承钢2500m3高炉碱金属负荷的研究及应对措施

1、承钢2500m3高炉碱金属负荷的研究及应对措施王挽平(河北钢铁集团承钢公司炼铁厂，河北承德067002)摘 要：对承钢2500m3高炉钒钛矿冶炼入炉原燃料碱金属含量、碱负荷、排碱率进行了检测和测算。根据生产实践，提出了“高炉入厂原燃料碱金属含量控制标准、碱负荷控制范围及碱负荷长期超过5kgt应当定期排碱”的观点。经过对碱金属的研究及采取应对措施，承钢3座2500m3高炉钒钛矿冶炼稳定周期明显延长。每年创效益约707万元。关 键 词：高炉；碱金属；负荷；研究；措施1 问题的提出随着承钢炼铁生产规模的迅速扩大，炼铁技术也逐步向精细化方向发展。特别是大型高炉投产后，对原燃料的质量要求也更加严格，除了

2、对原料的品位、杂质含量、机械强度，燃料的化学成分、焦炭的冷强度和热强度等有更高的要求外，原燃料中的碱金属含量及碱金属对高炉生产的负面影响也越来越引起广泛的重视。2 碱金属对高炉生产的影响碱金属在高炉内具有易形成低熔点物质、引发耐火砖衬膨胀、吸收热量和改变原料属性的特性。炼铁原燃料中碱金属含量增加，给高炉生产的稳定顺行带来了很大的不确定性和操作难度，主要表现在以下三个方面。21 恶化焦炭冶金性能根据文献1，不同碱金属含量条件下测定的焦炭反应性及反应后强度结果表明，加入钾、钠后，焦炭的反应性增加，而且钾、钠的浓度越高，反应性就越大。钾、钠对焦炭的碳溶反应起催化作用，而且钾的催化作用高于钠。焦炭在反

3、应后因气孔壁迅速变薄，致使其反应后强度急剧下降，焦炭块度减小，产生较多的碎焦和焦粉，从而使高炉的透气性变差，影响高炉生产。实验测定表明，焦炭碱金属含量每增加1，反应性增加8，反应后强度降低92，而且小于10mm粉末增加。焦炭碱金属含量与其强度的关系见表1。22破坏炉况顺行碱金属化合物在随着炉料下降的过程中被还原，形成碱金属蒸汽随高炉煤气上升。向上运动过程中，钾蒸汽在烧结矿中形成低熔点的K2SiO3等硅酸盐，使烧结矿变松软，熔点降低，因此导致高炉冶炼时软熔带上升、熔融层加厚、煤气阻力大，在炉温波动时易形成管道及炉瘤。与此同时，由碱金属形成的凝结物掉落炉缸，降低炉缸温度，造成炉缸堆积，成为风渣口烧

4、坏的一个重要原因。高炉出现上述征兆时，往往造成压差升高崩悬料次数增多，渣、铁流动性变坏，引起炉况失常。23 侵蚀炉底和炉墙耐材高炉内碱蒸汽发生如下反应：2R+CO=R2O+C，生成的R2O与石墨炭同时渗入砖缝或砖衬气孔中而沉积，导致砖衬异常膨胀。此外，K2O与煤气中的CO2发生反应，生成K2CO3(熔点910，在有：Na2CO3存在时，熔点降低到700左右)，K2CO3的沉积作用和生成物使炉体砖产生内应力，降低炉体砖的强度最终引起砖衬疏松，再加上煤气流的作用等，致使砖衬易于剥落。承钢2500m3钒钛矿冶炼高炉基本上每隔3个月出现一次不明原因的炉况波动，虽然从工艺操作制度和入炉原燃料质量稳定上做

5、了不少工作，但是高炉炉况波动问题仍然没有解决。因此，对承钢2500m3钒钛矿冶炼高炉的入炉碱金属进行深入研究是十分必要的。3 技术思路及研究内容通过测定承钢高炉原燃料的碱金属含量、测算高炉入炉料碱金属负荷、计算高炉碱金属收支平衡、确定高炉合理的碱负荷临界值，最终制定高炉碱金属危害的预防及排碱措施。31 承钢高炉原燃料的碱金属含量表2为承钢高炉用原燃料的碱金属含量测定值，天福球、创远球中氧化钾含量约是华鑫球的3倍。32高炉入炉料碱负荷表3为高炉入炉料碱负荷测算，从表3可以看出：入炉碱金属主要由烧结矿和球团矿带入，其中碱负荷的5747是烧结矿带入、2487是球团矿带入，两者合计8234；高炉入炉碱

6、负荷为66384kgt，属于同行业高炉中偏高水平。33 高炉碱金属收支平衡表4为高炉碱金属收支平衡测算，从表4可以计算出：高炉的排碱率只有7858，排碱率偏低，存在碱金属在炉内循环富集的问题。34 高炉碱负荷合理临界值(1) 目前国内外部分高炉入炉碱金属负荷临界值如表5所示。表5 部分高炉入炉碱金属负荷临界值比较(2)不同高炉的临界值有差异，当碱金属投入量高于临界值水平时，高炉操作均会立即恶化，该值受燃烧温度、高炉温度分布、煤气压力、煤气速度、炉渣碱度、渣量、原燃料物理化学性质、操作水平控制等影响。随着高炉炼铁技术不断进步和原燃料质量的提高，渣量在减少，煤比在不断增加，焦炭负荷提高，焦炭在炉内

