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高炉碱金属的危害及防治大全汇总在不久前，我们共同探讨了锌对高炉的影响和防治措施。
锌的危害还在碱金属之后。
这次，我们就来说说高炉碱金属。
碱金属都包括哪些元素？对高炉危害最大的碱金属是什么？碱金属如何危害高炉的安全和顺行？如何降低碱金属的危害？如何进行排碱？这里为你解惑，如您有其他问题需要提问，请在公众号中提问留言。
1概述1.1碱金属性能碱金属元素是指氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫，由于这些元素的氢氧化物都是易溶于水的强碱，故称为碱金属。
目前，对高炉冶炼有重要影响的碱金属元素是钾和钠和钾、钠的化合物。
钾、钠的密度小，属于轻金属，硬度很低。
钾的熔点63℃，沸点758℃；钠的熔点97℃，沸点883℃。
碱金属及其氧化物在高炉冶炼过程中发生一系列的物理化学反应，导致循环富集，对高炉设备和冶炼进程产生不利影响。
表钾和钠的物理性质在自然界中不以单质形式存在，主要以复杂硅酸盐、硅铝酸盐、碳酸盐及氧化物等形式存在于各种矿石中，这些复杂化合物在铁矿石中的含量并不多，但通过一般的选矿过程不容易将它们除掉；在常规的烧结和球团过程中去除的碱金属也很少。
因此，高炉中的碱金属主要由铁矿石、焦炭和煤粉带入。
1.2碱金属危害研究关于碱金属对高炉炉料和高炉生产危害的认识最早始于二十世纪60年代的日本,到70年代有关碱金属对高炉冶炼的影响已取得了一些成果,日本在70年代对广畑1号高炉1407m³和小仓2号高炉1350m³进行了解体研究,并报道了碱金属方面的研究成果。
之后,在80年代首钢也进行了相关高炉解剖研究并分析了碱金属在高炉内的反应行为。
近年来随着铁矿资源和煤资源的不断劣化和铁矿石价格的上升,原燃料质量持续下降,同时迫于成本压力,一些富含碱金属的矿粉,如印度矿粉、秘鲁矿粉等,被迫配加在烧结、球团里在高炉上使用。
而另一方面,高炉的大型化则要求加强精料,对原燃料质量提出了进一步要求,这就造成了原燃料劣化和高炉大型化的矛盾。
![[教育]有害元素对高炉的危害含量和有效预防措施](https://img.taocdn.com/s1/m/3a049b3bd0d233d4b04e6946.png)
15Metallurgical smelting冶金冶炼高炉冶炼中碱金属的危害及防治研究柳 园（甘肃酒钢炼铁厂，甘肃 嘉峪关 735100）摘 要：在高炉冶炼中，会将各类冶炼原料加入，而这些材料中往往掺杂了碱金属。
随着原料的增加，相应的也会增加碱金属富集量，进而对高炉冶炼成效构成影响，同时还会危害高炉本身安全运行。
基于此，本文在分析高炉冶炼中碱金属化学反应的基础上，剖析了碱金属的危害，同时简单介绍了碱金属危害高炉冶炼的策略，以供参考。
关键词：高炉冶炼；碱金属；危害；防治中图分类号：TF54 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）05-0015-2 收稿日期：2021-03作者简介：柳园，男，生于1987年，汉族，甘肃金塔人，本科，助理工程师，研究方向：高炉冶炼（高炉工长）。
高炉冶炼中，即便原料中含有很少的碱金属，但是因不断循环富集的缘故导致炉内会逐渐富集大量碱金属，会对冶炼及高炉本身构成影响和危害。
绿色可持续发展背景下钢铁行业面临了较大的降成本压力，有个别企业为了提高经济效益、减少成本投入而引入了劣质料、经济料，加上大量回用各类尘泥固废杂料，大幅提高了炉内进入的碱金属含量，从而危害了高炉冶炼及其本身。
为了保障高炉冶炼效果、达成平稳生产的目的，有必要研究碱金属的危害及防治策略。
1 高炉冶炼中碱金属的化学反应高炉冶炼中，碱金属循环富集规律基本上一致于普通矿冶炼，是随着炉内铁矿石等原料的加入而进入的，同时原料中存在的碱金属往往为硅酸盐形式，高炉内高温作用下会导致碱金属产生化学反应。
