烧结矿中有害元素对高炉的危害和抑制
高炉允许铁矿石中各种有害元素含量
高炉允许铁矿石中各种有害元素含量
硫（S）：允许含量≤0.3﹪。
硫使钢产生“热脆”，每炼1t生铁原燃料总含硫一般在8～10Kg以下。
磷（P）：允许含量≤0.07﹪。
对于一般炼钢生铁，磷使钢产生“冷脆”。
炼铁、烧结均不能去磷。
锌（Zn）：允许含量≤0.1﹪。
锌在900度挥发，沉积在炉墙，使炉墙膨胀，破坏炉壳；与炉尘混合易形成炉瘤。
锌在烧结过程中能除去50﹪～60﹪，含量大于0.3﹪时不允许其直接入炉。
铅（Pb）：允许含量≤0.1﹪。
铅易还原，但沉积破坏炉底。
铜（Cu）：允许含量≤0.2﹪。
少量铜增加耐蚀性，量多使钢材“热脆”，不易轧制和焊接。
在高炉中铜全部还原进入生铁中。
砷（As）：允许含量≤0.07﹪（生产优质钢、线材要求≤0.04﹪）。
砷使钢冷脆和焊接性变坏，生铁中含砷小于1﹪，优质生铁要求不含砷。
砷在高炉100﹪还原进入生铁。
锡（Sn）：允许含量≤0.08﹪.锡使钢具有脆性，在高炉中易使炉壁结瘤。
钛（Ti）：允许含量TiO2≤13﹪。
钛能改善钢的耐磨性和耐蚀性，但使炉渣性质变坏，在冶炼时有90﹪进入炉渣。
含量不超过1﹪时，对炉渣及冶炼过程影响不大，超过4﹪～5﹪
时，使炉渣性质变坏，易结炉瘤。
氟（F）：允许含量≤2.5﹪。
烧结过程可脱除部分氟。
碱金属（K2O+Na2O）：允许含量≤0.2﹪～0.5﹪。
碱金属含量高会使炉身部位结瘤、风口烧坏、焦炭粉化、经常悬料、焦比增高、产量降低。
冶炼中有害元素注意事项
锻炼中有害元素考前须知铁矿石尤其是富矿资源不断减少，其中有害杂质元素含量不断加大；高炉生产过程中为降低本钱，有害金属元素进一步富集等等都是未来高炉生产技术人员面临的重要课题。
目前，主要采取的应对措施有如下：一、少吃：制定标准操纵入炉负荷，减少有害元素进入高炉。
各个高炉会对原燃料中的成分制定相应的操纵标准，其中有害杂质元素是其中重要的一项，下表是一些炼铁高炉原料中对碱金属和锌金属元素元素操纵标准。
表：入炉碱金属、锌元素操纵标准表：局部大高炉碱金属、Zn元素操纵标准二、排出：通过肯定的锻炼手段尽可能排出多的有害金属元素，减少对高炉的影响。
碱平衡是高炉锻炼过程中入炉的碱负荷和排解的碱金属量的明细表，有效的排出高炉内的碱金属，尽量的操纵好自身的碱平衡，对每一座高炉锻炼而言是至关重要的。
碱金属的排出主要是通过炉渣。
但是炉渣的排碱能力受多方面的限制，如炉渣碱度，渣中二氧化硅的含量以及渣中Mg0的含量等等。
有分析认为：炉渣排碱能力好的时候可以排出入炉碱量的95％，差的时候却只有65-80％。
而从炉顶煤气及炉尘排出的碱金属量少且波动很小，波动一般小于S％。
其中Zn、Pb无法通过炉渣排出，只能限制入炉数量。
例如：将高炉布袋灰、炼钢污泥等不再参加烧结矿。
对于碱金属的排出，主要手段是降低炉渣碱度，是K2O,Na2O与SiO2结合形成硅酸盐随炉渣排出炉外。
从理论上分析，为排解90%以上的碱，炉渣碱度应操纵在0.85-0.90；降低炉渣碱度的同时提高渣中〔MgO〕含量以同时满足排碱脱硫的要求，在三元碱度m〔CaO+MgO〕/m〔SiO2〕保持不变时用5%MgO替代5%CaO，炉渣排碱能力可提高20%。
在实际生产过程中不可能完全按照此方法进行，需要兼顾经济效益和排碱效果，往往采纳定期排碱操作，适度降低炉内碱金属富集。
高炉制定的排碱技术方案节选如下：1、排碱实施技术方案：〔1〕11月27日8：00，高炉调整炉料结构，两座高炉实际炉渣碱度降至1.11~1.14,高炉开始排碱。
碱金属对高炉的影响
