武钢高炉K、Na、Zn平衡计算

关键词 碱金属 锌 平衡

l 前言

2006年在武钢4号高炉破损调查中发现炭砖环缝中的物料含K、Na很少，K、Na＜1％，但含锌很高，ZnO最高含量达68．95％。为进一步了解武钢高炉K、Na、Zn负荷和平衡情况，2007年在5号高炉破损调查之前对武钢5号和7号高炉进行了一次详细的K、Na、Zn平衡计算，并在4号和5号高炉破损调查时分析了K、Na、Zn沿高炉高度的分布及减少K、Na、Zn在高炉内的富积途径。

2武钢高炉K、Na、Zn平衡计算

2．1取样方法

K、Na、Zn平衡计算需要分别对人炉原料、燃料和高炉排出物进行取样。人炉原料包括焦炭、烧结矿、球团矿、块矿、钒钛矿、煤粉等。高炉排出物包括生铁、炉渣、瓦斯灰、炉前除尘灰、洗涤泥等。分别对5号高炉和7号高炉同时进行取样和K、Na、Zn平衡计算，每座高炉取两个月的试样，每个月同时取2～3天试样，分别进行化学分析和平衡计算，取样时每天上午、下午各取一次样，两次样混匀为一个样。

入炉原、燃料分别在料仓下料口取样，生铁、炉渣在炉前铁沟取样，炉尘在重力除尘器下火车厢上取样，炉前尘在除尘器出口取样，洗涤泥在洗涤水处理后的回收泥站取样，煤粉在喷煤管上取样。

2．2 K、Na、Zn平衡计算结果

对5号和7号高炉取样每天进行了K、Na、Zn平衡计算，计算结果见表1、表2。

2．3 K、Na、Zn平衡计算结果分析

1)同一时期、同一高炉几天的样品，钾钠负荷很接近，Zn负荷除个别天外也很接近。人炉量和排出量平衡较好，说明取样方法可行，误差很小。

2)5号高炉K、Na、Zn排出状况

5号高炉 3月26日、27日、28日三天钾钠负荷3．62 Kg／tFe，钾钠排出量平均77．99％，3月26日和3月28日两天相差较大，26日钾钠排出量58．77％，28日钾钠排出量大，为98．00％，这种情况和炉况变化有关。Zn排出量则相对较稳定，平均47．96％。

5号高炉5月14日和5月15日钾钠负荷3．68 Kg／tFe，两天钾钠负荷接近。Zn负荷比3月低很多，由1．25降到0．48 Kg／tFe，表明原料有改进，Zn A炉量大大减少。但Zn排出量差别较大，一天为63．34 ％，另一天为124．98％。其差别主要来自炉前尘，5月15日炉前尘含锌5．73％，其它天炉前尘含锌均＜2％。5号高炉排碱不算很好，排碱量仅72．92～77．89％。最差时排碱量仅为58．77％，特别是K₂ O的排出量最低时仅44．39％(3月2 6日)。

K、Na、Zn排出量百分数表示高炉排碱和锌的效果，K、Na、Zn都可以在高炉内合适条件下沉积或挥发，沉积量多少与高炉炉况、造渣制度、高炉操作密切相关。一方面K、Na、Zn负荷高增加排出难度，炉内富积增加，另一方面炉况不好，操作制度不利于排碱和锌，排出高炉也少，例如炉况不顺，炉缸不活，炉温低，边缘发展都不利于排碱和锌，炉内富积增加。

3)7号高炉K、Na、Zn排出状况：

7号高炉4月3～5日三天的钾钠负荷很接近，平均2．75 Kg／tFe，比5号高炉低0．87Kg／tFe，5号高炉钾钠负荷3．68Kg／tFe，7号高炉2．34Kg／tFe。7号高炉这三天排碱很好，排出量平均为92．73 ％。Zn负荷比5号高炉也低很多，5号高炉Zn负荷平均1．25Kg／tFe，7号高炉为0．26～0．40Kg／tFe。可见改进原料，人炉Zn负荷可以大大降低。

7号高炉5月1 4～1 5日两天排碱则较差，排碱量仅70．27％，可见仍存在炉况波动较大的问题。

两座高炉5月份的人炉Zn量都比上个月的人炉Zn量有显著降低，说明原料有较大改进，也说明降低入炉原料中Zn的含量，可以有效降低高炉的Zn负荷，降低Zn的危害。

3 K、N a、Zn沿高炉高度的分布

在4号、5号高炉大修拆除时，从上至下对高炉冷却壁不同高度上的粘结物或勾头上的沉积物、炉缸残存的炭砖、凝结的炉渣进行取样，进行化学成分分析。根据K、Na、Zn的化验结果，得出K₂O、Na₂O、Zn沿高炉高度的分布。

