碱金属对高炉生产的危害分析及控制

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。

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。

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%。

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。

有害元素对高炉操作的影响1有害元素在高炉中的行为1.1碱金属危害机理碱金属主要来源于铁矿石、焦炭等物质，碱金属常以复杂硅酸盐的形式存在于各种矿石中，这些复杂化合物在常规的烧结过程中去除很少。

在高炉的中、上部，以复杂硅酸盐形式进入高炉的碱金属是很稳定的，当它随炉料下降到高炉下部高温区后，能按式(1)和式(2)进行还原，生成K 、Na [1]。

)()(2232g CO SiO g K C SiO K ++→+ (1))()(2232g CO SiO g Na C SiO Na ++=+(2)式(1)还原温度大于1550℃；式(2)还原温度大于1700℃。

由于煤气的高速运动，反应不能达到平衡，只有小部分碱金属硅酸盐参加反应，生成的碱蒸气随着煤气流向上运动。

在高温区产生的碱蒸气离开风口区后，能按式(3)至式(5)反应生成氰化物蒸气随煤气流上升。

)(2)(2)(22g KCN g N C g K →++ (3))(2)(2)(22g NaCN g N C g Na →++ (4) CON CO K COg KCN 54)(22322++→+ (5)夹杂着碱蒸气、碱金属氰化物及碳酸盐的高炉煤气流，在上升过程中与高炉料柱和内衬充分接触，其碱金属一部分被焦炭吸收，一部分沉积于耐火材料上，一部分随煤气排出炉外，炉料中大部分未还原的碱金属以硅酸盐形式随高炉渣排出[2]。

被焦炭吸收和黏附在炉料上的碱金属及其化合物，随炉料下降到高炉高温区后又将挥发而重新进入煤气流中，这样导致碱金属的循环往复，最终出现碱金属的富集，进而影响高炉冶炼的正常进行。

锌是与含铁矿物在矿石中共存的元素，在天然矿石中锌的含量是微量的。

入炉后分解成为氧化物ZnO ，随炉料下降，在CO/CO2=l ～5的条件下，于100℃以上的高温区还原成Zn 。

Zn 的沸点为907℃，蒸发进入煤气，升至高炉中上部又被氧化成ZnO ，一部分随煤气逸出，另一部分黏附在炉料上，又下降而被还原、汽化，形成循环。

碱金属造成炉缸堆积的认识及应对措施近年来，由于我国生铁产量大幅增长，导致原燃料供应紧张，价格不断攀升。

为了降低生产成本，高炉不得不用一些含有有害元素的低价位原燃料。

先期一些采购使用这些含碱金属高的钢铁企业，由于认识上的错误，忽视了这些有害元素的排放，特别是使用原料中含锌、钛、铬元素高的高炉，更是出现了碱金属排放不及时造成高炉炉缸严重堆积，使生产波动，影响了企业的节能减排和整体的经济效益。

