有害元素对高炉的危害含量和有效预防措施.ppt

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1、有害元素对高炉的危害有害元素对高炉的危害、含量和有效预防措施含量和有效预防措施 王筱留王筱留北京科技大学冶金与生态工程学院钢冶系北京科技大学冶金与生态工程学院钢冶系北京市海淀区学院路北京市海淀区学院路30号号,100083Tel:13520786882E-mail:1提提 纲纲1.有害元素在高炉中的影响有害元素在高炉中的影响2.碱金属在高炉中的分布碱金属在高炉中的分布-高炉解剖高炉解剖3.有害元素的来源有害元素的来源-碱金属平衡计算碱金属平衡计算4.排减措施排减措施21碱金属对高炉的危害主要表现碱金属对高炉的危害主要表现1）提提前前并并加加剧剧CO2对对焦焦炭炭的的气气化化反反应应，缩缩小小了

2、了间间接接还还原原区区，扩扩大大了了直直接接还还原原区区，进进而而引引起起焦焦比比升升高高；降降低低焦焦炭炭的的粒粒度度和和强强度度，从从而而降降低料柱特别是软熔带气窗的透气性，引起风口破损。低料柱特别是软熔带气窗的透气性，引起风口破损。2）使使烧烧结结矿矿中中温温还还原原粉粉化化率率升升高高；导导致致球球团团矿矿产产生生异异常常膨膨胀胀（甚甚至至产产生生灾灾难难性性膨膨胀胀），使使其其强强度度降降低低，粉粉化化率率剧剧增增，给给高高炉炉冶冶炼炼带带来来不利的影响。不利的影响。3）引引起起硅硅铝铝质质耐耐火火材材料料异异常常膨膨胀胀，热热面面剥剥落落和和严严重重侵侵蚀蚀，从从而而大大大大缩减了

3、高炉内衬寿命，严重时还会涨裂炉缸炉底钢壳。缩减了高炉内衬寿命，严重时还会涨裂炉缸炉底钢壳。4）在在碱碱金金属属积积累累严严重重的的高高炉炉内内，由由于于矿矿石石的的软软熔熔温温度度降降低低，焦焦炭炭破破损损严严重重、气气流流分分布布失失常常或或冷冷却却强强度度过过大大，从从而而引引起起高高炉炉中中、上上部部结结瘤。瘤。5）使高炉料柱透气性恶化，压差梯度升高，引起高炉崩、悬料。）使高炉料柱透气性恶化，压差梯度升高，引起高炉崩、悬料。3高炉冶炼对焦炭质量的要求高炉冶炼对焦炭质量的要求 1）碱碱的的吸吸附附首首先先是是从从焦焦炭炭的的气气孔孔开开始始，然然后后向向焦焦炭炭内内部部基基质质慢慢慢慢扩扩

4、散散，随着焦炭在碱蒸气里曝露时间的延长，焦炭吸附碱量也越加增多。随着焦炭在碱蒸气里曝露时间的延长，焦炭吸附碱量也越加增多。2）向向焦焦炭炭基基质质扩扩散散的的碱碱金金属属还还会会使使石石墨墨晶晶体体内内部部受受到到侵侵蚀蚀。碱碱金金属属侵侵蚀蚀到到石石墨墨内内部部破破坏坏了了原原有有的的层层状状结结构构而而生生成成了了一一种种层层间间化化合合物物，将将会会产产生生较较大大的的体体积积膨膨胀胀。例例如如生生成成KC：和和KC6。时时，两两种种层层间间化化合合物物会会分分别别产产生生61，12的的体体积积膨膨胀胀，最最终终的的后后果果使使焦焦炭炭慢慢慢慢生生成成裂裂纹纹而而崩裂。崩裂。3）在在石石

5、墨墨晶晶格格上上形形成成使使碳碳的的边边界界连连接接变变弱弱的的一一种种放放电电体体，这这是是焦焦炭炭反反应应性性增增加加的的另另一一个个原原因因。综综上上所所述述，无无论论用用哪哪一一种种方方法法增增碱碱，焦焦炭炭增增碱碱后后的的结结果果都都大大致致一一样样，即即随随着着含含碱碱量量的的增增加加，焦焦炭炭的的反反应应性性相相应应升升高高，焦炭的体积膨胀，强度明显降低，易粉化。焦炭的体积膨胀，强度明显降低，易粉化。4高炉碱金属对铁矿石冶金性能的影响高炉碱金属对铁矿石冶金性能的影响1）碱金属能明显促进烧结矿的还原，对降低焦比有利。）碱金属能明显促进烧结矿的还原，对降低焦比有利。2）少少量量碱碱金

6、金属属能能够够提提高高烧烧结结矿矿的的软软熔熔温温度度，使使得得高高炉炉软软熔熔带带下下移移，有有利利于于铁铁矿矿石石间间接接还还原原的的进进行行，对对焦焦比比的的降降低低有有利利。但但烧烧结结矿矿含含碱碱量量过过高高又又会会产产生生负负影影响响，即即会会变变宽宽软软熔熔温度区间，而对高炉冶炼不利。温度区间，而对高炉冶炼不利。3）碱碱金金属属会会增增加加烧烧结结矿矿的的中中温温粉粉化化率率，从从而而影影响响到到料料柱柱的的透气性。透气性。5高炉中碱金属对球团矿冶金性能的影响高炉中碱金属对球团矿冶金性能的影响1）在在试试样样中中加加入入少少量量的的碱碱金金属属碳碳酸酸盐盐（0.5K2CO3或或N

