高炉入炉碱负荷控制水平的计算方法

ICS73.060.10

T/CISA380—2024

CCSD31

CISA

团体标准

T/CISAXXXX—20XX

高炉入炉碱负荷控制水平的计算方法

Calculatingmeansforcontrolcriterionofalkaliloadintoblastfurnace

（征求意见稿）

20XX–XX-XX发布20XX–XX-XX实施

中国钢铁工业协会发布1

T/CISA380—2024

1范围

本文件规定了高炉入炉碱负荷控制水平的计算方法。

本文件适用于不同容积高炉入炉钾、钠元素的控制。

2规范性引用文件

下列文件的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文

件。

GB/T1996冶金焦炭

GB/T4000焦炭反应性及反应后强度试验方法

YB/T4494焦炭反应性及反应后强度机械制样技术规范

YB/T48034000m3以上高炉原燃料技术要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

高炉炉内碱金属循环模型alkalicyclingmodelinsideblastfurnace

碱金属在高炉内循环富集并达到最大循环富集量的计算模型。

3.2

碱金属（钾、钠）还原气化率reductiongasificationrateofalkali

高炉入炉原燃料中的碱金属（钾、钠）化合物在高炉炉缸炉腹高温区被碳还原为碱金属（钾、钠）

蒸气的质量百分比。

3.3

碱金属（钾、钠）吸附率adsorptionrateofalkali

高炉高温区还原出来的碱金属（钾、钠）蒸气随煤气上升过程被炉料吸附的质量百分比。

3.4

高炉碱金属负荷（钾、钠）控制水平controlcriterionofalkaliloadintoblastfurnace

高炉每产出一吨铁水对入炉原燃料碱金属（钾、钠）氧化物质量的控制上限，kg‧tFe-1。

4基本规定

2

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4.1高炉入炉碱负荷控制水平计算以单座高炉为对象。

4.2高炉入炉碱负荷控制水平计算以碱金属对入炉焦炭的催化劣化反应为依据。

4.3高炉入炉碱负荷控制水平计算方法用于科学控制碱金属（钾、钠）的总入炉量及各种入炉原燃料

的碱金属（钾、钠）含量。

4.4高炉入炉碱负荷控制应区分钾、钠进行独立控制，应优先控制钾，在可相互替代的矿石、煤粉中

优先选择使用钾含量低的品种。

4.5碱负荷控制水平应按本标准提供的方法进行计算，宜采用基于本标准计算方法开发的模型或软件

计算。

4.6不同企业按此方法计算高炉入炉碱负荷控制水平时，可参考本标准中提出的过程参数值，但根据

自身情况在本标准提出的方法基础上进行取样、实验、生产数据统计并加以优化而得到相关的过程参数

值更为适宜。

5入炉碱负荷控制水平计算方法

5.1一般规定

5.1.1高炉入炉碱负荷控制水平计算以业内公认的高炉炉内碱循环富集模型为基础。

5.1.2高炉入炉碱负荷控制水平计算以碱金属对入炉焦炭的催化劣化反应为依据，按照GB/T1996和

YB/T4803技术要求，规定4000m3以上高炉入炉前焦炭的反应性不高于23%，2000m3～4000m3高炉入炉

前焦炭的反应性不高于27%，2000m3以下高炉入炉前焦炭的反应性不高于30%。入炉后由于碱金属对焦

炭的催化反应，规定2000m3以下高炉炉内吸附碱金属以后的焦炭其反应性以二级焦炭最低标准35%反应

性为限，4000m3以上高炉以一级焦炭最低标准30%反应性为限，而2000m3～4000m3高炉介于两者之间，

以焦炭反应性32.5%为最低标准限。

5.2高炉炉内碱循环富集模型

5.2.1高炉炉内碱金属循环富集量按式（1）计算：

0

nQK/Na

limQK/Na……（1）

n1

式中：

n-1

limQK/Na——高炉碱金属（钾、钠）循环富集极限量，kg‧tFe；

n

0高炉入炉总碱金属（钾、钠）量，-1；

QK/Na——kg‧tFe

α——从炉渣中还原气化碱金属的质量比率，%；

3

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β——煤气中总碱金属量被炉料吸收的质量比率，%。

5.2.2高炉内碱金属（钾、钠）的循环富集倍率按式（2）计算：

n

limQK/Na1

n……（2）

0

QK/Na1

式中：

μ——高炉内碱金属（钾、钠）的循环富集倍率，倍。

5.2.3高炉炉渣内碱金属能达到的极限含量按式（3）计算：

0

(1)Qk100

limC终%

n

(1)S……（3）

式中：

C终——高炉终渣碱金属质量含量，%；

S——渣量，kg‧tFe-1。

5.3确定还原气化率和吸附率

5.3.1根据风口取焦分析结果确定高炉中碱金属的循环富集倍率，规定风口焦炭的平均钾、钠元素质

量百分含量与原始入炉焦炭的钾、钠元素质量百分含量之比值作为高炉中钾、钠的循环富集倍率。根据

多次风口取焦结果，得到高炉中钾的循环富集倍率为8-12倍，而钠的循环富集倍率为3-5倍。

5.3.2联立式（2）和式（3），计算确定碱金属钾和钠的还原气化率和吸附率。当无条件进行风口取

焦时，可参照本标准附录A钾、钠的还原气化率和吸附率计算循环富集倍率。

5.4确定入炉碱负荷（钾、钠）控制上限

5.4.1高炉内焦炭质量分布

焦炭在炉内不同区域消耗的百分比是：块状带溶损LL=10～15%，软熔带溶损LS=10～15%，滴落

带消耗LD=15~20%，风口燃烧LT=35~45%，其它元素还原消耗+铁水渗碳LO=10%。

高炉焦比QC，块状带消耗QCLL，软熔带消耗QCLS，滴落带消耗QCLD，风口带消耗QCLT，其它消

耗QCLO。进入块状带焦炭QC，进入软熔带焦炭QC-QCLL，进入滴落带焦炭QC-QCLL-QCLS，进入风口带

焦炭QC-QCLL-QCLS-QCLD，进入炉缸焦炭QC-QCLL-QCLS-QCLD-QCLT。

5.4.2高炉内碱金属质量分布

4

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根据日本广畑1号高炉破损调研结果，富集的碱金属在高炉内的分布为：块状带qaL=21.7%，软熔