而高炉内以硅酸盐形式存在的碱金属化学反应通常由两个过程组成，在炉底高温区与碳元素（具备还原性）发生反应后，会有钾、钠等碱金属生成[1]。
高温作用下，碱金属会气化且与鼓入炉内的气体间会有反应产生，同时会有碱金属硅酸盐、氮化物等物质生成。
处于上升过程的此类物质，会被具有吸附性的炭灰吸收一部分并转入高炉残渣内，含有碱金属的一部分气体会在高温蒸汽的作用下向炉外排出，剩余的会被高炉内壁所吸附。
碱金属对原燃料的影响1恶化焦炭冶金性能。
碱金属首先吸附在焦炭的气孔，而后逐渐向焦炭内部的基质扩散，随着焦炭在碱蒸汽内暴露时间的延长，碱金属的吸附量逐渐增多。
向焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏了原有的层状结构，产生层间化合物。
当生成层间化合物时，会产生比较大的体积膨胀，导致焦炭强度下降，块度减小，产生较多碎焦和粉末。
不同碱量条件下测定的焦炭反应性及反应后强度结果表明，加入钾、钠浓度增加后，焦炭的反应性增加，而且钾、钠浓度越高，反应性越大。
这说明钾、钠对焦炭的碳溶反应起正催化作用，而且钾的催化作用高于钠。
有关资料测定表明焦炭含K2O量每增加1％，反应性增加8％，焦炭反应后强度降低9.2％。
同时，高炉冶炼统计表明，碱负荷每增加1kg/t,焦比平均上升18.75kg/t。
2碱金属对烧结矿的影响2.1碱金属对还原性的影响烧结矿的还原度均随烧结矿含碱量（K2O）的增高而提高，但随着含碱量的进一步增加，烧结矿的还原度提高幅度较小。
碱金属能促进烧结矿还原的原因：一是碱金属对还原反应的催化作用，二是碱金属能增加烧结矿的气孔率。
.2.2碱金属对还原粉化率的影响碱金属使烧结矿中温还原粉化率倍增的原因是：一是在还原过程中，碱金属会进入氧化铁的晶格。
当还原到FeO时，碱金属大量进入FeO晶格，由于碱金属对还原反应的催化作用，使该区域的金属铁晶体生长较快，在相界面上产生应力，当应力积累到一定程度，便产生大量的裂纹，导致粉化率升高；二是在还原过程中会发生含钾矿物中钾元素的迁出与再集中，迁出的钾（或游离的钾）与硅铝等元素结合，生成钾铝硅酸盐，由于析晶困难，往往形成一些超显微的结晶，晶化愈强，结构也会更加疏松。
2.3碱金属对烧结矿软熔性能的影响烧结矿少量碱金属可以提高烧结矿的软熔温度，使软熔带下移，但是碱金属含量过多时，会使软熔带温度区间变宽而不利于高炉冶炼。
3碱金属对球团矿的影响碱金属是球团矿产生异常膨胀的重要原因。
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。
第23卷第5期2011年5月钢铁研究学报Jour nal of Ir on and Steel ResearchV ol.23,No.5 M ay 2011基金项目:国家 十一五 科技支撑计划资助项目(2006BAE 03A01);国家自然科学基金资助项目(60872147)作者简介:余 松(1986 ),男,硕士; E -mail:yu song3469@; 收稿日期:2010-09-17高炉内碱金属和碱金属氯化物对焦炭的影响余 松, 赵宏博, 程树森, 潘宏伟(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘 要:针对近年炉料劣化,碱金属严重影响高炉冶炼的问题,对某钢厂碱金属对焦炭的影响进行了研究。
前人大多是采用焦炭浸泡碱金属碳酸盐的方法( 浸碱 法)研究碱金属对焦炭的影响,根据实际高炉炉身中下部区域,绝大部分碱金属是以气态形式存在,设计了一个吸附碱金属蒸气的装置,研究了碱金属蒸气对焦炭的影响;还研究了用来改善烧结矿低温还原粉化率的CaCl 2可与高炉中碱金属反应生成不同的氯化物,并测试了不同碱金属氯化物对焦炭高温强度的影响。