7、a2CO3），球球团团矿矿就就会会发发生生灾灾难难性性的的膨膨胀胀，膨膨胀胀后后的的球球团矿呈疏松的海绵状结构，强度很差。团矿呈疏松的海绵状结构，强度很差。2）在在试试样样中中加加入入Na2SiO3也也会会使使球球团团矿矿发发生生很很大大的的膨膨胀胀。当当加加入入0.5的的Na2SiO3时时，球球团团矿矿还还原原膨膨胀胀率率就就大大于于100膨胀后的球团矿出现龟裂。膨胀后的球团矿出现龟裂。3）在在试试样样中中加加入入钾钾板板岩岩石石和和霓霓石石，球球团团矿矿发发生生较较小小的的体体积积膨胀，但也会出现细小裂纹。膨胀，但也会出现细小裂纹。6高炉结瘤高炉结瘤1）碱金属氰化物处于氧化气氛中是炉瘤形成

8、的主要原因。碱金属氰化物）碱金属氰化物处于氧化气氛中是炉瘤形成的主要原因。碱金属氰化物在不缺氧如炉身上部时易被氧化并使炉衬渣化，使炉衬表面逐渐形在不缺氧如炉身上部时易被氧化并使炉衬渣化，使炉衬表面逐渐形成碱金属渣。这种碱金属渣具有一定的粘稠性，容易粘附炉料中的成碱金属渣。这种碱金属渣具有一定的粘稠性，容易粘附炉料中的一些细小颗粒，最后形成一种粘稠的渣相吸附更多的碱金属，并与一些细小颗粒，最后形成一种粘稠的渣相吸附更多的碱金属，并与砖衬作用结晶出硅铝酸钾。碱金属蒸气也易与炉料渣化形成稠化物，砖衬作用结晶出硅铝酸钾。碱金属蒸气也易与炉料渣化形成稠化物，可以附着在形成的薄的铁层上促进了炉瘤的长大。可

9、以附着在形成的薄的铁层上促进了炉瘤的长大。2）煤气中所携带的矿物微粒如方镁石、钾镁铝硅酸盐以及钙钦矿等是富）煤气中所携带的矿物微粒如方镁石、钾镁铝硅酸盐以及钙钦矿等是富硅酸盐炉瘤形成的缘由。聚集在砖衬上的这些微粒和小颗粒矿石，硅酸盐炉瘤形成的缘由。聚集在砖衬上的这些微粒和小颗粒矿石，形成沉积物。这种沉积物在熔渣液相的作用下粘结的更加紧密，进形成沉积物。这种沉积物在熔渣液相的作用下粘结的更加紧密，进而促使炉瘤的形成。而促使炉瘤的形成。73）重碳酸盐与耐火砖衬作用形成的一种初渣是炉瘤生长的起因。碱金属）重碳酸盐与耐火砖衬作用形成的一种初渣是炉瘤生长的起因。碱金属氧化物在高炉环境中容易形成重碳酸盐，

10、如每氧化物在高炉环境中容易形成重碳酸盐，如每1的的K20和和Na20可以可以分别形成分别形成2.5和和3.3的重碳酸盐。重碳酸盐在的重碳酸盐。重碳酸盐在780-00熔化，并能溶熔化，并能溶解石英和赤铁矿而生成碱金属硅酸盐和铁酸盐。由重碳酸盐和耐火砖解石英和赤铁矿而生成碱金属硅酸盐和铁酸盐。由重碳酸盐和耐火砖衬反应形成的初渣在重碳酸盐熔体的作用下将高炉炉料粘结在一起，衬反应形成的初渣在重碳酸盐熔体的作用下将高炉炉料粘结在一起，随着熔融的重碳酸盐在随着熔融的重碳酸盐在800-820发生热分解作用而使高炉层状炉瘤生发生热分解作用而使高炉层状炉瘤生成。成。从上述三种高炉结瘤的不同机理中可以看出，碱金属

11、对高炉结瘤起到从上述三种高炉结瘤的不同机理中可以看出，碱金属对高炉结瘤起到中心环节作用，是高炉结瘤和长大的最主要的原因。为了减小高炉结中心环节作用，是高炉结瘤和长大的最主要的原因。为了减小高炉结瘤的可能性，应该采取措施，尽量减少入炉碱负荷以及提高高炉的排瘤的可能性，应该采取措施，尽量减少入炉碱负荷以及提高高炉的排碱能力。碱能力。高炉结瘤会严重影响高炉生产，如上世纪高炉结瘤会严重影响高炉生产，如上世纪60年代包钢结瘤对年代包钢结瘤对其高炉冶炼的影响可见一斑。炉瘤形成和长大的原因很复杂，如炉体其高炉冶炼的影响可见一斑。炉瘤形成和长大的原因很复杂，如炉体的冷却形式、炉料的构成和理化性能、以及高炉操作

12、过程的影响等；的冷却形式、炉料的构成和理化性能、以及高炉操作过程的影响等；而且炉瘤形成的部位、形状及组成也是多种多样的。大量高炉结瘤结而且炉瘤形成的部位、形状及组成也是多种多样的。大量高炉结瘤结果表明，碱金属跟高炉结瘤有着密切的关系，是炉瘤形成和长大的最果表明，碱金属跟高炉结瘤有着密切的关系，是炉瘤形成和长大的最主要的原因。主要的原因。8碱金属及碱化物的性质碱金属及碱化物的性质n化学元素周期表中第玖族元素中的化学元素周期表中第玖族元素中的Li，Na，K，Rb，Cs，Fr，其氢氧化物都是易溶于水的强碱，故称为碱金，其氢氧化物都是易溶于水的强碱，故称为碱金属。由于对高炉冶炼有重要影响的碱金属元素主

