王博

摘 要：本文詳細(xì)探討了堿金屬對高爐冶煉的危害，主要表現(xiàn)為原料、焦炭以及爐墻三個方面，而后提出了防治堿金屬對高爐冶煉危害的措施，包含有控制入爐原料、控制爐渣堿度以及提高透氣性這三點，以期為高爐冶煉工作的順利開展起到一定的促進(jìn)作用，延長高爐使用壽命。

關(guān)鍵詞：堿金屬；高爐冶煉；危害

K，Na都屬于輕金屬，有著很低的熔點和沸點，且極為活潑，其在自然界中廣泛存在，通常表現(xiàn)為復(fù)雜化合物的形式。雖然這類化合物在鐵礦石中的含量非常少，但要想徹底除掉它們卻有很高的難度。在高爐冶煉的過程中，堿金屬造成了極大的阻礙，其會使得冶煉強度、煤比以及焦比變低，讓高爐結(jié)瘤，導(dǎo)致爐襯遭到侵蝕。若不進(jìn)行及時有效的處理，會使企業(yè)面臨很大的安全隱患，降低其經(jīng)濟效益。本文則基于此詳細(xì)探討了堿金屬對高爐冶煉的危害，并提出了相應(yīng)的防治措施。

1 堿金屬對高爐冶煉的危害

1.1 堿金屬對原料的危害

堿金屬會提升燒結(jié)礦及球團礦的低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15，具體的提升幅度主要取決于鐵礦石的類別。在燒結(jié)礦和球團礦所含有的堿金屬量不斷提升的情況下，燒結(jié)礦及球團礦的RDI0.5和RDI+3.15都會出現(xiàn)增長，但RDI+6.3會隨之降低。之所以造成燒結(jié)礦和球團礦粉化，主要是因為在還原過程中，大量的堿金屬進(jìn)入了FexOy晶格，導(dǎo)致金屬鐵晶體呈現(xiàn)快速生長趨勢，從而形成應(yīng)力。隨著應(yīng)力的不斷增加，晶界處便會出現(xiàn)裂紋，從而提高燒結(jié)礦及球團礦的低溫還原粉化率。另外，在還原過程中，堿金屬元素會逐漸構(gòu)成新的堿金屬硅鋁酸鹽。因析晶存在較高難度，所以會形成大量的超顯微集晶（微晶集合體）。在還原反應(yīng)的影響下，這種集晶會持續(xù)晶化，隨著溫度的提升，晶化程度也越高，使得其結(jié)構(gòu)逐漸疏松，導(dǎo)致燒結(jié)礦及球團礦的低溫還原粉化率不斷提升。除此之外，堿金屬還會使得燒結(jié)礦及球團礦的軟熔溫度持續(xù)增高，從而拉長軟熔溫度間隔。

1.2 堿金屬對焦炭的危害

在高爐冶煉過程中，K，Na，Zn等有害元素會不斷聚集，從而影響焦炭的強度。堿金屬首先會覆蓋住焦炭的氣孔，而后慢慢擴展至焦炭內(nèi)部的基質(zhì)。焦炭長時間處于堿蒸氣中，便會吸引更多的堿金屬覆蓋，處于焦炭基質(zhì)部分的堿金屬會逐漸深入到石墨晶體中，從而對原有層狀結(jié)構(gòu)造成破壞，使得焦炭出現(xiàn)裂痕，嚴(yán)重時還會裂開。由于受到堿金屬的影響，焦炭的反應(yīng)性會大幅提升，由此降低焦炭強度，通過對不同堿量條件下的焦炭反應(yīng)性進(jìn)行測量，觀察其反應(yīng)后的強度大小，可以得知隨著鉀、鈉濃度的提升，焦炭反應(yīng)性便會越大。這種反映會使氣孔壁持續(xù)變薄，隨之強度快速下降，出現(xiàn)大量的碎焦和焦粉，影響高爐透氣性，阻礙高爐的有效生產(chǎn)。

