朝陽鋼鐵高爐有害元素分析及控制

王光偉，胡德順，王漸靈

（鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司，遼寧朝陽122000）

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司 （以下簡稱朝陽鋼鐵）2600 m3高爐第二代爐役始于2012年11月，投產(chǎn)以來高爐運(yùn)行較為順利。朝陽鋼鐵高爐入爐原燃料中的有害元素主要包括堿金屬 （K20+Na20）、Zn。隨著高爐生產(chǎn)時(shí)間的延伸，高爐有害元素富積，尤其是高爐干法除塵灰回配燒結(jié)，加速了高爐有害元素的富集速度。2013年7月，Zn負(fù)荷為0.46 kg/t，堿金屬負(fù)荷為2.48 kg/t。2013年11月，Zn負(fù)荷快速高升至0.86 kg/t，堿金屬負(fù)荷升高至3.95 kg/t，高爐干法除塵灰中Zn含量快速升高至15%左右，堿金屬含量快速升高至20%以上。與國內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)（Zn負(fù)荷 0.15 kg/t，堿金屬負(fù)荷2.5 kg/t）相比，Zn 負(fù)荷超標(biāo) 0.71 kg/t，堿金屬負(fù)荷超標(biāo)1.45 kg/t。為防止有害元素對高爐爐襯產(chǎn)生侵蝕，朝陽鋼鐵煉鐵廠從2013年開始對高爐有害元素的危害及分布情況進(jìn)行調(diào)查分析，通過采取有效措施，取得了明顯效果。

1 有害元素的危害

2014年4 月朝陽鋼鐵2600 m3高爐計(jì)劃檢修，在卸風(fēng)口過程中，從高爐風(fēng)口流出銀白色物質(zhì)，凝固后，實(shí)物外觀如圖1所示。由圖1可以見，表面呈銀白色，具有金屬光澤，質(zhì)地較軟，邊緣較薄部分可用手折彎甚至掰斷，經(jīng)斷面取樣化驗(yàn)知Zn含量為100%，表明高爐有害元素已富集到相當(dāng)嚴(yán)重的程度。

1.1 爐體上漲

有害元素富集造成高爐爐體上漲，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高爐爐底板開焊，上漲約100 mm，如圖 2（a）所示；高爐爐體 9層平臺標(biāo)尺上漲約50 mm，如圖2（b）所示；高爐冷卻水管與平臺聯(lián)接處開焊，水管上移出現(xiàn)彎曲，如圖2（c）所示；高爐上升管膨脹節(jié)發(fā)生位移，如圖2（d）所示。

圖1 風(fēng)口流出白色物質(zhì)

圖2 高爐爐體上漲方式

1.2 爐墻結(jié)厚

2015年9 月～2016年2月，由于高爐干法除塵灰無地存放及降成本需要，燒結(jié)開始回配干法除塵灰，燒結(jié)礦中Zn含量和堿金屬含量快速增加，高爐Zn負(fù)荷升高至0.9 kg/t。同時(shí)由于原料庫存較低，導(dǎo)致入爐原燃料質(zhì)量波動較大，入爐粉末增多，爐況波動大，造成2016年3～5月高爐爐墻結(jié)厚。

2 有害元素的來源與分析

2.1 高爐爐料有害元素來源

2013年11 月開始，高爐堿金屬負(fù)荷、Zn負(fù)荷上升較快，2014年高爐干法除塵灰日常堿金屬含量在20%以上，Zn含量在13%以上。2013～2017年高爐堿金屬來源統(tǒng)計(jì)如表1所示，Zn元素來源統(tǒng)計(jì)如表2所示。通過對高爐有害元素來源分析得出，有害元素中堿金屬55%、Zn元素77%均來自燒結(jié)礦。因此，分析燒結(jié)礦中有害元素的來源是控制高爐有害元素的首要任務(wù)。

2.2 燒結(jié)有害元素的分析

（1）2013年7月～2014年4月，由于燒結(jié)回配高爐干法除塵灰，使有害元素在鐵前系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)、快速富集。燒結(jié)配料情況對高爐有害元素的影響如表3所示。燒結(jié)礦中Zn含量和堿金屬含量快速升高，高爐Zn負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷明顯升高。

