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高炉有害元素控制技术

文档作者：邢华清王斌王聪渊文档来源：河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂		点击数：	更新时间： 2021年03月17日
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总第188期
2011年第8期
河北冶全 Total l88
2011．N umber 8
高炉有害元素控制技术
邢华清，王斌，王聪渊
(河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂，河北宣化075lO0)
摘要：宣钢实施低成本战略过程中，高炉稳定性变差，操作难度增加，经济技术指标下降，通过分析，有害
元素含量高是引起高炉稳定性变差的根本原因。通过采取措施降低了高炉有害元素含量并确定了其含
量控制范围，研究开发了高有害元素含量的粉尘综合利用技术。
关键词：高炉；有害元素危害及控制；高炉操作；利用
中图分类号：TF542 文献标识码：B 文章编号：1006—5008(201 1)08—0046—03
C0NTROL OF HARMFUL ELEMENTS BLAST FURNACE
Xing Huaqing，W ang bin，W ang Congyuan
(Ironworks，Xuanhua Iron and Steel Company，Hebei Iron and Steel Group，Xuanhua，Hebei，075 1 00)
Abstract：It is concluded that the harmful elements is the main reason that blast furnaceg stability gets worse．
Some measures are adopted to reduce harmful elements and their control range is determined．The compre—
hensive utilization technique is developed for dust with high harmful elements．
Key W ords：blast furnace；harmful element and its control；blast furnace operation；utilization
1 前言
随着钢铁市场的迅速发展，外粉价格大幅度上
涨，宣钢实施低成本战略，在立足当地资源的基础
上，通过合理搭配高性价比的原料来实现效益最大
化，其中一些本地矿粉、外粉有害元素含量较高，未
引起足够的重视。自2007年以来，宣钢各高炉都出
现有不同程度的波动，其中3#高炉出现周期性炉况
失常，造成了巨大的经济损失。通过分析，有害元素
含量高是引起高炉波动的根本原因，逐步认识到
Zn、K、Na、Ti等元素对高炉的危害。为了保证高炉
稳定、顺行，更好地实施低成本战略，研究有害元素
的危害机理，确定有害元素的控制范围，研究高炉排
出途径以及如何合理利用各种资源，研究高有害元
素含量的含铁粉尘综合利用，减少环境污染，具有十
分重要的意义。
2 有害元素的危害及排出
2．1 Zn的危害及排出
Zn在高炉炼铁原燃料含量很低，Zn在烧结矿
和球团矿生产的焙烧过程中只能去除一少部分，不
收稿日期：2011—06—26
作者简介：邢华清(1966一)，男，教授级高工，1988年毕业于包头钢
铁学院钢铁冶金专业，现在河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂亡作，E—
mail．xhxyiy@ 1 26．cont
46
能完全去除。
Zn对高炉冶炼过程的影响，最主要是对高炉长
寿、顺行程度、热制度的影响。Zn蒸汽沉积在高炉
上部砖衬缝隙中，氧化后体积膨胀，破坏炉衬，是冷
