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摘 要 2021年，由于入爐原料堿負荷和鋅負荷偏高，應對有害元素排出不足，爐內堿金屬和鋅元素循環富集，致使爐墻頻繁結厚，導致高爐爐內氣流不暢，頻繁出現難行懸料，所以高爐的各項經濟指標較差。2022年通過對有害元素入爐管控以及采取高爐排堿排鋅等措施，高爐處于穩步提產降耗的狀態，2022年5月份高爐各項指標均達到歷史最好水平。
關鍵詞 堿金屬 危害 措施
1 概況
通鋼現有兩座高爐分別為2號高爐和3號高爐，兩座高爐有效容積均為2680m3,設計產能均為220萬噸/年。2021年因對有害元素入爐疏于管控，導致高爐由于堿金屬在爐內循環富集頻繁發生爐墻結厚，高爐多次采取熱洗爐措施處理結厚，這樣不僅生鐵產量損失較大，燃料消耗顯著增加，生鐵成本損失嚴重。2022年通過對有害元素入爐管控以及采取高爐排堿排鋅等措施，使得高爐處于穩步提產降耗的狀態。
2 有害元素對高爐生產影響
對高爐產生危害的有害元素K、Na、Zn等，進入高爐后由于在爐內循環富集對高爐生產產生不利影響。
2.1 堿金屬和鋅元素在高爐內循環富集原理
K、Na的沸點為799℃和882℃。堿金屬的氧化物在爐身中溫區還原出堿金屬蒸氣，隨煤氣流上升，與爐料中的礦物結合生成堿的氰化物、碳酸鹽和硅酸鹽等。再隨爐料返回到高爐下部高溫區，又被還原成堿金屬蒸氣上升，除部分隨煤氣和溶解于渣鐵中排出爐外，其余相當一部分在爐內上部和下部之間循環富集。
Zn在1000℃以上高溫區域，爐料中的鋅化合物被CO還原為氣態鋅，氣態鋅隨煤氣上升，部分排出爐外，部分冷凝附著在爐料上被氧化為ZnO,隨爐料下降并在爐內循環富集。
2.2 有害元素對高爐生產的危害
（1）堿金屬對焦炭冷強度影響較小，但對焦炭熱強度影響較明顯，堿金屬侵入到石墨內部破壞原有的層狀結構而生成一種層間化合物，例如KC、KC6，產生較大的體積膨脹，導致焦炭產生裂紋而崩裂，同時K對焦炭的侵蝕程度高于Na對焦炭的侵蝕程度。（2）堿金屬氰化物在爐身上部氧化使爐襯渣化，在爐襯表面形成堿金屬渣，堿金屬渣具有一定的粘稠性，容易吸附爐料中的小顆粒，形成一種粘稠的渣相吸附更多的堿金屬。堿金屬蒸氣也易與爐料渣化形成稠化物，可以附著在薄的鐵層上促進爐瘤的長大。
（3）通過爐襯空隙滲入到高爐不同部位，引起硅鋁質耐火材料異常膨脹，耐材剝落和嚴重侵蝕，縮短高爐壽命。
（4）鋅蒸氣冷凝，同風口組合磚內耐火材料發生化學反應，體積膨脹，風口中套變形和上翹，導致風口漏風，改變高爐的送風參數。
（5）堿金屬加劇球團礦產生異常膨脹，還原性顯著降低，還原粉化加劇，高爐料柱透氣性降低，氣流分布失常，高爐頻繁發生崩料、懸料，導致高爐利用系數降低，燃料消耗增加。
3 高爐有害元素現狀
從表可以看出2021年平均堿負荷3.19kg/t較國家標準＜3kg/t高0.19kg/t，平均鋅負荷0.45kg/t較國家標準0.15kg/t高0.3kg/t。2022年通過對入爐有害元素管控，平均堿負荷降至2.47kg/t，平均鋅負荷降至0.21kg/t。
表1 2021年-2022年5月高爐堿負荷及鋅負荷統計表
項目
堿負荷kg/t
鋅負荷kg/t
時間
2#高爐
3#高爐
平均
2#高爐
3#高爐
平均
2021年1月份
3.44
3.40
3.42
0.63
0.52
0.58
2021年2月份
3.74
3.66
3.70
0.53
0.65
0.59
2021年3月份
3.62
3.58
3.60
0.47
0.62
0.55
2021年4月份
3.76
3.76
3.76
0.38
0.40
0.39
2021年5月份
3.73
3.69
3.71
0.48
0.51
0.50
2021年6月份
3.70
3.75
3.73
0.45
0.47
0.46
2021年7月份
3.78
3.83
3.81
0.47
0.45
0.46
2021年8月份
3.75
3.74
3.75
0.40
0.45
0.42
2021年9月份
2.24
2.01
2.13
0.29
0.41
0.35
2021年10月份
2.09
2.05
2.07
0.29
0.31
0.30
2021年11月份
2.35
2.21
2.28
0.36
0.32
0.34
2021年12月份
2.19
2.41
2.30