13、要是钾属。由于对高炉冶炼有重要影响的碱金属元素主要是钾（K）和钠（）和钠（Na）。）。表表1 1 碱金属单质的性质碱金属单质的性质元素元素价价电子子层结构构熔点（熔点（）沸点（沸点（）密度密度 g/cm3钾3S197.838830.97钠4S163.257580.82厂名厂名包包钢鞍鞍钢武武钢杭杭钢宣宣钢苏钢矿石种石种类白云白云矿烧结矿球球团矿烧结矿球球团矿球球团矿烧结矿烧结矿烧结矿K2O，0.180.220.200.350.250.300.180.630.51Na2O，0.370.260.230.060.130.050.040.080.38K2O+Na2O，0.550.480.430.410

14、380.350.220.710.89表表2 2 我国部分高炉铁矿石的含碱量我国部分高炉铁矿石的含碱量 9碱化物的性质碱化物的性质n在高炉冶炼过程中，碱金属通常以氧化物、碳酸盐、硅酸在高炉冶炼过程中，碱金属通常以氧化物、碳酸盐、硅酸盐、氰化物的形式出现，因而研究它们的热力学性质，对盐、氰化物的形式出现，因而研究它们的热力学性质，对于分析碱金属在高炉中的行为是至关重要的。于分析碱金属在高炉中的行为是至关重要的。1）碱金属氧化物）碱金属氧化物 纯纯Na2O在在1132熔化，而熔化，而K2O的熔点尚未确定。固体氧化的熔点尚未确定。固体氧化钾约在钾约在881分解为钾蒸气和氧。在分解为钾蒸气和氧。在10

15、1 KPa下，温度高于下，温度高于815时，纯时，纯K2O会被碳还原为钾蒸气和一氧化碳。会被碳还原为钾蒸气和一氧化碳。Na2O类似的还原温度约为类似的还原温度约为1000。（1）（2）102）碱金属碳酸盐）碱金属碳酸盐 Na2CO3与与K2CO3的熔点分别是的熔点分别是850和和901。在高炉内，碱金属碳。在高炉内，碱金属碳酸盐比其氧化物更稳定，纯碱金属碳酸盐在酸盐比其氧化物更稳定，纯碱金属碳酸盐在101KPa下，温度达到下，温度达到1200之前不会被之前不会被CO还原。当碱金属蒸气的分压较低时，还原反应还原。当碱金属蒸气的分压较低时，还原反应可能在温度低于可能在温度低于1200时发生：时发生

16、3）碱金属硅酸盐）碱金属硅酸盐 在在101kPa及温度高于及温度高于1550时，碳能还原硅酸钾生成钾蒸气和二氧化时，碳能还原硅酸钾生成钾蒸气和二氧化硅（或硅）。反应式如下：硅（或硅）。反应式如下：硅酸钠相应的还原温度为硅酸钠相应的还原温度为1700，复杂碱金属硅铝酸盐的还原将更困，复杂碱金属硅铝酸盐的还原将更困难。因此，在高炉中碱金属硅酸盐还是比较稳定的，一般很难将其还难。因此，在高炉中碱金属硅酸盐还是比较稳定的，一般很难将其还原。原。114）碱金属氰化物）碱金属氰化物n在高炉原料中本来并不存在在高炉原料中本来并不存在KCN或或NaCN等有毒物质。但等有毒物质。但在高炉内高温区却能够通过下列

17、反应形成碱金属氰化物：在高炉内高温区却能够通过下列反应形成碱金属氰化物：n氰化钾在氰化钾在622熔化，熔化，1625气化；氰化钠在气化；氰化钠在562熔化，熔化，1530气化。因此在风口区它们能以气态的形式存在，它气化。因此在风口区它们能以气态的形式存在，它随煤气流向上运动，当温度降低后它们便转变为液态。所随煤气流向上运动，当温度降低后它们便转变为液态。所以在炉身下部、炉腰、炉腹和炉缸碱金属氰化物完全可能以在炉身下部、炉腰、炉腹和炉缸碱金属氰化物完全可能以液体的形式出现。以液体的形式出现。12碱化物在高炉里的行为，我们还应了解它们的相对稳定性。碱化物在高炉里的行为，我们还应了解它们的相对稳定性

18、13由碱化物性质分析可知，在高炉的中、上部，以复杂硅酸盐形式进入高由碱化物性质分析可知，在高炉的中、上部，以复杂硅酸盐形式进入高炉的碱金属是很稳定的，当它们进入高温区后，进行还原。由于煤气的炉的碱金属是很稳定的，当它们进入高温区后，进行还原。由于煤气的高速运动达不到碱金属的平衡蒸气压，因此只有小部分碱金属硅酸盐参高速运动达不到碱金属的平衡蒸气压，因此只有小部分碱金属硅酸盐参加反应，生成的碱蒸气随着煤气流向上运动。又因为鼓风中氮的含量很加反应，生成的碱蒸气随着煤气流向上运动。又因为鼓风中氮的含量很高（高（78），高炉内的任何高度都具有较高的氮势，所以在高温区产生），高炉内的任何高度都具有较高的

