堿金屬在高爐原料冶金性能的影響論文
摘要：論述了堿金屬在高爐中還原以及循環(huán)機(jī)理，對(duì)堿金屬對(duì)高爐原料冶金性能的影響進(jìn)行了分析，綜合實(shí)際狀況提出了有效的應(yīng)用技術(shù)與手段。
關(guān)鍵詞：堿金屬;高爐原料冶金性能;影響
堿金屬在高爐中的循環(huán)累積給冶金工作開展帶來了一定的影響，會(huì)降低強(qiáng)度、煤比，焦比較高，也會(huì)導(dǎo)致高爐中出現(xiàn)結(jié)瘤，爐襯也更容易被腐蝕，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析，合理處置可以提升經(jīng)濟(jì)效益，降低各種不良隱患問題。
1堿金屬在高爐中還原以及循環(huán)機(jī)理分析
堿金屬會(huì)通復(fù)合硅酸鹽的方式進(jìn)入到高爐中，在通過硅酸鹽的方式隨著爐渣排出。而在高爐中，隨著堿金屬的累積，就會(huì)形成氰化物、碳酸鹽以及焦炭中的賽入式化合物等等。這些物質(zhì)在高爐的下部分分解，就會(huì)釋放出堿金屬蒸氣以及氰化物蒸氣，在高爐的上部位置出現(xiàn)，而這些化合物無法有效地祛除。堿金屬在高爐中循環(huán)的具體流程如圖1。堿金屬通過復(fù)雜的硅酸鹽方式進(jìn)入到高爐中，在高爐的塊狀帶中呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，在其進(jìn)入到溫度高于1550℃的高溫區(qū)域的時(shí)候，就會(huì)呈現(xiàn)大量的還原狀態(tài)。在反應(yīng)中生產(chǎn)的堿金屬蒸汽會(huì)在煤氣流的作用之下呈現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)，而在高爐中的任何高度之下均具有一定的氮?jiǎng)�，�?huì)產(chǎn)生反應(yīng)作用。而隨著煤氣的上升溫度逐漸下降，堿金屬氰化物的蒸汽就會(huì)逐漸變?yōu)橐恍┬〉囊旱�。這些液滴也會(huì)隨著煤氣逐漸上升，在煤氣進(jìn)入到爐身的中部位置、上部位置的時(shí)候，二氧化碳就會(huì)逐漸增加。
2堿金屬對(duì)高爐原料冶金性能的影響
2.1堿金屬對(duì)焦炭冶金性能產(chǎn)生的影響
以某煉鐵廠高爐中應(yīng)用的資產(chǎn)焦炭為試樣，在通過KOH溶液處理之后，將處理之后的焦炭放置在干燥箱之中，在170~180℃溫度之下將其烘干，維持2h，在冷卻之后稱取（200±0.5）g待用。根據(jù)GB/T4000—1996進(jìn)行試驗(yàn)，保障各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。其具體的影響參數(shù)如圖2。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，在高爐中少量的堿金屬可以提升焦炭的反應(yīng)性指標(biāo)IGR并且降低焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度SCR，這樣在爐身的位置中的焦炭就會(huì)出現(xiàn)破碎，其粉末量也會(huì)顯著增加，整體透氣性不佳，隨著頂壓的升高，其煤氣流也不會(huì)暢通，這樣就會(huì)直接影響高爐冶煉工作。
2.2通過掃描電子顯微鏡進(jìn)行焦炭分析