带qaS=37.5%，滴落带qaD=40.8%。

-1-1

高炉入炉K2O负荷LBF,Kkg·t，Na2O负荷LBF,Nakg·t。K2O和Na2O的富集倍率分别为μK倍和μNa

倍。极限富集量分别为μK‧LBF,K和μNa‧LBF,Na。

块状带的K2O富集量为qaL‧μK‧LBF,K，Na2O富集量为qaL‧μNa‧LBF,Na；

软熔带的K2O富集量为qaS‧μK‧LBF,K，Na2O富集量为qaS‧μNa‧LBF,Na；

滴落带的K2O富集量为qaD‧μK‧LBF,K，Na2O富集量为qaD‧μNa‧LBF,Na。

5.4.3高炉各区域碱金属与焦炭质量比分布

根据高炉内部碱金属的分布和高炉消耗焦炭的分布，计算出高炉不同区域K2O和Na2O与焦炭的质

量比。

qaLμKLBF,KqaLμNaLBF,Na

块状带的K2O与焦炭质量比为，Na2O富集量为；

QCQC

qaSμKLBF,KqaSμNaLBF,Na

软熔带的K2O与焦炭质量比为，Na2O富集量为；

QC-QCLLQCQCLL

qaDμKLBF,KqaDμNaLBF,Na

滴落带的K2O与焦炭质量比为，Na2O富集量为。

QC-QCLL-QCLSQCQCLLQCLS

碱金属主要对高炉软熔带区域焦炭溶损反应起到催化劣化作用，且以单质形式存在，计算出软熔带

单质K和Na与焦炭的质量比：

qaSμKLBF,K78

K蒸气与焦炭质量比WK,S=；

QC-QCLL94

qaSμNaLBF,Na46

Na蒸气与焦炭质量比WNa,S=。

QCQCLL62

5.4.4实验测定碱金属浓度与焦炭反应性的关系

5.4.4.1焦炭对碱金属吸附实验

吸附实验装置如1所示。图中大坩埚装入一定质量的干燥后焦炭，根据设定的碱金属蒸气与焦炭质

量比，计算需要的碳酸钾和完全还原反应所需的过量活性碳粉，混合均匀后装入小坩埚内。氮气保护气

氛下加热到1100℃并恒温两个小时，碱金属碳酸盐被过量碳粉完全还原后，炉内自然冷却取出吸附碱

金属后的焦炭。

5

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按引序号说明：

1—热电偶；

2—多孔刚玉坩埚；

3—焦炭；

4—小刚玉坩埚；

5—多孔垫圈；

6—高铝球。

图1图1焦炭吸附碱金属蒸气的实验装置

5.4.4.2吸附碱金属焦炭的反应性测定

按照YB/T4494进行焦炭制样，按照国标GB/T4000完成对吸附碱蒸气焦炭的反应性CRI和反应

后强度CSR测试，得到吸附碱蒸气焦炭反应性CRI与钾金属蒸气浓度WK,S或钠金属蒸气浓度WNa,S之

间为线性关系，分别表示为：

CRI%=AK(%WK,S)+CRI0；

CRI%=ANa(%WNa,S)+CRI0。

其中CRI0为入炉前焦炭的反应性，AK、ANa均为系数，由实验确定。

5.4.5确定入炉碱负荷上限

高炉中软熔带部位的焦炭质量若要达到一级焦的标准，即反应性CRI必须低于30%，则软熔带部

位的单质K浓度W'K,S≤(CRI%-BK)/AK，单质Na浓度W'Na,S≤(CRI%-BNa)/ANa。

qaSμKLBF,K78

