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1、冶金之家网站京唐高炉有害元素分布与控制徐萌，张卫东，陈辉，马泽军(首钢总公司 ) 摘 要： 阐述了京唐高炉有害元素入炉负荷以及在炉内外的分布，从锌负荷角度出发分析了固废回吃和非主流矿使用的经济性，并对烧结配加固废和非主流矿提出使用标准。针对目前固废与非主流矿不可兼顾的事实，认为应对固废进行预先脱除有害元素的处理。关 键 词： 高炉；有害元素；固废；非主流矿面临成本压力和原燃料品质劣化，京唐高炉固废利用率和非主流矿用量大幅增加，带来了钾、 钠、锌、氯等有害元素入炉负荷的升高，降成本与控制有害元素入炉负荷之间矛盾日益突出。 本文是在首钢现有控制标准下，探讨京唐高炉有害元素的发展趋势、炉内外分布情况
2、、固废和非主流矿的影响，并对烧结配加固废和非主流矿的比例提出控制标准。1 京唐高炉有害元素的趋势1 号高炉碱金属自开炉以后至2010 年底呈逐步升高趋势，受炉况波动添加锰矿、焦比高的影响， 20112013 年 1 月呈逐步降低趋势，但2013 年以后随着非主流矿使用及配比提高，碱金属负荷呈逐渐升高趋势。锌负荷自开炉至2011 年呈逐步降低趋势，2012 年以后呈升高趋势， 2012 年升高主要是因为烧结矿中配入固废量提高、球团矿中秘鲁粉和地方粉锌含量都升高所致， 2013 年升高主要是因为非主流矿使用及配比提高。1 号高炉碱金属和锌负荷的变化如图1 所示。2 高炉有害元素分布与平衡21 入炉
3、分布高炉入炉碱金属的分布见表1。开炉初期因焦比高，焦炭带入碱金属占25%，烧结矿、球团矿分别带入28、 42。烧结矿碱金属的循环富集量少，因此碱金属含量不高；球团矿均为外购，碱金属含量较高。炉况波动期，锰矿含碱金属高，导致带入量占195，燃料比高，导致焦炭、煤粉带入碱金属依然占较高比例；炉况稳定以后，烧结矿碱金属循环富集量增加， 烧结矿带入比例升高，入炉球团矿比例升高，同时球团矿秘鲁粉和地方粉碱金属含量有所升高， 因此，球团矿带入碱金属量增加，而焦炭带入量随燃料比和焦比降低而减少，煤粉带入量随煤比提高而增加。总体上，由炉料带入为主(79 7171)，其中又以烧结矿为首要因素。冶金之家网站高炉入
4、炉锌的分布见表2，开炉期外购秘球和瑞典球锌含量高(0 025)、焦比高、焦炭灰分含锌较高(0 18)。因此，烧结矿、酸性料和焦炭带入锌呈三足鼎立之势。炉况波动期，自产球团矿比例大幅提高、焦炭含Zn 低(0033)，因而烧结矿带入比例急速提高，达到 63； 炉况稳定以后， 锌负荷增加主要原因是用量较大的烧结矿中ZnO 含量从 0 009增加到 0017，自产球团矿ZnO 含量从 0012增加到0 021所致。总体上，由炉料带入比例提高趋势(678592)。22 支出分布开炉期碱金属排出率较高，从炉渣排出约50，剩余基本由炉顶煤气排出进入干法灰；炉况波动期，钠的排出率较高，但钾排出率不到75，其中
5、炉渣排碱受二元碱度高影响排出比例降低到约30，钠由于比钾难还原气化进入炉渣比例相对高，同时焦炭和炉料对钾的吸收率高于钠1，因此钾在炉内富集量比钠高，除了由炉渣排出外剩余碱金属大部分进入干法灰， 旋风灰排出比例比开炉期提高；炉况稳定期， 炉渣排碱能力大幅提高，而从干法灰、旋风灰排出的碱金属比例大大降低(如图 2 所示 )。冶金之家网站开炉期锌从炉顶煤气的排出率达到了80以上，且基本进入干法灰，这可能与开炉初期边缘比较活跃有关；炉况波动期，锌总排出率为50，基本从炉顶煤气排出，但进入旋风灰的比例明显提高；炉况稳定期， 锌总排出率只是略有提高，进入旋风灰和干法灰量相当，炉前灰排出量增加。总体而言，