通過電子顯微鏡直接的對(duì)焦炭的空隙結(jié)構(gòu)以及焦炭中的大分子立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)其反應(yīng)前、反應(yīng)后進(jìn)行電子顯微鏡的分析測(cè)試，了解焦炭表面的微觀形貌，確定堿金屬對(duì)焦炭產(chǎn)生影響的規(guī)律與激勵(lì)，加強(qiáng)對(duì)高爐危害的控制，保障高爐安全、穩(wěn)定的應(yīng)用。在試樣制備過程中，要現(xiàn)將焦炭磨碎，去除表面的雜質(zhì)之后在，在乙醇溶液中攪拌，通過滴管將其防治在導(dǎo)電膠之上，在室溫之下晾干，在通過離子濺射的鍍膜儀噴鍍一層10nm的金導(dǎo)電層，在對(duì)其進(jìn)行觀察。通過觀察發(fā)現(xiàn)焦炭在反應(yīng)前的表面較為平整，而在焦炭反應(yīng)之后其表面較為粗糙，氣孔也不斷的變大，氣孔壁逐漸減薄，裂紋也逐漸增多。而隨著堿金屬的增加，其氣孔壁變得更薄，也產(chǎn)生了較多的裂紋。堿金屬可以有效的催化焦炭的汽化反應(yīng)，其主要的機(jī)理就是堿金屬中的一些元素侵入到石墨晶體的內(nèi)部并且與C元素結(jié)合，其焦炭體積也會(huì)不斷的膨脹，這樣焦炭中的SCR就會(huì)逐漸降低，而且ICR也就會(huì)逐漸的升高。出現(xiàn)此種問題就是因?yàn)樵谔嫉娜軗p反應(yīng)中堿金屬在催化作用的影響導(dǎo)致的。堿金屬的催化機(jī)理就是在焦炭的表面上形成催化CO2-C反應(yīng)的中間體，在此中間體中各種礦物質(zhì)會(huì)通過氧化物分子形態(tài)出現(xiàn)，并且在焦炭基質(zhì)的表面中形成了高分散度，這些礦物質(zhì)氧化物與碳原子充分的接觸就會(huì)出現(xiàn)氧遷移，而C則脫附生成了CO。焦炭的反應(yīng)性先顯著提升，導(dǎo)致焦炭的在反應(yīng)之后呈現(xiàn)表面較為粗糙，氣孔也變大，而氣孔壁則逐漸的減薄，裂紋顯著增多。在高爐冶煉中，堿金屬導(dǎo)致了焦炭塊度逐漸變小，產(chǎn)生了較多的碎焦以及焦粉，這樣就導(dǎo)致了高爐料層透氣性逐漸惡化，而堿金屬K以及Na也通過爐墻影響冷卻壁，進(jìn)而破壞了爐殼，不利已高爐的穩(wěn)定運(yùn)行以及安全生產(chǎn)。
2.3堿金屬對(duì)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦低溫還原粉化性能的影響
2.3.1堿負(fù)荷對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉性能的影響提取高爐中應(yīng)用的燒結(jié)礦作為樣品，通過噴灑KOH溶液之后，放置在干燥箱之中，根據(jù)規(guī)定要求確定燒結(jié)礦低溫還原粉化性能，進(jìn)行試驗(yàn)分析。在燒結(jié)礦的還原過程中，其吸附的堿金屬在進(jìn)入到FexO晶格之后催化還原反應(yīng)，此區(qū)域中的金屬鐵晶體生產(chǎn)速度較快，在相界面上也會(huì)產(chǎn)生一些應(yīng)力，在積累到一定程度的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)大量的裂紋，導(dǎo)致RDI，-3.15逐漸升高。通過研究分析，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦在還原過程中會(huì)出現(xiàn)K，Na元素的遷移以及在集中處理，并且形成鉀鋁硅酸鹽，其析晶較為困難，會(huì)形成超顯微的微晶集合體，此種集合體會(huì)在還原反應(yīng)作用下不斷晶化。隨著溫度的升高，晶體就越來越強(qiáng)，而燒結(jié)礦的整體結(jié)構(gòu)就會(huì)疏松，粉化；高爐冶煉過程中壓差會(huì)不斷的升高，爐況不佳就會(huì)直接影響高爐的正常冶煉工作的開展。2.3.2堿負(fù)荷對(duì)球團(tuán)礦低溫還原粉化性能的影響選擇高爐中應(yīng)用的球團(tuán)礦作為主要的試樣，通過噴灑KOH溶液之后，在干燥箱中烘干。而球團(tuán)礦低溫還原粉化性能實(shí)驗(yàn)要符合規(guī)定要求，球團(tuán)礦堿負(fù)荷為0~5.25kg/t。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著堿負(fù)荷數(shù)量的增加，球團(tuán)礦的低溫還原粉化率RDI，-3.15以及RDI，-0.5就會(huì)升高，而RDI，+6.3則就會(huì)快速下降。