韓 磊
（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠）
摘 要 本文通過對包鋼煉鐵廠高爐原燃料中K、Na、Zn等有害元素含量分析，進(jìn)行投入和支出平衡計(jì)算，確定了高爐渣是排堿的重要途徑，除塵灰是排鋅的主要途徑。明確了通過進(jìn)行嚴(yán)格的原燃料管理，控制合適的爐溫，提高排爐渣堿率，優(yōu)化高爐裝料制度，保證中心氣流，強(qiáng)化穩(wěn)定操作是減少有害元素的循環(huán)富集的重要措施，有效的降低了有害元素對高爐的影響。
關(guān)鍵詞 高爐 有害元素 控制
近些年來隨著高爐煉鐵所用的原燃料資源緊張，以及經(jīng)濟(jì)料冶煉下，高爐爐料帶入的K、Na、Zn等有害元素含量逐步增加。同時(shí)部分煉鐵工序產(chǎn)生的塵泥又回收到鐵前燒結(jié)系統(tǒng)，再次進(jìn)入高爐，導(dǎo)致有害元素反復(fù)循環(huán)。本文通過對包鋼煉鐵廠高爐原燃料中K、Na、Zn等有害元素含量分析，進(jìn)行投入和支出平衡計(jì)算，確定了高爐渣是排堿的重要途徑，除塵灰是排鋅的主要途徑。明確了通過進(jìn)行嚴(yán)格的原燃料管理，控制合適的爐溫，提高排爐渣堿率，優(yōu)化高爐裝料制度，保證中心氣流，強(qiáng)化穩(wěn)定操作減少有害元素的循環(huán)富集等措施，有效的降低了有害元素對高爐的影響，保證高爐的穩(wěn)定順行。包鋼高爐長期使用一定比例白云鄂博自產(chǎn)礦，白云鄂博礦是世界上成分復(fù)雜的鐵礦，該礦共有71種元素和170多種礦物，高出普通礦數(shù)倍甚至10倍以上，含有氟、磷、鉀鈉等大量有害元素[1]，以2019年為例包鋼煉鐵廠高爐有害元素堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷含量偏高，堿負(fù)荷5.165kg/t，鋅負(fù)荷0.891kg/t，相比同行業(yè)鋼鐵企業(yè)堿負(fù)荷不超過3.0kg/t，鋅負(fù)荷不超過0.150kg/t，包鋼高爐堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。 （1）催化焦炭的熔損反應(yīng)。堿金屬提前并加劇CO2對焦炭的氣化反應(yīng)，主要表現(xiàn)是縮小間接還原區(qū)，擴(kuò)大直接還原區(qū)，進(jìn)而引起焦比升高，降低料柱透氣性特別是高爐軟熔帶“焦窗”的透氣性。（2）嚴(yán)重侵蝕爐襯。堿金屬會(huì)引起耐火材料異常膨脹，熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕，從而大大縮短了高爐內(nèi)襯的壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)脹裂爐缸、爐底鋼殼。（3）破壞高爐順行。鉀、鈉等堿金屬在高溫區(qū)汽化又在中低溫區(qū)凝聚，引起煤氣流阻塞，高爐料柱透氣性惡化，壓差梯度升高，如不適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度，會(huì)頻繁地引起高爐崩料、懸料甚至結(jié)瘤。（1）影響爐襯及風(fēng)口大套。鋅滲入高爐磚襯縫隙中，體積氧化膨脹，造成磚體疏松影響耐材壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞爐襯，甚至漲裂爐殼。此外，鋅在高爐風(fēng)口處沉積、滲入大套縫隙，引起大套上翹繼而出現(xiàn)開裂，包鋼高爐休風(fēng)時(shí)常從風(fēng)口取出的銀白色混合物經(jīng)化驗(yàn)為鋅，嚴(yán)重影響高爐壽命。（2）影響高爐原料質(zhì)量。高爐內(nèi)鋅的循環(huán)富集對爐料會(huì)產(chǎn)生很多不利的影響，鋅在高爐內(nèi)隨爐料下降過程中，大于907℃時(shí)變?yōu)殇\蒸汽，降低煤氣濃度和利用率，與焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（ZnO+C=CO+Zn），使焦炭的氣化反應(yīng)能力增強(qiáng)，反應(yīng)后強(qiáng)度降低，影響焦炭的質(zhì)量，造成焦比上升，導(dǎo)致鐵前成本升高。在爐身上部，鋅以氣體形式滲入焦炭和礦石的孔隙中，沉積后會(huì)堵塞表面空隙，影響料柱透氣性。另外，鋅氧化后體積膨脹會(huì)增加鐵礦石和焦炭的熱應(yīng)力，提高熟料的低溫還原粉化指數(shù)，降低焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度[2]。