(104Pa)明德博學勤奮求實4.7 鉀分壓與爐渣鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系鉀分壓與爐渣鉀容量、硫容量、硫化鉀容量的關系 鉀分壓升高，硫化鉀容量減小，堿負荷高對爐渣的綜合排堿脫硫不利。 510152025303540-1.2-1.1-1.0-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4 logCKPK(pa)510152025303540-4.55-4.50-4.45-4.40-4.35-4.30-4.25-4.20-4.15 logCSPK(pa)510152025303540-6.8-6.6-6.4-6.2-6.0-5.8-5.6-5.4-5.2-5.0 logCK2SPK(pa)明德博學勤奮求實5 降低堿金屬對高爐危害的技術措施降低堿金屬對高爐危害的技術措施 1）控制入爐堿、硫負荷是降低堿金屬危害的前提。）控制入爐堿、硫負荷是降低堿金屬危害的前提。 堿、硫負荷高均會導致高爐排堿、脫硫困難，每