区分和控制钾、钠对高炉冶炼的不利影响碱金属对高炉冶炼的危害已久，国内外很多钢铁企业的高炉都遭受碱金属的危害。
研究表明高炉内循环富集的碱金属会催化焦炭的气化反应、加剧烧结矿还原粉化、引起球团矿异常膨胀、破坏高炉内衬，最终导致料柱透气渗液性下降，煤气流分布失调，给高炉的长寿高效带来不利的影响。
限制入炉碱金属负荷是防治碱金属的重要手段。
但是，由于缺乏对碱金属危害程度量化的判断方法，大多钢铁企业只能依据自身的冶炼实践及经验制定碱金属入炉负荷的上限。
通过调研可知，国内外不同钢铁企业制定的碱负荷上限值从2.5kg/t 到12kg/t ，差别较大，这就使得在目前国内原料条件波动、冶炼操作变化的情况下制定具体高炉的碱金属入炉上限难以借鉴。
很多钢铁企业虽深知碱金属的危害，但由于难以有效判断高炉的碱金属入炉负荷是否超限，往往无法“防患于未然”，在碱金属的富集严重影响炉况后才被动地做出调整。
此为，在制定入炉碱金属上限时，大多未区分钾钠的不同影响，入炉上限都是以钾钠的总量作为标准。
存在上述问题的主要原因可能是：1.尚未明确高炉内碱金属富集最严重的区域在哪里？2.在碱金属最严重的区域碱金属的危害和破坏对象是什么？3.碱金属危害程度和入炉负荷存在着什么关系？4.钾、钠对高炉冶炼是否存在不同的影响？一、国内外高炉碱金属富集情况国内外对碱金属在高炉内的富集情况进行调研的方法主要有三种，一是对实验高炉内不同区域的碱金属富集量进行分析；二是在实际高炉停炉解剖或大修时不同位置进行取样化验；三是通过对运行中高炉进行风口焦取样分析炉缸内碱金属分布。
通过整理分析日本高炉、宝钢、首钢、武钢、包钢等钢铁企业的高炉碱金属富集调研结果，可以发现基本存在着以下规律。
1. 软熔带是碱金属最富集的区域。
碱金属自炉身以下最富集才开始明显增多，软熔带为碱富集最严重区间，软熔带下缘碱富集量达最大。
如首钢高炉调研发现，块状带碱金属含量仅为入炉前的2.1 倍、软熔带为8.5 倍、软熔带下缘为13.1 倍、滴落带为4.8 倍。
烧结矿质量及其对高炉冶炼主要操作指标的影响
8.32
77.94
79.5
2.45
1.84
6.46
8.68
75.69
78.5
2.60
1.86
6.92
8.73
76.24
77.3
2.80
1.86
6.58
8.39
74.06
--
3.21
1.86
6.71
8.62
73.29
--
2.1.5 MgO含量对烧结矿质量的价值
MgO含量对烧结矿质量而言是一个负能量元素，它有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能还是建立在降低烧结矿还原性上得到的。
65.20
79.12
烧结生产之所以要配MgO是为了满足高炉炼铁炉渣流动性、脱硫和脱碱（K2O+Na2O）的需求。
2.1.6 FeO含量对烧结矿质量的价值
FeO含量也是烧结矿的一个重要内容，FeO含量的高低直接影响烧结矿的强度、粒度和冶金性能，烧结矿的FeO与配碳密切相
关，烧结生产应追求高强度、低FeO的目标，目前FeO含量全国平均水平8.40~8.50%，有些企业为了追求高强度片面的提高FeO含
例、生铁成本、还是废弃物排放及环境保护，烧结矿生产对高炉炼铁都有着举足轻重的影响。
1.1 烧结矿的物理性能对高炉上部块状带的透气性起决定性的作用（強度、粒度、低温还原強度）
1.2 烧结矿的荷重还原软化性能对高炉软化带的透气性起决定性的作用
1.3 烧结矿的熔滴高能对高炉下部熔融带的透气性起决定性的作用
几个企业烧结矿强度与碱度的关系列于表3，几个企业烧结矿的冶金性能与碱度的关系列于表4.
