高炉原料碱金属、Zn的危害及含量控制.doc

.高炉原料碱金属、Zn的危害及含量控制杨宝军 惠秀章 杨立生 马晓勇 李振国（河北天柱钢铁集团有限公司）1 序言河北天柱钢铁集团有限公司是集炼铁、炼钢、轧制于一体的民营联合企业，年产能力300万吨，其中包括1080m3高炉一座，320m2烧结机一台，两座10m2竖炉。由于烧结原料中地方精粉和一些外矿粉的K、Na、Zn较高，使烧结矿、球团矿的K2O、Na2O、Zn含量高，加之部分焦炭、喷吹煤粉含量也高，造成高炉碱金属及Zn负荷较重，尤其是Zn含量，对高炉生产带来较大影响，炼铁成本增加。从今年2月下旬以来，1080m3高炉炉况失常，表现为压差不稳定，风量波动：料面出现塌落现象，料尺时有失真；炉顶煤气温度升高50左右；东本铁口出铁量明显不均，且出铁时铁沟有冒白烟现象；高炉综合焦比从1月份的510kg/t铁逐渐升高，至3月中旬最高达到550kg/t铁，生铁产量下降，全月平均日产3280吨，处于较低水平。在这期间，1080m3高炉检修时，发现炉喉钢砖及炉身上部第14段冷却壁约有厚度约150mm的环状结厚；调整风口小套时，淌出大量白色Zn金属，重量达10kg之多。依据烧结、球团、焦炭、煤粉及除尘灰的K2O、Na2O、Zn化验，对入炉碱金属及Zn负荷及平衡进行计算，发现入炉料碱负荷为6.358kg/t铁，Zn负荷为2.636/t铁，且由于这些元素在高炉内“自动富集”，经过综合分析，认为这些有害元素是影响高炉顺行和生产技术指标的主要因素。公司从3月下旬开始，由烧结原料入手，并根据生产实际情况，制定了原料有害元素的控制含量和降低高炉碱金属及Zn负荷的试行标准，进而严格控制原料中K、Na、Zn有害元素的含量，取得了明显效果。在烧结参数、高炉炉料结构依旧的情况下，4月份碱负荷减至2.7kg/t铁，Zn负荷降为0.8kg/t铁，1080m3高炉全月综合焦比降为502kg/t铁，平均日产恢复到3420吨水平。5月初检修，炉喉钢砖及第14段冷却壁不存在粘结物。本文将烧结原料、高炉碱金属、Zn负荷及平衡等基本数据进行初步归纳，以期引起同行的关注。2 前段烧结生产2.1 烧结用主要原料现况烧结用铁矿粉基本以外矿为主，由于无较稳定的长协供货，外矿品种多而杂，烧结矿成分及性能差异大且不稳定。表1为当时主要用矿种类，澳大利亚FMG公司的特粉与超特粉、巴西粗粉，配加部分印尼或马来西亚矿粉。为保证烧结矿的冷强度和主要冶金性能指标，配加部分地方生产的混合后磁性铁精粉。其主要成分如表1.表1 烧结原料成分化验数据 （%）名称FeSiO2CaOMgOAl2O3K2ONa2OZn地方精粉165.684.840.600.752.000.0870.0560.056地方精粉265.915.210.440.752.000.2200.1300.250特 粉57.425.270.050.292.870.0740.0540.029超特粉56.575.300.180.482.580.0580.0230.011巴西粉63.75.590.050.161.100.0240.0320.012印尼粉49.42.410.161.148.780.0260.0530.008马来原矿48.998.440.050.286.090.6200.0460.076高 返52.966.4411.643.092.60.1050.0320.043预混料52.356.425.002.572.380.5900.1500.480 本文中的K2O、Na2O由唐山精益测试中心（原河北地质五队）提供，其它均本公司提供。