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1、目 录1 前言12 各种有害元素对高炉生产的危害32.1 锌还原及锌危害研究32.1.1 锌还原研究32.1.2 锌危害研究32.1.3 锌的循环富集研究32.1.4 锌对高炉原料冶金性能影响的研究42.2 碱金属的还原及危害研究52.2.1 碱金属还原耗热研究52.2.2 碱金属危害研究52.2.3 碱金属的循环富集研究62.3 氯元素危害研究62.3.1 氯元素在高炉内发生反应的研究62.3.2 氯元素危害研究62.4 硫、磷的还原及危害研究73 排除有害元素的研究83.1 烧结球团生产排锌的研究83.2 高炉排锌能力研究83.3 高炉排碱研究93.4 高炉排出氯元素的研究93.5 降低烧
2、结球团、高炉生铁中硫磷途径的研究94 确定宣钢2#高炉有害元素含量的控制范围114.1 锌控制范围114.2 碱金属控制范围114.3 其他有害元素的控制范围125 铁料优化研究136 高炉操作制度研究147 含锌粉尘的综合利用研究158 宣钢2#高炉生产实践168.1 宣钢2#高炉简介168.2 降低有害元素含量178.3 提高风速，提高鼓风动能188.4 优化上部装料制度199 结论22参考文献：23致谢241 前言近几年来，随着钢铁市场的迅速发展，铁矿石资源日趋紧张，外粉价格大幅度上涨，导致生铁成本上升。宣钢实施低成本战略，扩大使用当地资源的范围和数量。张宣周边地区的精粉和块矿特点是，成
3、份不稳定、有害元素含量较高。在使用当地资源时，由于有害元素含量较高，致使高炉入炉有害元素含量升高，当有害元素富集到一定程度或炉料有害元素含量超过一定范围时，对高炉的危害很大，能使高炉操作炉型发生变化，破坏高炉顺行、高炉炉况失常；劣化炉料的冶金性能，能降低矿石的软化温度1，造成球团低温粉化严重，使焦炭的气化反应能力增强，焦炭反应后强度急剧下降而粒度细化，造成料柱透气性变差，产生炉缸堆积，危及高炉冶炼的正常进行，高炉技术经济指标下降，焦比、燃料比升高，产量下降。另外，有害元素含量达到一定程度后造成高炉冷却设备的非正常损坏，缩短高炉炉役寿命2。在实施低成本战略的过程中，20092010年宣钢炼铁厂各
4、座高炉都出现有不同程度的波动。2010年9月宣钢2#高炉开炉后，由于有害元素含量较高，造成了炉身上部13段冷却壁西北方向粘结，高炉操作炉型发生畸变，破坏了高炉稳定顺行。通过我们认真的分析与调查，有害元素含量高是引起高炉波动的重要原因。本文以宣钢2#2500m3高炉炼铁生产实践为依据，通过对炉料有害元素含量的控制，不仅提高了高炉稳定顺行程度，而且在入炉品位较低的条件下，高炉技术经济指标逐年改善。2 各种有害元素对高炉生产的危害为了保障高炉稳定顺行，需要研究各种有害元素的存在性状、还原耗热、富集与循环、危害机理，确定各种有害元素的控制范围，减轻对高炉的危害，同时要研究高炉排出有害元素的途径；研究较
5、高有害元素含量条件下的高炉操作；研究配矿，降低高炉原料中的有害元素含量，要实现高性价比、低有害元素含量，以及如何合理利用各种资源，从源头上降低高炉有害元素含量；研究高有害元素含量尘泥的综合利用问题。2.1 锌还原及锌危害研究2.1.1 锌还原研究锌在高炉炼铁原燃料含量很低，烧结矿和球团矿中的锌主要以铁酸锌ZnOFe2O3或（Zn、Fe）OFe2O3形式存在。锌在烧结矿和球团矿生产的焙烧过程中只能去除少部分。2.1.2 锌危害研究锌对高炉冶炼影响，最主要是对高炉长寿、顺行程度、热制度的影响。锌蒸汽沉积在高炉上部砖衬缝隙中，当其氧化后体积膨胀，严重时会破坏炉衬，甚至涨裂炉壳，降低高炉寿命2。当锌含
