赵贵希，刘其敏

（河北钢铁集团邯钢公司生产制造部，河北邯郸056015）

摘  要  通过对高炉原燃料的 K，Na，Zn含量分析，并进行投入支出平衡计算，找出烧结矿，球团等是高炉碱，锌负荷的主要来源,高炉渣是排碱的重要途径，布袋灰和重力灰是排锌的主要途径。探讨了减少高炉内碱、锌富集的方法和措施，控制进厂精粉碱、锌含量，废物料脱碱、脱锌，降低炉渣碱度，减少块状带吸附等，可有效降低高炉的碱害、锌害。

关键词  高炉；碱、锌负荷；对策

近几年随着炼铁用原燃料资源紧张且价格高涨，低价、低品位劣质料进入市场并在邯钢使用，带入的K、Na、Zn量增加。另外，炼铁、炼钢、轧制工序产生的尘泥回收到铁前系统，参与配料、焙烧入炉利用，形成K、Na、Zn的“大循环[1-2]”。高炉承受的碱负荷、锌负荷逐渐增加，直至导致炉况失常或周期性失常，损失修重[3-4]。邯钢有1座1000 m2高炉、2座2000m2高炉、3座3200 m2高炉，其中3200 m2高炉的碱负荷、锌负荷控制尤为重要。为此，对高炉中K、Na、Zn等有害元素平衡分析及其排出进行透析分析，采取措施切断“大循环”、减弱“小循环[1-2]”，利于高炉长周期稳定顺行。

1. 邯钢高炉碱负荷、锌负荷

2012年邯钢高炉碱负荷、锌负荷波动大，见表1。2012年2~4月碱负荷在3.0kg/t以下，其他月份超3.0kg/t标准，甚至达到6.0kg/t。锌负荷时则在200g/t以下，有时超过400g/t。与国内先进钢厂的控制标准（碱负荷不超过3.0kg/t、锌负荷不超过150g/t）相比，邯钢高炉碱负荷、锌负荷存在阶段性超标。

碱负荷在高炉内循环富集，催高焦炭反应性，破坏焦炭和烧结矿强度，恶化炉内料柱透气性，升高压差，轻则加大高炉操作难度，重则导致炉况失常。锌负荷在高炉内循环富集，导致风口二套变形上翘，甚至造成炉墙黏结，加快炉衬的侵蚀速度，危害高炉长寿。

2. 碱、锌收支平衡计算及分析

2.1  高炉碱、锌平衡

取样方法：烧结矿和球团矿在烧结球团车间出料口取样，焦炭在上高炉运输皮带上取样，董石、硅石、锰矿、南非矿、澳矿在高炉槽下振动筛下料口取样，煤粉在喷吹分煤瓶出口处取样，重力灰、布袋灰在卸灰口取样，炉渣在炉前渣沟中取样。化验方法：对高炉原料及产出物采用热电ICP光谱仪分析方法，测定K、Na、Zn含量。吨铁消耗量/排出量：根据测定期间高炉各种原燃料消耗量、铁产量、出渣量、重力灰和布袋灰排出量，折算到吨铁。

从表2可以看出：

（1）收入项。钾负荷为1.772kg/t时，烧结矿中K的质量分数最高，为46.38%；球团中K的质量分数为16.73%；焦炭中K的质量分数为15.89%；煤粉中K的质量分数为5.87%，高炉配锰矿时带入的K也占有一定比例。钠负荷为1.838kg/t时，烧结矿中Na的质量分数最高，为39.75%；焦炭中Na的质量分数为26.27%；球团中Na的质量分数为18.74%；煤粉中Na的质量分数为9.65%；南非矿、澳矿中Na的质量分数分别为2.02%、1.38%；锌负荷为255g/t时，烧结矿中Zn的质量分数最高，为80.58%；球团中Zn的质量分数为12.11%；焦炭中Zn的质量分数为4.10%；澳矿中Zn的质量分数为1.61%，其他较少。