从上表可以看出：地方精矿粉为中间供货商提供，一般为几种铁精粉混合而成，其成分差异较大，地方精粉2的K2O、Na2O、Zn含量较高，地方精粉1相对好些。马来西亚原矿K含量高，达0.6%以上。预混料中的K2O、Na2O、Zn含量较高，原因是将高炉布袋灰、重力灰、烧结除尘灰及烧结返矿等预混作为烧结料，而这几种料中，除尘灰中的K2O、Na2O、Zn含量较高，从而导致预混中的碱金属及锌含量偏高。2.2 烧结矿将具有代表性的2013年3月14日烧结数据进行归纳，因为正是受碱金属及锌的影响，高炉不顺，生产指标恶化阶段。烧结配料比超特：印尼粉：地方精粉2：预混料：高返：白灰：石灰石粉：焦粉=37：8：20：9：17：5：4：5：7表2 烧结矿化学成分 （%）TFeFeOCaOMgOSiO2Al2O3TiO2K2ONa2OZn54.6110.3110.552.685.902.290.360.2010.0710.126烧结矿中K2O、Zn较高，前面已提及，主要原因就是配加地方精粉2和预混料所至。宏观烧结矿液相充分，反应较完全，转鼓强度较好，粒度组成也较合理；低温还原粉化是烧结矿最重要的冶金性能指标之一，低温还原粉化指标也尚可，R+3.15值在70%左右。烧结矿从物理和主要冶金性能指标角度，应该说能满足高炉生产需要。另外，在一定意义上，K、Na、Zn含量对烧结本身无不利影响，因为其熔点低，有利液相的生成。3 高炉碱金属及锌负荷表3 高炉中碱金属及锌负荷计算结果 （1.7%矿耗）消耗量（kg/t)K2O%K2OkgNa2O%Na2OkgK2O+Na2OkgZn%Znkg烧结13260.2012.6650.0710.9410.1261.671球团3740.1490.5570.1200.4490.0680.254焦炭4500.1200.5400.0810.3650.1500.675煤粉1500.3600.5400.2000.3000.0240.036合计4.3032.0556.3582.636表4 高炉用焦炭和煤粉K、Na、Zn含量名称K2ONa2OZn焦炭0.1200.0810.150煤粉0.3600.2000.024表3仍为2013年3月14日高炉生产数据，计算结果表明，高炉碱金属为6.358kg/t，锌负荷为：2.636kg/t，总负荷达9.0kg/t，应该说负荷较高。实践证明，碱金属与锌的基本特性相似，这应该是造成炉况恶化、焦比升高的直接原因之一。而K、Na、Zn负荷高的原因有三：一是地方铁粉的有害元素高，造成烧结矿、球团矿的有害元素高；二是预混料中K2O、Na2O、Zn含量较高；三是焦炭和煤粉中K2O、Na2O、Zn含量较高。4 高炉碱金属及锌的平衡与富集对高炉炉渣、重力和布袋除尘灰分别进行测定，其结果见表5。表5 炉渣、除尘灰K、Na、Zn化验数据（%）名称K2ONa2OZn炉 渣1.2600.0890.007布袋灰0.9800.4001.010重力灰0.2100.1202.460炉渣380kg/t，重力与布袋除尘灰量均按10kg/t铁计算。计算过程略，见表5.表5 炉渣、除尘灰带出的K、Na、Zn量 kg/t铁名称K2ONa2OZn炉 渣4.7880.3380.027布袋灰0.0210.0120.246重力灰0.0980.0401.010合计4.9070.3901.283以高炉碱金属负荷为6.358kg/t铁，锌负荷为2.636.kg/t铁计算，去除炉渣、除尘灰带出的K、Na、Zn量，如果忽略煤气带走量，那么炉内剩余量：碱金属为1.06kg/t铁，锌为1.353kg/t铁，这部分在炉内循环、沉积富集，从计算结果可知，锌在炉内的循环量高于碱金属，生产实践也证明这一点，一是偶见从风口小套缝隙逸出Zn气体，冷却形成Zn金属滴柱；另外，检修调换风口小套时，淌出一定量Zn金属。