烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制

1、烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制 为适应当前严峻的钢铁形势，进一步降低铁水成本，各钢铁企业都采纳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、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，加剧炉缸腐蚀，影响炉况稳定顺行。 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 雄鹰澳粉 巴姆澳粉 繁荣巴粗 博斯巴粗

2、 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 36m2机头灰 36m2机尾灰 北区450m2高炉重力灰 北区450m2高炉布袋灰         表3 南区450

3、m3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 南区三号450m3重力灰 南区三号450m3布袋灰 1#72m2机头灰 2#72m2机头灰 72m2机尾灰 2#132m2机头灰 132m2机尾灰     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 120t转炉除尘灰 1780 m3高炉重力灰 1780 m3高炉布袋灰 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5&#

4、160;1780m3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  球团矿  块矿  焦炭 360  煤粉 160  总计            表6 其它高炉碱负荷及锌负荷计算结果       K2O+Na2O(kg) Znkg 北区4#450m3高炉 南区4#450

5、m3高炉 南区5#450m3高炉 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、锌负荷的比例如下列图所示：   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。 依据我公司物料状况，结合两个铁厂看法，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

6、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。 3.2 K、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： 2K

7、2SiO32C4K2SiO2+2CO 1 2K2SiO22FeO=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被下降的炉料所汲取，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汲取，不断循环之后，炉料中K2O含量在炉内不断增加，这就是所谓

8、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。 3.3 Zn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，因锌不被渣铁汲取，锌蒸汽在炉内循环，沉积在炉墙上，可与

9、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，堵塞煤气通道，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

10、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1.01.05，炉温控制0.50.6，时间34个班。 2) 提升炉渣中的MgO含量，提升炉渣的流动性。我厂在日常冶炼时，高炉炉渣二元碱度控制在1.11.16，MgO：450m3高炉1112，1780m3高炉1011。 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1780 m3高炉碱负荷、锌负荷又进行了计算，结果如下表所示：  

11、 表7  11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 球团矿 南非块矿 焦炭 360 煤粉 140 合计       与3月份数据比较： 表8 11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 3月份合计 合计比较 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5.0

12、2 kg/t，比 3月份的9.02 kg/t降低了4 kg/t，基本达到制定的5 kg/t标准。 11月份锌负荷为2.67 kg/t，比3月份的1.33 kg/t上升了1.34 kg/t，较1kg/t的标准超1.67kg/t。 从炉料结构分析，11月份1780 m3高炉入炉原燃料带入的碱金属及锌含量分别占碱负荷、锌负荷的比例如下列图所示：   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1.34 kg/t，除焦炭锌含量升高外，烧结矿带入的锌含量亦高出0.8 kg/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。