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堿金屬對(duì)高爐生產(chǎn)的危害分析及控制

   2020-09-01 互聯(lián)網(wǎng)中國(guó)鑄造網(wǎng)12470
核心提示:堿金屬對(duì)原燃料的影響1惡化焦炭冶金性能。堿金屬首先吸附在焦炭的氣孔,而后逐漸向焦炭?jī)?nèi)部的基質(zhì)擴(kuò)散,隨

堿金屬對(duì)原燃料的影響

1惡化焦炭冶金性能。

堿金屬首先吸附在焦炭的氣孔,而后逐漸向焦炭?jī)?nèi)部的基質(zhì)擴(kuò)散,隨著焦炭在堿蒸汽內(nèi)暴露時(shí)間的延長(zhǎng),堿金屬的吸附量逐漸增多。向焦炭基質(zhì)部分?jǐn)U散的堿金屬會(huì)侵蝕到石墨晶體內(nèi)部,破壞了原有的層狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生層間化合物。當(dāng)生成層間化合物時(shí),會(huì)產(chǎn)生比較大的體積膨脹,導(dǎo)致焦炭強(qiáng)度下降,塊度減小,產(chǎn)生較多碎焦和粉末。不同堿量條件下測(cè)定的焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度結(jié)果表明,加入鉀、鈉濃度增加后,焦炭的反應(yīng)性增加,而且鉀、鈉濃度越高,反應(yīng)性越大。這說明鉀、鈉對(duì)焦炭的碳溶反應(yīng)起正催化作用,而且鉀的催化作用高于鈉。有關(guān)資料測(cè)定表明焦炭含K2O量每增加1%,反應(yīng)性增加8%,焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度降低9.2%。同時(shí),高爐冶煉統(tǒng)計(jì)表明,堿負(fù)荷每增加1kg/t,焦比平均上升18.75kg/t。

2堿金屬對(duì)燒結(jié)礦的影響

2.1堿金屬對(duì)還原性的影響

燒結(jié)礦的還原度均隨燒結(jié)礦含堿量(K2O)的增高而提高,但隨著含堿量的進(jìn)一步增加,燒結(jié)礦的還原度提高幅度較小。堿金屬能促進(jìn)燒結(jié)礦還原的原因:一是堿金屬對(duì)還原反應(yīng)的催化作用,二是堿金屬能增加燒結(jié)礦的氣孔率。

.2.2堿金屬對(duì)還原粉化率的影響

堿金屬使燒結(jié)礦中溫還原粉化率倍增的原因是:一是在還原過程中,堿金屬會(huì)進(jìn)入氧化鐵的晶格。當(dāng)還原到FeO時(shí),堿金屬大量進(jìn)入FeO晶格,由于堿金屬對(duì)還原反應(yīng)的催化作用,使該區(qū)域的金屬鐵晶體生長(zhǎng)較快,在相界面上產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力積累到一定程度,便產(chǎn)生大量的裂紋,導(dǎo)致粉化率升高;二是在還原過程中會(huì)發(fā)生含鉀礦物中鉀元素的遷出與再集中,遷出的鉀(或游離的鉀)與硅鋁等元素結(jié)合,生成鉀鋁硅酸鹽,由于析晶困難,往往形成一些超顯微的結(jié)晶,晶化愈強(qiáng),結(jié)構(gòu)也會(huì)更加疏松。

2.3堿金屬對(duì)燒結(jié)礦軟熔性能的影響

燒結(jié)礦少量堿金屬可以提高燒結(jié)礦的軟熔溫度,使軟熔帶下移,但是堿金屬含量過多時(shí),會(huì)使軟熔帶溫度區(qū)間變寬而不利于高爐冶煉。

3堿金屬對(duì)球團(tuán)礦的影響

堿金屬是球團(tuán)礦產(chǎn)生異常膨脹的重要原因。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在球團(tuán)礦中加入少量堿金屬碳酸鹽(0.5K2O或Na2O)、硅酸鹽(Na2SiO3)后,都會(huì)是球團(tuán)礦產(chǎn)生災(zāi)難性的膨脹。原因是堿金屬和硅酸鹽中的K+、Na+侵入Fe2O3晶格,在還原過程中,晶格變形及產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使球團(tuán)礦發(fā)生災(zāi)難性的膨脹。球團(tuán)礦還原膨脹率愈高,還原后的強(qiáng)度愈低,還原粉化率也愈高。