0.43
0.47
0.45
2021年平均
3.20
3.17
3.19
0.43
0.47
0.45
2022年1月份
2.08
2.29
2.19
0.18
0.19
0.18
2022年2月份
2.58
2.78
2.68
0.22
0.23
0.23
2022年3月份
2.54
2.68
2.61
0.17
0.18
0.18
2022年4月份
2.67
2.96
2.81
0.18
0.18
0.18
2022年5月份
1.98
2.18
2.08
0.29
0.27
0.28
2022年1-5月份平均
2.37
2.58
2.47
0.21
0.21
0.21
圖1 2021年-2022年5月高爐堿負荷及鋅負荷變化趨勢圖
4 有害元素主要來源
（1）鋅元素主要來源
高爐入爐料鋅元素帶入，主要來源為燒結礦原料帶入和系統內部循環，燒結礦帶入比例達到64.19%。
①原料帶入主要為國內礦、進口非主流礦、塊礦等。
②系統內部循環主要包括高爐布袋灰、重力除塵灰、燒結除塵灰、煉鋼轉爐泥、粗顆粒等。
（2）堿金屬主要來源
高爐入爐料堿金屬帶入，主要來源為入爐燃料，其中焦炭和焦丁帶入37.48%，噴吹煤帶入17.8%。
表3 各種入爐原燃料有害元素帶入量
入爐品種
品位
噸鐵單耗
鋅含量
堿金屬含量
鋅負荷
堿負荷
燒結礦
55.60%
1.348
0.010%
0.065%
0.135
0.876
球團礦
63.43%
0.282
0.013%
0.066%
0.037
0.186
塊礦1
53.49%
0.041
0.028%
0.053%
0.011
0.022
塊礦2
65.60%
0.049
0.005%
0.035%
0.002
0.017
礦重
57.12%
36.94
0.000
0.000
干熄焦
0.192
0.005%
0.205%
0.010
0.394
水熄焦
0.122
0.005%
0.205%
0.006
0.251
外購焦
0.035
0.005%
0.440%
0.002
0.154
焦丁
0.062
0.005%
0.205%
0.003
0.128
煤粉
0.157
0.003%
0.280%
0.005
0.440
焦批重合計
0.569
0.21
2.47
表4 各種入爐原燃料有害元素占比
項目
燒結礦
球團礦
塊礦1
塊礦2
干熄焦
水熄焦
外購焦
焦丁
煤粉
鋅負荷（%）
64.19
17.44
5.41
1.18
4.57
2.91
0.83
1.48
2.24
堿負荷（%）
35.48
7.53
0.87
0.69
15.94
10.15
6.22
5.17
17.80
圖1 入爐鋅負荷占比 圖2入爐堿負荷占比
5 有害元素控制對策
（1）控制有害元素的來源，一是高爐布袋灰配入燒結工序前提前進行脫鋅處理，降低布袋灰鋅含量。二是根據燒結礦鋅含量及堿金屬含量選擇轉爐泥配入量。三是嚴控地方鐵粉及進口非主流礦有害元素達到控制標準。
（2）定期排堿排鋅，高爐本體排出有害元素主要通過兩個途徑實現，第一，主要通過爐渣排出爐外，第二，主要從爐頂伴隨煤氣排出爐外。其中堿金屬主要通過爐渣排出，高爐操作通過降低爐渣堿度（控制爐渣堿度1.1-1.12倍），提高爐渣中SiO2含量抑制K2O和Na2O還原，提高鐵水溫度1500℃以上，保證鐵水熱量充足，提高爐渣的排堿能力。鋅主要通過爐頂伴隨煤氣排出爐外，充分發展中心氣流，提高煤氣流速，促進鋅元素的排出。保證有害元素排出率達到100%。
6 結語
（1）目前對有害元素對高爐的危害得到充分認識，2021年前由于對有害元素對高爐的危害認識不足，導致通鋼高爐生產比較被動，經濟損失巨大。
（2）2022年通過對有害元素入爐管控以及采取高爐排堿排鋅等措施，高爐處于穩步提產降耗的狀態，2022年5月份高爐各項指標均達到歷史最好水平。
（3）面對目前不利的市場形勢，迫于成本壓力及工藝物料發生量，需配入部分有害元素偏高的經濟原料和工藝物料，采取措施排出有害元素至關重要，控制低爐渣堿度、鐵水物理熱對有害元素排出有利。
7 參考文獻
1.李肇毅.寶鋼高爐鋅危害及其抑制[J].寶鋼技術.2002,（6）：18-20
2.王筱留.有害元素對高爐危害、含量和有效預防措施
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