碱金属在高炉原料冶金性能的影响论文

碱金属在高炉原料冶金性能的影响论文

摘要：论述了碱金属在高炉中还原以及循环机理，对碱金属对高炉原料冶金性能的影响进行了分析，综合实际状况提出了有效的应用技术与手段。

关键词：碱金属;高炉原料冶金性能;影响

碱金属在高炉中的循环累积给冶金工作开展带来了一定的影响，会降低强度、煤比，焦比较高，也会导致高炉中出现结瘤，炉衬也更容易被腐蚀，对其进行系统分析，合理处置可以提升经济效益，降低各种不良隐患问题。

1碱金属在高炉中还原以及循环机理分析

碱金属会通复合硅酸盐的方式进入到高炉中，在通过硅酸盐的方式随着炉渣排出。而在高炉中，随着碱金属的累积，就会形成氰化物、碳酸盐以及焦炭中的赛入式化合物等等。这些物质在高炉的下部分分解，就会释放出碱金属蒸气以及氰化物蒸气，在高炉的上部位置出现，而这些化合物无法有效地祛除。碱金属在高炉中循环的具体流程如图1。碱金属通过复杂的硅酸盐方式进入到高炉中，在高炉的块状带中呈现稳定的状态，在其进入到温度高于1550℃的高温区域的时候，就会呈现大量的还原状态。在反应中生产的碱金属蒸汽会在煤气流的作用之下呈现上升运动，而在高炉中的任何高度之下均具有一定的氮势，会产生反应作用。而随着煤气的上升温度逐渐下降，碱金属氰化物的蒸汽就会逐渐变为一些小的液滴。这些液滴也会随着煤气逐渐上升，在煤气进入到炉身的中部位置、上部位置的时候，二氧化碳就会逐渐增加。

2碱金属对高炉原料冶金性能的影响

2.1碱金属对焦炭冶金性能产生的影响

以某炼铁厂高炉中应用的资产焦炭为试样，在通过KOH溶液处理之后，将处理之后的焦炭放置在干燥箱之中，在170~180℃温度之下将其烘干，维持2h，在冷却之后称取（200±0.5）g待用。根据GB/T4000—1996进行试验，保障各项指标符合要求。其具体的影响参数如图2。通过图2可以发现，在高炉中少量的碱金属可以提升焦炭的反应性指标IGR并且降低焦炭的反应后强度SCR，这样在炉身的位置中的焦炭就会出现破碎，其粉末量也会显著增加，整体透气性不佳，随着顶压的升高，其煤气流也不会畅通，这样就会直接影响高炉冶炼工作。

2.2通过扫描电子显微镜进行焦炭分析

通过电子显微镜直接的对焦炭的空隙结构以及焦炭中的大分子立体结构进行分析，对其反应前、反应后进行电子显微镜的分析测试，了解焦炭表面的微观形貌，确定碱金属对焦炭产生影响的规律与激励，加强对高炉危害的控制，保障高炉安全、稳定的应用。在试样制备过程中，要现将焦炭磨碎，去除表面的杂质之后在，在乙醇溶液中搅拌，通过滴管将其防治在导电胶之上，在室温之下晾干，在通过离子溅射的镀膜仪喷镀一层10nm的金导电层，在对其进行观察。通过观察发现焦炭在反应前的表面较为平整，而在焦炭反应之后其表面较为粗糙，气孔也不断的变大，气孔壁逐渐减薄，裂纹也逐渐增多。而随着碱金属的增加，其气孔壁变得更薄，也产生了较多的裂纹。碱金属可以有效的催化焦炭的汽化反应，其主要的机理就是碱金属中的一些元素侵入到石墨晶体的内部并且与C元素结合，其焦炭体积也会不断的膨胀，这样焦炭中的SCR就会逐渐降低，而且ICR也就会逐渐的升高。出现此种问题就是因为在碳的溶损反应中碱金属在催化作用的影响导致的。碱金属的催化机理就是在焦炭的表面上形成催化CO2-C反应的中间体，在此中间体中各种矿物质会通过氧化物分子形态出现，并且在焦炭基质的表面中形成了高分散度，这些矿物质氧化物与碳原子充分的接触就会出现氧迁移，而C则脱附生成了CO。焦炭的反应性先显著提升，导致焦炭的在反应之后呈现表面较为粗糙，气孔也变大，而气孔壁则逐渐的减薄，裂纹显著增多。在高炉冶炼中，碱金属导致了焦炭块度逐渐变小，产生了较多的碎焦以及焦粉，这样就导致了高炉料层透气性逐渐恶化，而碱金属K以及Na也通过炉墙影响冷却壁，进而破坏了炉壳，不利已高炉的稳定运行以及安全生产。

