堿金屬對高爐冶煉的危害及防治措施探討

王博

摘 要：本文詳細探討了堿金屬對高爐冶煉的危害，主要表現為原料、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作用，延長高爐使用壽命。

關鍵詞：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，通常表現為復雜化合物的形式。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，讓高爐結瘤，導致爐襯遭到侵蝕。若不進行及時有效的處理，會使企業面臨很大的安全隱患，降低其經濟效益。本文則基于此詳細探討了堿金屬對高爐冶煉的危害，并提出了相應的防治措施。

1 堿金屬對高爐冶煉的危害

1.1 堿金屬對原料的危害

堿金屬會提升燒結礦及球團礦的低溫還原粉化指數RDI+3.15，具體的提升幅度主要取決于鐵礦石的類別。在燒結礦和球團礦所含有的堿金屬量不斷提升的情況下，燒結礦及球團礦的RDI0.5和RDI+3.15都會出現增長，但RDI+6.3會隨之降低。之所以造成燒結礦和球團礦粉化，主要是因為在還原過程中，大量的堿金屬進入了FexOy晶格，導致金屬鐵晶體呈現快速生長趨勢，從而形成應力。隨著應力的不斷增加，晶界處便會出現裂紋，從而提高燒結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）。在還原反應的影響下，這種集晶會持續晶化，隨著溫度的提升，晶化程度也越高，使得其結構逐漸疏松，導致燒結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礦及球團礦的軟熔溫度持續增高，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部的基質。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，從而對原有層狀結構造成破壞，使得焦炭出現裂痕，嚴重時還會裂開。由于受到堿金屬的影響，焦炭的反應性會大幅提升，由此降低焦炭強度，通過對不同堿量條件下的焦炭反應性進行測量，觀察其反應后的強度大小，可以得知隨著鉀、鈉濃度的提升，焦炭反應性便會越大。這種反映會使氣孔壁持續變薄，隨之強度快速下降，出現大量的碎焦和焦粉，影響高爐透氣性，阻礙高爐的有效生產。

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，爐內的堿蒸氣會呈現以下反應：2R+CO=R2+C，形成的R2O與碳一起進入磚縫中，或覆蓋于磚襯氣孔中。另外，K2O和煤氣中的CO發生反應，形成K2CO2（熔點表現為910℃，當存在Na2CO3時，熔點表現為700℃），由于受到沉積作用及反應生成物的影響，爐體磚襯會形成內應力，從而導致爐體磚襯強度下降，出現磚襯疏松的情況。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，防止循環富集

基于高爐堿金屬的來源來看，燒結是最容易帶入的。因此，需對燒結礦配料結構進行相應的調整，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的檢測，若發現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，以結礦配料實際狀況為基礎，針對堿金屬在高爐與燒結礦之間的循環情況實施詳細的對比，將大多數高爐除塵灰停配，甚至將燒結電場除塵灰全部停配，以避免其持續富集。

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%）的質量分數，尤其是Al2O3質量分數（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，監控風口角度

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入爐中。②布料過程中，減少礦石、焦炭的批重，縮減角差及環數，確保中心和邊緣的焦炭比重是合理的，從而優化煤氣流。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 注意監控風口角度

需提升爐前出鐵速度，防止因出鐵不凈所導致的憋壓憋風現象，推動冶煉工作的順利進行，避免堿還原富集，提高爐的排堿能力。除此之外，隨著堿金屬在爐內的不斷富集，風口小套會不斷上移，導致進風角度發生變化。因此，在采取排堿措施的同時，須對風口大中小套的角度進行定期的調整，利用休風機會，將變形上翹的風口小套全部替換掉，實現及時發現、及時調整。

3 結論

本文通過詳細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措施，對于延長高爐使用壽命，提升經濟效益有著一定的促進作用。總的來說，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準，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。

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