（2）支出项。高炉渣排钾率为91.99%，排钠率为93.21%，而重力灰和布袋灰只占极少部分；锌排出率中布袋灰占73.43%，重力灰占25.01%，高炉渣占1.56%。

（3）碱排出率为92.82%，锌排出率为67.84%。

（4）烧结矿是碱负荷、锌负荷最高的收入项，占总量的1/2，甚至更多。

（5）球团和焦炭是碱负荷、锌负荷的另一重要收入项。

（6）喷吹煤也是碱负荷、锌负荷较重要的收入项。

（7）高炉渣是排碱的主要途径，布袋灰是排锌的主要途径

2.2 烧结球团用料碱、锌分析

2.2.1 碱（K2O+Na2O）含量

烧结、球团原料中辅料K2O、Na2O含量较高其中白煤、石灰石粉中ωK2O+ωNa2O达到0.6%，焦粉、混合灰中ωK2O+ωNa2O为0.3%～0.4%，膨润土含量最高，ωK2O+ωNa2O达到4%以上。含铁原料中南非矿粉碱金属含量最高，ωK2O+ωNa2O在0.3%左右，本地精粉及精粉中ωK2O+ωNa2O在0.15%～0.2%，其他国产精粉中ωK2O+ωNa2O在0.1%以下。进口矿粉碱金属含量均较低，澳系矿中ωK2O+ωNa2O在006%左右，巴系矿最低，ωK2O+ωNa2O在0.05%以下。另外，废物料中，烧结机头除尘灰的碱金属含量太高，达到17.40%（质量分数），高炉出铁场除尘灰、高炉布袋灰、炼钢粗灰、炼钢细灰、氧化铁皮偏高，个别超过0.50%（质量分数）（表3）。

2.2.2 ZnO含量

烧结、球团原料中精粉ZnO含量较高，在0.1%（质量分数）左右，本地精粉中ωZnO在0.03%左右，其他国产精粉中ωZnO在0.01%左右，进口矿粉中ωZnO在0.01%以下。另外，废物料中除钢渣锌含量较低外，其他品种锌含量均偏高，特别是高温场回收的灰，如高炉布袋灰中ωZnO=1.48%、高炉出铁场除尘灰中ωZnO=0.25%、炼钢细灰中ωZnO=0.17%（表3）。

3. 减少高炉碱、锌危害的对策

3.1 制定高炉碱负荷、锌负荷内控标准

借鉴其他先进钢厂的经验，总结邯钢近年高炉顺行与碱负荷、锌负荷的相关性，区别炉容大小，分级制定邯钢高炉碱负荷、锌负荷的内控标准。碱负荷（K2O+Na2O）不超过3.5kg/t，上限为4.0kg/t；锌负荷（ZnO）为3200m2高炉中不超过370g/t，2000m2高炉中不超过430g/t，1000m2高炉中不超过500g/t。

3.2降低高炉碱负荷、锌负荷的措施

（1）控制进厂精粉碱、锌含量，把好采购关。制定单品种精矿粉的碱、锌含量验收标准（ωK2O+ωNa2O≤0.20%，ωZnO≤0.08%），从资源认证、进厂检验及抽查等环节加强管理，杜绝超高碱、锌的原料进厂。

（2）铁钢轧工序含铁废物料回收利用，要分工序、分流程区别回收。低碱、低锌的废物料直接回一次料场参与配料。高碱、高锌的废物料，采取引进脱锌、脱碱工艺[5-8]（旋流脱锌技术、弱磁强磁选处理瓦斯泥流程、浮选-磁选或重选-浮选-磁选联合工艺、火法或酸浸法）脱除碱、锌，再回一次料场参与配料，切断“大循环”。

（3）降低烧结矿和自产球团矿的碱金属和锌含量，能有效地降低高炉碱负荷和锌负荷。首先优化烧结矿和球团矿的配料结构，控制高碱高锌品种配比，减少配入量，特别是严格控制废物料配入量，其次改善料场配料工艺和操作，保证配料均衡不偏析。