却壁水管非正常损坏的原因之一；Zn在上升管处积
聚，堵塞煤气通路，导致炉顶煤气压力异常波动，煤
气流偏行；Zn易形成炉瘤，造成高炉操作炉型畸变，
破坏炉料与气流的正常分布，脱落后还会损坏风口；
Zn破坏了原料热态强度，恶化高炉料柱透气性；Zn
在循环富集过程中容易引发高炉热制度波动，炉温
波动大，综合焦比变化大，导致高炉热制度失常。
Zn大部分随炉尘排出炉外，一部分沉积在炉料
上，重新被还原，形成炉内的循环富集。排出炉外的
Zn随瓦斯灰、瓦斯尘泥的回收利用，重新进入高炉，
形成了，Zn在高炉炼铁系统的“大循环”。据测定与
计算，高炉内的Zn循环量要比人炉Zn量大一个数
量级。Zn含量越高，危害性越大。
由试验和Zn反应热力学可知，随炉渣碱度升
高，炉渣含Zn量降低，随温度的升高炉渣含Zn量
降低。因此，降低炉温能够提高炉渣排zn能力，但
它受高炉实际操作的限制。根据宣钢高炉zn平衡
计算以及理论研究，大部分Zn随高炉煤气排出进
入炉尘中，炉渣排Zn的比例较小。
河北冶金 2011年第8期
2．2 碱金属危害及排出
碱金属主要是以硅酸盐的形态存在，由原燃料
带人高炉，当炉料下达高温区或炉缸时，碱金属被还
原，消耗大量的热量。
碱金属降低了铁矿石的软化温度，燃耗增加；使
烧结矿的还原粉化率剧增，使球团矿还原后强度下
降，出现异常膨胀，降低了高炉料柱透气性；是焦炭
熔损反应的催化剂，使其反应性提高，反应后强度急
剧下降且粉化；碱金属粘附于炉衬上，既导致炉瘤，
又破坏砖衬。碱金属不断循环富集，最终导致炉内
碱金属不断增加，对高炉的危害越来越严重。
提高炉温水平，高炉排碱能力下降。炉渣是高
炉排碱的主要途径，降低炉渣碱度有利于排碱。炉
渣的排碱能力随着Al，0 含量的增加而提高，但对
脱硫不利，熔渣黏度变大，渣中Al：o，不宜增加。
2．3 Ti还原及危害
含Ti矿石在高炉冶炼过程中，部分被还原，生
成Ti的碳、氮化物和[Ti]进入铁中。Ti的还原受
温度、还原气氛和TiO，浓度的影响，其中温度影响
最大。
由于TiO，的过还原生成TiC(熔点3 150 oC)
和TiN(熔点2 950 oC)，以及它们的固熔体Ti(C、
N)，这些物质以极细的颗粒弥散于渣中，或包裹于
铁珠的表面，再加上钛的低价氧化物TiO 和Ti o，
使炉渣急剧变稠，发生炉缸堆积，严重时造成停炉事
故；高炉操作区间变窄；Ti的过还原造成铁损增加。
为了避免Ti过还原导致的危害，应采取以下措
施：实施特殊的冶炼方法一低硅钛冶炼；适当缩短出
铁渣间隔时间，减少Ti在炉内的停留时间；增大鼓
风动能，进一步活跃炉缸；适当提高富氧率，或向渣
层吹氧，提高炉缸氧势，抑制TiO，的过还原；在条件
允许时适当调整造渣制度；改善焦炭质量，降低焦炭
的反应性；适当提高喷吹煤比，延长氧化带长度。
2．4 cl元素在高炉内的反应及危害
在烧结矿表面上喷洒CaC1，溶液已成为改善烧
结矿低温还原粉化率的常规做法。研究表明，CaC1，
能发生水解反应，且水解率随燃烧时间和温度的增
加而增加，在高炉特殊的冶炼环境中，部分CaC1，分
解生成HC1是完全可能的。在高炉条件下还有可
能生成NH C1，其中机理尚不明确，只是在实际生产
中发现煤气脱水器内壁、烧嘴粘结NH C1。
c1进入高炉净煤气，对金属构件产生腐蚀，缩
短使用寿命。随煤气进入热风炉的HC1将与耐火
材料中的Al、Si、Fe等氧化物发生反应生成低熔点
物质，对热风炉耐火材料质量产生重要的影响，导致
热风炉耐火材料收缩、塌陷，格子砖错位，降低热风
温度，缩短热风炉寿命。
3 有害元素控制及铁料优化研究
3．1 有害元素控制范围
根据宣钢高炉各种有害元素的含量炉况反应情
况，结合国内外高炉的操作经验，确定各种有害元素
含量的控制范围。
经统计，zn积累量基本都在50 g／t以上，最高
达到3 365 g／t，对高炉产生明显的危害，结合宣钢高
炉原料条件、危害程度以及文献资料，宣钢高炉Zn
负荷应<500 g／t Fe。
当碱金属达到一定数量后，就会在高炉内对焦
