铁矿石尤其是富矿资源不断减少,其中有害杂质元素含量不断加大;高炉生产过程中为降低成本,有害金属元素进一步富集等等都是未来高炉生产技术人员面临的重要课题。目前,主要采取的应对措施有如下:
一、少吃:制定标准控制入炉负荷,减少有害元素进入高炉。
各个高炉会对原燃料中的成分制定相应的控制标准,其中有害杂质元素是其中重要的一项,下表是一些炼铁高炉原料中对碱金属和锌金属元素元素控制标准。
表:入炉碱金属、锌元素控制标准

表:部分大高炉碱金属、Zn元素控制标准

二、排出:通过一定的冶炼手段尽可能排出多的有害金属元素,减少对高炉的影响。
碱平衡是高炉冶炼过程中入炉的碱负荷和排除的碱金属量的明细表,有效的排出高炉内的碱金属,尽量的控制好自身的碱平衡,对每一座高炉冶炼而言是至关重要的。碱金属的排出主要是通过炉渣。但是炉渣的排碱能力受多方面的限制,如炉渣碱度,渣中二氧化硅的含量以及渣中Mg0的含量等等。
有分析认为:炉渣排碱能力好的时候可以排出入炉碱量的95%,差的时候却只有65-80%。而从炉顶煤气及炉尘排出的碱金属量少且波动很小,波动一般小于S%。
其中Zn、Pb无法通过炉渣排出,只能限制入炉数量。例如:将高炉布袋灰、炼钢污泥等不再加入烧结矿。对于碱金属的排出,主要手段是降低炉渣碱度,是K2O,Na2O与SiO2结合形成硅酸盐随炉渣排出炉外。从理论上分析,为排除90%以上的碱,炉渣碱度应控制在0.85-0.90;降低炉渣碱度的同时提高渣中(MgO)含量以同时满足排碱脱硫的要求,在三元碱度m(CaO+MgO)/m(SiO2)保持不变时用5%MgO代替5%CaO,炉渣排碱能力可提高20%。在实际生产过程中不可能完全按照此方法进行,需要兼顾经济效益和排碱效果,往往采用定期排碱操作,适度降低炉内碱金属富集。
高炉制定的排碱技术方案节选如下:
1、排碱实施技术方案:
(1)11月27日8:00,高炉调整炉料结构,两座高炉实际炉渣碱度降至1.11~1.14,高炉开始排碱。后期根据烧结矿仓存情况和排碱方案要求,适当调整结矿碱度中线。
(2)高炉排碱期间,铁水[Si]严格按照操作规范控制,铁水温度按照1470~1500℃控制,铁水[S]含量不超过0.06%,否则及时、适当上调碱度。
(3)高炉排碱周期15天。
(4)排碱方案实施前一天,高炉炉渣和各种除尘灰作为基准样,以后每天取一个,送质检中心做碱金属成分检测,请质量部配合安排。
(5)排碱初期,高炉要保持顺稳,原则上不做加重焦炭负荷的调整,避免发生因操作上适应不当而导致的质量事故。待炉渣碱度和[S]稳定后根据炉况再考虑加重焦炭负荷的调整。
2、高炉排碱期间注意事项:
(1)高炉排碱期间,密切注意炉缸炉衬温度及水温差变化情况,防止炉渣碱度降低造成渣铁流动性增强,加剧炉缸炉衬的侵蚀。
(2)高炉排碱期间,密切注意铁水质量问题,以及炼钢工序对铁水[S]含量升高等的承受能力,特殊情况下,请制造部、质量部、经营部协调解决。高炉排碱期间,建议不对高炉铁水一级品率、不合格品率进行考核。
(3)高炉排碱期间,高炉必须保证炉况顺行稳定,以确保排碱工作取得预期效果。
三、资源回收技术,回收对高炉有害的碱金属、锌、铅等金属元素。
如:转底炉工艺技术,是目前工业应用最多的技术。根据其工艺特点,应用较广有Fastmet、Inmetco等工艺。都是将含锌粉尘、煤粉和粘结剂混合造球,经过干燥后,在转底炉内还原,但在装料、烧嘴形式、炉温分布、金属收集、运输设备以及高温废气热量利用等方面不同,均可实现含锌粉尘的再利用。国内马鞍山钢铁公司建设有年处理能力20万吨生产线,采用新日铁技术。钢铁研究总院与日照钢铁公司开发设计了年处理20万吨含锌粉尘转底炉2台等等。
许多科技工作者也对碱金属的回收做了大量研究。如“烧结电除尘灰绿色利用工艺”,无废水、废气排放,获得农用硫酸钾产品,去除有害元素的铁精粉直接作为烧结工序的原料,实现烧结电除尘灰的无害化处理与有价元素的综合利用。