摘要对宣钢高炉有害元素的危害进行了分析，并对有害元素在炉内的富集情况进行了取样分析和计算，提出了具体的应对措施。

关键词高炉有害元素原燃料炉渣碱度

1  引言

    K、Na、Zn等元素在高炉中循环富集对高炉生产危害极大，可以造成高炉悬料、结瘤、炉况不顺、消耗升高。多年前，宣钢一直使用庞家堡铁矿，K、Na、Zn等有害元素含量较高，高炉工作者通过不断优化原燃料，采取相应的高炉上下部调剂手段，适当降低碱度，以利于及时排碱，高炉中的碱金属和锌的危害得到基本控制。但是，近几年以来，由于庞家堡铁矿趋于贫矿，随着矿石资源的紧张，宣钢吃“百家饭”，精粉和燃料来源产地多，品种杂，K、Na、Zn等有害元素含量高低起伏不定，一是造成难以混匀搭配使用；二是造成高炉操作中不定期地排碱操作，难以掌握，对高炉生产造成一定的影响。

2对高炉的影响

    宣钢现有300 m³高炉4座，450 m³高炉1座，1 350m³高炉1座，新建1 800m³高炉1座。K、Na、Zn对宣钢高炉的危害主要有如下几方面。

2．1破坏原燃料的强度

    (1)破坏焦炭强度。碱金属的吸附首先从焦炭的气孔开始，而后逐渐向焦炭内部的基质扩散，随着焦炭在碱蒸汽内暴露时间的延长，碱金属的吸附量逐渐增多。向焦炭基质部分碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏了原有层状结构，产生层间化合物。当生成层间化合物时，会产生比较大的体积膨胀，结果是焦炭产生裂纹，进而使焦炭崩裂。碱金属对焦炭的冷强度影响不大，但碱金属会使焦炭的反应性(CRI)明显增加，焦炭的反应后强度将明显降低。焦炭质量的恶化会引起炉温的失常。

    (2)破坏烧结矿及球团矿的热态强度。高炉原料中所含的碱金属主要以硅铝酸盐或硅酸盐形式存在，炉料中的碱金属化合物落至高炉下部高温区时，一部分进入渣中；一部分还原成K、Na或生成KCN、NaCN气体，随煤气上升至CO₂浓度较高而温度辆的区域，除被炉料吸收及随煤气逸出者外，其余则CO₂重新氧化变为氧化物或碳酸盐，当有SiO₂存时可生成硅酸盐。反应生成的K₂CO₃、Na₂CO₃、K₂SiO₃、Na₂SiO₃、KCN、NaCN等都为液体或固体粉末状，粘在炉料上或被气体带走。被炉料粘附和吸收的碱金属化合物又随炉料下降，再次被氧化，如删环而积累。如果排碱能力不足，高炉中、上部炉料碱金属含量将远超过人炉前的水平。球团矿含碱属会引起“异常膨胀”而严重粉化。

    另外，铁矿石含有较多碱金属时，易生成低熔化合物而降低软化温度，使软熔带上移。高炉中、上部生成的液态或固态粉末状碱金属化合物(如K₂O、Na，O、ZnO等)能粘附在炉墙上，促使炉墙结厚或结瘤，或破坏砖衬。

2．2造成炉缸、炉底侵蚀速度加快

    锌常以ZnS形式存在于矿石中，有时也呈碳盐或硅酸盐形式。人炉后分解成为ZnO，随炉料降，在CO／CO2=1～5的条件下，于1 000 ℃以上的高温区还原成Zn。Zn的沸点为907℃，蒸发进人煤气，升至高炉中部又被氧化成ZnO，一部分随煤逸出，另一部分粘附在炉料上，又下降而被还原、汽化，形成循环。K、Na侵蚀机理为生成的液态或固态粉状碱金属化合物能粘附在炉衬上破坏砖衬，Zn侵蚀机理为Zn蒸汽渗入砖衬缝隙中，冷凝并氧化成ZnO，体积膨胀损坏内衬。

