韩 磊
（内蒙古包钢钢联股份有限公司炼铁厂）
摘 要 本文通过对包钢炼铁厂高炉原燃料中K、Na、Zn等有害元素含量分析，进行投入和支出平衡计算，确定了高炉渣是排碱的重要途径，除尘灰是排锌的主要途径。明确了通过进行严格的原燃料管理，控制合适的炉温，提高排炉渣碱率，优化高炉装料制度，保证中心气流，强化稳定操作是减少有害元素的循环富集的重要措施，有效的降低了有害元素对高炉的影响。
关键词 高炉 有害元素 控制
近些年来随着高炉炼铁所用的原燃料资源紧张，以及经济料冶炼下，高炉炉料带入的K、Na、Zn等有害元素含量逐步增加。同时部分炼铁工序产生的尘泥又回收到铁前烧结系统，再次进入高炉，导致有害元素反复循环。本文通过对包钢炼铁厂高炉原燃料中K、Na、Zn等有害元素含量分析，进行投入和支出平衡计算，确定了高炉渣是排碱的重要途径，除尘灰是排锌的主要途径。明确了通过进行严格的原燃料管理，控制合适的炉温，提高排炉渣碱率，优化高炉装料制度，保证中心气流，强化稳定操作减少有害元素的循环富集等措施，有效的降低了有害元素对高炉的影响，保证高炉的稳定顺行。包钢高炉长期使用一定比例白云鄂博自产矿，白云鄂博矿是世界上成分复杂的铁矿，该矿共有71种元素和170多种矿物，高出普通矿数倍甚至10倍以上，含有氟、磷、钾钠等大量有害元素[1]，以2019年为例包钢炼铁厂高炉有害元素碱负荷、锌负荷含量偏高，碱负荷5.165kg/t，锌负荷0.891kg/t，相比同行业钢铁企业碱负荷不超过3.0kg/t，锌负荷不超过0.150kg/t，包钢高炉碱负荷、锌负荷已经严重超标。 （1）催化焦炭的熔损反应。碱金属提前并加剧CO2对焦炭的气化反应，主要表现是缩小间接还原区，扩大直接还原区，进而引起焦比升高，降低料柱透气性特别是高炉软熔带“焦窗”的透气性。（2）严重侵蚀炉衬。碱金属会引起耐火材料异常膨胀，热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短了高炉内衬的寿命，严重时还会胀裂炉缸、炉底钢壳。（3）破坏高炉顺行。钾、钠等碱金属在高温区汽化又在中低温区凝聚，引起煤气流阻塞，高炉料柱透气性恶化，压差梯度升高，如不适当控制冶炼强度，会频繁地引起高炉崩料、悬料甚至结瘤。（1）影响炉衬及风口大套。锌渗入高炉砖衬缝隙中，体积氧化膨胀，造成砖体疏松影响耐材寿命，严重时会破坏炉衬，甚至涨裂炉壳。此外，锌在高炉风口处沉积、渗入大套缝隙，引起大套上翘继而出现开裂，包钢高炉休风时常从风口取出的银白色混合物经化验为锌，严重影响高炉寿命。（2）影响高炉原料质量。高炉内锌的循环富集对炉料会产生很多不利的影响，锌在高炉内随炉料下降过程中，大于907℃时变为锌蒸汽，降低煤气浓度和利用率，与焦炭发生化学反应（ZnO+C=CO+Zn），使焦炭的气化反应能力增强，反应后强度降低，影响焦炭的质量，造成焦比上升，导致铁前成本升高。在炉身上部，锌以气体形式渗入焦炭和矿石的孔隙中，沉积后会堵塞表面空隙，影响料柱透气性。另外，锌氧化后体积膨胀会增加铁矿石和焦炭的热应力，提高熟料的低温还原粉化指数，降低焦炭的反应后强度[2]。（3）影响高炉操作。锌的沸点是907℃，锌蒸汽会在高炉内部冷凝、积聚，循环。最终在炉衬表面沉积，使炉墙结厚，甚至结瘤，恶化煤气的通路，进而导致高炉上部煤气流紊乱，影响高炉操作，造成崩料、管道、悬料、炉况失常。通过对包钢炼铁厂两个炼铁作业部和两个烧结作业部，从用料开始，对炼铁厂有害元素的来源进行取样跟踪和化验分析，分析结果如下：烧结含铁原料中瓦斯灰、含铁尘泥、转炉除尘灰、自产矿中K2O、Na2O含量最高，ωK2O+ωNa2O分别达到2.414%、1.214%、1.874%、0.29%，辅料及燃料中石灰石粉、白云石粉中K2O、Na2O含量比较高，ωK2O+ωNa2O分别为0.297%、0.185%。烧结用料中瓦斯灰、污泥、除尘灰中Zn含量最高，分别为1.097%、0.379%、0.26%。钾负荷分析，炼铁一部炉料中西区球团中K2O的质量分数为28.51%，西区焦炭中K2O的质量分数为12.94%，老系列煤粉中K2O的质量分数为3.62%，烧结矿中K2O的质量分数最高为54.31%。