7、所承担的任务也越来越重，因此对入炉碱金属负荷(碱金属临界值)也应降低。从目前承钢高炉碱金属收支平衡表看，高炉最大排碱量为50166kgt。如果入炉碱负荷超过了该值，多余的部分将在高炉内循环富集，进一步恶化焦炭冶金性能、破坏炉况顺行、促使高炉燃料消耗升高、降低高炉寿命。基于高炉最大排碱能力，确定承钢高炉入炉碱负荷应不超过5kgt。35 对高炉碱金属危害的预防及排碱措施(1)预防措施。以高炉碱负荷5kgt为临界值，结合其他先进企业原燃料碱含量控制范围，初步制定承钢高炉入炉原燃料碱含量控制标准如下。烧结矿：Na2O+K2O022球团矿：Na2O+K2O02焦炭：Na2O+K2O03煤粉：Na2O+K

8、2O025以烧结矿碱金属含量022为临界值，结合其他先进企业入厂原料碱含量控制范围，初步制定承钢入烧原燃料碱含量控制标准如下。高品位钒粉：Na2O+K2O019普粉：Na2O+K2O014外矿：Na2O+K2O005杂料：Na2O+K2O045钙灰：Na2O+K2O035白煤：Na2O+K2O10焦粉：Na2O+K2O03烧结机机头三电场、四电场除尘灰外排，集中进行脱碱处理；要求入烧时：Na2O+K2O65，且配比不超过7kgt(2)排碱措施。排出碱金属的主要渠道是炉渣，炉渣中碱金属的质量分数约占入炉碱金属总量的8590。为进一步提高承钢高炉的排碱率，需要研究炉渣组成对其排碱能力的影响规律，从

9、而指导提高炉渣的排碱能力。韶钢在此项工作中有很多值得承钢借鉴和学习。表6为韶钢2006年69月排碱炉渣中炉渣碱度及碱金属含量均值。由表6可知，随着炉渣碱度升高，高炉的排碱率呈下降趋势；碱度越高，其排碱率越低，碱度低有利于高炉排碱。分析认为：为了提高排碱率，在生产合格生铁前提下，保持炉渣碱度在11以下是十分必要的。2012年2月底，为了减少高炉内参与循环的碱量，减小碱金属在炉内的不利影响，尽量提高炉渣的排碱能力，我们在新3号高炉推行了每隔1个月进行为期1周的定期排碱工作，排碱控制主要工艺参数如下。排碱期间炉渣碱度：10105排碱期间：S0080排碱期间炉温：Si+Ti 045065，物理热145

10、01470，炉温控制以物理热为主排碱期间：V 022023(高炉生矿配比提至7，烧结矿配比吃普粉比例提高15)4 推广应用进度从2011年6月起开始进行研究，8月份对入炉碱金属含量进行了主动控制，将烧结机三、四电场除尘灰进行单独存放，高炉瓦斯灰进行特殊加工处理后配入烧结原料，高炉的顺行较之前得到了较大提高，稳定周期得到了延长。2011年12月底，根据入厂原燃料的碱金属含量和供应数量，将碱金属含量偏差大的几种物料平衡匹配，消除同座高炉不同时期入炉碱负荷的波动和不同高炉碱负荷的偏差问题。2012年2月底，制定了高炉排碱方案，按照方案对新3#高炉(2500m3)进行了为期一周的排碱工作，排碱后高炉的

11、顺行得到了较大改善，3月份比2月份高炉燃料比降低了421 kgt、日产铁量提高了36998t、铁水一级品率提高了1294、Si+Ti均值降低了006。下一步将高炉排碱方案推广到另外2座2500m3高炉上，根据生产的实际情况，将排碱周期延长至2个月。5 实施效果承钢2500m3高炉生产实践表明，在没有控制入炉碱负荷前，因碱金属的循环富集每3个月炉况会发生一次波动，每次波动时间约3天、波动期间焦比升高70kgt、煤比降低25kgt，燃料比升高44kgt、产量降低1900td。自从高炉控制入炉碱负荷后，高炉炉况稳定周期提高至55个月以上，以新3#高炉为例，2010年7月至2011年7月因碱金属的循环

12、富集导致的高炉炉况波动如表7所示。通过对新3#高炉进行预防和排碱控制措施，每年创效益计算如下。平均每年波动次数：由4次减少到218次每次波动时间：325d波动期间每天产铁量：357416t波动期间焦比升高：7005kgt(单价2元kg)波动期间煤比降低量：-2527kgt(单价11元kg)波动期间焦丁比升高量：-047kgt(单价15元kg)每年波动成本升高量：由51856万元降到28285万元新3#高炉每年创效益为：51856万元28285万元=23571万元承钢炼铁厂3座2500m3高炉每年创效益：23571万元×3=70713万元707万元6 遗留问题(1)因承钢公司没有分析设备，高炉系统有害元素分析数据主要是依靠委托河北联合大学制样分析，存在分析成本高和试样数据不及时问题。以目前的有害元素检验量及时间，承钢炼铁厂5个车间的相关系统每半年才能对有害元素进行一次分析检测，建议承钢技术中心加快原燃料有害元素检测设备的引进。(2)虽然明确了高炉入炉有害元素的控制标准，做了对烧结机机头电场除尘灰和高炉瓦斯灰单独存放工作，但是没有对入口原燃料有害元素含量制定明确控制范围，同时电场除尘灰可能不做任何处理再次以精粉等铁料进入烧结工序。(3)高炉排碱工作仍需进一步完善，排碱周期仍需根据生产实践进行修订。7 结语(1)通过对高炉入炉碱负荷的