这部分企业后来逐步意识到了这些问题，很快转变操作思路，减少了炉况波动，很快走出生产低谷。

在高炉日常生产过程中，碱金属和锌、钛、铬等有害元素很容易造成炉缸堆积，炉缸失常经常发生的就是炉缸堆积。

在高炉冶炼中，高炉炉缸是高炉生产的“发动机”，焦炭及燃料在这里燃烧，产生上升的还原气体，使含铁矿物还原成金属；而焦炭燃烧产生的空间，为炉料下降，创造了条件。

炉缸工作，非常重要，一旦失常，必给生产带来严重响。

我国很多炼铁厂有过惨痛的教训。

目前我们高炉也存在碱金属高和锌、钛、铬高等现状，因此我们炼铁厂采取了定期洗炉的方案，来应对因碱金属和锌、钛、铬高而成炉缸堆积的危害，以此来保证炉况的稳定。

一、有害成分和碱金属含量高的征兆1.碱害的征兆初期风压升高，风量减小，料速变慢。

压量关系不对称，出铁前压量关系紧张，出铁后好转。

严重时会有难行和悬料，容易吹出管道，风渣口破损，出铁不顺畅，铁口深度容易增长，出铁不均匀，相邻铁次铁量差别大，都少于理论出铁量。

渣铁温度低，流动性差导致主沟易结大盖。

2.锌富集的征兆出铁时渣铁沟冒白烟，渣表面冒蓝火，渣子极易接结盖，渣铁物理热低，流动性差。

放完铁后，渣铁沟两侧和盖板上有大量白色物质。

炉温波动大，综合负荷不稳定，热制度易失常。

出铁晚点时，风量萎缩，料速减慢，炉温下降幅度大，铁后风量回不到铁前的水平。

3.钛、镍、铬害的征兆钛、铬软化温度高达1600度以上，钛、镍、铬吸热能力强，在低硅冶炼的高炉，会造成渣铁黏稠，物理温度低，流动性差，使炉缸堆积，容易烧坏风口，产量低，消耗高。

有害元素对高炉炼铁的影响及控制措施l 介绍高炉炼铁原料中的有害元素主要有铅、锌、碱金属等。

高炉锌的循环富集严重影响了高炉的平稳运行和热态的稳定，渗入炉衬的zn蒸汽在炉衬内冷凝下来，造成高炉炉缸炉底砖衬上涨，风口大套上翘开裂、中套上翘变形、炉皮开裂、炉缸水温差上升等一系列后果，严重危害一代高炉寿命。

通过控制入炉原料有害元素含量，优化高炉操作，减少有害元素在高炉内循环富集，取得一定效应。

本文以新钢8#1050m。

高炉为例。

2 有害元素的来源通过对原燃料检测成份分析可以看出，碱金属来源主要来焦炭，其次是烧结矿和球团矿，而zn的来源，主要是山上球团厂球团矿和烧结矿。

zn的主要来源是生产烧结矿、球团矿的精矿粉，非法贸易商将从瓷砖灰中回收的金属材料添加到浓缩粉末中，使原料Zn含量大大提高。

3 对高炉的影响(1)有害元素破坏砖衬及炉体。

2004年3月份开始，陆续发现风口中套变形，继而出现大套法兰上翘开裂套冒煤气现象，随着气体泄漏的明显发展，炉膛和炉皮最终会开裂。

(2)造成炉皮开裂，冷却板损坏。

由于有害元素在炉内富集，在炉身中下部软融带附近，有害元素吸附或渗透进入砖缝，造成砖衬被侵蚀和异常膨胀，将冷却板暴露在高温气流中，容易受到冲击和损坏。

随着原燃质量下降，有害元素入炉增加，在内的富集增加，对砖衬的破坏力度加大。

造成炉皮开裂的主要原因是使用含Zn高的原料的结果，从风口粘结物取样分析可知，zn在炉知富集是造成炉缸炉皮开裂的主要原因。

(3)均压、管路堵塞。

由于zn含量大幅增加，随煤气排出的zn增加，随煤气逸出的zn元素，均压管管道中的粘合，造成管路堵塞。

2006年问_次发生管路堵塞现象，经过吹扫管路，立刻恢复正常均压。

(4)造成炉缸，炉底侵蚀速度加快。

碱金属，zn等有害元素易在炉内循环富集，K、Na用液体或固体粉末化合物粘附在炉衬上，以破坏砖衬里，zn则以蒸汽形式渗入砖衬缝隙中，冷凝氧化成ZnO后体积膨胀损坏内衬，使高温铁水能够顺利渗入砖缝，造成水温差上升。