6、量高时，在煤气上升管处积聚，堵塞煤气通路导致煤气流偏行；如ZnO凝附在炉墙内壁上或炉喉部位，形成炉瘤4，造成高炉操作炉型畸变，破坏炉料与气流的正常分布，崩悬料频繁；破坏了焦炭、烧结矿、球团矿热态强度，恶化高炉料柱透气性。如果控制不得当，还会引起其他冶炼工艺事故。2.1.3 锌的循环富集研究在1000条件下，还原出来的锌全部为锌蒸汽。锌蒸汽随煤气上升到高炉上部低温区又被氧化成为ZnO微粒。一部分ZnO微粒沉积在下降的炉料上，在高炉下部高温区重新被还原、汽化，在高炉内形成循环富集。其他大部分ZnO微粒进入除尘灰中，随瓦斯灰、瓦斯尘泥的回收利用，再次进入烧结配料，重新进入高炉，形成了锌在高炉炼铁工序
7、的“循环”5。据测定与计算，高炉内的锌循环量要比入炉锌量大一个数量级，一般为10-30倍。2.1.4 锌对高炉原料冶金性能影响的研究焦炭中ZnO含量的升高后，焦炭的反应性提高，反应后强度降低。烧结矿和球团矿中的ZnO含量升高后，烧结矿的RDI+6.3指数也有所降低，而RDI-3.15指数和RDI-0.5指数则有所提高。研究焦炭中ZnO含量对焦炭反应性和反应后强度的影响见图1：图1 焦炭 ZnO含量对焦炭反应性（CRI）和反应后强度（CSR）的影响研究烧结矿中ZnO含量对烧结矿低温还原粉化性能的影响见图2：图2 烧结矿ZnO含量对烧结矿低温还原粉化性能的影响研究球团矿ZnO含量对球团矿低温还原粉
8、化性能的影响见图3：图3 ZnO含量对球团矿低温还原粉化性能的影响2.2 碱金属的还原及危害研究2.2.1 碱金属还原耗热研究碱金属主要是以硅酸盐的形态存在。现以硅酸钾为例，说明碱金属还原过程。当炉料下达高温区或炉缸时，硅酸钾将进行以下反应：2K2Si03+2C=4K+2Si02+2CO 还原出来的金属钾形成钾蒸气，随煤气流上升到炉身下部的中温区，部分钾蒸气氧化后随煤气流逸出炉顶，另外一部分钾蒸气被下降的炉料吸收氧化形成K2Si03随炉料下降，达到高温区再次被还原6。2.2.2 碱金属危害研究碱金属对高炉的危害要比锌严重的多，含量越高危害越严重。碱金属在炉内的危害表现为:是焦炭溶损反应的催化剂
9、，焦炭反应性提高，反应后强度急剧下降且粉化7；碱金属使烧结矿的还原粉化率剧增，使球团矿还原后的强度降低，产生膨胀，出现异常粉化；导致炉墙结瘤，又能直接破坏砖衬。碱金属在高温区被还原后，并立即汽化，在随煤气上升的过程中一部分被炉料吸收，一部分附在砖衬表面与砖衬反应生成新的化合物，产生体积膨胀，另一部分蒸气与煤气沿砖缝、裂纹、气孔渗入砖衬内部，反应生成大量的沉积炭，碱金属还与砖中的莫来石反应生成钾霞石化合物，产生体积膨胀，从而破坏砖衬。2.2.3 碱金属的循环富集研究还原出来的碱金属蒸气随煤气上升，到中温区，与渣中Fe0和Si02反应又生成碱金属硅酸盐。此反应生成的碱金属硅酸盐被下降的炉料所吸收，
10、到高炉下部高温区再次被还原成碱金属蒸气，随煤气上升，被炉料吸收并随同炉料下降到高温区，在高温区又被还原成碱金属蒸气，再次随煤气流上升到中温区8。这样不断下降、上升与气化吸收，炉料中碱金属含量在炉内不断增加，这就是碱金属“循环富集”过程，对高炉的危害越来越严重9。2.3 氯元素危害研究2.3.1 氯元素在高炉内发生反应的研究 研究表明，CaCl2发生水解反应的起始温度在700，且水解率随燃烧时间和温度的增加而增加。也有研究表明，CaCl2在氮气和水蒸气的混合气体中分别在840、900、950发生水解反应。上述理论说明在高炉冶炼环境中，部分CaCl2分解生成HCl是可能的。对煤气脱水器内壁上的类似