19、氮势，所以在高温区产生的碱蒸气离开风口区以后，可能与氮反应生成碱金属氰化物蒸气并随煤的碱蒸气离开风口区以后，可能与氮反应生成碱金属氰化物蒸气并随煤气流向上运动。煤气进入氧化性很强的炉身中、上部时，它们将生成更气流向上运动。煤气进入氧化性很强的炉身中、上部时，它们将生成更加稳定的加稳定的K2CO3。新产生的。新产生的K2CO3由于是碱蒸气及碱金属氰化物的小液由于是碱蒸气及碱金属氰化物的小液滴形成的，故它们中的大部分将以烟尘的形式出现。滴形成的，故它们中的大部分将以烟尘的形式出现。高炉中碱金属的循环富集高炉中碱金属的循环富集14n携带着碱蒸气，碱金属氰化物和碱金属碳酸盐的高炉煤气在携带着碱蒸气，碱

20、金属氰化物和碱金属碳酸盐的高炉煤气在自下而上的运动过程中，所携带的上述碱化物会沉积在内衬自下而上的运动过程中，所携带的上述碱化物会沉积在内衬和炉料上，而来不及反应和沉积的碱金属则随煤气和炉尘从和炉料上，而来不及反应和沉积的碱金属则随煤气和炉尘从炉顶排出，大部分未还原的碱金属硅酸盐随炉渣排出。炉顶排出，大部分未还原的碱金属硅酸盐随炉渣排出。n沉积在炉衬上的碱金属会通过砖衬孔隙渗入砖衬，并对其进沉积在炉衬上的碱金属会通过砖衬孔隙渗入砖衬，并对其进行侵蚀，沉积在炉料上的碱金属到达高炉高温区后又将挥发。行侵蚀，沉积在炉料上的碱金属到达高炉高温区后又将挥发。挥发的碱金属又重新进入向上运动的煤气流，这种过

21、程连续挥发的碱金属又重新进入向上运动的煤气流，这种过程连续不断的循环往复。最终导致碱金属的富集，进而严重危害高不断的循环往复。最终导致碱金属的富集，进而严重危害高炉生产。炉生产。n2007-2010年山东莱芜高炉解剖对现代高炉碱负荷进行了系年山东莱芜高炉解剖对现代高炉碱负荷进行了系统的取样分析。统的取样分析。15莱芜高炉解剖研究：碱金属平衡计算莱芜高炉解剖研究：碱金属平衡计算莱钢3#120高炉碱负荷（碱负荷为M2O的入炉量）为：与全国碱负荷平均在与全国碱负荷平均在3 34kg/tFe4kg/tFe相比，高出相比，高出45%45%60%60%，处于较高水平。，处于较高水平。入炉原料中碱金属分布入

22、炉原料中碱金属分布产物中碱金属分布产物中碱金属分布16碱金属平衡小结碱金属平衡小结1.1.高高炉炉中中的的K K、NaNa、均均主主要要由由烧烧结结矿矿带带入入，其其中中带带入入的的K K为为65.7%65.7%，NaNa为为52.5%52.5%，由由此此可可以以看看出出，要要想想降降低低高高炉炉有有害害元元素素入入炉炉量量，最最重重要要的是控制烧结矿的质量；的是控制烧结矿的质量；2.2.球球团团矿矿、焦焦炭炭中中NaNa含含量量较较高高，用用量量也也较较多多，因因此此分分别别带带入入了了19.0%19.0%和和25.3%25.3%的的NaNa，适适当当控控制制球球团团矿矿和和焦焦炭炭中中的的

23、NaNa含含量量是是减减轻轻高高炉炉碱碱金金属负荷的有效途径；属负荷的有效途径；3.3.莱莱钢钢用用喷喷吹吹煤煤粉粉带带入入2.0%2.0%的的K K，3.2%3.2%的的NaNa，碱碱金金属属所所占占比比例例较较小小，从碱金属方面而言是较理想的喷吹用煤；从碱金属方面而言是较理想的喷吹用煤；4.4.高高炉炉产产物物中中炉炉渣渣中中含含NaNa量量为为98.3%98.3%，含含K K量量为为94.7%94.7%，炉炉渣渣是是高高炉炉碱碱排排出出的的主主要要途途径径，增增大大炉炉渣渣中中碱碱的的分分配配系系数数，有有效效利利用用炉炉渣渣排排出出碱碱金属，控制碱金属在高炉内的富集量。金属，控制碱金属

24、在高炉内的富集量。17高炉中碱金属分布状况高炉中碱金属分布状况含铁炉料中含铁炉料中K含量分布曲线含量分布曲线含铁炉料中含铁炉料中Na含量分布曲线含量分布曲线含铁炉料中碱金属分布状况含铁炉料中碱金属分布状况块状带含铁炉料中的碱金属含量变化很小，只有边缘样点到炉身底部开始略有块状带含铁炉料中的碱金属含量变化很小，只有边缘样点到炉身底部开始略有增加。进入软熔带后，各样点碱金属含量剧烈增加，当到达软熔带内侧时，碱增加。进入软熔带后，各样点碱金属含量剧烈增加，当到达软熔带内侧时，碱金属迅速减小到炉身上部含量水平，由此可见，高炉内碱金属存在富集现象，金属迅速减小到炉身上部含量水平，由此可见，高炉内碱金属存

25、在富集现象，主要富集区域为软熔带外侧。高炉边缘样点的碱金属含量比中心样点稍高。主要富集区域为软熔带外侧。高炉边缘样点的碱金属含量比中心样点稍高。18高炉中碱金属分布状况高炉中碱金属分布状况焦炭中焦炭中K含量分布曲线含量分布曲线焦炭中焦炭中Na含量分布曲线含量分布曲线焦炭中碱金属分布状况焦炭中碱金属分布状况焦炭中的焦炭中的K2O和和Na2O沿高度变化的规律基本相同。到风口回旋区上沿时，达到最沿高度变化的规律基本相同。到风口回旋区上沿时，达到最大值，可见此区域为碱金属富集量最大区域，此区域炉墙耐火材料受碱金属的破大值，可见此区域为碱金属富集量最大区域，此区域炉墙耐火材料受碱金属的破坏极为严重，建议

