碱金属对2500m3钒钛矿冶炼高炉危害及其应对措施

关键词 碱金属 2500m3钒钛矿冶炼高炉 危害 应对措施

1 前言

我们承钢拥有世界上最大的钒钛矿冶炼高炉，而新三号高炉又是最后投产的，较之新四和五号高炉来说，设备更加完善，设计更加合理，配备有储铁式大沟、十字测温、铜冷旁通中部调水装置等实用设备和先进技术，近几年承钢飞速发展同时，炼铁厂也在与时俱进，不论从规模还是从技术指标，还是从人员素质都有了极大的提高，尤其新三号高炉更是走在了发展的最前沿，低硅钛冶炼、大矿批矿焦同角、煤气利用率大幅提高、炉况长周期稳定等方面取得了良好的成绩，但对碱金属危害控制还处于起步阶段，或者是刚刚认识到了重要性但还没有形成符合实际要求的、与时俱进的、成体系的理论，而且现实中碱金属危害严重制约着我们高炉长周期稳定，由于其循环富集导致一定周期高炉较大幅度莫名波动，其实就是碱害影响。基于此，我们立此研究项目，要通过研究，实践总结出大高炉钒钛矿冶炼情况下碱金属富集危害周期、现象、应对措施及最佳预防方案，并且要和上下部制度相配合，形成一整套完整调剂理论指导实践，并且要向上游工艺延伸探究其预防办法，从而稳定煤气流实现高炉长周期稳定，同时也要实现提高煤气利用率将低消耗的目的。

2 关键技术及创新

2.1 碱金属的影响

2.1.1 对烧结矿的影响

（1）还原性

碱金属能提高烧结矿的还原性能，其主要原因是碱金属对还原反应的催化作用及碱金属能增加烧结矿的气孔率。从这一方面来看，碱金属对降低焦比是有利的，但其作用有限。

（2）软熔性能

高炉冶炼时要求烧结矿具有较高的软熔温度和较窄的软熔温度区间，使高炉内的软熔带处于较低的位置。当烧结矿碱度相同时，烧结矿中碱金属含量越高，其软熔温度越低。原因在于碱金属含量高时，将会和其它化合物反应而生成一些低熔点物质，从而使烧结矿软熔温度明显降低。而钒钦烧结矿高炉冶炼过程中钙、铁、硅的氧化物在还原气氛下固液反应生成的低熔点化合物钙铁橄榄石数量有限，其滴落温度升高，从而使软熔温度区间变宽。

（3）还原粉化性能

碱金属含量对低温还原粉化率影响较小，对中温还原粉化率则影响显著。随着碱金属含量的增加，烧结矿的中温还原粉化率增加。原因在于炉料中碱金属氧化物含量的增加，加速了炉料还原过程的晶形转变(Fe2O3三方晶系~Fe304立方晶系)，导致炉料体积膨胀，产生粉末，另外，K，N。挥发物冷凝沉积后与其他物料反应也使粉化率增加。

2.1.2 球团矿性能

碱金属具有催化作用，能促进球团矿的还原，但过量的碱金属会使球团矿膨胀，甚至出现开裂，强度变差等。恶化高炉料柱透气性来破坏高炉的顺行，从而导致焦比的升高。

2.1.3 焦炭性能

高炉解剖试验发现，焦炭的气孔中被钾、钠侵入，钾、钠在焦块中心的富集量较外围大，说明焦炭会吸附煤气中的碱金属使其本身的含碱量增加。碱金属对焦炭气孔壁产生侵蚀，使焦炭表面裂开和剥落;碱金属对焦炭气化反应的催化作用加速焦炭的解体。对攀钢焦炭进行的抗碱侵蚀实验表明，碱含量从1%升高到7%，焦炭反应性(CRI)升高，反应后强度(CSR)降低，特别是碱含量超过3%时，焦炭性能变化的速度较快。