表3 几个企业烧结矿强度与碱度的关系
烧结矿碱度
CaO/SiO2
碱金属及锌对高炉操作的影响分析及防治措施
267管理及其他M anagement and other碱金属及锌对高炉操作的影响分析及防治措施张永亮（河钢集团宣钢公司 炼铁厂，河北 宣化 075100）摘 要：近几年来高炉实现了强化冶炼，使高炉寿命成为一个重要技术指标，高炉寿命对降低生产成本，提高技术经济指标，安全生产具有重要意义。
针对K、Na、Zn 三种元素对高炉炉体维护带来的影响，对有害元素对炉体提升、风口上扬、炉缸底部腐蚀分别进行了系统的分析，并根据有害元素腐蚀的原理及以往的生产经验，提出了防治措施。
关键词：碱金属；锌；高炉操作；影响分析；防治措施中图分类号：TF54 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）02-0267-2 收稿日期：2021-01作者简介：张永亮，男，生于1985年，汉族，学士，工程师，研究方向：炼铁、烧结技术。
钢是世界上最重要的多功能、适应性最强的材料，是人类发展的关键因素。
有理由声称钢铁是发达经济体的支柱。
在过去十年中，世界钢铁产量显著增长，2004年超过10亿t。
尽管比能耗和二氧化碳排放量自1970年以来已经减少了一半，一吨（初级）钢的生产仍然需要近20千焦耳的能源，并造成至少1.7t 的二氧化碳排放。
因此，据估计，今天炼钢产生的人为二氧化碳排放量占全世界的6%～7%。
这证明，在开发更环保的炼钢路线方面，有必要加强旨在提高能源效率和减少排放的研究工作。
1 碱金属及锌在高炉的富集1.1 碱金属在高炉内的循环富集K、Na 的沸点为799℃和882℃。
碱金属的氧化物在炉身中温区还原出碱金属蒸气，随煤气流上升，与炉料中的矿物结合生成碱的氰化物、碳酸盐和硅酸盐等。
再随炉料返回到高炉下部高温区，又被还原成碱金属蒸气上升，除部分随煤气和溶解于渣铁中排出炉外，其余相当一部分在炉内上部和下部之间循环富集。
1.2 锌在高炉内的循环富集锌为低熔点有色重金属，其熔点420，沸点907，液态锌流动性好，易挥发，离子半径较小，能浸入和充满微细空间，有较大的表面张力系数，降温时易凝聚在一起，在局部空间内呈现较高浓度，其硫化物具有热不稳定性。
碱金属、铅、锌等有害金属元素对高炉影响的生产认知和调研
碱金属、铅、锌等有害金属元素对高炉影响的生产认知和调研高炉炼铁技术人员越来越重视生铁成本控制，低成本冶炼、经济炉料结构冶炼不断得到认可，但有害金属元素入炉负荷不断升高，不仅未能达到低成本冶炼的目标，还一度造成生产被动……高炉生产对铁矿石原料的要求是：含铁量高、脉石少、有害杂质少、化学成分稳定、粒度均匀、良好的还原性以及一定的机械强度等等。
我国国内铁矿石资源呈现两大特点：一是贫矿多，富矿少。
贫矿资源占矿石总量的80%左右。
二是单一矿种少，复合矿石多。
随着钢铁工业的迅猛发展，资源消耗殆尽，铁矿石富矿不断减少，或者为降低生铁原料成本的需要，大量富含其它元素的复合铁矿石逐渐大量使用。
入炉有害杂质元素的负荷加大，对高炉生产和高炉寿命造成的影响日益突出。
我们说高炉入炉有害元素主要由钾、钠、铅、锌、砷、硫等，当其入炉负荷显著提高到一定数值后，逐渐影响高炉正常生产，破坏炉况顺行，非计划休风率升高、铁水质量降低和技术经济指标下降明显，增加生铁成本，同时，大大威胁高炉安全生产。
高炉炼铁前辈对碱金属、铅、锌等的认识早期，高炉炼铁技术人员对于碱金属的认知是在实践生产中，摸索着进行的，然后再加大分析、评估其利弊。
碱金属：1）20世纪中期，美国基尼瓦厂高炉每次停炉检修和更换炉衬时发现高炉内有炉瘤，初步分析认为是由于原料中的碱金属负荷过高引起的。
2）1970年6月，加拿大钢铁公司高炉炉况恶化，导致三个月炉况失常，通过化验分析，所使用球团中的碱金属含量是其他球团的3-4倍。