≤(CRI%-BK)/AK；

QC-QCLL94

qaSμNaLBF,Na46

≤(CRI%-BNa)/ANa。

QCQCLL62

计算得到碱金属K2O和Na2O的限制入炉量。

6

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5.5碱负荷控制水平计算例

见资料性附录A。

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附录A

（资料性附录）

碱负荷控制水平计算例

A.1确定高炉内钾、钠的循环富集倍率

根据多次风口取焦结果，得到某高炉中钾的循环富集倍率为8-12倍，而钠的循环富集倍率为3-5

倍。选取钾的循环富集倍率为10倍，而钠的循环富集倍率为4倍。

A.2推断钾钠的还原气化率和吸附率

-1

该高炉渣量310kg·t，炉渣中K2O含量为0.453%，Na2O含量为0.696%。该高炉入炉K2O负荷

-1-1

1.831kg·t，Na2O负荷2.307kg·t。联立正文中式（2）和式（3）计算得到该高炉中K的还原气

化率αK为92.3%，K的吸附率βK为97.5%；Na的还原气化率αNa为76.6%，Na的吸附率βNa为97.9%。

A.3高炉内各带焦炭分布

-1

该高炉焦比310kg·t，焦炭在炉内不同区域消耗的百分比分别取值：块状带溶损LL=10%，软熔带

溶损LS=15%，滴落带消耗LD=20%，风口燃烧LT=45%，其它元素还原消耗+铁水渗碳LO=10%。高炉

内焦炭分布见表A.3。

表A.3某高炉内焦炭分布实例

块状带溶损LL软熔带溶损LS滴落带消耗LD风口燃烧LT其它消耗+铁水渗碳LO

焦炭

10%15%20%45%10%

进入量

310279232.5170.531

kg·tFe-1

消耗量

3146.562139.531

kg·tFe-1

剩余量

279232.5170.5310

kg·tFe-1

A.4高炉内各带碱金属分布

-1-1

该高炉入炉K2O负荷1.831kg·t，Na2O负荷2.307kg·t。当K2O和Na2O的富集倍率分别为10

倍和4倍时，则极限富集量分别为18.31kg·t-1和9.23kg·t-1。该高炉内富集碱金属的分布见表

A.4。

表A.4某高炉内碱金属分布实例

碱金属块状带qaL软熔带qaS滴落带qaD总富集量

8

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21.7%37.5%40.8%

K2O

3.976.867.4618.31

kg·tFe-1

Na2O

2.003.463.779.23

kg·tFe-1

合计

5.9710.3211.2327.54

kg·tFe-1

A.5高炉内各带碱金属与焦炭质量比

该高炉内各带碱金属与焦炭质量比见表A.5。高炉软熔带碱金属K蒸气与焦炭的质量比为2.04%，

Na蒸气与焦炭的质量比为0.92%。

表A.5某高炉内各带碱金属与焦炭质量比实例单位为质量百分数

碱金属块状带软熔带滴落带

K2O1.282.463.21

Na2O0.651.24