王光偉，胡德順，王漸靈

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧朝陽(yáng)122000）

摘要： 針對(duì)鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司2600 m3 高爐有害元素對(duì)高爐的危害情況，從2013 年開始定期對(duì)有害元素的入爐情況進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果制定了燒結(jié)礦有害元素的控制標(biāo)準(zhǔn)，并采取相應(yīng)措施有計(jì)劃地控制高爐堿金屬負(fù)荷、Zn 負(fù)荷，對(duì)高爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行起到了決定性作用。

關(guān)鍵詞： 高爐；有害元素；堿金屬負(fù)荷；Zn 負(fù)荷

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱朝陽(yáng)鋼鐵）2600 m³ 高爐第二代爐役始于2012 年11月，投產(chǎn)以來(lái)高爐運(yùn)行較為順利。朝陽(yáng)鋼鐵高爐入爐原燃料中的有害元素主要包括堿金屬（K₂O+Na₂O）、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(guó)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(duì)高爐爐襯產(chǎn)生侵蝕，朝陽(yáng)鋼鐵煉鐵廠從2013 年開始對(duì)高爐有害元素的危害及分布情況進(jìn)行調(diào)查分析， 通過(guò)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(yáng)鋼鐵2600 m³ 高爐計(jì)劃?rùn)z修， 在卸風(fēng)口過(guò)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(tái)標(biāo)尺上漲約50 mm，如圖2（b）所示；高爐冷卻水管與平臺(tái)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。

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(wú)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(kù)存較低，導(dǎo)致入爐原燃料質(zhì)量波動(dòng)較大，入爐粉末增多，爐況波動(dòng)大，造成2016 年3～5 月高爐爐墻結(jié)厚。

2 有害元素的來(lái)源與分析

2.1 高爐爐料有害元素來(lái)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(lái)源統(tǒng)計(jì)如表1 所示，Zn 元素來(lái)源統(tǒng)計(jì)如表2 所示。通過(guò)對(duì)高爐有害元素來(lái)源分析得出， 有害元素中堿金屬55%、Zn 元素77%均來(lái)自燒結(jié)礦。因此，分析燒結(jié)礦中有害元素的來(lái)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(duì)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(wú)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。

3 有害元素控制理念

朝陽(yáng)鋼鐵2013 年7 月開始對(duì)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(duì)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(yáng)鋼鐵高爐有害元素的控制目標(biāo)不局限于國(guó)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(guò)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。

4 有害元素的控制措施

4.1 控制有害元素的來(lái)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(guò)爐渣排出。朝陽(yáng)鋼鐵通過(guò)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(chǎng)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(lái)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(chǎng)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。

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(lái)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。

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(duì)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(duì)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。

4.3 控制高爐煤氣流分布

通過(guò)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(yáng)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(guò)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(guò)爐渣排出， 合理的爐渣流動(dòng)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(guò)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(yáng)鋼鐵為了保證生鐵一級(jí)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，二元堿度通常控制在1.10～1.15 之間。2017 年9～11 月，高爐鋅負(fù)荷上升較高， 通過(guò)降低二元堿度來(lái)提高爐渣吸收有害元素的能力。

4.6 保持焦炭粒級(jí)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(duì)焦炭機(jī)械強(qiáng)度的影響，從而保證高爐穩(wěn)定順行。朝陽(yáng)鋼鐵高爐焦炭粒級(jí)為40～60 mm 的要求≥50%，平均粒級(jí)要求≥51 mm。

5 效果

（1） 通過(guò)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(dòng)態(tài)平衡，最大限度降低了有害元素對(duì)高爐的危害。

（2） 通過(guò)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(guò)控制焦炭粒級(jí)， 降低了有害元素對(duì)焦炭的氣化作用，高爐生產(chǎn)保持穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司通過(guò)對(duì)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(duì)高爐的危害，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行。