高炉炼铁过程中的碱金属控制技术研究在钢铁生产过程中，高炉炼铁是一个非常重要的环节。

而在高炉炼铁过程中，碱金属的存在往往会对炼铁工艺和产品质量产生重要影响。

因此，研究和掌握碱金属控制技术，对于提高炼铁效率和质量具有重要意义。

1. 碱金属在高炉炼铁过程中的来源高炉炼铁过程中，碱金属一般来自于铁矿石中携带的杂质和燃料中的灰分。

铁矿石中的杂质主要包括钠、钾等碱金属元素，而燃料中的灰分则含有较高的氢氧化钠、碳酸钠等含碱物质。

这些碱金属在高炉内往往以气态或溶解态存在。

2. 碱金属对高炉炼铁过程的影响碱金属对高炉炼铁过程的影响主要表现在两个方面：炉渣特性和炉内燃烧特性。

2.1 炉渣特性碱金属的存在会对高炉内炉渣的熔化性能、粘度和流动性产生影响。

一方面，碱金属元素的存在会降低炉渣的熔化温度，提高了炉渣的流动性，有利于炉渣的排出和矿渣的分离。

另一方面，碱金属元素还会增加炉渣的粘度，使之更易于与焦炭和炉渣中的其他杂质反应生成低熔点物质，影响炼铁的产率和炉渣的性能。

2.2 炉内燃烧特性碱金属对高炉内燃烧特性的影响主要表现在两个方面：焦炭燃烧和反应速率。

在焦炭燃烧过程中，碱金属中的钾和钠会加速焦炭和空气中氧的反应速率，提高了焦炭的燃烧速度，增加了燃烧强度。

然而，过高的燃烧速率会导致过量的热量和气体产生，增加高炉热负荷，影响炉温控制和炉体稳定性。

另外，碱金属还会影响高炉内矿石的还原速率和反应速率。

高炉炼铁过程中，矿石的还原是一个重要的步骤。

碱金属存在会降低矿石的还原速率，延长还原时间，从而影响炼铁的产率和质量。

3. 碱金属控制技术的研究与应用为了减少碱金属对高炉炼铁过程的不良影响，研究和应用碱金属控制技术成为了当今钢铁行业的热点和难点。

3.1 原料配比优化通过调整高炉的原料配比，可以有效地控制碱金属元素的含量。

一方面，可以选择低含碱原料，减少碱金属的输入。

另一方面，可以采用合理的配比策略，使得矿石中的碱金属能够在高炉过程中得到有效地吸附和捕捉，减少其对高炉炼铁过程的干扰。

管理及其他M anagement and other酒钢高炉碱金属危害的控制王学萍摘要：在全国钢铁行业里，酒钢炉料中的碱金属、硫磺偏高。

因此，对酒钢高炉生产带来了极大的危害。

本文对高炉内碱金属的富集情况进行了计算分析，结果发现碱金属主要由高炉炉料带入，其中高碱度烧结矿带入的最多，从高炉排出的途径主要是通过炉渣。

该文在结合酒钢炼铁厂一号高炉实际生产情况下，通过大量的文献收集总结，使用现场生产数据进行阶段性理论性分析、计算以及结合世界范围内其它炼铁厂治理碱害的经验措施，并就酒钢高炉以后在炉料控碱和炉渣排碱问题上，提出了防治高炉碱害的建议，主要有：①降低入炉原料、焦炭、风口喷吹煤粉中的碱金属；②降低焦炭中的灰分，提高强度，增金属破坏的能力；③建立碱金属变化情况跟踪分析制度，定期有计划的实施排碱；④炉渣的碱度适当降低，渣量适当增加，兼顾其它指标；⑤热制度合理，减少碱金属的循环富集。

关键词：酒钢；高炉；碱金属；防治措施自高炉冶炼工艺开展以来，高炉冶炼过程中碱金属的问题，已经困扰了人们约有100多年的历史了。

最早于1845年开始，布恩森（Bunsen）就开始了利用高炉冶炼过程来进行生产碱金属氰化物（KCN）的研究试验工作。

约在上世纪初，人们就已经习惯于从高炉生产中进行回收碱金属氰化物（KCN）。

因此，凯莱特（Catlett）也提出：“高炉最关键的副产品是钾盐类”。

之后又有国外研究者更准确地指出碱金属在高炉内部的存在状态，并证实了碱金属在高炉内存在循环富集的问题，开始了碱金属对高炉炉衬的侵蚀和影响的研究工作。

但是，这些研究工作只是探究出了问题存在的原因，均未提及能有效解决碱金属问题的有效办法。

虽然我国对高炉碱金属问题的研究工作开始比较晚，但是经过高炉冶炼研究及现场生产技术人员的不断摸索，已经逐步形成了自己独到的见解。

在上世纪50年代左右，最早在包钢，高炉冶炼研究人员就指出包钢高炉产生结瘤的根本原因可能是高炉生产所使用的白云鄂博矿含有的碱金属，从此时开始，高炉冶炼研究人员就开展针对高炉碱金属问题的系统研究工作。