預(yù)防和減輕高爐堿害的措施

1有效的高爐堿負(fù)荷管理工作

堿金屬在爐內(nèi)危害極大,在爐內(nèi)將引起爐缸堆積、爐料透氣性惡化、結(jié)瘤及損壞爐墻等,為減少堿金屬危害,有計(jì)劃地做好高爐爐料堿金屬狀況分析,了解掌握高爐堿金屬負(fù)荷動(dòng)態(tài),做好入爐原燃料的穩(wěn)定工作,配加低堿負(fù)荷礦石,穩(wěn)定或降低入爐堿金屬的負(fù)荷,減少焦末及礦末的入爐,為高爐操作(排堿)提供有利的條件。

2控制煤氣流分布

在高爐冶煉中,煤氣是熱能和化學(xué)能的攜帶者和傳遞者,同時(shí)也是堿金屬的攜帶者和傳遞者。煤氣量大,溫度高的地方爐料的含堿量也高。發(fā)展中心氣流對(duì)排堿有利。八鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦和燒結(jié)礦各占50%,由于球團(tuán)礦含量高,低溫還原粉化率高,邊緣溫度過高,礦石過早軟熔,一旦爐溫波動(dòng),就容易結(jié)瘤。在總結(jié)正反兩面的基礎(chǔ)上,得出高堿金屬負(fù)荷下高爐煤氣仍按保持“兩條通路”的規(guī)律。應(yīng)在適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流的基礎(chǔ)上,同時(shí)疏通中心操作。

3對(duì)爐料進(jìn)行脫堿

有關(guān)資料顯示,針對(duì)堿金屬會(huì)對(duì)燒結(jié)礦和球團(tuán)礦造成粉化膨脹問題,可以用氯化焙燒的方法進(jìn)行燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的脫堿。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦中的堿金屬也可用此法將其分離出來。以硅酸鹽狀態(tài)的鈉為例,當(dāng)加入氯化劑(CaCl2)時(shí),發(fā)生的反應(yīng)式:Na2O.SiO2+CaCl2=CaO.SiO2+2NaCl△GTO=415624-293.6T,J/mol(T=298-1700K)。熱力學(xué)計(jì)算表明,氯化鈣加入燒結(jié)礦和球團(tuán)礦中,能夠?qū)⑵渲械膲A金屬變成相應(yīng)的氯化物(氯化鈉和氯化鉀)。生成物的熔點(diǎn)很低(分別是800℃和770℃),沸點(diǎn)也低(1465℃和1437℃),而蒸汽壓卻很高,這對(duì)燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的脫堿是有利的。

氯化脫堿存在的問題是,脫堿產(chǎn)物會(huì)沉積在廢氣流經(jīng)的各種設(shè)備上,造成結(jié)瘤和腐蝕管道。廢氣中的脫堿產(chǎn)物也會(huì)污染大氣。

4控制爐渣堿度、渣量及爐溫

國(guó)內(nèi)外研究表明,高爐排出堿金屬的主要渠道是爐渣,爐渣中堿含量可達(dá)到入爐堿含量的90%。爐渣排堿可以關(guān)注以下幾個(gè)方面:(1)在保持一定爐溫的情況下,隨著爐渣堿度的降低,高爐的排堿能力相應(yīng)提高。有資料表明,爐渣堿度降低0.1%則增加渣中(K2O+Na2O)0.21%;(2)堿金屬硅酸鹽的還原是一個(gè)強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng),在合適的脫硫狀況下,保持渣堿度不變,適當(dāng)降低生鐵含硅,可以提高高爐排堿能力。鐵水含硅降低0.1%,渣中堿金屬氧化物增加0.045%;(3)提高渣中MgO(8%-12%)含量,特別是對(duì)于原料中Al2O3含量較高(15%-18%),降低渣中K2O、Na2O的活度,從而提高排堿率,渣中MgO±1%,影響渣中堿金屬氧化物±0.21%,所以,渣中適當(dāng)增加MgO含量,既利于改善渣的流動(dòng)性又有利于排堿;(4)提高(MnO)/Mn比,可提高渣中堿金屬氧化物;(5)增加渣中含氟1%,相應(yīng)減少渣中堿金屬氧化物0.16%,用CaF2洗爐提高渣中堿的活度,加快堿金屬氧化物的還原,從而加大堿金屬在爐內(nèi)的循環(huán)富集,而高錳礦則沒有副作用,相反,還有利于排堿。

增加渣量能增加爐渣的排堿量是無須贅述的事實(shí),但渣量的增加對(duì)降焦比不利,因此這一措施只在必要時(shí)采用。

(鋼訊)


 
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