11、晶体、浅黄色的粘接物送检国家钢铁材料测试中心化验表明，粘接物主要成分是NH4Cl,说明进入高炉内的CaCl2与N2、H2O反应生成氯化铵。2.3.2 氯元素危害研究高炉煤气中的氯进入煤气管道，对金属管道构件产生腐蚀作用，降低使用寿命；并且它还随煤气进入热风炉与热风炉的耐火材料发生如下反应：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O SiO2+4HCl=SiCl4+2H2O2Al2O3+4Cl=4AlCl+3O2 SiO2+Cl=SiCl+O2Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O 2Fe2O3+4Cl=4FeCl+3O2上述反应的氯化产物均为低熔点物质，因此它们对热风炉耐火材料质量产生
12、重要的影响，导致热风炉耐火材料破碎、塌陷，缩短热风炉寿命。氯元素对热风炉格子砖的影响见图4：图4 氯元素对热风炉格子砖的影响2.4 硫、磷的还原及危害研究硫在铁矿石和石灰石中以黄铁矿（FeS2）和硫酸盐（CaSO4）形态存在。烧结矿和球团矿中的硫主要以FeS形态存在，焦炭中的硫有三种形态：有机硫、硫化物、硫酸盐。硫在高炉内发生一系列的变化后，一部分成为CaS、FeS等随炉料下降，另一部分成为CS2、SO2、H2S等随煤气上升，在上升过程中被炉料、渣铁吸收。磷在高炉原料中主要以磷酸钙（CaO）3P2O5，有时也以蓝磷矿（FeO）3 P2O58H2O形态存在。磷是一个比较难还原的元素，在高炉冶炼普
13、通生铁时，炉料中的磷几乎完全被还原进入生铁。硫、磷对高炉危害不大，但是它们是钢材中的有害元素。硫升高后，使钢材产生“热脆”，国家标准规定，炼钢生铁含硫量不超过0.070%，铸造铁含硫量不超过0.050%。3 排除有害元素的研究3.1 烧结球团生产排锌的研究烧结生产工艺过程中排锌率很低，只有220%左右。只有通过降低烧结矿锌含量才能降低高炉锌负荷，减轻对高炉的危害。由于球团生产工艺特点，脱锌率比烧结低，几乎全部进入成品球团矿中而进入高炉10。3.2 高炉排锌能力研究炉渣碱度与炉渣排锌能力的关系见图5所示：图5 炉渣碱度与炉渣排锌能力的关系碱度由0.87升高到0.97时，炉渣含锌量下降幅度很大，炉
14、渣碱度超过0.97时，炉渣含锌量变化不大。由试验和锌反应热力学可知，碱度升高，炉渣中自由CaO数量增高，它与ZnSiO3中的SiO3发生反应，使Zn容易还原，因此随炉渣碱度升高，炉渣含锌量降低。炉渣排锌能力与炉渣反应温度之间的关系图6所示：图6 炉渣排锌能力与炉渣反应温度之间的关系由图8可知，炉渣排锌量与反应温度有很强的规律性，即随温度的升高炉渣含锌量降低。因此降低炉温能够提高炉渣排锌能力，但它受高炉实际操作的限制，在生产中应用很难。所以对高炉除尘灰进行脱锌加工是减少锌在高炉内的富集主要途径11。3.3 高炉排碱研究随着炉温水平的提高，高炉排碱能力呈下降趋势。因为炉温高有利于高炉内碱金属的硅酸
15、盐的还原，而进入高炉渣中的碱金属的硅酸盐就少，排碱率自然也低。炉渣碱度是排碱能力的主要影响因素，碱度低有利于排碱。因为碱度低，渣中(SiO2)含量相对较高，不利于碱金属的硅酸盐还原，从而提高炉渣排碱率。在实际生产过程中，在保证生产出合格生铁的前提下，为提高炉渣排碱量，应尽量采用较低二元碱度渣操作12。3.4 高炉排出氯元素的研究在成品烧结矿表面喷洒一定浓度的CaCl2溶液，一方面阻碍了还原气体与烧结矿表面的接触，从而抑制了烧结矿表面的还原；另一方面CaCl2薄膜堵塞了还原气体进入烧结矿的通道，阻碍了烧结矿内部的继续还原，减缓了烧结矿的还原速度，从而降低了还原粉化率。研究表明，由于喷洒上去的CaCl2只吸附在烧结矿表面，并没有发生化学反应，烧结矿在高炉内下降到600以上温度区时，CaCl2便开始挥发，至900时对烧结矿的还原速度便不再产生影响。所以氯元素主要是通过高炉煤气排出炉外的。3.5 降低烧结球团、高炉生铁中硫磷途径的研究在烧结生产过程中能去除85%左右的硫，但是随着烧结矿碱度的提高烧结生产去除硫的比例会下降。球团生产过程中，