当去掉这种高碱金属球团时，炉况顺行好转，焦炭负荷提高，焦比降低。
铅：20世纪中期，高炉炉底砖衬不同程度的出现了膨胀、增重现象，且发现炉底、炉基耐火衬体中均有大量的铅存在，进一步的分析研究后，逐步形成了铅在高炉内渗透机理。
锌：20世纪40年代，苏联炼铁技术人员已经认识到锌对高炉的主要危害是形成锌瘤，影响高炉生产、炉顶设备和炉衬。
60年代，在苏联科茨捏茨和乌拉尔钢铁厂高炉的炉喉和上升管道中均发现了锌瘤，这些锌瘤呈灰色或灰绿色，表面可以看到细的红锌矿结晶颗粒。
铁矿石有害成分对钢铁冶炼过程的影响
有害元素对高炉冶炼的影响有害元素通常指硫（S）、磷（P）、钾（K）钠（Na）、铅（Pb）、Zn（锌）、As（砷）、Cu 。
通常高炉冶炼对铁矿石要求如下：Pb＜0.1%、Zn＜0.1%、As＜0.07%、Cu＜0.2%、K2O+Na2O≤0.25%。
硫（S）：硫对钢材是最为有害的成份，它使钢材产生“热脆性”。
铁矿石中硫含量高，高炉脱硫成本增大，所以入炉铁矿石含硫愈少愈好。
磷（P）：磷对钢材来说也是常见有害元素之一，它使钢材产生“冷脆性”。
铁矿石中的磷，在高炉冶炼时100%进入生铁，烧结也不能脱磷，控制生铁含磷量主要是靠控制铁矿石含磷量。
脱磷只能通过炼钢来进行，增加了炼钢的脱磷成本。
因此，铁矿石含磷越低越好。
碱金属：碱金属主要有钾和钠。
钾、钠对高炉的影响不是正比例性质，高炉本身有一定的排碱能力，碱金属在控制范围内对高炉影响不大。
但是入炉铁矿石碱金属含量太多，超过高炉排碱能力，就会形成碱金属富集，导致高炉中上部炉料碱金属含量大大超过入炉料原始水平。
铁矿石含有较多的碱金属极易造成软化温度降低，软熔带上移，不利于发展间接还原，造成焦比升高。
球团含有碱金属会造成球团异常膨胀引起严重粉化，恶化料柱透气性。
碱金属对焦炭性能破坏也很严重。
另外，高炉中上部碱金属化合物黏附在炉墙上，促使炉墙结厚、结瘤并破坏砖衬。
因此，铁矿石含碱金属越低越好。
铅（Pb）：铅在高炉中几乎全部被还原，由于密度高达11.34t∕m³，故沉于死铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿。
锌（Z n）：锌很容易气化，锌蒸汽容易进入砖缝，氧化成为ZnO后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。
砷（As）：砷对钢材来说也是有害元素之一，它使钢材产生冷脆性，使得钢材焊接性能变差。
铁矿石中砷基本还原进入生铁，影响生铁质量。
此外砷在烧结过程中挥发，对环境影响较大。
铜（Cu）：铜会使钢材“热脆”，钢材不易轧制和焊接。
少量铜能改善钢的耐蚀性。
在高炉冶炼中，铜全部还原进入生铁中。
高炉锌及碱金属危害的研究
高炉锌及碱金属危害的研究锌负荷和碱金属负荷偏高会导致煤气管道粘结物增加、调压阀组结垢卡阀等问题，制约高炉正常生产，需要研究分析其危害，并加以控制。
1、锌在高炉中的危害锌常以铁酸盐、硅酸盐或闪锌矿的形式存在，高炉冶炼时，其硫化物先转化为复杂的氧化物，然后在不小于1000℃的高温区还原为Zn,由于其沸点很低（907℃），还原出来的Zn气化混入煤气，上升过程中有一部分随煤气逸出炉外，但易在管道中凝集；大部分又被氧化成ZnO并被炉料吸收再度下降还原，形成循环。
Zn蒸汽在炉内循环，沉积在高炉炉墙上，可与炉衬和炉料反应，形成低熔点化合物而在炉身下部甚至中上部形成炉瘤。
当锌富集严重时，炉料空隙度变小，透气性变坏和炉墙严重结厚，炉内煤气通道变小，炉料下降不畅，高炉难以接受风量，崩、滑料频繁，对高炉顺行和技术指标产生很大影响。
有时甚至在上升管中结瘤，阻塞煤气通道，对高炉长寿严重也有严重的影响。
高炉生产中，锌的循环除高炉内部的小循环外，还存在于烧结-高炉生产环节间的大循环中，由含锌泥尘带入烧结矿的锌是造成高炉锌循环富集和产生危害的根源。