3．1 4号高炉K₂O、Na₂O、Zn沿高炉高度的分布

4号高炉K₂O、Na₂O、Zn沿高炉高度的分布见图1(a)，从图1(a)可看出：

1)炉腹、炉腰、炉身等部位到煤气上升管都是ZnO的高富集区，粘结物中含有很多ZnO，ZnO含量最高

达69．6％，含ZnO50～60％的试样也不少。

2)K₂O和Na₂O在炉腹、炉腰、炉身部位的富集量普遍较少，K₂O的最高含量为炉腹上方1．5 m处一个试样K₂O为6．11％，上升管沉积物一个试样ZnO为5．94％。其他多数试样为1～3％。Na₂O的沉积量更少，最高含量为炉腹下段一个样，上升管沉积物一个样，含N a₂O 1．44％和1．50％。一般都<1％。调查结果

表明，炉腹、炉腰、炉身部位的K₂O和Na₂O沉积均很少。过去那种K、Na高富集状况这次没有发现。

3)炉缸、炉底的K、Na、Zn酉集状况

①在炉缸上部风口区的棕刚玉砖和莫来石砖中K₂O、Na₂O富集普遍较高，最高含量13．35％，多数为8～10％，Na₂O含量比K₂O相对较低，最高含量仅为1．4 6％，多数＜1％，可见K是棕刚玉砖和莫来石风口组合砖的主要侵蚀因素。由于K、Na与硅、铝质耐火材料有较强的亲和力，容易生成硅、铝、钾化合物，该化合物较稳定，因此，能富集较多的K、Na。但和以往高炉相比K、Na富集量已大大减少。

②在炉缸炭砖中K₂O、Na₂O富集量很少，一般都＜1．0％，个别最高含量K₂O为3．17 ％。显然K、N a已不是这一代炉役炭砖的主要侵蚀因素。

③K₂O、Na₂O在炉缸粘结物、沉积物形成的渣壁中上部含量稍高，最高为3．95％，多数为1．4～2．7％；下部渣壁中K₂O、Na₂O含量较低，多数试样＜1％。

④Zn在炉缸粘结物中的富集，第7层炭砖以上(铁IN中心线)的粘结物中(渣壁)，出现高含量ZnO试样，在不同高度的6个样中ZnO含量达1 0～65．05％，其他多数样ZnO含量则很低＜1．0 ％；7层炭砖以下试样ZnO含量很低，一般＜0．01％。这种情况可能与渣壁的厚度和温度密切相关。ZnO还原温度为10300C，高于这一温磨ZnO被还原为Zn并汽化逸出；低于此温度则沉积下来。炉缸的渣壁有厚有薄，当某处凝结成很厚的渣壁时，内部的温度相应较低，＜10300C时ZnO则可以沉积下来，以至有的渣壁试样中的ZnO含量高达60％。

⑤炉内端炭砖中的ZnO和渣壁中的状况类似，含量有高有低。而在环缝处的炭砖中ZnO的含量普遍较高，ZnO含量高达55．40％，对炭砖形成侵蚀破坏。

⑥炉底炭砖中K、N a、Zn含量均很低，＜0．1％，K₂O含量最高1．41％，Na₂O最高含量0．59％，Zn含量最高0．15％。这和过去的调查结果相似。

3．2 5号高炉K₂O、Na₂O、Zn沿高炉高度的分布

5号高炉K₂O、Na₂O、Zn．沿高炉高度的分布见图1(b)，从图1(b)可看出：

1)K₂O的分布从炉腹中部以上直到炉喉，K₂O含量均很少，从炉腹中部以下直到炉缸底部、炉内端炭砖及环缝炭砖中都含有较高的K₂O。

2)Na₂O在砖衬和沉积物中含量均不高。

3)Zn的分布特征，炉腹以下直到炉缸底部，凝固在炭砖内表的炉渣中，含ZnO特别高。如蘑菇形侵蚀区，都被凝固的炉渣填满，渣层厚度达600mm～1000mm，这些渣中都含有很高的ZnO。肉眼可见渣中遍布淡黄色ZnO。炉内端炭砖和环缝炭砖中都含有较高的ZnO。从环缝到冷却壁的炭砖中，ZnO含量很低，说明Zn在低温区不会生成ZnO。炉身上部和上升管区的ZnO含量较高，是煤气中ZnO冷凝的原因。炉身中部直到炉腹的粘结物中ZnO含量也很低，这是因为这一区域煤气温度较高又无渣壁和砖衬，ZnO无凝固的条件。

3．3 K、Na、Zn在高炉内的分布特征及危害讨论

综上所述，K、Na、Zn．在高炉砖衬和粘结物中的富集状况和沿高度的分布有不同的特点。

1)K、Na在高炉内的富集，4号高炉仅在炉缸上部的棕刚玉砖和风口组合砖中较高，K₂O最高含量为13．35％，其他部位的砖衬和粘结物中碱含量均很少。这表明4#高炉高炉操作排碱状况很好，炉内没有严重的碱金属富集，未对高炉形成大的危害。这是多年来从人炉原料限制碱金属人炉量和高炉长期采用发展中心，抑制边缘煤气流操作方针，K、Na容易被炉渣和煤气流排出高炉有关。5号高炉则排碱较差，从炉腹中