炭、烧结矿、球团矿起明显的破坏作用，碱负荷≤4．0
kg／t Fe。
Ti负荷控制。根据高炉原料及操作情况，Ti负
荷控制<15 kg／t。
Al，o 控制。按照渣中Al，0 ≤15．5％控制，通
过配料计算和配矿研究，在保证烧结矿性能的基础
上，控制烧结矿中Al：O <2．2％ 。
cl控制。烧结矿喷洒CaC1，溶液能改善烧结矿
低温性能。为控制cl元素含量，减轻cl的危害，同
时兼顾烧结矿的低温还原粉化性能，使用低氯
CaC1，溶液。
3．2 加强铁料优化研究
对原料样本进行基础性能测定，限制有害元素
含量过高的矿种配比，对已有资源通过烧结杯确定
烧结性能，确定最优生产配矿方案和操作参数。通
过性价比测算原料采购方案和生产使用方案。对于
某些性能好但有害元素高的品种，优先考虑烧结性
能、性价比，同时通过其它矿种的调整兼顾烧结的有
害元素含量，最终实现高的性价比和良好的冶金性
能。铁料优化使有害元素总量得到稳定控制，同时
铁料的性价比达到最优。
4 高炉操作制度研究
合理的高炉操作制度可以有效减轻有害元素对
高炉的危害。通过对有害元素在高炉内行为的研
究，在操作上采取了以下措施。
4．1 适当降低炉顶压力
zn随瓦斯灰排出高炉，是高炉排zn的主要途
径。宣钢1 000 m 以上的高炉Zn危害比小高炉严
重，主要原因在于炉顶压力较高，不利于排Zn。所以
适当降低炉顶压力，提高煤气流速，增加瓦斯灰吹出
量，提高排zn率。按照中型炉全炉压差<125 kPa、
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总第188期
大高炉<160 kPa，控制炉顶压力。
4．2 及时出尽渣铁
炉渣是高炉排Zn的一个重要途径，是高炉排
碱的主要途径，是高炉避免Ti害的一个重要环节。
加强铁口维护，控制合理铁口深度，加强外围铁罐的
组织，及时兑罐、出尽渣铁，减少有害元素在炉内的
滞留时间，减少Zn、Ti等有害元素的还原。
4．3 适当发展边缘气流
适当发展边缘气流，提高炉衬温度，不仅能预防
结瘤，还能增加排锌排碱率。各高炉采取适当发展
边缘的料制或者适当的扩大风口面积，前提条件是
保证足够的中心气流。
4．4 提高炉渣排出有害元素的能力
保持炉缸长期活跃是排出有害元素的重要途
径。维持全风作业，控制合理的冶炼参数，确保炉缸
热量充沛，当炉缸出现堆积的初期征兆时，及时进行
炉缸预处理，达到炉缸长期稳定活跃，是提高排出有
害元素的有力措施。
4．5 精料措施
有害元素对高炉原料具有破坏作用，铁料低温
还原粉化指数增加，焦炭的反应后强度下降，影响高
炉透气性。所以提高烧结矿的强度，改善粒级组成，
能缓解料柱的透气性。通过优化烧结配料、加强操
作，在使用低品质铁精粉的情况下，努力改善烧结矿
质量。
4．6 配加部分块矿
块矿具有SiO：含量较低，品位高，粒级均匀，强
度较高，有害杂质含量少的优点，各高炉均配加块
矿，配比5％ ～8％ 。
5 含锌粉尘的综合利用研究
由于Zn含量较高的尘泥不能直接进入烧结生
产，如废弃不用，将会占用大量的场地，既污染环境，
又造成含铁资源的浪费。
通过对含Zn瓦斯灰、瓦斯泥的化学成分、粒度
组成、Zn和铁氧物以及其它物质赋存形式的研究，
采取直接火法冶金分离技术脱Zn。脱Zn后的尘
泥，Fe含量提高至30％ ～35％ ，Zn降低至1％ ～
1．5％ ，破碎后按照1％ 进入烧结配料。高Zn粉尘
经过脱zn后，含Fe资源得到了综合利用，减少了占
用场地和环境污染。
6 实施效果
6．1 有害元素含量降低
布袋除尘灰是Zn的主要来源。布袋除尘灰不
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再直接进入烧结生产，从根本上降低了烧结矿Zn
含量，球团生产限制高Zn精粉的使用比例。烧结
矿、球团矿zn含量的降低，有效地降低了高炉Zn
负荷。Zn控制措施实施前后，3#、4#、5#高炉Zn含
量对比情况见表1。
表1 3#、4#、5#高炉zn含量对比情况 g／t Fe
Tab．1 Comparison of zinc
