承鋼2500m3高爐堿金屬負(fù)荷的研究及應(yīng)對措施

1、承鋼2500m3高爐堿金屬負(fù)荷的研究及應(yīng)對措施王挽平(河北鋼鐵集團(tuán)承鋼公司煉鐵廠，河北承德067002)摘 要：對承鋼2500m3高爐釩鈦礦冶煉入爐原燃料堿金屬含量、堿負(fù)荷、排堿率進(jìn)行了檢測和測算。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，提出了“高爐入廠原燃料堿金屬含量控制標(biāo)準(zhǔn)、堿負(fù)荷控制范圍及堿負(fù)荷長期超過5kgt應(yīng)當(dāng)定期排堿”的觀點(diǎn)。經(jīng)過對堿金屬的研究及采取應(yīng)對措施，承鋼3座2500m3高爐釩鈦礦冶煉穩(wěn)定周期明顯延長。每年創(chuàng)效益約707萬元。關(guān) 鍵 詞：高爐；堿金屬；負(fù)荷；研究；措施1 問題的提出隨著承鋼煉鐵生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，煉鐵技術(shù)也逐步向精細(xì)化方向發(fā)展。特別是大型高爐投產(chǎn)后，對原燃料的質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格，除了

2、對原料的品位、雜質(zhì)含量、機(jī)械強(qiáng)度，燃料的化學(xué)成分、焦炭的冷強(qiáng)度和熱強(qiáng)度等有更高的要求外，原燃料中的堿金屬含量及堿金屬對高爐生產(chǎn)的負(fù)面影響也越來越引起廣泛的重視。2 堿金屬對高爐生產(chǎn)的影響堿金屬在高爐內(nèi)具有易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)、引發(fā)耐火磚襯膨脹、吸收熱量和改變原料屬性的特性。煉鐵原燃料中堿金屬含量增加，給高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行帶來了很大的不確定性和操作難度，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。21 惡化焦炭冶金性能根據(jù)文獻(xiàn)1，不同堿金屬含量條件下測定的焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度結(jié)果表明，加入鉀、鈉后，焦炭的反應(yīng)性增加，而且鉀、鈉的濃度越高，反應(yīng)性就越大。鉀、鈉對焦炭的碳溶反應(yīng)起催化作用，而且鉀的催化作用高于鈉。焦炭在反

3、應(yīng)后因氣孔壁迅速變薄，致使其反應(yīng)后強(qiáng)度急劇下降，焦炭塊度減小，產(chǎn)生較多的碎焦和焦粉，從而使高爐的透氣性變差，影響高爐生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)測定表明，焦炭堿金屬含量每增加1，反應(yīng)性增加8，反應(yīng)后強(qiáng)度降低92，而且小于10mm粉末增加。焦炭堿金屬含量與其強(qiáng)度的關(guān)系見表1。22破壞爐況順行堿金屬化合物在隨著爐料下降的過程中被還原，形成堿金屬蒸汽隨高爐煤氣上升。向上運(yùn)動(dòng)過程中，鉀蒸汽在燒結(jié)礦中形成低熔點(diǎn)的K2SiO3等硅酸鹽，使燒結(jié)礦變松軟，熔點(diǎn)降低，因此導(dǎo)致高爐冶煉時(shí)軟熔帶上升、熔融層加厚、煤氣阻力大，在爐溫波動(dòng)時(shí)易形成管道及爐瘤。與此同時(shí)，由堿金屬形成的凝結(jié)物掉落爐缸，降低爐缸溫度，造成爐缸堆積，成為風(fēng)渣口燒

4、壞的一個(gè)重要原因。高爐出現(xiàn)上述征兆時(shí)，往往造成壓差升高崩懸料次數(shù)增多，渣、鐵流動(dòng)性變壞，引起爐況失常。23 侵蝕爐底和爐墻耐材高爐內(nèi)堿蒸汽發(fā)生如下反應(yīng)：2R+CO=R2O+C，生成的R2O與石墨炭同時(shí)滲入磚縫或磚襯氣孔中而沉積，導(dǎo)致磚襯異常膨脹。此外，K2O與煤氣中的CO2發(fā)生反應(yīng)，生成K2CO3(熔點(diǎn)910，在有：Na2CO3存在時(shí)，熔點(diǎn)降低到700左右)，K2CO3的沉積作用和生成物使?fàn)t體磚產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低爐體磚的強(qiáng)度最終引起磚襯疏松，再加上煤氣流的作用等，致使磚襯易于剝落。承鋼2500m3釩鈦礦冶煉高爐基本上每隔3個(gè)月出現(xiàn)一次不明原因的爐況波動(dòng)，雖然從工藝操作制度和入爐原燃料質(zhì)量穩(wěn)定上做