26、砌筑高炉是将风口上部炉腹区域的耐材重点考虑其抗碱金属侵坏极为严重，建议砌筑高炉是将风口上部炉腹区域的耐材重点考虑其抗碱金属侵蚀的性能。蚀的性能。19Zn平衡计算平衡计算目目前前国国内内外外锌锌负负荷荷还还没没有有一一个个统统一一的的标标准准，但但普普遍遍认认为为，当当高高炉炉锌锌负负荷荷超超过过150g/t铁时，可能会形成炉瘤等，严重影响高炉冶炼。铁时，可能会形成炉瘤等，严重影响高炉冶炼。莱钢莱钢3#120高炉锌负荷为：高炉锌负荷为：20高炉中高炉中Zn分布分布含铁炉料中含铁炉料中Zn含量分布曲线含量分布曲线矿矿石石：边边缘缘样样点点中中ZnZn含含量量逐逐渐渐增增加加，近近软软熔熔带带时时含

27、含量量已已达达到到1%1%，到到软软熔熔带带后后ZnZn含含量量骤然减小至几十骤然减小至几十ppmppm。炉身最上部一层。炉身最上部一层ZnZn含量较高为炉尘落入炉料中所致。含量较高为炉尘落入炉料中所致。焦焦炭炭：炉炉身身部部位位ZnZn含含量量变变化化不不大大，边边缘缘和和中中间间样样点点的的ZnZn含含量量到到风风口口上上沿沿达达到到最最大大，风风口口回回旋旋区区上上部部炉炉衬衬应应采采用用抗抗ZnZn侵侵蚀蚀的的耐耐材材。焦焦炭炭中中的的ZnZn沿沿高高炉炉径径向向的的总总体体趋趋势势是是：自边缘向中心自边缘向中心ZnZn含量逐渐减少，边缘样点的含量逐渐减少，边缘样点的ZnZn含量是中心

28、样点的含量是中心样点的3 35 5倍。倍。焦炭中焦炭中Zn含量分布曲线含量分布曲线21Pb平衡计算平衡计算各种入炉料和产物带入和带出的各种入炉料和产物带入和带出的Pb量量 各种入炉料和产物中带入和带出各种入炉料和产物中带入和带出Pb的比例的比例莱钢莱钢3#120高炉铅负荷为：高炉铅负荷为：与国内外普遍认可的铅负荷与国内外普遍认可的铅负荷100100600g/t600g/t铁相比，处于相当低的铁相比，处于相当低的水平，故莱钢高炉中不存在铅的危害。水平，故莱钢高炉中不存在铅的危害。22高炉中铅的分布高炉中铅的分布沿高度方向沿高度方向Pb含量变化很小，软熔带比块状带含量稍多。含量变化很小，软熔带比块

29、状带含量稍多。莱钢解剖高炉炉料中莱钢解剖高炉炉料中Pb含量很少，烧结矿、球团矿、焦炭和喷吹煤粉中含量很少，烧结矿、球团矿、焦炭和喷吹煤粉中Pb含量都小于含量都小于0.001%，所以，所以Pb对莱钢高炉正常生产几乎没有影响。对莱钢高炉正常生产几乎没有影响。焦炭中焦炭中Pb含量分布曲线含量分布曲线含铁炉料中含铁炉料中Pb含量分布曲线含量分布曲线23耐火材料中有害元素的分布研究耐火材料中有害元素的分布研究1#5#炉喉部分取样点炉身中上部取样点 炉腰与炉腹取样点1 炉身下部取样点 炉腰与炉腹取样点2 取样点-内部取样点-中部取样点-外部耐火砖耐火砖热面热面冷面冷面耐火砖试样取样图耐火砖试样取样图取样位

30、置及高炉内部温度分布取样位置及高炉内部温度分布 有害元素有害元素烧结矿烧结矿球团矿球团矿焦炭焦炭煤粉煤粉Na2O百分含量%0.1311 0.1294 0.1524 0.1324 吨铁含量 Kg/tHM1.51720.5499 0.7301 0.0927 K2O百分含量%0.0928 0.0973 0.0239 0.0473 吨铁含量 Kg/tHM1.0739 0.4137 0.1143 0.0331 Zn百分含量%0.0128 0.0120 0.0053 0.0071 吨铁含量 Kg/tHM0.1479 0.0508 0.0254 0.0050 Pb百分含量%0.0004 0.0004 0.0

31、000 0.0000 吨铁含量 Kg/tHM0.0046 0.0017 0.0000 0.0000 24炉喉内衬侵蚀炉喉内衬侵蚀高炉炉喉部分耐火材料结构致密，未发现有明显的侵蚀现象；高炉炉喉部分耐火材料结构致密，未发现有明显的侵蚀现象；耐火材料中并未发现有害元素，炉喉处并未受到有害元素的侵蚀；耐火材料中并未发现有害元素，炉喉处并未受到有害元素的侵蚀；炉炉喉喉段段的的破破损损主主要要是是由由于于炉炉料料的的冲冲击击磨磨损损、高高速速粉粉尘尘煤煤气气的的冲冲刷刷，以以及及温度频繁变化产生的热应力等作用，致使金属结构发生变形或脱落。温度频繁变化产生的热应力等作用，致使金属结构发生变形或脱落。热面热面