（2）2014年5月～2015年8月，燒結(jié)停配高爐干法除塵灰，燒結(jié)礦中Zn含量和堿金屬含量降低，高爐Zn負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷降低。

（3）2015年9月～2016年2月，由于高爐干法除塵灰無地存放及降成本需要，燒結(jié)又開始回配高爐干法除塵灰，燒結(jié)礦中Zn含量和堿金屬含量顯著升高，高爐Zn負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷明顯升高。

（4）2016年3月～2017年11月，燒結(jié)停配高爐干法除塵灰，燒結(jié)礦中Zn含量和堿金屬含量降低，高爐Zn負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷降低，Zn負(fù)荷最低降至0.36 kg/t，堿金屬負(fù)荷最低降至3.6 kg/t。

（5）2017年3月～2017年11月，由于煉鋼增產(chǎn)需要，增加廢鋼量，轉(zhuǎn)爐塵泥中Zn含量快速升高（轉(zhuǎn)爐泥中Zn含量如表4所示），致使轉(zhuǎn)爐塵泥帶入的Zn含量占Zn負(fù)荷的比例由以前的20%左右上升至78%，燒結(jié)礦中的Zn含量快速上升。2017年9月燒結(jié)停配轉(zhuǎn)爐塵泥，高爐Zn負(fù)荷有所下降。

表1 近幾年高爐堿金屬來源統(tǒng)計(jì) %

表2 近幾年高爐Zn元素來源統(tǒng)計(jì) %

表3 燒結(jié)配料情況對高爐有害元素的影響

表4 轉(zhuǎn)爐泥中Zn含量 %

3 有害元素控制理念

朝陽鋼鐵2013年7月開始對高爐有害元素進(jìn)行分析，建立了自身的有害元素控制理念。

（1）每個(gè)季度對高爐爐料及與生產(chǎn)相關(guān)的原料進(jìn)行一次取樣化驗(yàn)，取樣包括爐渣、除塵灰、高爐原燃料、燒結(jié)原燃料等20種物料，掌握其Zn、K、Na等有害元素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，監(jiān)控高爐有害元素負(fù)荷水平，為生產(chǎn)操作及高爐穩(wěn)定順行提供參考。

（2）朝陽鋼鐵高爐有害元素的控制目標(biāo)不局限于國家標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源水平及滿足高爐穩(wěn)定順行的需要，堿金屬負(fù)荷控制在4 kg/t以內(nèi)，Zn負(fù)荷控制在0.4 kg/t以內(nèi)。近幾年高爐有害元素負(fù)荷如圖3所示。

（3）通過高爐干法除塵灰成分監(jiān)控高爐有害元素排放情況，堿金屬含量控制在10%以內(nèi)，Zn含量控制在5%以內(nèi)。近幾年高爐干法除塵灰中有害元素含量如圖4所示。

圖3 近幾年高爐有害元素負(fù)荷

圖4 近幾年高爐干法除塵灰中有害元素含量

4 有害元素的控制措施

4.1 控制有害元素的來源

4.1.1 減少高爐有害元素內(nèi)部循環(huán)富集

高爐內(nèi)90%以上的有害元素Zn由高爐干法除塵灰?guī)С觯?5%以上的堿金屬通過爐渣排出。朝陽鋼鐵通過開路處理，避免系統(tǒng)內(nèi)有害元素的循環(huán)富集。鐵前系統(tǒng)回收的雜料，如高爐干法除塵灰和燒結(jié)電場灰等，有害元素含量最高、鐵含量較低，使用價(jià)值較低，因此盡可能將這些雜料外排。生產(chǎn)中若發(fā)現(xiàn)有害元素負(fù)荷異常升高，應(yīng)立即采取措施，防止因處理滯后而帶來重大損失。2012年由于K、Na鈉影響，燒結(jié)篦子粘結(jié)嚴(yán)重，2012年11月開始停配燒結(jié)電場灰；2013年11月Zn負(fù)荷嚴(yán)重超標(biāo)，2014年4月開始停配干法除塵灰；2017年9月高爐Zn負(fù)荷上升較快，高爐干法除塵灰中Zn含量達(dá)到約20%，2017年9月底開始停配轉(zhuǎn)爐塵泥，停配后效果如表5所示。