1.3 堿金屬對爐墻的危害

基于堿金屬對爐襯的蝕損機理能夠得知，爐內(nèi)的堿蒸氣會呈現(xiàn)以下反應(yīng)：2R+CO=R2+C，形成的R2O與碳一起進(jìn)入磚縫中，或覆蓋于磚襯氣孔中。另外，K2O和煤氣中的CO發(fā)生反應(yīng)，形成K2CO2（熔點表現(xiàn)為910℃，當(dāng)存在Na2CO3時，熔點表現(xiàn)為700℃），由于受到沉積作用及反應(yīng)生成物的影響，爐體磚襯會形成內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致爐體磚襯強度下降，出現(xiàn)磚襯疏松的情況。同時，在煤氣流作用等的影響下，磚襯會不斷脫落。因鉛的不斷滲透與覆蓋，使得磚襯不斷膨脹，最終使得高爐爐底出現(xiàn)裂縫，爐底板逐漸上翹。

2 防治堿金屬對高爐冶煉危害的措施

2.1 控制入爐原料，防止循環(huán)富集

基于高爐堿金屬的來源來看，燒結(jié)是最容易帶入的。因此，需對燒結(jié)礦配料結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，對含有較多堿金屬的礦粉減少使用量。針對新使用的礦粉實施詳細(xì)的檢測，若發(fā)現(xiàn)其含有大量的堿金屬，則停止使用或限制使用，從而有效控制堿金屬的入爐量。另外，以結(jié)礦配料實際狀況為基礎(chǔ)，針對堿金屬在高爐與燒結(jié)礦之間的循環(huán)情況實施詳細(xì)的對比，將大多數(shù)高爐除塵灰停配，甚至將燒結(jié)電場除塵灰全部停配，以避免其持續(xù)富集。

2.2 控制爐渣堿度，提高排堿率

爐渣屬于高爐排出堿金屬的主要路徑，其中含有的堿金屬大約占到入爐堿金屬總含量的90%，對于爐渣排堿，主要可以從以下幾個方面著手：（1）將爐溫保持在一定額度，在爐渣堿度的持續(xù)降低下，高爐的排堿能力會不斷提升；（2）在脫硫正常的情況下，維持一定的渣堿度，減少生鐵含硅量，能夠使高爐的排堿能力得到有效提升；（3）提高渣中MgO（8%12%）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，尤其是Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)（15%18%），抑制K2O及Na2O的活躍程度，以此使高爐的排堿能力得到提升。

2.3 提高透氣性，監(jiān)控風(fēng)口角度

2.3.1 改善料柱透氣性

過量的堿金屬入爐會使得爐料透氣性降低，所以需從以下幾個方面著手，提高其透氣性：①把握好上料篩分工作，避免大量的礦焦粉末進(jìn)入爐中。②布料過程中，減少礦石、焦炭的批重，縮減角差及環(huán)數(shù)，確保中心和邊緣的焦炭比重是合理的，從而優(yōu)化煤氣流。其中，通過十字測溫，中心煤氣流保持高于600℃的溫度，邊緣煤氣流保持200300℃的溫度，通過提升冶煉強度的方式，來避免堿金屬的大量富集。

2.3.2 注意監(jiān)控風(fēng)口角度

需提升爐前出鐵速度，防止因出鐵不凈所導(dǎo)致的憋壓憋風(fēng)現(xiàn)象，推動冶煉工作的順利進(jìn)行，避免堿還原富集，提高爐的排堿能力。除此之外，隨著堿金屬在爐內(nèi)的不斷富集，風(fēng)口小套會不斷上移，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)角度發(fā)生變化。因此，在采取排堿措施的同時，須對風(fēng)口大中小套的角度進(jìn)行定期的調(diào)整，利用休風(fēng)機會，將變形上翹的風(fēng)口小套全部替換掉，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)、及時調(diào)整。

3 結(jié)論

本文通過詳細(xì)探討堿金屬對高爐冶煉的危害，提出了防治堿金屬對高爐冶煉危害的相應(yīng)措施，對于延長高爐使用壽命，提升經(jīng)濟效益有著一定的促進(jìn)作用?？偟膩碚f，需加強對堿金屬危害的研究，以此制定明確的管理方案與標(biāo)準(zhǔn)，盡可能減少堿金屬對高爐冶煉所造成的不利影響，從而為高爐長壽奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王沖，謝冬，馮帥，等.堿金屬對高爐原料冶金性能的影響[J].鋼鐵研究，2017，45（1）：69.

[2]王波，黃幫福，郗家俊.低品位礦高爐堿金屬行為研究[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2017，33（3）：17.

[3]廖尋志，范涵汝.高堿金屬條件下高爐操作實踐[J].工程技術(shù)：引文版，2016（1）： 272.