部以下直到炉缸底部、炉内端炭砖及环缝炭砖中都含有较高的K₂O。

2)炭砖以上应用的棕刚玉砖和莫来石风口组合砖由于抗碱性差，与K、Na有很好的亲和力，富集了较多的K₂O，容易生成硅、铝、钾化合物(通称钾霞石)。4#高炉后期风口上翘，这是一个主要原因。炭砖以上的棕刚玉砖和莫来石风口组合砖应改用抗碱性优良的耐火材料。

3)这次观察到4号和5号高炉Zn在高炉中的富集特别严重，从高炉顶部直到炉缸铁口，普遍存在高ZnO的沉积，尤其炭砖环缝带炭砖，高锌富集直达炉底11层炭砖。在砖衬的低温区还可见到很多金属锌块。根据4号高炉ZnO在炭砖环缝带大量富集，而K、Na很少的情况可以推定Zn对炭砖有严重的破坏作用。应当采取措施控制人炉Zn量并研究高炉操作提高排Zn的能力。5号高炉则K、Na、Zn在炭砖和粘结物中都有较高的含量，表明排锌不好，排碱也不好，K、Na、Zn同时对炭砖形成侵蚀。

4 减少入炉K、Na、Zn负荷的措施

4．1 K、．Na、Zn的来源和排出途径

5号高炉2007年3月2 7日K、Na、Zn平衡计算结果见表3。由表3可以看出，K₂O6 7．44％来自烧结矿，Na2O46．71％来自烧结矿，锌89．02％来自烧结矿，其他原料都很少。钾钠主要通过炉渣排出，锌排出主要由洗涤泥排出，占74．01％，瓦斯灰排除占15．83％，炉渣排出占4．86％，炉前尘排出占5．30％。

其它天的计算结果类似，K₂O和Na₂O主要来源是烧结矿，约占40一70％，其次是球团矿、焦炭和煤粉，降低碱负荷首先是降低烧结矿中的K₂O和Na₂O的含量。有时球团、焦炭和煤粉带人的K₂O和Na₂O也较高。武钢7号高炉原料较好，锌负荷为0．26Kg／tFe，比5号高炉锌负荷低很多，5号高炉锌负荷1．381．Kg／tFe，7号高炉低5．3 1倍。可见减少人炉锌量大有潜力。锌负荷降低，锌的排出量也大大提高，如7号高炉锌排出80％以上，而5号高炉排出仅47．76％，可见降低锌负荷，锌的危害可以大大减轻。

烧结矿含锌高的原因主要是洗涤泥、炉前尘和瓦斯灰进人烧结作为矿物使用，高炉排出的锌重新进人高炉，形成炉外的循环富积。今后应当制定矿石的含锌标准，洗涤泥、炉前尘和瓦斯灰的含锌量超过标准不应当采用，或脱锌后使用，以免重新人炉提高锌负荷。

K、Na的排出绝大多数从炉渣排出，正常情况下占80％以上，最高达97％。可见提高炉渣的排碱能力十分重要。

4．2 5号高炉和7号高炉排出K、Na、Zn的效果比较

5号高炉和7号高炉K、Na．、Zn排出量百分数、吨铁负荷的比较见表4和表5。

从表4、表5可知，7号高炉排碱和锌忧于5号高炉，7号高炉排碱比5号高炉平均高10％，排锌平均高31．91％。其原因主要是7号高炉锌和碱负荷较低，碱负荷低1．06Kg／t，锌负荷低0．591Kg／t，锌和碱负荷高，排出难度增加，此外与高炉的顺行状态，炉缸活跃程度，操作制度有密切的关系。两座高炉相比较可以看到，改进原料，降低K、Na、Zn的负荷，同时要在高炉操作上重视K、Na、Zn的排出。

5 结论

1)K、Na、Zn平衡计算结果表明，K、Na、Zn在高炉内均存在一定的富积问题，通过原料和操作改进，可

以减轻K、Na、Zn在高炉内的富积程度。

2)K₂O和Na₂O主要来源是烧结矿，约占40—70％，其次是球团矿、焦炭和煤粉，降低碱负荷首先是降低烧结矿中的K₂O和Na₂O的含量。锌同样主要来自烧结矿，约占85—89％，降低锌负荷主要是在烧结矿生产中减少瓦斯泥配人量，或将瓦斯泥进行脱锌处理后再配人粉矿中生产烧结矿。

3)4号和5号高炉破损调查表明，Zn在高炉中的富集特别严重，从高炉顶部直到炉缸铁口，普遍存在高ZnO的沉积，尤其炭砖环缝带炭砖，应重视锌对高炉炭砖砖衬的破坏作用。