表5 停配后高爐干法除塵灰中Zn含量 %

4.1.2 控制燒結(jié)礦有害元素的含量

燒結(jié)礦是高爐有害元素的主要來源，因此調(diào)整燒結(jié)礦配料結(jié)構(gòu)，減少堿金屬高的幾種粉礦，增加堿金屬低的粉礦，并制定燒結(jié)配料有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)，如表6所示。

表6 燒結(jié)配料有害元素控制標(biāo)準(zhǔn) %

4.2 控制有害元素侵入爐缸、爐底炭磚

爐底板開焊和冷卻水管開焊主要是由于有害元素侵入爐缸、爐底炭磚，導(dǎo)致炭磚膨脹而引起的。為了防上爐底板開焊引發(fā)的煤氣泄漏，對爐底板進(jìn)行補(bǔ)焊并壓漿，壓漿采用塑性較好的樹脂壓漿料，謹(jǐn)防爐底板再次開焊，見圖5。對部分開焊的和由于膨脹導(dǎo)致變形的高爐冷卻水管進(jìn)行更換，并由硬聯(lián)接改成軟聯(lián)接，見圖6。

圖5 爐底板補(bǔ)焊

圖6 冷卻水管硬聯(lián)接改成軟聯(lián)接

4.3 控制高爐煤氣流分布

通過煤氣流將有害元素排出是高爐減少有害元素富集的最主要的方式。煤氣流溫度高的區(qū)域，其有害元素含量也高。朝陽鋼鐵在有害元素負(fù)荷較高的情況下，通常發(fā)展中心煤氣流，通過爐塵將有害元素帶出，爐頂溫度控制在200℃以上。

4.4 控制高爐鎂鋁比

爐渣是堿金屬排出的主要渠道，大約85%～90%的高爐堿金屬通過爐渣排出，合理的爐渣流動性是保證高爐排堿能力的關(guān)鍵。為了既保證高爐的穩(wěn)定順行，又保證爐料使用的經(jīng)濟(jì)性，通過近幾年的實(shí)踐，得出高爐的鎂鋁比控制范圍是0.4～0.6。

4.5 控制爐渣二元堿度

爐渣堿度降低，可提高爐渣吸收有害元素的能力。朝陽鋼鐵為了保證生鐵一級品率達(dá)到91%以上，通常將爐渣的二元堿度控制在1.15～1.20之間，在高爐有害元素富集較高的情況下，二元堿度通?？刂圃?.10～1.15之間。2017年9～11月，高爐鋅負(fù)荷上升較高，通過降低二元堿度來提高爐渣吸收有害元素的能力。

4.6 保持焦炭粒級的穩(wěn)定性

高爐有害元素可以加速焦炭的氣化反應(yīng)，采用粒度較大的焦炭，可以降低有害元素對焦炭機(jī)械強(qiáng)度的影響，從而保證高爐穩(wěn)定順行。朝陽鋼鐵高爐焦炭粒級為40～60 mm的要求≥50%，平均粒級要求≥51 mm。

5 效果

（1）通過在燒結(jié)混勻礦中停配高爐干法除塵灰、轉(zhuǎn)爐塵泥，減少了有害元素的循環(huán)富集；同時(shí)密切監(jiān)控各種物料的堿金屬及Zn含量，及時(shí)減配或停配有害元素含量高的物料，使高爐Zn負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷在一定范圍內(nèi) （堿金屬負(fù)荷控制在4 kg/t以內(nèi)，Zn負(fù)荷控制在0.4 kg/t以內(nèi)）保持了動態(tài)平衡，最大限度降低了有害元素對高爐的危害。

（2）通過高爐操作適當(dāng)控制爐渣堿度，將鎂鋁比控制在0.4～0.6范圍內(nèi)，提高了爐渣排堿量；同時(shí)適當(dāng)控制中心氣流，促進(jìn)了有害元素的排出；通過控制焦炭粒級，降低了有害元素對焦炭的氣化作用，高爐生產(chǎn)保持穩(wěn)定。

6 結(jié)語

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司通過對高爐有害元素入爐情況進(jìn)行分析，在鐵前物料方面建立了適合于自身的配礦模式，制定了燒結(jié)配料有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)，并采取合理措施控制高爐堿金屬負(fù)荷、Zn負(fù)荷，降低了有害元素對高爐的危害，實(shí)現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。