2.2 减少排除碱金属不良影响

（1）采用低硫、低碱的铁矿石烧结，合理配矿，减少人炉碱负荷。

（2）适当增加烧结矿中MgO的含量，提高烧结矿强度，高MgO烧结矿的软化开始温度比高碱度烧结矿高70-140℃;并且软化温度区间窄，低温还原粉化率低，有利于高炉改善透气性。

（3）在烧结过程中加人CaC12对烧结矿进行氯化脱碱。CaC12既有利于提高烧结矿强度，又能与碱金属反应生成KCl和NaCl而形成蒸汽随烧结废气排出。对成品烧结矿进行卤化物喷洒虽不能去除碱金属，但能有效地降低烧结矿还原粉化率，改善料柱透气性，也不失为控制碱害的良策之一。

2.3 提高炉渣的排碱能力

高炉内碱金属主要通过高炉渣排出炉外，占排出总碱量的94%以上，因此，提高炉渣的排碱能力是减轻高炉碱金属危害的主要方法。在提高炉渣排碱能力时要特别注意控制好炉温和炉渣的碱度。条件允许时，尽量保持低炉温、低碱度操作。炉渣碱度降低，使SiO2和TiO2的活度增

大，从而抑制了碱金属硅钦酸盐的高温还原，使渣的溶碱能力提高。在总碱度不变的情况下，以MgO代替CaO造渣也有利于炉渣排碱。另一方面，可以考虑在炉料中加人硅石，改善K，Na与Si的反应条件，生成比较稳定且容易进渣的K(Na)2SiO3，使炉渣带走更多的碱金属。

2.4 及时放渣

高炉渣的及时排放对高炉的正常生产和排碱至关重要，一方面由于，碱金属在炉渣中均以固溶体的形式存在于各种物相中。及时放渣有利于碱金属的排出;另一方面可以缩短含碱炉渣与炉缸焦炭反应的时间，减少碱金属的还原和挥发。再者及时放渣有助于渣铁的分离。炉渣在炉内停留时间长，渣中TiO:在高温条件下生成TiC，TiN等高熔点化合物，这些化合物以固体状态浮于液体渣中，使炉渣枯度增大，造成渣铁分离困难。因此，及时放渣对排出碱金属和降低铁损具有重要意义。

2.5 改善焦炭热性能

改善焦炭的热性能向焦炭中添加钝化剂（硼酸等），可以改善焦炭的热性能，尤其是中等强度焦炭的改善效果较明显。其机理是硼酸对焦炭的二氧化碳溶损反应具有负催化剂作用，抑制焦炭中的碳与二氧化碳反应。

2.6 优化高炉操作

强化筛分管理，在改善原料的冶金性能的同时，减少人炉粉末;运用上下部调剂，形成合理煤气流分布；控制冷却强度，避免边缘堆积或炉墙结厚。必要时采取硅石洗炉的办法排除碱害。

3 运行效果

实施该项目后，有效地保证了高炉顺行及长周期稳定，降低了成本提高了效益，同时因减少炉况波动，减少了波动期间空气污染、噪音污染（TRT停后调压阀组噪音）等，创作了一定的经济效益和社会效益。

4 效益分析

4.1 经济效益计算

（1）排碱制度的应用可有效的提高渣皮稳定性，减少内衬的侵蚀，预计炉役中后期，每三年可减少一次高炉喷涂造衬，每次用喷涂料400吨，喷涂料每吨5000元算，

年创效=400*5000/3=66万元

执行定期排碱之后每年至少减少碱金属相关炉况波动3次，每次波动都会持续半月，造成综合焦比升高20kg/t*Fe，产量降低200吨/天。按正常日产5800吨生铁，综合燃料单价1400元/吨，生铁成本2200元/吨计算）

年创效=3*（15*5600*20*1400/1000+15*200*2200)=2685万元

该项目合计创效=（1）+（2）=2751万元

4.2 社会效益

实施该项目成果后，有效地保证了高炉顺行及长周期稳定，降低了成本提高了效益，同时因减少炉况波动，减少了波动期间空气污染、噪音污染（TRT停后调压阀组噪音）等。

(来源：河北钢铁集团承钢公司  ）