炼铁二部新体系球团中K2O的质量分数为25.16%；自产焦炭中K2O的质量分数为13.93%，新系列煤粉中K2O的质量分数为3.81%，烧结矿中K2O的质量分数最高为56.72%。钠负荷分析，炼铁一部炉料中西区球团中Na2O的质量分数为18.97%，西区焦炭中Na2O的质量分数为15.47%，老系列煤粉中Na2O的质量分数为5.07%，烧结矿中Na2O的质量分数最高为59.79%。炼铁二部新体系球团中Na2O的质量分数为20.13%，自产焦炭中Na2O的质量分数为15.70%，新系列煤粉中Na2O的质量分数为4.87%。其中烧结矿中Na2O的质量分数最高为58.88%。锌负荷分析，炼铁一部炉料烧结矿中Zn的质量分数最高为55.90%，西区球团中Zn的质量分数为42.22%。炼铁二部烧结矿中Zn的质量分数为72.80%，新体系球团中Zn的质量分数为24.74%，其它料较少。根据对炼铁作业部碱金属（钾、钠）和锌金属的平衡分析可知，碱金属、锌金属主要由烧结矿和球团矿带入，其中烧结矿带入的碱负荷、锌负荷占总量的1/2以上。球团矿和焦炭是高炉碱负荷、锌负荷的另一重要收入项，尤其球团矿的锌含量达到总量的40%以上。加强原燃料的管理，做好高炉入炉料和烧结用料中碱金属和锌元素含量分析，计算有害元素收支情况，优化烧结矿、球团矿的配料结构，特别是严格控制废物料配入量，其次改善烧结配料工艺和操作，保证配料均衡不偏析。做好烧结矿入厂原燃料的稳定工作，发现异常及时跟上游采购部门反馈，尽可能配加低碱、低锌矿石，从源头上控制有害元素，提高有害元素的管理水平[3]。从有害元素平衡分析，结合入炉有害元素排出的特点，高炉操作应该保证充足的中心气流，均匀稳定的边缘气流为炉内气流调节方向。同时满足保证相对适宜的煤气流速及温度，才能保证排锌工作顺利进行，真正减少锌在炉内的循环富集量。在日常操作中必须时刻观察煤气分布特点，发现气流有偏向时，及时查找原因进行装料制度调整，保证一定比例的中心焦和大风量、高顶压操作，是真正的减少炉内有害元素的循环富集的重要手段。（1）稳定热制度，控制合适的炉温，规定炼铁一部物理温度1485～1515℃，炼铁二部物理温度1490～1520℃。在保持一定炉温的情况下，随着炉渣碱度的降低，高炉的排碱能力相应的提高。（2）保持适宜的炉渣MgO含量，从而提高炉渣排碱率，所以渣中适当提高MgO含量，利于改善渣的流动性有利于排碱。（3）进行定期排碱操作，排碱期间做好炉渣、生铁成分的检验和统计对比工作。通过对高炉有害元素产物的跟踪分析，炼铁一部高炉，炉渣排钾率为54.99%，排钠率为72.34%，布袋灰排钾率为38.79%，排钠率为22.21%，而重力、旋风灰排钾、钠率只占5%左右，锌排出率中布袋灰占76.47%，重力、旋风灰占19.14%，高炉渣占4.35%。炼铁一部高炉碱排出率为85.59%，锌排出率为66.72%。炼铁二部高炉渣排钾率为68.35%，排钠率为89.50%，布袋灰排钾率为26.85%，排钠率为8.35%，而重力、旋风灰排钾、钠率＜5%，排锌率中布袋灰排锌率为65.06%，重力、旋风灰排锌率为13.78%，高炉渣排锌率为8.57%。炼铁二部高炉碱排出率为87.26%；锌排出率为52.71%。（1）通过跟踪、分析和平衡计算表明，烧结矿、球团矿和焦炭是高炉碱负荷、锌负荷的来源。其中烧结矿是碱负荷、锌负荷的主要收入项。只有优化配料结构，减少高碱、高锌原料的配比，只有从源头抓起，才能有效的降低高炉入炉碱、锌负荷。（2）炉渣是高炉排碱的主要途径，重力灰、旋风灰和布袋灰是高炉排锌的主要途径。（3）包钢高炉目前有害元素的含量较高，各高炉必须做好定期排碱，同时适当开放中心气流，增加锌的排放量，才能有效降低有害元素的循环富集，降低对高炉的影响。[1] 林东鲁，李春龙，邬虎林.白云鄂博特殊矿采选冶工艺攻关与技术进步[M].北京：冶金工业出版社.2007.[2] 陆隆文，李向伟，尹腾，等.大型高炉如何有效排锌[N].中国冶金报.2015-01-08（06）.[3] 韦彦勇，韩磊，等. 包钢高炉有害元素现状调查与应对 [J].包钢科技，2018，44（4）：36-38.