32、 中间中间 冷面冷面25炉身上部侵蚀状况炉身上部侵蚀状况热面热面 中间中间 冷面冷面炉身上部只有少量的炉身上部只有少量的Zn存在耐火材料的表面，并对炉衬产生深度侵蚀。而耐存在耐火材料的表面，并对炉衬产生深度侵蚀。而耐火材料的冷面和中间元素由火材料的冷面和中间元素由Al、Si和和O组成，没有发现其他有害元素。组成，没有发现其他有害元素。26炉身下部侵蚀状况炉身下部侵蚀状况热面热面 中间中间 冷面冷面在在高高炉炉炉炉身身下下部部炉炉衬衬结结构构较较疏疏松松，耐耐料料的的主主体体已已经经受受到到侵侵蚀蚀，局局部部有有明明显显的的孔孔洞洞及及裂裂纹纹。高高炉炉炉炉身身下下部部温温度度已已经经达达到到8

33、001000,除除了了热热侵侵蚀蚀加加重重以以外外,该该温温度度区区域域炉炉料料中中的的有有害害元元素素与与炉炉衬衬反反应应加加剧剧，这这些些因因素素均均导导致高炉炉身下部耐火材料侵蚀加重。致高炉炉身下部耐火材料侵蚀加重。27炉身下部侵蚀状况炉身下部侵蚀状况炉炉身身下下部部，除除了了 ZnZn以以外外，K K、CaCa也也出出现现在在耐耐火火材材料料中中。其其中中ZnZn、K K对对耐耐火火材材料料侵侵蚀蚀较较严严重重，整整个个耐耐火火材材料料均均发发现现两两种种有有害害元元素素的的存存在在；CaCa元元素素比比较较少少，主主要存在于耐火材料的热面。要存在于耐火材料的热面。XRDXRD显显 示

34、示 的的 结结 果果 说说 明明，炉炉 身身 下下 部部 耐耐 火火 材材 料料 表表 面面 矿矿 相相 包包 括括 钾钾 霞霞 石石（K K2 2O O AlAl2 2O O3 3 2SiO2SiO2 2），白白榴榴石石（K K2 2O O AlAl2 2O O3 3 4SiO4SiO2 2），锌锌尖尖晶晶石石（ZnOZnO AlAl2 2O O3 3），ZnOZnO，ZnSZnS。其其中中ZnOZnO与与ZnSZnS沉沉积积在在砖砖的的气气孔孔、裂裂纹纹和和砖砖缝缝中中，起起填填充充作作用用，致致使使砖砖的的龟龟裂裂扩扩大大，砌砌体体膨膨胀胀和和上上涨涨。部部分分ZnZn还还与与耐耐火火砖

35、砖发发生生反反应应，生生成成锌锌尖尖晶石，导致砖组织脆弱，强度降低。晶石，导致砖组织脆弱，强度降低。28炉腰内衬侵蚀状况炉腰内衬侵蚀状况热面热面 中间中间 冷面冷面炉炉腰腰部部位位温温度度较较高高，约约为为11001300，此此温温度度区区域域除除了了有有害害元元素素对对炉炉衬衬的的侵侵蚀蚀外外，渣渣对对炉炉衬衬也也有有一一定定的的侵侵蚀蚀作作用用。耐耐火火材材料料的的主主体体与与渣渣中中CaO和和SiO2反反应应生成的液相，加重了炉衬的破损，侵蚀相当严重。生成的液相，加重了炉衬的破损，侵蚀相当严重。从从能能谱谱分分析析来来看看，炉炉腰腰部部位位开开始始出出现现C的的析析出出反反应应，Fe液液

36、开开始始向向已已经经过过有有害害元元素素侵侵蚀蚀而而结结构构变变得得疏疏松松的的耐耐火火材材料料中中渗渗透透。因因此此随随着着温温度度升升高高，炉炉腰腰部部位位受受到到的侵蚀和热冲涮作用越来越严重，耐火材料结构破坏的也更为严重。的侵蚀和热冲涮作用越来越严重，耐火材料结构破坏的也更为严重。29炉腰内衬侵蚀状况炉腰内衬侵蚀状况Zn和和C已已经经完完全全侵侵蚀蚀如如炉炉衬衬内内部部，Zn在在炉炉腰腰和和炉炉腹腹部部位位对对耐耐火火材材料料的的侵侵蚀蚀作作用用比比炉身下部更为严重。炉身下部更为严重。从从XRD分分析析结结果果来来看看，除除了了莫莫来来石石以以外外还还存存在在锌锌尖尖晶晶石石（ZnAl2

37、O4）、二二氧氧化化硅硅（SiO2）和和碳碳素素（C），已已经经没没有有刚刚玉玉的的存存在在，这这说说明明在在以以刚刚玉玉莫莫来来石石为为骨骨架架的的炉炉村村耐耐火火材材料料中中，Al2O3开开始始和和渣渣中中碱碱性性物物质质反反应应，生生成成低低熔熔点点的的硅硅铝铝酸酸盐盐，同同时时C的析出以及锌尖晶石充斥在耐火材料中，使得耐火材料结构疏松容易脱落。的析出以及锌尖晶石充斥在耐火材料中，使得耐火材料结构疏松容易脱落。30炉腹部位侵蚀状况炉腹部位侵蚀状况热面热面 中间中间 冷面冷面炉炉腹腹部部位位液液态态渣渣铁铁的的侵侵蚀蚀开开始始加加剧剧，渣渣中中的的Ca和和Si对对耐耐火火材材料料的的侵侵蚀

