碱金属对高炉冶炼的危害及防治措施探讨

王博

摘 要：本文详细探讨了碱金属对高炉冶炼的危害，主要表现为原料、焦炭以及炉墙三个方面，而后提出了防治碱金属对高炉冶炼危害的措施，包含有控制入爐原料、控制炉渣碱度以及提高透气性这三点，以期为高炉冶炼工作的顺利开展起到一定的促进作用，延长高炉使用寿命。

关键词：碱金属；高炉冶炼；危害

K，Na都属于轻金属，有着很低的熔点和沸点，且极为活泼，其在自然界中广泛存在，通常表现为复杂化合物的形式。虽然这类化合物在铁矿石中的含量非常少，但要想彻底除掉它们却有很高的难度。在高炉冶炼的过程中，碱金属造成了极大的阻碍，其会使得冶炼强度、煤比以及焦比变低，让高炉结瘤，导致炉衬遭到侵蚀。若不进行及时有效的处理，会使企业面临很大的安全隐患，降低其经济效益。本文则基于此详细探讨了碱金属对高炉冶炼的危害，并提出了相应的防治措施。

1 碱金属对高炉冶炼的危害

1.1 碱金属对原料的危害

碱金属会提升烧结矿及球团矿的低温还原粉化指数RDI+3.15，具体的提升幅度主要取决于铁矿石的类别。在烧结矿和球团矿所含有的碱金属量不断提升的情况下，烧结矿及球团矿的RDI0.5和RDI+3.15都会出现增长，但RDI+6.3会随之降低。之所以造成烧结矿和球团矿粉化，主要是因为在还原过程中，大量的碱金属进入了FexOy晶格，导致金属铁晶体呈现快速生长趋势，从而形成应力。随着应力的不断增加，晶界处便会出现裂纹，从而提高烧结矿及球团矿的低温还原粉化率。另外，在还原过程中，碱金属元素会逐渐构成新的碱金属硅铝酸盐。因析晶存在较高难度，所以会形成大量的超显微集晶（微晶集合体）。在还原反应的影响下，这种集晶会持续晶化，随着温度的提升，晶化程度也越高，使得其结构逐渐疏松，导致烧结矿及球团矿的低温还原粉化率不断提升。除此之外，碱金属还会使得烧结矿及球团矿的软熔温度持续增高，从而拉长软熔温度间隔。

1.2 碱金属对焦炭的危害

在高炉冶炼过程中，K，Na，Zn等有害元素会不断聚集，从而影响焦炭的强度。碱金属首先会覆盖住焦炭的气孔，而后慢慢扩展至焦炭内部的基质。焦炭长时间处于碱蒸气中，便会吸引更多的碱金属覆盖，处于焦炭基质部分的碱金属会逐渐深入到石墨晶体中，从而对原有层状结构造成破坏，使得焦炭出现裂痕，严重时还会裂开。由于受到碱金属的影响，焦炭的反应性会大幅提升，由此降低焦炭强度，通过对不同碱量条件下的焦炭反应性进行测量，观察其反应后的强度大小，可以得知随着钾、钠浓度的提升，焦炭反应性便会越大。这种反映会使气孔壁持续变薄，随之强度快速下降，出现大量的碎焦和焦粉，影响高炉透气性，阻碍高炉的有效生产。

1.3 碱金属对炉墙的危害

基于碱金属对炉衬的蚀损机理能够得知，炉内的碱蒸气会呈现以下反应：2R+CO=R2+C，形成的R2O与碳一起进入砖缝中，或覆盖于砖衬气孔中。另外，K2O和煤气中的CO发生反应，形成K2CO2（熔点表现为910℃，当存在Na2CO3时，熔点表现为700℃），由于受到沉积作用及反应生成物的影响，炉体砖衬会形成内应力，从而导致炉体砖衬强度下降，出现砖衬疏松的情况。同时，在煤气流作用等的影响下，砖衬会不断脱落。因铅的不断渗透与覆盖，使得砖衬不断膨胀，最终使得高炉炉底出现裂缝，炉底板逐渐上翘。

2 防治碱金属对高炉冶炼危害的措施

2.1 控制入炉原料，防止循环富集

基于高炉碱金属的来源来看，烧结是最容易带入的。因此，需对烧结矿配料结构进行相应的调整，对含有较多碱金属的矿粉减少使用量。针对新使用的矿粉实施详细的检测，若发现其含有大量的碱金属，则停止使用或限制使用，从而有效控制碱金属的入炉量。另外，以结矿配料实际状况为基础，针对碱金属在高炉与烧结矿之间的循环情况实施详细的对比，将大多数高炉除尘灰停配，甚至将烧结电场除尘灰全部停配，以避免其持续富集。

2.2 控制炉渣碱度，提高排碱率

炉渣属于高炉排出碱金属的主要路径，其中含有的碱金属大约占到入炉碱金属总含量的90%，对于炉渣排碱，主要可以从以下几个方面着手：（1）将炉温保持在一定额度，在炉渣碱度的持续降低下，高炉的排碱能力会不断提升；（2）在脱硫正常的情况下，维持一定的渣碱度，减少生铁含硅量，能够使高炉的排碱能力得到有效提升；（3）提高渣中MgO（8%12%）的质量分数，尤其是Al2O3质量分数（15%18%），抑制K2O及Na2O的活跃程度，以此使高炉的排碱能力得到提升。

2.3 提高透气性，监控风口角度

2.3.1 改善料柱透气性

过量的碱金属入炉会使得炉料透气性降低，所以需从以下几个方面着手，提高其透气性：①把握好上料筛分工作，避免大量的矿焦粉末进入炉中。②布料过程中，减少矿石、焦炭的批重，缩减角差及环数，确保中心和边缘的焦炭比重是合理的，从而优化煤气流。其中，通过十字测温，中心煤气流保持高于600℃的温度，边缘煤气流保持200300℃的温度，通过提升冶炼强度的方式，来避免碱金属的大量富集。

2.3.2 注意监控风口角度

需提升炉前出铁速度，防止因出铁不净所导致的憋压憋风现象，推动冶炼工作的顺利进行，避免碱还原富集，提高炉的排碱能力。除此之外，随着碱金属在炉内的不断富集，风口小套会不断上移，导致进风角度发生变化。因此，在采取排碱措施的同时，须对风口大中小套的角度进行定期的调整，利用休风机会，将变形上翘的风口小套全部替换掉，实现及时发现、及时调整。

3 结论

本文通过详细探讨碱金属对高炉冶炼的危害，提出了防治碱金属对高炉冶炼危害的相应措施，对于延长高炉使用寿命，提升经济效益有着一定的促进作用。总的来说，需加强对碱金属危害的研究，以此制定明确的管理方案与标准，尽可能减少碱金属对高炉冶炼所造成的不利影响，从而为高炉长寿奠定良好基础。

参考文献：

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