5、了不少工作，但是高爐爐況波動(dòng)問題仍然沒有解決。因此，對承鋼2500m3釩鈦礦冶煉高爐的入爐堿金屬進(jìn)行深入研究是十分必要的。3 技術(shù)思路及研究內(nèi)容通過測定承鋼高爐原燃料的堿金屬含量、測算高爐入爐料堿金屬負(fù)荷、計(jì)算高爐堿金屬收支平衡、確定高爐合理的堿負(fù)荷臨界值，最終制定高爐堿金屬危害的預(yù)防及排堿措施。31 承鋼高爐原燃料的堿金屬含量表2為承鋼高爐用原燃料的堿金屬含量測定值，天福球、創(chuàng)遠(yuǎn)球中氧化鉀含量約是華鑫球的3倍。32高爐入爐料堿負(fù)荷表3為高爐入爐料堿負(fù)荷測算，從表3可以看出：入爐堿金屬主要由燒結(jié)礦和球團(tuán)礦帶入，其中堿負(fù)荷的5747是燒結(jié)礦帶入、2487是球團(tuán)礦帶入，兩者合計(jì)8234；高爐入爐堿

6、負(fù)荷為66384kgt，屬于同行業(yè)高爐中偏高水平。33 高爐堿金屬收支平衡表4為高爐堿金屬收支平衡測算，從表4可以計(jì)算出：高爐的排堿率只有7858，排堿率偏低，存在堿金屬在爐內(nèi)循環(huán)富集的問題。34 高爐堿負(fù)荷合理臨界值(1) 目前國內(nèi)外部分高爐入爐堿金屬負(fù)荷臨界值如表5所示。表5 部分高爐入爐堿金屬負(fù)荷臨界值比較(2)不同高爐的臨界值有差異，當(dāng)堿金屬投入量高于臨界值水平時(shí)，高爐操作均會立即惡化，該值受燃燒溫度、高爐溫度分布、煤氣壓力、煤氣速度、爐渣堿度、渣量、原燃料物理化學(xué)性質(zhì)、操作水平控制等影響。隨著高爐煉鐵技術(shù)不斷進(jìn)步和原燃料質(zhì)量的提高，渣量在減少，煤比在不斷增加，焦炭負(fù)荷提高，焦炭在爐內(nèi)

7、所承擔(dān)的任務(wù)也越來越重，因此對入爐堿金屬負(fù)荷(堿金屬臨界值)也應(yīng)降低。從目前承鋼高爐堿金屬收支平衡表看，高爐最大排堿量為50166kgt。如果入爐堿負(fù)荷超過了該值，多余的部分將在高爐內(nèi)循環(huán)富集，進(jìn)一步惡化焦炭冶金性能、破壞爐況順行、促使高爐燃料消耗升高、降低高爐壽命。基于高爐最大排堿能力，確定承鋼高爐入爐堿負(fù)荷應(yīng)不超過5kgt。35 對高爐堿金屬危害的預(yù)防及排堿措施(1)預(yù)防措施。以高爐堿負(fù)荷5kgt為臨界值，結(jié)合其他先進(jìn)企業(yè)原燃料堿含量控制范圍，初步制定承鋼高爐入爐原燃料堿含量控制標(biāo)準(zhǔn)如下。燒結(jié)礦：Na2O+K2O022球團(tuán)礦：Na2O+K2O02焦炭：Na2O+K2O03煤粉：Na2O+K

8、2O025以燒結(jié)礦堿金屬含量022為臨界值，結(jié)合其他先進(jìn)企業(yè)入廠原料堿含量控制范圍，初步制定承鋼入燒原燃料堿含量控制標(biāo)準(zhǔn)如下。高品位釩粉：Na2O+K2O019普粉：Na2O+K2O014外礦：Na2O+K2O005雜料：Na2O+K2O045鈣灰：Na2O+K2O035白煤：Na2O+K2O10焦粉：Na2O+K2O03燒結(jié)機(jī)機(jī)頭三電場、四電場除塵灰外排，集中進(jìn)行脫堿處理；要求入燒時(shí)：Na2O+K2O65，且配比不超過7kgt(2)排堿措施。排出堿金屬的主要渠道是爐渣，爐渣中堿金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占入爐堿金屬總量的8590。為進(jìn)一步提高承鋼高爐的排堿率，需要研究爐渣組成對其排堿能力的影響規(guī)律，從