关键词:高炉;碱金属;焦炭;氯化物;劣化文献标志码:A 文章编号:1001-0963(2011)05-0020-04Influence of Alkali and Alkal-i Chloride on Coke in the Blast FurnaceYU Song, ZH AO H o ng -bo, CH EN G Shu -sen, PAN H ong -w ei(Scho ol of M etallurg ical and Eco lo gical Eng ineering ,U niver sity o f Science and T echnolog y Beijing ,Beijing 100083,China)Abstract:A im ing at the bur den deg radatio n and t he pr oblem of w hich alkali has a stro ng impact on blast furnace pro cess in recent years,the influence of alkali o n coke was studied.Pr edecessors mostly used the method of making the co ke soak in the alkali car bonates solution ( immer sion )to r esear ch the influence of alkali on coke.A cco rding to the low er part of the blast fur nace in which the most of alkali is in the form of gas,a equipment of adsor bing t he alkali v apo rs was desig ned t o research the influence of alka li va po rs on coke.T he calcium chlor ide,which was used to pr event r eduction disint eg rat ion index o f sinter,wo uld react with alkali to produce other different chlor ides in the blast furnace,and the impact of the different chlor ides on hig h temper atur e st rength of co ke w ere tested.Key words:blast furnace;alkali;co ke;chlor ide;deg radatio n一直以来,碱金属在高炉内的循环富集给冶炼带来不利影响。
碱金属对高炉内焦炭的危害及控制对策邱全山;任瑞峰【摘要】研究表明，碱金属对焦炭的气化溶损反应有显著的催化作用，焦炭在高炉中的劣化随炉内碱金属含量的上升而加剧，为此业内对高炉入炉碱金属负荷进行了控制。
马钢高炉碱金属的主要来源是球团矿和烧结矿，控制的重点是降低球团矿碱金属含量；同时，加强高炉操作、避免碱金属的过度富集也是控制高炉碱金属负荷的关键。
马钢自产焦炭碱金属含量比较稳定，但也需加强对来煤碱金属监控。
【期刊名称】《安徽冶金科技职业学院学报》【年(卷),期】2014(000)0z1【总页数】4页(P1-3,6)【关键词】碱金属;焦炭;热态性能;溶损;高炉【作者】邱全山;任瑞峰【作者单位】马钢煤焦化公司安徽马鞍山 243000;马钢煤焦化公司安徽马鞍山243000【正文语种】中文【中图分类】TF526+.1在高炉冶炼中，焦炭最重要的作用是作为料柱的骨架支撑，以保证炉内的透气性和流动性。
特别是随着高炉大型化的发展，以及喷煤、富氧和高风温等强化冶炼技术的应用，焦炭的骨架作用更为凸显，高炉对焦炭质量的要求更加严格[1]。