2.3碱金属对烧结矿、球团矿低温还原粉化性能的影响

2.3.1碱负荷对烧结矿低温还原粉性能的影响提取高炉中应用的烧结矿作为样品，通过喷洒KOH溶液之后，放置在干燥箱之中，根据规定要求确定烧结矿低温还原粉化性能，进行试验分析。在烧结矿的还原过程中，其吸附的碱金属在进入到FexO晶格之后催化还原反应，此区域中的金属铁晶体生产速度较快，在相界面上也会产生一些应力，在积累到一定程度的时候就会出现大量的裂纹，导致RDI，-3.15逐渐升高。通过研究分析，发现烧结矿在还原过程中会出现K，Na元素的迁移以及在集中处理，并且形成钾铝硅酸盐，其析晶较为困难，会形成超显微的微晶集合体，此种集合体会在还原反应作用下不断晶化。随着温度的升高，晶体就越来越强，而烧结矿的整体结构就会疏松，粉化；高炉冶炼过程中压差会不断的升高，炉况不佳就会直接影响高炉的正常冶炼工作的开展。2.3.2碱负荷对球团矿低温还原粉化性能的影响选择高炉中应用的球团矿作为主要的"试样，通过喷洒KOH溶液之后，在干燥箱中烘干。而球团矿低温还原粉化性能实验要符合规定要求，球团矿碱负荷为0~5.25kg/t。通过实验可以发现，随着碱负荷数量的增加，球团矿的低温还原粉化率RDI，-3.15以及RDI，-0.5就会升高，而RDI，+6.3则就会快速下降。在球团矿的还原中，其钾离子以及钠离子就会快速的进入到氧化铁中，导致晶格出现变形，在内应力的作用之下会导致球团矿出现大规模的膨胀，在相界面上就会产生一定的应力，在不断累积作用下就会出现裂纹等问题。球团矿还原膨胀率不断升高，其还原之后的强度则就越来越低，还原分化率也就会不断的增加。

3降低金属对焦炭冶金性能的应用技术

3.1高炉碱负荷管理工作

为了降低碱金属的危害问题，加强对高炉炉料碱金属状况分析了解，了解碱金属的负荷状态，提升入炉原燃料的稳定性，适当的配加低碱负荷矿石，要稳定以及降低入炉碱金属的整体负荷，进而有效地减少焦末以及矿末的入炉，这样可以有效地保障高炉安全运行。

3.2加强煤气流分布控制

在高炉冶炼中，煤气具有携带热能以及化学能、碱金属的作用。煤气量大且温度高的区域中炉料含碱量也相对较高。在实践中，可以基于发展边缘气流的基础上，疏通中心操作。

3.3控制炉渣碱度、渣量及炉温

根据试验以及国内外研究分析，发现高炉排出碱金属的主要就是通炉渣形式存在，炉渣中碱含量高达入炉碱含量的90％。在实践中可以加强对以下几点的重视。1）在保持炉温的状况下，在炉渣碱度降低的状态下高炉的排碱能力就会显著提升。2）碱金属硅酸盐还原属于强烈的吸热反应，在适宜的脱硫状况下，在渣碱度稳定的状态之下，可以适当的降低生铁含硅，继而增强高炉的排碱能力。3）提高渣中w（MgO）（8％~12％）的整体含量，降低渣中K2O、Na2O的整体活度，进而提高整体的排碱率。适当的增加MgO含量，可以改善流动性，也提升了排碱效果。4）提升m（MnO）/m（Mn）比，也可以增加渣中碱金属的氧化物。5）增加渣中含氟1％，减少渣中碱金属氧化物0.16％，通过CaF2洗炉增强渣中碱的活度指标，提升碱金属氧化物还原效果，提升碱金属的循环富集度，可以有效地排碱。

4结语

要想降低碱金属对高炉产生的影响，就要在源头上对其进行控制处理，加强对烧结矿、球图矿、焦炭、喷吹煤粉中碱金属的含量。而在烧结工序中，要应用钾元素、钠元素含量较低的溶剂以及燃料，烧结混匀料中要进行脱碱处理，在返回利用。而因为高炉燃料中的焦炭带入的碱金属含量高于煤粉，要适当的优化高炉的燃料结构，降低焦比例，提升煤比例，可以有效地减轻高炉的碱负荷，也可以有效地减少各种不良影响，进而提升了高炉安全性。

参考文献

[1]王冲，谢冬，冯帅，等.碱金属对高炉原料冶金性能的影响[J].钢铁研究，2017，45（1）：6-9.

[2]李双威.MgO对包钢球团矿冶金性能的影响[D].包头：内蒙古科技大学，2016.

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[4]胡启晨.铁矿石冶金性能对高炉的影响及应对措施[J].中国钢铁业，2017（11）：29-32.

作者：王刚 单位：首钢京唐钢铁联合有限责任公司