6、碱金属在炉况稳定、炉渣碱度合适的情况下可以改善从炉渣的排出；锌可通过改善煤气分布，放开中心，适当减轻边缘负荷提高从炉顶煤气排出。开炉初期锌负荷较高、炉渣排碱能力低，干法灰中锌含量较高(约 2)、碱金属含量较高；炉况波动期碱金属负荷高，锌负荷相对低些，炉渣排碱能力差，因此干法灰中碱金属含量高，锌含量低；炉况稳定期，碱金属负荷降低且炉渣排碱能力强，而锌负荷升高，因此干法灰中碱金属含量低，Zn 含量高 (约 3)(如图 3 所示 )。3 烧结有害元素分布31 烧结前分布开炉期，烧结矿中锌65由高炉除尘灰带入；钠81由焦化废水带入；钾42由烧结除尘灰带入， 21由熔剂带入，17由高炉除尘灰带入，合计6
7、4的钾元素由循环回收物带入，外排烧结电除尘灰是降低钾富集的主要手段；氯53由焦化废水带入，26由烧结除尘灰带入，13氯来源于高炉除尘灰，仅有6的氯来自于新生烧结原料(包括矿粉、熔剂和燃料 )，可见，氯绝大部分是由循环回收物带入(见表 3)。32 烧结后分布由表 4 可知，锌98留在烧结矿，由于锌65来源于高炉除尘灰，如果高炉除尘灰不外排，则锌的富集主要源于高炉除尘灰的再利用；钠14进入烧结矿，84随烟气带走或黏结到箅条，可见焦化废水中钠几乎都随烟气带走，仅25 进入烧结除尘灰；钾52留在烧结矿， 43进入烧结除尘灰，5黏结到箅条或其他，钾元素由于很少以其他方式排出。因此，如果烧结除尘灰不采取外
8、排则富集速度会很快；氯 63随烟气排出或黏结到箅条，27进入烧结除尘灰，10保留于烧结矿。铁矿粉中的钾、钠大多以长石或闪石类形式赋存，烧冶金之家网站结矿中钾、钠绝大多数富集于玻璃质，以硅酸盐形态存在2。由于焦化废水中含Na+和 Cl-浓度高 (分别为 1400 和 1300mgL)，K+ 浓度约 58mgL，且均以可溶性离子形态存在，因此烧结过程中容易随过湿层下移而黏结到箅条上，影响烧结透气性。但从箅条黏结物成分分析看，钾、钠的含量分别为627和 139，认为原因是 KCl 在高温水中的溶解度比NaCl 高，随着过湿层下移绝大部分NaCl 从水溶液中析出黏附于烧结料层，另一原因是KCl 熔点低
9、于NaCl，因此 NaCl 更容易被烧结烟气带走。析出的NaCl在500 以 上 可 气 化 或 者 在 烧 结 烟 气 条 件 下 发 生 氧 化 分 解 ：2NaCl+SO2+O2=Na2SO4+Cl2。Pb 比 Zn 优先被氯化进入烟气，因此电除尘灰含Pb 高，而含锌低。从烧结后分布情况看，烧结除尘灰中钾、钠主要以氯化物的形态存在2，且钾比钠更容易进入烧结除尘灰。是否因氯化钠的比重更轻、粒度更细或比电阻更大，不容易被电除尘极板捕集，而导致大部分随烟气排出? 4 烧结非主流矿配用标准41 烧结配加固废或非主流矿对锌负荷的影响京唐高炉烧结配料锌含量见表5。根据表 6 计算，在不配高炉除尘灰的
10、前提下，目前非主流矿配比仍可以保证高炉入炉锌负荷低于首钢内控标准。但是在配2高炉除尘灰的情况下，即便非主流矿完全不配，高炉入炉锌负荷仍处于首钢内控标准上限。因此，面临固废和非主流矿不可兼顾，要想使用非主流矿就得把高炉除尘灰(旋风灰 )停配，要回吃固废，就得停配非主流矿。冶金之家网站42 非主流矿配用标准根据烧结矿中应控制Zn0 009(或 ZnO 0011)，在京唐当前配料结构下，非主流矿和固废配用按Zn 含量建立以下配用标准：(1)Zn 0 07，配用上限10以上；(2)0 07 Zn009，配用上限10 7 5；(3)0 09 Zn011，配用上限6 75；(4)0 11 Zn014，配用