contents of 3#，4#。and 5# blast furnaces g／t Fe
针对高Ti冶炼的特殊性，制订了高炉Ti负荷
的控制范围，烧结矿TiO，控制0．6％ ～0．7％ ，球团
矿TiO 控制1．0％ ～1．1％ 。高炉Ti负荷的降低与
稳定，给高炉创造了有利条件，避免了高Ti冶炼的
种种弊端，减少了炉缸堆积次数。措施实施后，1#、
3#、4#、5#高炉Ti负荷对比情况见表2。
表2 1#、3}}、4#、5#高炉Ti负荷对比情况 kg／t Fe
Tab．2 Comparison of titanium
loads of 1#，3#，4#，and 5# blast furnaces kg／t Fe
根据进厂物料Al 0 含量，调整人烧、入球料结
构，烧结矿Al 0 含量下降至<2．1％ ，球团矿
A1 O，含量下降至1．3％ ，炉渣A1：O，含量降低至
12％ ～13．5％ 。同时由于SiO，／A1，O 比值在0．1～
0．3，还进一步提高了烧结矿质量。
宣钢炼铁厂各高炉碱负荷在4．0 kg／t(Fe)左
右，属于偏高水平。通过定期分析碱金属含量、平衡
情况，判断是否富集，控制合理的造渣制度，提高高
炉排碱率，防止碱害。至今没有发生碱害。
改用低氯CaC1 溶液喷洒烧结矿后，c1降低
20％ ，效果比较明显，管道腐蚀情况缓解，烧嘴、燃烧
炉生产正常，煤气脱水器内没有再次粘结。喷洒低氯
CaC1 溶液后，烧结矿的高温性能没有变化。对热风
炉砖衬的影响随着时间的延长有待进一步验证。
6．2 高炉燃耗降低
由于有害元素含量的降低，减轻了对高炉的危
害，高炉顺行程度明显改善，主要经济技术指标变化
情况见表3。 (下转第45页)
河北冶金 2011年第8期
铁[s]：0．030％ 一0．040％ ，3～4炉次将[si]降至
0．5％ 以下，从而保证渣铁具有良好的流动性。
(3)复风后加快用风进程，用风量促进料动，同
步捅开风口保持合理的鼓风动能，复风后2 h之内
恢复喷吹和富氧，加快高炉恢复进程。
4 实践效果
自2009～2010年，4#高炉前后几次定修及几次
无计划休风，按照以上方法操作，炉况恢复很快，表
3为近年来休风与炉况恢复时间对应关系。
国内某厂5样高炉(2 000 m )和宣钢4#高炉长
期计划休风的炉况恢复情况对比见表4。
表3 休风与炉况恢复时间对应关系
Tab．3 Correspondence
between delay and furnace condition recovery time
表4 炉况恢复情况对照表
Tab．4 Contrast of furnace condition recovery
5 结语
该技术在2009年和2010年4#高炉实践中效果
显著，高炉休风复风后炉况恢复迅速，6 h之内达到
全风作业，并且矿批、焦炭负荷、煤粉用量、风温水平
等恢复到休风前状态。该技术已经在宣钢其它大高
炉中推广应用，可为其它高炉长期休风复风后快速
恢复炉况提供借鉴。
' ' ， ， ， m ， m ， ， ’ ' ， ’ ' ' ' ' ' ， ， ， ， m l ’ ● ■ ● ’ ， ' ， ， ' ' ， ， ' ， ， ， ● ’ m ● m l l l - I ’ ’ ’ ’ ' ’ ’ ' ’ ' ， ' m ， m l ， ● ’ ● ’ l ' ' ' ' m ● ，
(上接第48页)
表3 高炉技术经济指标变化情况
Tab．3 Trend of technical and economic indexes of blast furnace
7 结语
通过铁料优化不仅改善了烧结矿球团矿质量，
降低有害元素含量，满足了高炉对精料的要求，而且
改善了高炉顺行程度，高炉增产节焦效益明显，提高
了全公司整体的经济效益；布袋除尘灰经过焙烧处
理后再进入烧结生产，实现了资源的综合利用，减少
了环境污染，符合循环经济和可持续性发展理念。
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