在球團(tuán)礦的還原中，其鉀離子以及鈉離子就會(huì)快速的進(jìn)入到氧化鐵中，導(dǎo)致晶格出現(xiàn)變形，在內(nèi)應(yīng)力的作用之下會(huì)導(dǎo)致球團(tuán)礦出現(xiàn)大規(guī)模的膨脹，在相界面上就會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，在不斷累積作用下就會(huì)出現(xiàn)裂紋等問題。球團(tuán)礦還原膨脹率不斷升高，其還原之后的強(qiáng)度則就越來越低，還原分化率也就會(huì)不斷的增加。
3降低金屬對(duì)焦炭冶金性能的應(yīng)用技術(shù)
3.1高爐堿負(fù)荷管理工作
為了降低堿金屬的危害問題，加強(qiáng)對(duì)高爐爐料堿金屬狀況分析了解，了解堿金屬的負(fù)荷狀態(tài)，提升入爐原燃料的穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)呐浼拥蛪A負(fù)荷礦石，要穩(wěn)定以及降低入爐堿金屬的整體負(fù)荷，進(jìn)而有效地減少焦末以及礦末的入爐，這樣可以有效地保障高爐安全運(yùn)行。
3.2加強(qiáng)煤氣流分布控制
在高爐冶煉中，煤氣具有攜帶熱能以及化學(xué)能、堿金屬的作用。煤氣量大且溫度高的區(qū)域中爐料含堿量也相對(duì)較高。在實(shí)踐中，可以基于發(fā)展邊緣氣流的.基礎(chǔ)上，疏通中心操作。
3.3控制爐渣堿度、渣量及爐溫
根據(jù)試驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)外研究分析，發(fā)現(xiàn)高爐排出堿金屬的主要就是通爐渣形式存在，爐渣中堿含量高達(dá)入爐堿含量的90％。在實(shí)踐中可以加強(qiáng)對(duì)以下幾點(diǎn)的重視。1）在保持爐溫的狀況下，在爐渣堿度降低的狀態(tài)下高爐的排堿能力就會(huì)顯著提升。2）堿金屬硅酸鹽還原屬于強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，在適宜的脫硫狀況下，在渣堿度穩(wěn)定的狀態(tài)之下，可以適當(dāng)?shù)慕档蜕F含硅，繼而增強(qiáng)高爐的排堿能力。3）提高渣中w（MgO）（8％~12％）的整體含量，降低渣中K2O、Na2O的整體活度，進(jìn)而提高整體的排堿率。適當(dāng)?shù)脑黾覯gO含量，可以改善流動(dòng)性，也提升了排堿效果。4）提升m（MnO）/m（Mn）比，也可以增加渣中堿金屬的氧化物。5）增加渣中含氟1％，減少渣中堿金屬氧化物0.16％，通過CaF2洗爐增強(qiáng)渣中堿的活度指標(biāo)，提升堿金屬氧化物還原效果，提升堿金屬的循環(huán)富集度，可以有效地排堿。
4結(jié)語(yǔ)
要想降低堿金屬對(duì)高爐產(chǎn)生的影響，就要在源頭上對(duì)其進(jìn)行控制處理，加強(qiáng)對(duì)燒結(jié)礦、球圖礦、焦炭、噴吹煤粉中堿金屬的含量。而在燒結(jié)工序中，要應(yīng)用鉀元素、鈉元素含量較低的溶劑以及燃料，燒結(jié)混勻料中要進(jìn)行脫堿處理，在返回利用。而因?yàn)楦郀t燃料中的焦炭帶入的堿金屬含量高于煤粉，要適當(dāng)?shù)膬?yōu)化高爐的燃料結(jié)構(gòu)，降低焦比例，提升煤比例，可以有效地減輕高爐的堿負(fù)荷，也可以有效地減少各種不良影響，進(jìn)而提升了高爐安全性。
參考文獻(xiàn)
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作者：王剛 單位：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司
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