（4）降低燃料比是降低高炉碱负荷和锌负荷的另一重要措施，高炉通过自身调剂，选择合理的操作制度，达到边缘和中心的合理分布，提高高炉煤气利用率，降低燃料比。

（5）锰矿、黄石和砂石的碱金属和锌含量在所有物料中是最高的，所以应减少吨铁耗量，甚至不用。这样，一方面降低碱负荷和锌负荷；另一方面有利于降低铁元素消耗和燃料比，降低生铁成本。采取上述措施后，邯钢高炉碱负荷、锌负荷得到有效控制，到达控制标准，波动幅度减小，详见表4。

3.3  提高高炉排碱率、排锌率的措施

（1）改善高炉上部炉料平均粒度，减少碱、锌吸附。吸附反应取决于反应界面积大小[9]。提高炉内焦炭、烧结矿、球团矿的平均粒度，减少粉末，可使界面积降低，减少碱蒸气、锌蒸气在炉料上的吸附，增加炉顶排出量。为此，一方面要加强高炉槽下振筛管理，减少小于5mm粉末的含量到5%（质量分数）以下；另一方面要优化配料，提高焦炭、烧结矿和球团矿的高温冶金性能，减少在高炉上部的粉化。另外，调整高炉操作参数，提高炉顶煤气的流速、炉顶温度也能增加炉顶煤气通过炉尘带走的锌。

（2）抑制碱、锌在高炉下部还原，增加炉渣带出量。在高炉下部1500℃以上的高温区，碱的还原反应[10]为：

2K2SiO3+2C=4K(g)+2SiO2+2CO(g)………………………………(1)

2Na2SiO3+2C=4Na(g)+2SiO2+2CO(g)……………………………(2)

降低炉渣中ωCaO/ωSiO2。炉渣中CaO的含量降低，促使炉渣中SiO2。的活度升高，这将抑制炉渣中碱金属硅酸盐的还原，增加炉渣中的碱金属含量，提高炉渣的排碱能力。

由此，对高炉碱负荷、锌负荷实施在线监控，对出现富集超标的高炉采取集中降低炉渣中ωCaO/ωSiO2、增加渣量排碱量措施。

另外，尽可能地增加出铁、出渣次数，缩短碱金属在炉渣中的还原时间，抑制碱金属在炉渣中的还原和挥发，也能达到提高炉渣排碱能力的效果。

4. 结论

（1）K、Na、Zn平衡计算表明，烧结矿、球团和焦炭是高炉碱负荷、锌负荷的主要来源。优化配料结构，减少高碱、高锌原料配比，可有效降低高炉碱负荷、锌负荷。

（2）重力灰和布袋灰是高炉排锌的主要途径，炉渣是高炉排碱的主要途径。

（3）铁钢轧废物料中高碱、高锌部分，在参与烧结配料前要进行脱碱、脱锌处理，切断“大循环”。

（4）提高高炉的排碱率可以降低炉渣碱度、增加渣铁比以及减少碱金属在高炉上部的吸附来实现。而高炉排锌也是靠减少其在高炉上部的吸附来实现的。

5  参考文献

[1]崔光辉.碱金属富集与循环[J].钢铁,1981,16(7):66.

[2]吴斌.衡钢1号高炉锌平衡研究及减轻锌负荷的措施[J].中国治金,2011,21(11):21.

[3]张芳.锌在包钢高炉中的行为控制[J].钢铁,2011,46(8):11.

[4]赵宏博.区分和控制钾、钠对高炉冶炼的不利影响[J].炼铁,2011(2):40.

[5]尹慧超.钢铁厂含锌粉尘的低温磁化熔烧试验研究[J].钢铁技术,2011(2):45.

[6]王东彦.宝钢含锌粉尘快速还原技术[J].宝钢技术,2005(3):32.

[7]张建良.高炉含锌粉尘的脱锌处理[J].钢铁,2006,41(10):78.

[8]傅元坤.宝钢高炉锌平衡研究[J].江苏冶金,2004(1):12.

[9]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2002.

[10]吕庆.含碱高炉渣排碱、脱硫能力的实验研究[J].东北大学学报：自然科学版,2007,28(11):21.