9、而指導(dǎo)提高爐渣的排堿能力。韶鋼在此項(xiàng)工作中有很多值得承鋼借鑒和學(xué)習(xí)。表6為韶鋼2006年69月排堿爐渣中爐渣堿度及堿金屬含量均值。由表6可知，隨著爐渣堿度升高，高爐的排堿率呈下降趨勢；堿度越高，其排堿率越低，堿度低有利于高爐排堿。分析認(rèn)為：為了提高排堿率，在生產(chǎn)合格生鐵前提下，保持爐渣堿度在11以下是十分必要的。2012年2月底，為了減少高爐內(nèi)參與循環(huán)的堿量，減小堿金屬在爐內(nèi)的不利影響，盡量提高爐渣的排堿能力，我們在新3號高爐推行了每隔1個(gè)月進(jìn)行為期1周的定期排堿工作，排堿控制主要工藝參數(shù)如下。排堿期間爐渣堿度：10105排堿期間：S0080排堿期間爐溫：Si+Ti 045065，物理熱145

10、01470，爐溫控制以物理熱為主排堿期間：V 022023(高爐生礦配比提至7，燒結(jié)礦配比吃普粉比例提高15)4 推廣應(yīng)用進(jìn)度從2011年6月起開始進(jìn)行研究，8月份對入爐堿金屬含量進(jìn)行了主動(dòng)控制，將燒結(jié)機(jī)三、四電場除塵灰進(jìn)行單獨(dú)存放，高爐瓦斯灰進(jìn)行特殊加工處理后配入燒結(jié)原料，高爐的順行較之前得到了較大提高，穩(wěn)定周期得到了延長。2011年12月底，根據(jù)入廠原燃料的堿金屬含量和供應(yīng)數(shù)量，將堿金屬含量偏差大的幾種物料平衡匹配，消除同座高爐不同時(shí)期入爐堿負(fù)荷的波動(dòng)和不同高爐堿負(fù)荷的偏差問題。2012年2月底，制定了高爐排堿方案，按照方案對新3#高爐(2500m3)進(jìn)行了為期一周的排堿工作，排堿后高爐的

11、順行得到了較大改善，3月份比2月份高爐燃料比降低了421 kgt、日產(chǎn)鐵量提高了36998t、鐵水一級品率提高了1294、Si+Ti均值降低了006。下一步將高爐排堿方案推廣到另外2座2500m3高爐上，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，將排堿周期延長至2個(gè)月。5 實(shí)施效果承鋼2500m3高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，在沒有控制入爐堿負(fù)荷前，因堿金屬的循環(huán)富集每3個(gè)月爐況會發(fā)生一次波動(dòng)，每次波動(dòng)時(shí)間約3天、波動(dòng)期間焦比升高70kgt、煤比降低25kgt，燃料比升高44kgt、產(chǎn)量降低1900td。自從高爐控制入爐堿負(fù)荷后，高爐爐況穩(wěn)定周期提高至55個(gè)月以上，以新3#高爐為例，2010年7月至2011年7月因堿金屬的循環(huán)

12、富集導(dǎo)致的高爐爐況波動(dòng)如表7所示。通過對新3#高爐進(jìn)行預(yù)防和排堿控制措施，每年創(chuàng)效益計(jì)算如下。平均每年波動(dòng)次數(shù)：由4次減少到218次每次波動(dòng)時(shí)間：325d波動(dòng)期間每天產(chǎn)鐵量：357416t波動(dòng)期間焦比升高：7005kgt(單價(jià)2元kg)波動(dòng)期間煤比降低量：-2527kgt(單價(jià)11元kg)波動(dòng)期間焦丁比升高量：-047kgt(單價(jià)15元kg)每年波動(dòng)成本升高量：由51856萬元降到28285萬元新3#高爐每年創(chuàng)效益為：51856萬元28285萬元=23571萬元承鋼煉鐵廠3座2500m3高爐每年創(chuàng)效益：23571萬元×3=70713萬元707萬元6 遺留問題(1)因承鋼公司沒有分析設(shè)備，高爐系統(tǒng)有害元素分析數(shù)據(jù)主要是依靠委托河北聯(lián)合大學(xué)制樣分析，存在分析成本高和試樣數(shù)據(jù)不及時(shí)問題。以目前的有害元素檢驗(yàn)量及時(shí)間，承鋼煉鐵廠5個(gè)車間的相關(guān)系統(tǒng)每半年才能對有害元素進(jìn)行一次分析檢測，建議承鋼技術(shù)中心加快原燃料有害元素檢測設(shè)備的引進(jìn)。(2)雖然明確了高爐入爐有害元素的控制標(biāo)準(zhǔn)，做了對燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電場除塵灰和高爐瓦斯灰單獨(dú)存放工作，但是沒有對入口原燃料有害元素含量制定明確控制范圍，同時(shí)電場除塵灰可能不做任何處理再次以精粉等鐵料進(jìn)入燒結(jié)工序。(3)高爐排堿工作仍需進(jìn)一步完善，排堿周期仍需根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行修訂。7 結(jié)語(1)通過對高爐入爐堿負(fù)荷的