2、碱金属在高炉中的危害碱金属以硅铝酸盐和硅酸盐形式存在，这些碱金属熔点很低，在800-1000℃之间就都能熔化，进入高温区时，一部分进入炉渣，一部分则被C还原成K、Na元素，由于K、Na元素沸点只有799℃和822℃，因此还原出来后气化混入煤气，大部分被CO2氧化为碳酸盐。
在高炉上部的中低温区，K、Na以金属盒碳酸盐形式进行循环和富集，部分以氰化物形式循环和富集。
碱金属在高炉中能降低矿石的软化温度，使矿石尚未充分还原就已经熔化滴落，增加了高炉下部的直接还原热量消耗；能引起球团矿的异常膨胀而严重粉化；能强化焦炭的气化反应能力，使反应后强度急剧降低而粉化，造成料柱透气性严重恶化，危及生产冶炼过程进行；液态或固态碱金属粘附于炉衬上，既能使炉墙严重结瘤，又能直接破坏砖衬，碱金属氧化物与耐火砖衬发生反应，形成低熔点化合物，并与砖中Al2O3形成钾霞石、白榴石体积膨胀，使砖衬剥落，研究表明，炉腹、炉腰和炉身中下部的砖衬破损，碱金属和锌的破坏作用约占40%。
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烧结矿中有害元素对高炉的危害和
抑制
高炉是冶金炼铁工艺中的重要设备，能够把原料如铁矿石炼制成铸铁和钢铁，具有重要的经济和社会意义。
然而，在高炉生产过程中，烧结矿中的有害元素会对炉内的化学反应产生影响，造成炉料堵塞、炉墙侵蚀、炉渣品质下降等问题，对炉子运行、产量及铁水质量带来危害，其对高炉的抑制也是十分重要的。
一、高炉生产中烧结矿有害元素的来源
高炉炼铁的原料主要是矿石和焦炭，其中矿石中的有害元素是炼铁行业所面临的主要问题之一。
在高炉生产过程中，烧结矿中的有害元素会对炉内的化学反应产生影响，造成炉料堵塞、炉墙侵蚀、炉渣品质下降等问题，对炉子运行、产量及铁水质量带来危害。
烧结矿中的有害元素的来源一般是矿石中所含的有害元素，如硫、磷、铜、锌、镍等，还有烧结过程中吸附的有害元素，如氯、碱金属等。
二、烧结矿中有害元素对高炉的危害
1、硫
硫是烧结矿中最主要的有害元素之一。
当硫进入高炉中，它会与铁、焦炭发生反应，形成铁硫化物，交互作用会导致炉内温度下降，燃烧失调，炉渣流动性差等问题。
同时，硫还会
造成铁水质量下降，甚至导致铸造中铁铸件断裂、孔洞等问题，严重影响了炼铁质量。
2、磷
磷在烧结矿中常以磷酸化合物的形式存在，当烧结矿中的磷含量超过一定的限制时，容易对产生偏铁鱼、振落、炉墙侵蚀及炉气特性发生影响。
另外磷含量超过限制时，也会导致炼铁成本增加，因为过多的磷需要通过钙、镁等不含磷的材料来削减。
3、铜、锌、镍等
烧结矿中还含有一些其他有害元素，如铜、锌、镍等，它们能够影响生铁的质量，因为这些元素会妨碍所需的化学反应的进行和生铁的结晶行为。
如果烧结矿中含有太多的这些元素，那么将会导致生铁中这些元素的含量增加，这将会影响这些元素的终末用途，从而限制产生符合标准的产品。
三、抑制烧结矿中有害元素的措施
为了减少烧结矿中有害元素对高炉带来的危害，需要采取措施，抑制这些元素的含量，以确保高炉的正常运行和冶炼质量。
目前，常用的方法是采取改善烧结的工艺条件、精选矿石、还原剂等，以及加入一些抑制剂来减少有害元素的含量。
主要措施如下：
1、采用高脱硫率的焦炭以降低高炉中硫的含量。
2、控制烧结中氧气的含量或通过加入流化剂对于烧结过
程中存在的有害元素进行固定化处理。
3、在原料中加入抑制剂以降低有害元素的含量，其中常
用的抑制剂包括石灰、白云石、伊利石、粘土等。
4、在高炉生产中使用一些特定的添加剂，如锂等金属的
氧化物，可以降低烧结矿中有害元素的含量，并促进还原环境的形成。
综上所述，烧结矿中的有害元素对高炉炼铁带来了很大的危害，因此，我们必须采取相应的措施来抑制这些元素的含量，如采用高脱硫率的焦炭、精选矿石、添加抑制剂和特定添加剂等。
只有这样，才能保证高炉的正常运行和冶炼的质量。