38、蚀相相当当的的明明显显，此此外外Fe的的侵侵蚀蚀开开始始增增多多，总总体体来来讲讲随随着着越越到到高高炉炉的的下下部部，温温度度逐逐渐渐增增加加，炉衬受到的热侵蚀越严重，而侵蚀炉衬的元素越多，炉体的破坏程度越大。炉衬受到的热侵蚀越严重，而侵蚀炉衬的元素越多，炉体的破坏程度越大。31炉腹部位侵蚀状况炉腹部位侵蚀状况Fe在在耐耐材材中中已已深深度度侵侵蚀蚀，炉炉腹腹部部位位温温度度已已经经达达到到了了1300以以上上，高高温温的的铁铁液液对对炉炉衬衬耐耐火火材材料料的的热热侵侵蚀蚀作作用用，是是炉炉腰腰炉炉腹腹耐耐火火材材料料状状况况恶恶化化的的重重要要因因素素之一。之一。通通过过炉炉衬衬表表面面

39、XRD分分析析结结果果可可见见，该该部部位位的的有有大大量量的的二二氧氧化化硅硅（SiO2）。SiO2容容易易与与Ca以以及及Al生生成成低低熔熔点点化化合合物物，产产生生玻玻璃璃相相，破破坏坏耐耐火火材材料料的的基基质，使炉衬被温度很高的铁液侵入以及其他热应力的作用而脱落。质，使炉衬被温度很高的铁液侵入以及其他热应力的作用而脱落。32小结小结1.1.高高炉炉炉炉喉喉部部分分耐耐火火材材料料结结构构致致密密，未未发发现现有有明明显显的的侵侵蚀蚀现现象象；耐耐火火材材料料中中并并未未发发现现有有害害元元素素，炉炉喉喉处处并并未未受受到到有有害害元元素素的的侵侵蚀蚀；炉炉喉喉段段的的破破损损主主要

40、要是是由由于于炉炉料料的的冲冲击击磨磨损损、高高速速粉粉尘尘煤煤气气的的冲冲刷刷，以以及及温温度度频频繁繁变变化化产产生生的的热热应应力力等等作作用用，致使金属结构发生变形或脱落。致使金属结构发生变形或脱落。2.2.炉炉身身中中、上上部部温温度度为为400400800800，熔熔渣渣尚尚未未形形成成，没没有有渣渣蚀蚀现现象象发发生生。炉炉衬衬主主要要受受到到下下降降炉炉料料和和上上升升含含尘尘气气流流的的磨磨损损和和冲冲蚀蚀；锌锌被被挥挥发发并并随随煤煤气气流流上上升升至至炉炉身身中中上上部部的的低低温温区区而而沉沉积积于于砖砖缝缝中中，其其中中部部分分金金属属被被氧氧化化生生成成氧氧化化物物

41、而而体体积积膨膨胀，使砖衬开裂、破损，侵蚀现象并不严重。胀，使砖衬开裂、破损，侵蚀现象并不严重。3.3.炉炉身身下下部部温温度度较较高高，开开始始出出现现熔熔渣渣。高高温温下下的的碱碱金金属属蒸蒸气气对对砖砖的的化化学学反反应应也也较较中中上上部部突突出出，侵侵蚀蚀生生成成的的钾钾霞霞石石，白白榴榴石石，锌锌尖尖晶晶石石对对炉炉衬衬结结构构造造成成较较大大的的破破坏。坏。4.4.炉炉腰腰和和炉炉腹腹温温度度较较炉炉身身下下部部更更高高，高高温温下下炉炉渣渣的的侵侵蚀蚀以以及及碱碱金金属属和和碳碳素素的的沉沉积积作用使得这两个部位的炉衬的侵蚀现象特别严重。作用使得这两个部位的炉衬的侵蚀现象特别严

42、重。5.5.总总体体来来讲讲随随着着越越到到高高炉炉的的下下部部，温温度度逐逐渐渐增增加加，炉炉衬衬受受到到的的热热侵侵蚀蚀越越严严重重，而而侵蚀炉衬的元素越多，炉体的破程度越大。侵蚀炉衬的元素越多，炉体的破程度越大。33查明有害元素来源查明有害元素来源-碱平衡碱平衡 高炉的碱负荷一般是指每吨铁由炉料带入的碱金属的总量高炉的碱负荷一般是指每吨铁由炉料带入的碱金属的总量（kg/t铁），有时也可以用每吨炉渣由炉料带入的碱金属铁），有时也可以用每吨炉渣由炉料带入的碱金属的总量（的总量（Kg/t 渣）来表示。一般而言，高炉内的碱负荷越渣）来表示。一般而言，高炉内的碱负荷越高，给高炉冶炼带来的危害也越严

43、重。高，给高炉冶炼带来的危害也越严重。例如，美国的格莱尼特（例如，美国的格莱尼特（Granite）厂碱负荷达）厂碱负荷达6-11kg/t铁铁时，造成炉况不顺，结瘤，焦比升高，产量降低。而吉尼时，造成炉况不顺，结瘤，焦比升高，产量降低。而吉尼瓦（瓦（Geneva）厂的碱负荷由）厂的碱负荷由20.9kg/t铁降至铁降至7.7kg/t铁时，铁时，产量增加产量增加42.3，焦比降低，焦比降低10.3。因此为了降低碱金属。因此为了降低碱金属对高炉冶炼的影响程度，国外的一些炼铁厂对自身入炉的对高炉冶炼的影响程度，国外的一些炼铁厂对自身入炉的碱负荷作了一定的限制。碱负荷作了一定的限制。34企业名称企业名称吨