11、上限5 6；(5)0 14 Zn020，配用上限35 5；(6)0 20 Zn035，配用上限2 35。43 配加固废和非主流矿经济性评价 为满足首钢高炉正常冶炼条件下的锌负荷内控标准(Zn0 16kg/t 或 ZnO 02kgt)，当高炉入炉Zn 由烧结矿带入比例占60时，烧结矿中应控制(或 ZnO 0011)。以烧结矿 Zn0 009为据， 计算烧结矿回吃2高炉除尘灰(Zn=0351)和烧结矿配加秘鲁原矿冶金之家网站(Zn=0070，配加比例上限为10)的经济性。(1)配加固废经济性。假设高炉除尘灰TFe 30、 C 30，配加2相当于消耗17kgt烧结矿，约 12kg 进入烧结矿， 可替
12、代约 6kg 焦粉 (按 800 元 t 计)。 假设烧结矿原品位为56，则影响烧结矿品位为5584，即降低品位016。假设烧结矿原价格1000 元 t，高炉除尘灰 100 元 t，则配加2除尘灰烧结矿成本为：985 元 t，降低了15 元 t。高炉烧结矿比例按70、消耗按11tt、入炉品位按587计算，燃料比500kgt。当品位降低016后，入炉品位降低约011，铁料消耗增加3kg/t。且燃料比升高约11kg/t( 按煤粉算 )。高炉铁水成本降低为1262 元 t (2)配加秘鲁原矿经济性。秘鲁原矿TFe 56、 SiO2 98，配加 10相当于消耗80kgt 烧结矿，按单价880 元 t
13、计算。假设烧结矿品位56、 SiO26、 R2=2，则 SiO 2量上升 3 04kg/t， CaO 量上升 6 08kg， 即需配加白灰量7 6kgt。 因此，烧结矿品位为55 58。烧结矿成本为985 元 t，与配加2固废成本相当。但是高炉入炉品位降低0 3，铁料消耗增加83kgt，且燃料比升高约3kgt(按煤粉算 )。高炉铁水成本降低为58 元 t。(3)固废与非主流矿经济性评价。从上述计算可知使用固废比配加秘鲁原矿有更好的效 益。但固废Zn 含量高于035时，高炉入炉锌负荷将超首钢内控标准，应该外排一段时间。5 结语(1)固废配吃与非主流矿使用降低了烧结与炼铁成本，但造成有害元素入炉负
14、荷升高。从锌负荷角度出发，在不回吃固废的前提下，当前非主流矿的使用比例可以满足高炉入炉锌控制标准。但是固废配吃的经济性要优于非主流矿。(2)高炉有害元素平衡计算表明：碱金属 70由炉料带入， 其中烧结矿带入为首要因素；85 90锌由炉料带入，烧结矿带入为首，占60左右。从排出情况分析，高炉稳定生产情况下碱金属从炉渣排出比例升高，可达80左右；锌排出率较低，不到60，主要分布于干法灰和旋风灰，建议适当放开边缘煤气有利于排锌。(3)烧结有害元素平衡计算表明，有害元素主要来源于循环回收物，65锌来源于高炉除尘灰， 80钠来自焦化废水，63钾由循环带入，90Cl 以上由循环带入。从排出情况看，98锌保
15、留于烧结矿，80钠以上从烟气排出或黏结于箅条、管道等， 52钾留在烧结矿、 43进入烧结除尘灰，63Cl 从烟气排出或黏结于箅条等、27进入烧结除尘灰。因此，锌和钾富集最快，必须采取措施切断循环链(高炉灰和烧结电除尘灰)。(4)根据当前首钢高炉入炉锌负荷内控标准，建议京唐烧结矿应控制Zn0 009(或ZnO0 011)，非主流矿和固废配用按Zn 含量建立以下配用标准：007 Zn035，配用比例上限10 2； Zn0 35停配； Zn0 07应更关注烧结矿品位和性能，使用比例高于10则计算烧结矿锌是否超标。(5)针对目前固废与非主流矿不可兼顾的事实，建议对固废进行预先脱除有害元素的处理。6 参考文献1 赵宏博，程树森高炉碱金属富集区域K、Na 加剧焦炭劣化新认识及其量化控制模型J 北京科技大学学报，2012， 34(3)：3333412 杨永清，鲁素萍，段祥光K2O、Na2O 在烧结过程行为机理分析J包钢科技， 2012，38(6)：3336