这都说明天柱Zn的影响更为明显。从表5结果看，高炉炉渣的排碱率为83%左右，这符合碱金属大部分随炉渣排除的一般规律1，2。应该说天柱高炉温度控制、炉渣性能较适宜，具有较好的排碱能力。从表5也看出，锌主要进入高炉重力和布袋除尘灰，占锌负荷的50%。原因是锌常以ZnS状态存在；以硫酸盐或硅酸盐形式存在的锌矿物，入炉后很快分解成ZnO，在1000的高温区还原成Zn。由于其沸点很低，还原出来的Zn立即气化进入煤气，上升过程中有一部分煤气逸出炉外1。5 碱金属、锌负荷和原料有害元素的含量控制参照一些兄弟企业高炉碱金属负荷控制和国内铁矿有害元素的含量限制，结合天柱自身的实际情况，高炉碱金属、锌负荷及铁矿的有害元素含量限定如下：1、 高炉K、Na、Zn负荷：K2O、Na2O3kg/t铁，Zn1kg/t铁；2、 铁矿石中有害杂质的界限含量（%）：K2O、Na2O0.1；Zn0.1；3、 高炉用焦炭及煤粉K、Na、Zn含量控制。从目前入炉原、燃料结构，焦炭和煤粉带入的K、Na、Zn量，占高炉K、Na、Zn负荷的30%左右，控制焦炭和煤粉带入的K、Na、Zn含量至关重要。至目前为止，亦未见国标及行业标准，考虑目前焦炭和煤粉的K、Na、Zn含量的现况，既让多数焦炭和煤粉供应商接受，又能使入炉有害元素含量降低，满足生产的要求，控制标准： K2O、Na2O0.2%；Zn0.01%依据入炉原、燃料的K、Na、Zn含量的控制，烧结原料中改用低有害元素的地方铁粉1，预混料中弃用高炉除尘灰，2013年3月22日数据，烧结配料比特粉：超特：地方铁粉1：预混料：高返：白灰：石灰石粉：白云石粉：焦粉=35：10：15：8：18：5：6：2.5：5.8.烧结矿成分如表7，碱金属及锌负荷计算结果见表6。高炉K2O、Na2O负荷为2.8Kg/t铁左右，Zn为0.8Kg/t铁左右，满足高炉碱金属及锌负荷控制量。表6 碱金属及锌负荷计算结果（1.7%矿耗）消耗量（kg/t)K2O%K2OkgNa2O%Na2OkgK2O+Na2OkgZn%Znkg烧结13260.0740.9810.0130.1720.0430.570球团3740.1000.3740.0000.0000.0500.187焦炭4500.1200.5400.0880.3960.0100.045煤粉1500.1000.1500.1000.1500.0100.015合计2.0450.7182.7640.817表7 烧结矿化验成分（%）TFeFeOCaOMgOSiO2Al2O3TiO2R2K2ONa2OZn55.0110.839.912.785.772.080.3351.720.0740.0130.043按照公司试行的控制参数，烧结矿、球团、焦炭、煤粉碱金属及锌含量降低，入炉碱金属及锌负荷减轻，生产效果明显，4月份1080m3高炉全月综合焦比降为502kg/t铁，平均日产恢复到3420吨水平。5月初检修，炉喉钢砖及第14段冷却壁不存在粘结物。6 结语1、 实践证明，天柱一段时间内原料中碱金属及锌含量高，尤其是锌含量多，是影响生产的主要因素。锌与钾、钠相似，高温区还原变成金属蒸气，随煤气上升到炉身与炉料结合成一些低熔点的化合物，使炉料粘在炉墙上，或者使炉料粘在一起，恶化上部料柱透气性，导致上部结厚的生成。另外，碱金属还可以提高焦炭的反应能力，使炉内直接还原区扩大，导致高炉焦比升高，产量降低。2、 天柱暂定高炉碱金属、锌负荷控制标准：K2O、Na2O3kg/t铁，Zn1kg/t铁；焦炭及煤粉控制标准： K2O、Na2O0.2%；Zn0.01%；基本能满足生产的要求，