    8号高炉于2003年11月20日由1 260 m³扩容至1 350m³开炉进人第三代炉役的。在大修扒炉料过程当中，在从13号风口下方陶瓷杯与最上层炭砖之间(标高ll m)发现有渣铁凝结物，随着扒料下移，陆续在14、15、16、17、18号风口下方环炭砖与陶瓷杯之间发现凝铁，一直向下延伸到炉底部，已侵蚀到密封板上捣打料的上表面，13～18号风口下方渣铁凝结物附近发现有大量的黄白色的凝结物，取样化验分析主要成分为ZnO。所以，分析是Zn蒸汽可渗入砖衬缝隙中，冷凝并氧化成．ZnO，体积膨胀损坏内衬，从而导致砖衬渗铁的。铁水从渣口组合砖与炭砖及陶瓷杯的接缝处渗入并向下及两边延伸，铁凝结物致使紧贴冷板的模压小炭块向外扩展，造成炉皮的频繁开焊和开裂。

  从炉缸和炉底耐火材料中的相关部位进行了取样，取出的样品金属和炉渣，含有害金属比较高的部位及成分见表1、表2。

  由以上统计可以看出：金属样品中的有害金属大部分富集在15～18号风口之间，渣口附近区域，其次为炉底中心部位，说明侵蚀部位越严重越富集，有可能有害金属的富集加剧了炉衬的侵蚀；炉渣中的有害金属也大部分富集在东侧13—16号风口之间，渣口附近区域，其次为西大门附近区域、炉底中心、铁口区部位，与金属中的有害金属分布大致相同，也说明侵蚀部位越严重越富集，有可能有害金属的富集加剧了炉衬的侵蚀。

2．3造成风口二套变形

  休风更换风口二套时发现，风口二套的前端上方有变形，在变形处上方的渣铁混合物中有黄白色的凝结物，取样分析Zn含量在99％左右。而且，表现出顶压越高，Zn在风口区域富集的越多，这是因为较高的顶压抑制了ZnO随煤气的逸出所致。

2．4煤气除尘管路易堵塞

    随煤气逸出的ZnO，能在上升管和下降管凝集，产生堵塞。

    Zn凝集的温度随煤气中Zn的浓度、环境气氛及压力不同而异，在500℃左右，CO₂浓度高时很容易凝集。另外，除尘灰发粘，布袋易“结露”，卸灰困难，原因仍与锌含量高有关。

2．5煤气切断阀易卡死

    8号高炉的重力除尘器大闸关不严，煤气调压阀组处的高插1号阀也关不严，导致高炉休风时，煤气倒回到炉顶形成正压，煤气从点火人孔往外喷火，使得炉顶点火困难，分析结果仍然是煤气中含锌量过高，阀杆粘结所致。

3有害元素的来源

    为了解8号高炉及中型高炉K、Na、Pb、zn在高炉内的富集情况，2004年2月对8号高炉及中型高炉的入炉料(烧结矿、球团矿、焦炭、煤粉)及产出物(渣、铁、瓦斯灰)进行了取样，并送北京矿冶研究总院分析各物料的K、Na、Pb、Zn含量。根据分析结果及2月物料消耗及产出情况，计算结果见表3、表4。

  通过上述数据及计算结果可以看出：2004年月份8号高炉Na、Zn元素在炉内是一个富集的过程，而K、Pb元素则是排出的过程；中型炉K、Na、Ph、Zn在2月份是一个排出的过程。所以，8号高炉在日常操作中应该注意适当降低炉渣二元碱度排碱，而为了保证降低生铁含硫，可适当提高三元碱度，即提高(MgO)含量在10％～12％。

4对策

    (1)改善操作，提高(MgO)含量，降低炉渣元碱度，增大炉渣排碱能力。MgO由原来的9％～10％提高到10％～12％，炉渣的流动性及热量在同等条件下改善，排碱能力增强。

    (2)不定期地根据炉体温度、冷板水温差变化以及炉况表现，适当地疏松边缘，防止炉墙结厚。

    (3)对有害元素的高低不同的精粉，尽力搭配使用，降低危害。