（3）影響高爐操作。鋅的沸點(diǎn)是907℃，鋅蒸汽會(huì)在高爐內(nèi)部冷凝、積聚，循環(huán)。最終在爐襯表面沉積，使?fàn)t墻結(jié)厚，甚至結(jié)瘤，惡化煤氣的通路，進(jìn)而導(dǎo)致高爐上部煤氣流紊亂，影響高爐操作，造成崩料、管道、懸料、爐況失常。通過對包鋼煉鐵廠兩個(gè)煉鐵作業(yè)部和兩個(gè)燒結(jié)作業(yè)部，從用料開始，對煉鐵廠有害元素的來源進(jìn)行取樣跟蹤和化驗(yàn)分析，分析結(jié)果如下：燒結(jié)含鐵原料中瓦斯灰、含鐵塵泥、轉(zhuǎn)爐除塵灰、自產(chǎn)礦中K2O、Na2O含量最高，ωK2O+ωNa2O分別達(dá)到2.414%、1.214%、1.874%、0.29%，輔料及燃料中石灰石粉、白云石粉中K2O、Na2O含量比較高，ωK2O+ωNa2O分別為0.297%、0.185%。燒結(jié)用料中瓦斯灰、污泥、除塵灰中Zn含量最高，分別為1.097%、0.379%、0.26%。鉀負(fù)荷分析，煉鐵一部爐料中西區(qū)球團(tuán)中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.51%，西區(qū)焦炭中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.94%，老系列煤粉中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.62%，燒結(jié)礦中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為54.31%。煉鐵二部新體系球團(tuán)中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.16%；自產(chǎn)焦炭中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.93%，新系列煤粉中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.81%，燒結(jié)礦中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為56.72%。鈉負(fù)荷分析，煉鐵一部爐料中西區(qū)球團(tuán)中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.97%，西區(qū)焦炭中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.47%，老系列煤粉中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.07%，燒結(jié)礦中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為59.79%。煉鐵二部新體系球團(tuán)中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.13%，自產(chǎn)焦炭中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.70%，新系列煤粉中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.87%。其中燒結(jié)礦中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為58.88%。鋅負(fù)荷分析，煉鐵一部爐料燒結(jié)礦中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為55.90%，西區(qū)球團(tuán)中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.22%。煉鐵二部燒結(jié)礦中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.80%，新體系球團(tuán)中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.74%，其它料較少。根據(jù)對煉鐵作業(yè)部堿金屬（鉀、鈉）和鋅金屬的平衡分析可知，堿金屬、鋅金屬主要由燒結(jié)礦和球團(tuán)礦帶入，其中燒結(jié)礦帶入的堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷占總量的1/2以上。