人们在关注焦炭的冷态强度、化学成分和粒级组成等传统指标的同时，对焦炭的热态性能也提出了更高的要求。
高炉中碱金属的存在，会加速焦炭的溶损反应，加剧焦炭热态性能的劣化，从而影响焦炭对料柱的骨架作用[2]。
本文将结合马钢高炉实践，分析碱金属对焦炭的危害，并在高炉碱金属控制方面进行一些探讨。
碱金属钾、钠是高炉炼铁生产中的有害元素，碱金属的存在会对高炉内的烧结矿、球团矿、焦炭和炉衬等产生不利影响，从而影响炉况顺行以及高炉寿命[3]。
国内外在这方面已经进行了许多研究，形成了比较一致的观点。
这里着重研究碱金属对焦炭的影响。
焦炭在高炉内受到挤压、摩擦、气流冲刷和溶损等作用的影响，热态性能逐渐劣化，块度逐渐减小。
焦炭溶损也称为焦炭的气化侵蚀，指的是CO2与焦炭发生气化反应(CO2+C→CO)，导致焦炭碳素损失的过程, 溶损是造成焦炭在高炉内劣化的主要原因[3]。
论碱金属对高炉原料冶金性能影响的效果分析摘要：在高炉中，碱金属的循环累积在很大程度上会为冶金工作带来不小的影响，使冶金过程中发生煤比较高等情况，长此以往，使高炉内会产生结瘤现象，使炉内的内衬耐腐蚀性降低。
基于此，本文主要内容分析碱金属对高炉原料冶金性能的影响，具有十分重要的现实意义，不仅能够使冶金工业不断提升效益，还能有效避免生产过程中的不安全隐患。
关键词：冶金；高炉；分析1.碱金属的概述与检测所谓的碱金属指代的是元素周期表中的IA族，主要的组成元素有钠、钾、铷、铯、钫、锂六种元素，不包括氢元素，因为氢元素虽然属于同族元素，但是由于自身性质与碱金属相比相差较大，因此，氢元素被认定为不属于碱金属类别[1]。
在这六种碱金属中，它们之间存在有一个共同的特点，均有一个属于S轨道的最外层电子，基于此，人们常将其划分为元素周期表的S区。
在日常工作学习过程中，对碱金属进行检测时只能对其进行实验，例如，在对锂元素进行检测时，通过原子吸光光度计测量物质的吸光度，进而判断物质中是否含有锂元素之类的碱金属，想要利用吸光度测量锂元素，首先需要用盐酸将少部分物质进行溶解，其次，需要在百分之一的盐酸介质中使用空气乙炔火焰进行实验，最终通过原子吸光光度计测量其中是否含有锂元素。
2.碱金属在高炉中的循环机理分析在工业活动中，碱金属通常情况下是通过硅酸盐的方式进入到高炉中，随后，再通过硅酸盐的方式排出。
但是在高炉工作过程中，碱金属的不断累积最终会在高炉中形成氰化物等化合物，这些化合物在高炉的作用下，会释放出含有碱金属的蒸汽等物质，一般情况下存在于高炉的上部，长此以往，这些物质无法正常的进行排出工作，进而导致高炉中碱金属等物质不断累积。
碱金属在通过硅酸盐的方式进入高炉中后，会在高炉的块状带中呈现出较为稳定的状态，在含有碱金属的硅酸盐进入到1550摄氏度的高温地带时，会发生还原状态。
随后生成的碱金属蒸汽会由于煤气流的作用，上升到高炉的上部，随着上升的距离越来越高，碱金属蒸汽的温度不断下降，最终会成为较小的液滴。
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。
梅钢高炉调研也发现在炉内下部高温区固相炉料中碱金属的富集量多于上部低温区。
2. 焦炭中的碱富集明显大于矿石，且焦炭遭受的破坏最为严重。
矿石和焦炭中的碱金属含量在碱富集严重区域开始存在明显的差别。
如首钢高炉调研发现，在软熔带烧结中碱含量为1.3%-2.22%，其富集率是入炉前的7-12 倍；焦炭中碱含量为4.1%-6.64%其富集率是入炉前的26.3-42.6 倍。
可见焦炭是碱金属富集的重要载体。
此外，通过风口焦炭取样发现，炉缸中焦炭的恶化明显大于焦炭气化反应测试的结果，且粒度小的焦炭中碱金属含量往往偏高。
如宝钢1 号高炉风口焦取样发现，风口前2.5m 处小于10mm 的焦粉率高达48.98%，且碱金属含量高的焦炭破碎严重，尤其是小于10mm 的份焦中碱金属的含量比块焦高出10 倍以上。