44、吨铁炉碱金属入炉量炉碱金属入炉量（K2O+Na2O），），kg/t铁日本日本新日新日铁2.5川琦制川琦制铁3.1加拿大加拿大多米尼多米尼钢铸造公司造公司3.0钢公司公司2.72美国美国琼斯斯劳林公司林公司5.0美美钢公司吉尼瓦厂公司吉尼瓦厂4.5西德西德蒂森施蒂森施韦尔尔厂厂4.5瑞典瑞典奥克塞洛松德冶金厂奥克塞洛松德冶金厂7.5英国英国英英钢联公司公司3.512法国法国洛林公司洛林公司7.035n碱平衡是高炉冶炼过程中入炉的碱负荷和排除的碱金属量的碱平衡是高炉冶炼过程中入炉的碱负荷和排除的碱金属量的明细表明细表。高。高炉中的碱金属主要是由铁矿石和焦炭带入的，碱金属的排出主要是通过炉中的碱金属

45、主要是由铁矿石和焦炭带入的，碱金属的排出主要是通过炉渣。但是炉渣的排碱能力受多方面的限制，如炉渣碱度，渣中二氧化炉渣。但是炉渣的排碱能力受多方面的限制，如炉渣碱度，渣中二氧化硅的含量以及渣中硅的含量以及渣中Mg0的含量等等。炉渣排碱能力好的时候可以排出入的含量等等。炉渣排碱能力好的时候可以排出入炉碱量的炉碱量的95，差的时候却只有，差的时候却只有65-80。而从炉顶煤气及炉尘排出的碱。而从炉顶煤气及炉尘排出的碱金属量少且波动很小，波动一般小于金属量少且波动很小，波动一般小于S。当炉渣的排碱能力降低时，。当炉渣的排碱能力降低时，剩余的碱金属将会在高炉内循环富集，给高炉冶炼带来种种问题。所以，剩余

46、的碱金属将会在高炉内循环富集，给高炉冶炼带来种种问题。所以，高炉碱害取决于滞留在高炉内进行循环富集的碱金属的多少。高炉碱害取决于滞留在高炉内进行循环富集的碱金属的多少。n如果高炉内的碱金属不能有效的排出，就必然会在高炉内不断的循环富如果高炉内的碱金属不能有效的排出，就必然会在高炉内不断的循环富集，从而给高炉冶炼带来一系列的不利影响。这些不利影响有的是直接集，从而给高炉冶炼带来一系列的不利影响。这些不利影响有的是直接的，如碱金属循环富集本身对料柱透气性的不利影响以及碱金属对高炉的，如碱金属循环富集本身对料柱透气性的不利影响以及碱金属对高炉内衬的侵蚀；而有的是间接的，如由于碱金属的作用，使烧结矿、

47、球团内衬的侵蚀；而有的是间接的，如由于碱金属的作用，使烧结矿、球团矿及焦炭的冶金性能变坏（如产生体积膨胀，强度降低，粉末增多等）矿及焦炭的冶金性能变坏（如产生体积膨胀，强度降低，粉末增多等）而产生的对高炉冶炼的不利影响。因此，有效的排出高炉内的碱金属，而产生的对高炉冶炼的不利影响。因此，有效的排出高炉内的碱金属，尽量的控制好自身的碱平衡，对每一座高炉冶炼而言是至关重要的。尽量的控制好自身的碱平衡，对每一座高炉冶炼而言是至关重要的。36取一台取一台230m2烧结机烧结机项目项目KNaPbZn带入量带入量Kg/t烧烧带入比例带入比例/%带入量带入量Kg/t烧烧带入比带入比例例/%带入量带入量Kg/

48、t烧烧带入比带入比例例/%带入量带入量Kg/t烧烧带入比带入比例例/%收入项收入项白云石白云石0.0060.40.01810.0050.50.00050.06石灰石石灰石0.0432.70.0874.80.0191.70.0050.6白灰白灰0.94558.20.18210.20.43143.10.044.6焦粉焦粉0.0382.30.0995.50.0060.50.0273.1布袋灰布袋灰0.0623.80.0170.90.0938.50.66275.3外矿返粉外矿返粉0.0110.70.0442.50.0141.30.0020.3高返高返0.16910.40.21612.10.11310.

49、30.0414.7精粉精粉0.0724.50.233130.0867.80.0384.3铁皮铁皮0.0050.30.0321.80.0080.80.0010.1高品澳粉高品澳粉0.0342.10.1578.80.0312.90.0091.1低品澳粉低品澳粉0.0321.90.147.80.04440.0050.6钢渣钢渣0.0140.90.0382.10.01110.0060.7自熔铁矿自熔铁矿0.0080.50.0271.50.010.90.0040.4巴粗巴粗0.18311.30.50428.10.22720.70.0374.2重力灰重力灰0.0352.10.021.10.0363.30.

50、12113.7合计合计1.6231001.7931001.0991000.879100支出项支出项烧结矿烧结矿1.121.030.5460.452合计合计1.121.030.5460.452积存量积存量合计合计0.5030.7630.5530.42837各种原料、燃料、熔剂带入有害元素的量各种原料、燃料、熔剂带入有害元素的量 各种原料、燃料、熔剂带入有害元素的比例各种原料、燃料、熔剂带入有害元素的比例 1.烧结过程中K、Na、Pb、Zn元素：（收入项（收入项-支出项）支出项）/收入项收入项分别为32.99%、42.55%、50.32%、48.69%，这表明该钢厂烧结过程脱除了大量的钾钠铅锌元素