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王光伟 胡德顺 王渐灵 朝阳钢铁2600 m3高炉第二代炉役始于2012年11月，投产以来高炉运行较为顺利。朝阳钢铁高炉入炉原燃料中的有害元素主要包括K2O、Na2O、Zn。随着高炉生产时间的延伸，高炉有害元素富积，尤其是高炉干法除尘灰回配烧结，加速了高炉有害元素的富集速度。2013年7月锌负荷为0.46 kg/t，碱金属负荷为2.48Kg/t2013年11月锌负荷快速高升至0.86 kg/t，碱金属负荷为3.95Kg/t高炉干法除尘灰中Zn含量快速升高至15%左右，碱金属（K2O Na2O）含量快速升高至20%以上。与国内控制标准相比，碱金属负荷超标1.45Kg/t，锌负荷超标0.71 kg/t，为防止有害元素对高炉炉衬产生侵蚀，鞍钢集团朝阳钢铁炼铁厂从2013年开始对高炉有害元素的危害及分布进行调查分析，通过采取有效措施，取得明显效果。 1 有害元素的危害现象 1.1 现象 2014年4月高炉计划检修，在卸风口的过程中，从高炉风口流出银白色物质，凝固后，实物外观如图1所示，表面呈银白色，具有金属光泽，质地较软，边缘较薄部分可用手折弯甚至掰断，经断面取样化验得Zn含量为100%，表明高炉有害元素已富集到相当严重的程度。 图1 风口流出白色物质 1.2 危害 1.2.1 炉体上涨 有害元素富集造成高炉炉体上涨，主要表现在以下几个方面：高炉炉底板开焊，上涨约100 mm，如图2（a）所示；高炉炉体9 层平台标尺上涨约50 mm，如图2（b）所示；高炉冷却水管与平台联接处开焊，水管上移出现弯曲，如图2（c）所示；高炉上升管膨胀节发生位移，如图2（d）所示。 1.2.2 炉墙结厚 2015 年9 月～2016 年2 月，由于高炉干法除尘灰无地存放及降成本需要，烧结开始回配干法除尘灰，烧结矿中Zn 含量和碱金属含量快速增加，高炉锌负荷升高至0.9 kg/t。同时由于原料库存较低，导致入炉原燃料质量波动较大，入炉粉末增多，炉况波动大，造成2016 年3～5 月高炉炉墙结厚。 2 有害元素的调查与分析 2.1 高炉炉料有害元素分布 2013 年11 月开始，高炉碱金属负荷、锌负荷上升较快，2014 年高炉干法除尘灰日常碱金属（K2O Na2O）含量在20%以上，Zn 含量在13%以上。2013~2017 年高炉碱金属来源统计如表1 所示、Zn 元素来源统计如表2 所示。通过对高炉有害元素来源进行分析得出，有害元素中的碱金属55%、Zn 元素77%均来自烧结矿。因此，分析烧结矿中有害元素的来源是控制高炉有害元素的首要任务。 表1 近几年高炉碱金属来源统计，% 表2 近几年高炉Zn 元素来源统计，% 2.2 烧结有害元素的分析 （1） 2013 年7 月～2014 年4 月，由于烧结回配高炉干法除尘灰，使有害元素在铁前系统内部循环、快速富集。高炉锌负荷63%来自于干法除尘灰，17%左右来自于转炉尘泥；高炉碱金属负荷20%来自干法除尘灰，20%来自铁料，约12%来自回配的杂料。（由于表1、2 和图1 烧结优化元素在高炉炉料中所占比例，内容有重复，图删除） 注（—）表示此时间段最大降低量（ ）表示此时间段最大增加量 （2） 2014 年5 月～2015 年8 月，烧结停配高炉干法除尘灰，烧结矿中Zn 含量和碱金属含量呈逐步下降趋势。 （3） 2015 年9 月～2016 年2 月，由于干法除尘灰无地存放及降成本需要，烧结又开始回配高炉干法除尘灰，使烧结矿中Zn 含量和碱金属含量呈快速上升趋势，2016 年3 月以后开始停配高炉干法灰，高炉Zn 负荷最低降至0.36kg/t，碱金属负荷最低降至3.6kg/t。 （4） 2017 年3 月～2017 年11 月，由于炼钢增产需要，增加废钢量，转炉尘泥中Zn 含量快速升高（转炉泥中Zn 含量如表4 所示），致使转炉尘泥带入的Zn 含量占锌负荷的比例由以前的20%左右上升至78%，烧结矿中的Zn 含量快速上升。2017 年9 月烧结停配转炉尘泥，10 月份烧结矿中的Zn 含量有所下降。 表4 转炉泥中Zn 含量，% 3 有害元素控制理念的建立 朝阳钢铁2013 年7 月开始对高炉有害元素进行分析，建立了自身的有害元素控制理念。 （1） 每个季度对高炉炉料及与生产相关的原料进行一次取样化验，取样包括炉渣、除尘灰、高炉原燃料、烧结原燃料等20 种物料，掌握其锌、钾、钠等有害元素的基础数据，监控高炉有害元素负荷水平，为生产操作及高炉稳定顺行提供必要参考。 （2） 朝阳钢铁高炉有害元素的控制目标不局限于国家标准，而是根据当地资源水平及满足高炉稳定顺行的需要，碱金属负荷控制在4 kg/t 以内，锌负荷控制在0.4 kg/t 以内。近几年高炉有害元素负荷如图3所示。 图3 近几年高炉有害元素负荷 （3）通过高炉干法除尘灰成分监控高炉有害元素排放情况，碱金属含量控制在10%以内，Zn 含量控制在5%以内。近几年高炉干法除尘灰中有害元素含量如图4 所示。 图4 近几年高炉干法除尘灰中有害元素含量 4 有害元素的控制措施 4.1 控制有害元素的来源 4.1.1 减少高炉有害元素内部循环富集 高炉内90%以上的有害元素Zn 由高炉干法除尘灰带出，85%以上的碱金属通过炉渣排出。朝阳钢铁通过开路处理，避免系统内有害元素的循环富集。铁前系统回收的杂料，如高炉干法除尘灰和烧结电场灰等，有害元素含量最高、铁含量较低，使用价值较低，因此尽可能将这些杂料外排。生产中若发现有害元素负荷异常升高，应立即采取措施，防止因处理滞后而带来重大损失。2012 年由于钾钠影响，烧结篦子粘结严重，2012 年11 月开始停配烧结电场灰；2013 年11 月锌负荷严重超标，2014 年4 月开始停配干法除尘灰；2017年9 月高炉锌负荷上升较快，高炉干法除尘灰中Zn 含量达到约20%，2017 年9 月底开始停配转炉尘泥，停配后效果如表5 所示。 表5 停配后高炉干法除尘灰中Zn 含量 % 4.1.2 控制烧结矿有害元素的含量 烧结矿是高炉有害元素的主要来源，因此朝阳钢铁调整烧结矿配料结构，减少碱金属高的几种粉矿，增加碱金属低的粉矿，并制定烧结配料有害元素控制标准，如表6所示。 表6 烧结配料有害元素控制标准 4.2 处理有害元素侵入炉缸、炉底碳砖 炉底板开焊和冷却水管开焊主要是由于有害元素侵入炉缸、炉底碳砖，导致碳砖膨胀而引起的。为了防上炉底板开焊引发的煤气泄漏，对炉底板进行补焊（见图5）并压浆，压浆采用塑性较好的树脂压浆料，谨防炉底板再次开焊。对部分开焊的和由于膨胀导致变形的高炉冷却水管进行更换，并由硬联接改成软联接（见图6）。 4.3 控制高炉煤气流分布 通过煤气流将有害元素排出是高炉减少有害元素富集的最主要方式。煤气流温度高的区域，其有害元素含量也高。朝阳钢铁在有害元素负荷较高的情况下，通常发展中心煤气流，通过炉尘将有害元素带出，炉顶温度控制在200℃以上。 4.4 控制高炉镁铝比 炉渣是碱金属排出的主要渠道，大约85%~90%的高炉碱金属通过炉渣排出，合理的炉渣流动性是保证高炉排碱能力的关键。为了既保证高炉的稳定顺行，又保证炉料使用的经济性，通过近几年的实践，得出高炉的镁铝比控制范围是0.4~0.6。
4.5 控制炉渣二元碱度 碱度降低，可提高炉渣吸收有害元素的能力。朝阳钢铁为了保证生铁一级品率达到91%以上，通常将炉渣的二元碱度控制子啊1.15~1.20之间，在高炉有害元素富集较高的情况下，二元碱度通常控制在1.10~1.15之间。2017年9~11月，高炉锌负荷上升较高，通过降低二元碱度来提高炉渣吸收有害元素的能力，2017年8~12月的炉渣碱度趋势如图7所示。
4.6 保持焦炭粒级的稳定性 高炉有害元素可以加速焦炭的气化反应，采用粒度较大的焦炭，可以降低有害元素对焦炭的影响，从而保证高炉稳定顺行。朝阳钢铁高炉焦炭粒级为40～60 mm 的要求≥50%，平均粒级要求≥51 mm。 5 效果 1） 通过在烧结混匀矿中停配干法灰、转炉尘泥等措施避免有害元素循环富集，同时密切监控各种物料的碱金属及锌含量，及时减配或停配有害元素含量高的物料，使高炉锌负荷和碱金属负荷在一定范围内保持动态平衡（碱金属负荷控制在4 kg/t 以内，锌负荷控制在0.4 kg/t 以内），最大限度降低了有害元素对高炉的危害。 2） 通过高炉操作适当控制炉渣碱度、镁铝比等措施提高炉渣排碱量，适当控制中心气流，有利于有害元素的排出效果，通过焦炭粒级的控制降低了有害元素对焦炭的气化作用，高炉保持了长周期稳定顺行。 6 结语 朝阳钢铁通过对高炉有害元素入炉情况进行分析，在铁前物料方面建立了适合于自身的配矿模式，制定了烧结配料有害元素控制标准，并采取合理措施控制高炉碱金属负荷、锌负荷，降低了有害元素对高炉的危害，实现了高炉长周期稳定顺行。
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