3. 碱富集区域焦炭中的钾含量明显大于钠。
在碱富集严重区域钾的富集量均远远高于钠，即使入炉的钾负荷低于钠负荷，如日本实验高炉块状带中焦炭的钾、钠含量相近，但是大于1000 度开始钾的富集量开始远远的大于钠。
首钢、迁钢等风口焦炭的化学分析也表明，全部风口焦样中的钾含量均大于钠含量且小于10mm 的焦粉比例和钾负荷基本呈正关系。
4. 碱金属和煤气流分布存在相关性。
通过多座高炉的调研发现，往往煤气流越发展的地方碱金属的富集量越大，考虑在碱富集最严重的软熔带区域煎焦窗是气体流过的主要通道。
因此研究碱金属对此区域焦炭的破坏具有重要的意义。
综合上述可知，软熔带是高炉内碱富集最严重的区域，在碱富集严重区域焦炭是最主要的碱金属载体和破坏对象，前人大多研究了模拟炉身条件下人为的添加碱金属碳酸盐或氧化物后对焦炭性能的影响，依据实际高炉调研结果，炉身部位碱富集较少，而少量的碱金属碳酸盐《1%对焦炭的溶损反应的催化效果并不强烈。
因此，评价碱金属对高炉冶炼的危害还应重点研究软熔带条件下钾、钠对焦炭的恶化影响。
此外，通过实际高炉调研可知，碱富集区域钾在焦炭上的富集明显大于钠，但是，造成此现象的原因尚未明确。
相应的钾、钠对焦炭的破坏性是否存在差别、是否需要区分制定钾、钠入炉上限仍有待研究，据此进一步设计完成了模拟高炉碱富集区域的钾、钠对焦炭恶化影响的实验。
二、模拟高炉碱富集区域钾、钠对焦炭恶化影响的实验研究通过热力学计算可知，在碱富集最严重的软熔带区域，碱金属主要以单质蒸汽形式而非碳酸盐或氧化物的形式存在，且在此区域co2 的含量也少于炉身部位，实际高炉中碱蒸汽在上升至软熔带时穿过焦窗并被焦炭吸附。
因此，试验前碱金属应和焦炭分离而不是提前混合在一起，以检验焦炭对于钾、钠蒸汽的不同吸附效果。
高炉中每块焦炭上碱金属的吸附量是不同的也是不确定的，人为地在焦炭中添加已知比例的碱金属和高炉实际仍存在差别，而入炉的吨铁碱金属负荷和焦比是确定的，因此试验时可依据入炉碱负荷和焦比确定试验时气固体系中（碱金属蒸汽/ 焦炭）的质量比例。
同时为了模拟测试富集后的碱金属蒸汽在焦炭上的吸附和对焦炭的破坏，依据国内外高炉调研结果，焦炭中的碱金属含量可高达5% 以上，据此设定碱金属蒸汽量为5%。
以迁钢和包钢高炉用的实际焦炭为试验焦样，分别进行了多组1300度无co2条件和1100 度有co2条件下等量钾钠蒸汽对焦炭恶化影响的热态试验。
1. 试验研究1300 度无co2条件（模拟软熔带下部）钾钠蒸汽在焦炭上吸附和破坏。
采用等量的原始粒度为22-25mm 的焦炭200g等质量的钾钠单质10g（对应不同的活性炭粉和碳酸盐量）在密封的反应管中始终通入高纯度的保护氮气以消除co2和o2，升温至1300度并恒温2h，以模拟测试软熔带下部高温和无co2 条件下钾、钠蒸汽在焦炭上的吸附和破坏。
对迁钢和包钢的焦炭进行上述多组试验后，通过原子吸光度可知，焦炭中吸附的平均钾元素含量是钠元素含量的30 倍以上，即高温下钾蒸汽更容易在焦炭上吸附。
同时，在不存在co2的1300 度高温条件下，发现钾、钠蒸汽对焦炭恶化的影响差别也很大，吸附钠蒸汽后的焦炭虽然表面颜色发生变化但并没有粉化（小于10mm），而吸附钾蒸汽后的焦炭发生严重的粉化，其粒度分布见表1，粉化率达到了21.31%可见即使体系中不存在co2 焦炭不发生气化反应，在1300 度的高温下焦炭吸附钾蒸汽时也将发生严重的粉化。
通过对原始焦炭的钾钠吸附试验后的焦炭进行扫描电镜和XRD 分析比较，可知对于吸附钠的焦炭来说，只在焦炭的表面形成了少量的小颗粒，在焦炭原始的片层结构间基本无颗粒的生成，也未发现明显的纵深裂纹。
对于单质钾来说，在和co 一起渗入焦炭后将和焦炭灰分中的Al2O3 和Sio2反应生成钾霞石导致体积膨胀50%，使得焦炭出现微裂纹，进一步加剧钾蒸汽更对地扩散进焦炭和焦炭中的灰分形成更多的化合物。
