摘要 对凌钢5号高炉入炉原燃料、炉渣、各种除尘灰等进行了取样分析，测定各种物料碱金属、锌含量，结合高炉实际生产数据对5号高炉进行了碱金属负荷、锌负荷的研究。结果表明，凌钢5号高炉碱金属负荷为5.8082kg/t，锌负荷为2290.12g/t，已严重影响高炉生产。根据碱金属、锌的分布，提出了降低碱金属负荷、锌负荷的措施。

关键词 高炉 碱金属负荷 锌负荷 

2012年10月12日凌钢5号2300m³高炉投产，高炉采用了多项成熟可靠、社会经济效益明显的新技术、新工艺和新设备，配备了与2300m³高炉配套的铁水转运、原料运输、渣铁处理、干法煤气除尘、卡鲁金热风炉、喷煤、TRT发电和出铁场除尘等系统，特别是在高炉炉型及内衬选择、高风温、水渣处理、干法除尘以及检测手段设置等方面更加完善合理，以期实现一代炉役寿命（无中修）15年的技改目标。

    2014年上半年，高炉相继出现风口中套上翘、煤气管道粘结严重等问题，计划检修时风口前发现白色液态金属流出，经化验Zn含量超过80%，这表明5号高炉锌富集已经非常严重。通过对高炉布袋灰、重力除尘灰等进行检验发现碱金属、锌含量非常高。为此，对5号高炉入炉原燃料及其产物进行了取样和化验，系统分析了碱金属负荷（本文指K₂O+Na₂O）、锌负荷情况。

1  碱金属和锌在高炉冶炼中的危害

1 碱金属

碱金属主要以硅铝酸盐和硅酸盐形态存在，这些碱金属矿物熔点很低，一般为800～1000℃。在高炉内大于1000℃的高温区里，一部分进入炉渣，一部分则被碳还原成钾和钠元素。由于钾和钠的沸点分别只有799、822℃，所以被还原出来后立即气化而随煤气上升，在不同的温度区域又与其他物质反应生成氰化物、氟化物和硅酸盐等，但大部分与CO反应生成碳酸盐。钾和钠及其碳酸盐在高炉上部的中低温区域进行循环和富集，钾和钠的氰化物则在600～1600℃进行循环和富集^[1]。

碱金属对高炉的不利影响主要有：

（1) 降低矿石软熔温度，软熔区间拉大，使矿石尚未充分还原就已经熔化滴落，增加了高炉下部直接还原热量消耗。

（2) 引起球团矿异常膨胀而严重粉化。

（3) 强化焦炭的气化反应能力，使焦炭反应后强度急剧降低而粉化，严重恶化高炉料柱透气性，危及高炉顺行。

（4) 液态或固态碱金属粘附于炉衬上，容易形成炉墙结瘤，又能直接破坏砖衬。碱金属氧化物与耐火砖衬发生反应形成低熔点化合物，并与砖中AI₂O₃形成钾霞石和白榴石，使砖的体积膨胀30～50%，从而导致砖衬剥落。研究表明，炉腹、炉腰和炉身中下部砖衬破损原因中，碱金属和锌的破坏作用约占40%^[2]。

（5）碱金属和锌对炉缸、炉底侵蚀危害更大。在高炉风口附近，含有碱金属和锌蒸汽的煤气流在风口周围砌体的缝隙渗入，在炉衬中800～1030℃的温度区间侵蚀高铝砖，形成初始环缝。随着碱金属、锌侵蚀反应的连续进行，环缝逐渐在高铝砖砌体中扩展并向下延伸，逐步侵蚀炉缸、炉底砌体，影响高炉长寿。