球團(tuán)礦和焦炭是高爐堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷的另一重要收入項(xiàng)，尤其球團(tuán)礦的鋅含量達(dá)到總量的40%以上。加強(qiáng)原燃料的管理，做好高爐入爐料和燒結(jié)用料中堿金屬和鋅元素含量分析，計(jì)算有害元素收支情況，優(yōu)化燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的配料結(jié)構(gòu)，特別是嚴(yán)格控制廢物料配入量，其次改善燒結(jié)配料工藝和操作，保證配料均衡不偏析。做好燒結(jié)礦入廠原燃料的穩(wěn)定工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)跟上游采購部門反饋，盡可能配加低堿、低鋅礦石，從源頭上控制有害元素，提高有害元素的管理水平[3]。從有害元素平衡分析，結(jié)合入爐有害元素排出的特點(diǎn)，高爐操作應(yīng)該保證充足的中心氣流，均勻穩(wěn)定的邊緣氣流為爐內(nèi)氣流調(diào)節(jié)方向。同時(shí)滿足保證相對適宜的煤氣流速及溫度，才能保證排鋅工作順利進(jìn)行，真正減少鋅在爐內(nèi)的循環(huán)富集量。在日常操作中必須時(shí)刻觀察煤氣分布特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)氣流有偏向時(shí)，及時(shí)查找原因進(jìn)行裝料制度調(diào)整，保證一定比例的中心焦和大風(fēng)量、高頂壓操作，是真正的減少爐內(nèi)有害元素的循環(huán)富集的重要手段。（1）穩(wěn)定熱制度，控制合適的爐溫，規(guī)定煉鐵一部物理溫度1485～1515℃，煉鐵二部物理溫度1490～1520℃。在保持一定爐溫的情況下，隨著爐渣堿度的降低，高爐的排堿能力相應(yīng)的提高。（2）保持適宜的爐渣MgO含量，從而提高爐渣排堿率，所以渣中適當(dāng)提高M(jìn)gO含量，利于改善渣的流動(dòng)性有利于排堿。（3）進(jìn)行定期排堿操作，排堿期間做好爐渣、生鐵成分的檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)對比工作。通過對高爐有害元素產(chǎn)物的跟蹤分析，煉鐵一部高爐，爐渣排鉀率為54.99%，排鈉率為72.34%，布袋灰排鉀率為38.79%，排鈉率為22.21%，而重力、旋風(fēng)灰排鉀、鈉率只占5%左右，鋅排出率中布袋灰占76.47%，重力、旋風(fēng)灰占19.14%，高爐渣占4.35%。煉鐵一部高爐堿排出率為85.59%，鋅排出率為66.72%。煉鐵二部高爐渣排鉀率為68.35%，排鈉率為89.50%，布袋灰排鉀率為26.85%，排鈉率為8.35%，而重力、旋風(fēng)灰排鉀、鈉率＜5%，排鋅率中布袋灰排鋅率為65.06%，重力、旋風(fēng)灰排鋅率為13.78%，高爐渣排鋅率為8.57%。煉鐵二部高爐堿排出率為87.26%；鋅排出率為52.71%。（1）通過跟蹤、分析和平衡計(jì)算表明，燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和焦炭是高爐堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷的來源。其中燒結(jié)礦是堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷的主要收入項(xiàng)。只有優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)，減少高堿、高鋅原料的配比，只有從源頭抓起，才能有效的降低高爐入爐堿、鋅負(fù)荷。（2）爐渣是高爐排堿的主要途徑，重力灰、旋風(fēng)灰和布袋灰是高爐排鋅的主要途徑。（3）包鋼高爐目前有害元素的含量較高，各高爐必須做好定期排堿，同時(shí)適當(dāng)開放中心氣流，增加鋅的排放量，才能有效降低有害元素的循環(huán)富集，降低對高爐的影響。[1] 林東魯，李春龍，鄔虎林.白云鄂博特殊礦采選冶工藝攻關(guān)與技術(shù)進(jìn)步[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2007.[2] 陸隆文，李向偉，尹騰，等.大型高爐如何有效排鋅[N].中國冶金報(bào).2015-01-08（06）.[3] 韋彥勇，韓磊，等. 包鋼高爐有害元素現(xiàn)狀調(diào)查與應(yīng)對 [J].包鋼科技，2018，44（4）：36-38.