这些化合物的积累和继续到这微裂纹的产生并形成纵深的裂纹，因而同等条件下钾的吸附量明显高于钠，并最终始焦炭在不存在co2 时也发生严重的粉化。
上文中提到的国内多座高炉风口焦取样结果表明炉缸焦炭的恶化程度明显大于焦炭气化反应测试结果，且焦炭中的钾含量明显大于钠含量的普遍现象，可从本文实验研究中得到很好的解释。
表1 无co2 条件下高温吸附钾蒸汽后焦炭（原始粒级22-25mm）的粒度分布2. 试验研究1100 度有co2条件（模拟软熔带上部）钾钠蒸汽对焦炭的破坏。
在高炉软熔带上部，随着煤气中co2 含量的增加，焦炭将发生气化反应，通过热力学计算可知大于1000 度时，高炉中的碱金属仍主要以单质蒸汽的形式存在。
因此，设计了1100 度以下同时存在碱蒸汽和co2 条件下，对200g，22-25mm 焦炭进行了反应性试验，并和标准焦炭反应测试的结果进行了对比，见表2.可见在co2 存在的条件下钾钠都对焦炭的气化反应起到了催化作用，但钾对焦炭的破坏比钠更为严重，造成此现象的原因包括：1.钾在焦炭的吸附量明显大于钠，钾和焦炭中的灰分相结合形成更多的化学结合态的碱，而化学结合态的碱对焦炭的反应性有明显的催化作用。
2.钾和焦炭中灰分结合后形成钾霞石体积膨胀导致焦炭中微裂增多，使得co2更容易进入焦炭内部加剧气化反应。
表2 有co2 条件下体系中等量的钾钠蒸汽存在时对焦炭热态强度的影响%通过上述模拟高炉试验研究可知，在高炉碱富集严重的炉身下部炉腰炉腹区域钾钠在焦炭上的吸附和对焦炭的破坏存在着明显的不同，这是以往的高炉工作者为关注的。
在高炉操作时应严格控制入炉钾负荷。
下面将依据钾钠对焦炭的不同破坏作用，进一步深讨如何量化地制定钾、钠的入炉上限。
三、入炉碱金属上限值得计算公式为了能够量化地制定高炉入炉碱金属入炉上限，关键是能够明确入炉碱金属负荷对高炉冶炼的危害程度，找出入炉碱金属负荷和高炉其它参数的量化关系。
由于软熔带是高炉内透气性最差、碱富集最严重的区域，而且在碱富集严重区域焦炭是最主要的碱金属富集体和破坏对象，同时考虑到入炉焦比和碱金属负荷的量化关系是已知的，因此，评价碱金属对高炉冶炼的危害可重点依据软熔带中碱金属对焦炭恶化的影响。
此外，通过实际高炉调研和上述研究都表明钾钠在焦炭的吸附能力和对焦炭的破坏作用相差很大。
因此，在制定入炉碱负荷上限时，建议以碱蒸汽对焦炭的破坏作用为主要出发点，以焦炭恶化明显加剧时气固体系中的钾、钠蒸汽和焦炭的质量比率为依据，通过对实际高炉碱金属富集率放的分析，制定具体高炉的钾、钠不同入炉上限值。
具体步骤如下：1. 依据入炉钾、钠负荷，炉渣的比率，炉尘排钾钠的比率等高炉实际数据和化验结果得出高炉内钾钠的富集率和最大富集量，其中最大富集量可由杨永宜教授提出的公式求得。
2. 针对具体高炉用焦炭，进行高温下钾钠蒸汽存在时的熔损反应测试，得出焦炭恶化明显加剧时对应的气固体系中钾钠单质蒸汽和焦炭的质量比例3. 当炉内钾、钠最大富集量除于入炉焦比等或大于步骤2 中测试得到的比例是将造成焦炭严重恶化，恶化软熔带和炉缸料柱的透气渗液性，破坏高炉的顺行高产。
因此，通过入炉钾负荷、钠负荷、焦比以及炉渣和炉尘的排钾率、排钠率，可推出入炉碱金属上限值得计算公式如下：M 钾=47焦比*V 钾（1-炉渣排钾率*炉尘排钾率）/39M 钠=31焦比*V 钠（1-炉渣排钠率*炉尘排钠率）/23M 钾+钠=2*Min（M 钾+M 钠）M 钾=入炉上限,kg/tM 钠=入炉上限,kg/tM 钾+钠=入炉碱金属总负荷上限，kg/tV 钾=使焦炭气化反应明显加剧时钾单质的质量比率，%。
V 钠=使焦炭气化反应明显加剧时钠单质的质量比率，%。
基于钾对高炉焦炭的破坏作用更强，上述三种上限值重要顺行为：M钾＞M 钾+钠＞M 钠。
现在某高炉为例来验证上述公式。
某高炉入炉钾负荷为2.864kg/t，钠负荷为4.62 kg/t ，碱总负荷为7.484 kg/t ，超过了国内传统规定的碱负荷上限。