2 锌

锌主要以铁酸盐（ZnO·Fe₂O₃)、硅酸盐（ZnO·SiO₂)及硫化物(ZnS)的形式存在。在高炉进行冶炼时，锌的硫化物先转化为复杂的氧化物，然后在不小于1000℃的高温区被CO还原为气态锌（ZnO+CO=Zn（g）+CO₂-180.5KJ)，沸点(907℃)很低的锌蒸汽，随煤气流上升，到达温度较低的区域时冷凝（580℃）而再氧化，再氧化形成的氧化锌细粒一部分附着于上升过程中的流煤气中的粉尘中被带出炉外，而另一部分附着于下降的炉料中被再次带入高温区，周而复始，就形成了锌在高炉内的循环富集现象。除此之外，高炉布袋灰、瓦斯灰中含有大量锌，这些布袋灰、瓦斯灰又进行了烧结配料，因此，锌又存在于烧结-高炉-烧结这个大循环中。

锌对高炉的不利影响主要有：

（1）影响高炉长寿：部分锌蒸气进入砖衬的气孔和砖缝后冷凝并被氧化成氧化锌，氧化锌结晶和生成体积增大，造成炉衬异常膨胀，加快炉衬的侵蚀速度。

（2）影响高炉顺行：当锌的循环富集加剧，高炉内粘结也严重。炉墙严重结厚，使炉内煤气通道变小，炉料下降不畅。富集严重时，高炉难以接受风量，崩、滑料频繁，影响高炉顺行和技术指标。

2  高炉中碱金属和锌的控制水平

2.1 碱金属的控制标准

国内外部分企业大型高炉的碱金属负荷控制水平为：日本新日铁小于2.5kg/t，日本川崎制铁小于3.1kg/t，德国ATHSchwelgen工厂小于4.0kg／t，瑞典GrangesSteel工厂小于7.0kg／t，加拿大Dofasco工厂小于2.8kg/t，加拿大Steelco工厂小于3.0kg/t，中国宝钢小于2.0kg/t。由此可见，国内外部分企业高炉碱金属负荷控制水平为2.0-7.0kg/t，大型高炉碱金属负荷可接受的控制标准为2.2kg/t。

2.2 锌的控制标准

1998-2000年国内外部分企业高炉的锌负荷为40-192g/t，国际上公认的锌负荷可接受的水平为150g/t，我国宝钢为200g/t。按此计算，高炉炉料(包括原燃料)的锌含量平均控制水平为0.007％(国际)和0.009％(宝钢)。1998～2000年国内外部分企业高炉锌负荷为：奥地利奥钢联75g/t，芬兰Raahe64g/t，中国宝钢2、3号高炉分别为130g/t、40g/t。

3  高炉碱金属收支平衡分析

3.1 碱金属收入项分析

采样期间凌钢5号高炉日产铁量5400t，焦比450kg/t，煤比155kg/t，炉料结构为：烧结矿63%+球团矿37%。分析高炉碱金属收入项（如表1所示）得出凌钢5号高炉碱金属负荷为5.8082kg/t。其中烧结矿带入碱金属量最多，占比达36.87%，其次为球团矿和焦炭，比例分别为29.61%和26.12%。煤粉带入碱金属量较少，总计7.85%。由表1中数据可以看出，烧结矿因配比高，带入碱金属量最多，而球团矿和外购焦炭因自身含碱金属量较高，使得碱金属含量分别达到29.61%、26.12%。

与国内外高炉相比，凌钢5号高炉碱金属负荷处于较高水平，远远超过大型高炉碱金属负荷可接受的控制标准2.2kg/t，需要引起重视并加以控制。

表1  5号高炉碱金属入炉项分析

3.2 碱金属支出项分析

对各种高炉产出物化验计算（见表2）得出凌钢5号高炉吨铁支出碱金属量为3.202kg/t。其中炉渣带出的碱金属量最多，达到80.51%，其次为布袋除尘灰16.21%，出铁场除尘灰、重力除尘灰带出碱金属量较少。

表2  5号高炉碱金属支出项分析

由此可见，凌钢5号高炉处于碱金属循环富集状态，循环富集量高达2.6062kg/t，循环富集率44.87%，排碱控制不理想。