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。

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。

某公司高炉碱金属含量及分析一、碱负荷超标的界限碱负荷允许含量大小，目前尚无统一标准，国外大多数高炉采用5kg 为超标的界线，在5.0kg以内高炉不用采取排碱操作，高炉生产是安全的，但是加拿大有的高炉以4.0kg为界线，碱负荷超过4.0kg高炉需要采取排碱措施。

否则高炉出现炉况难行，生产指标不正常，我国高炉生产过程中，大都考虑采用5.0kg界线。

碱负荷在5.0kg以内，高炉生产大都不受影响，超过5.0以后根据超过界限的多少，需要采取不同处理手段，众多高炉生产实践证明这一界限也是符合我国炼铁生产实际的。

二、我公司1#高炉碱负荷情况1#高炉碱负荷计算表序号名称消耗量kg/t铁K2O%K2O(kg)Na2O%Na2O(kg)K2O+Na2O(kg)1 烧结矿1162 0.227 2.64 0.079 0.92 3.562 球团矿550 0.457 2.51 0.127 0.70 3.213 焦炭3974 无烟煤1215 烟煤30总计 6.77注：⑴由于球团矿、一二级焦炭、烟煤、无烟煤中钾钠含量无数据，故无法计算其中钾钠含量。

⑵在不考虑燃料带入钾钠的前提下，我公司1#高炉碱负荷已达到6.77kg/t，我公司高炉碱负荷水平处于较高水平，因此需要进一步核实和准备采取相应的处理措施。

⑶碱负荷中K2O占76%，Na2O占24%，根据理论计算和实际经验，碱金属中以K2O危害最大，后果也最为突出。

⑷碱负荷中由烧结矿带入量占53%，球团矿带入量占47%。

三、高炉内碱金属循环富集分析1 、碱金属在炉内的形态与反应式碱金属主要是以硅酸盐的形态，例为K2SiO3，Na2SiO3等化合物存在，而由原燃料带入高炉的，现以硅酸钾为例（K2SiO3），当炉料下达高温区或炉缸时，硅酸钾将进行以下反应：2K 2SiO 3＋2C ＝4K ＋2SiO 2+2CO (1)△G ()01＝298000-158.5T当△G 0≤0 ，反应起始温度T ＝1880 K ，可以计算出此温度时的平衡常数K ：42222223K P aP S iO C OK a a c k S iO ⋅⋅=⋅式中 K ――反应平衡常数a ――反应物生成物的活度42222223K P aP S iO C OKa a c k S iO ⋅⋅=⋅P ――生成物分压据热力学条件的分析，例如增加SiO 2活度，增加CO 分压，降低温度等因素该平衡反应向左边移动，以及由于动力学的原因，上述反应中一部份或大部分硅酸钾（K 2SiO 3）来不及反应而随炉渣被排出炉外，而只有一部份或少部分被还原。

碱金属对高炉冶炼的危害及防治措施探讨作者：王博来源：《科技风》2018年第16期摘要：本文详细探讨了碱金属对高炉冶炼的危害，主要表现为原料、焦炭以及炉墙三个方面，而后提出了防治碱金属对高炉冶炼危害的措施，包含有控制入爐原料、控制炉渣碱度以及提高透气性这三点，以期为高炉冶炼工作的顺利开展起到一定的促进作用，延长高炉使用寿命。

关键词：碱金属；高炉冶炼；危害K，Na都属于轻金属，有着很低的熔点和沸点，且极为活泼，其在自然界中广泛存在，通常表现为复杂化合物的形式。

虽然这类化合物在铁矿石中的含量非常少，但要想彻底除掉它们却有很高的难度。

在高炉冶炼的过程中，碱金属造成了极大的阻碍，其会使得冶炼强度、煤比以及焦比变低，让高炉结瘤，导致炉衬遭到侵蚀。

若不进行及时有效的处理，会使企业面临很大的安全隐患，降低其经济效益。

本文则基于此详细探讨了碱金属对高炉冶炼的危害，并提出了相应的防治措施。

1 碱金属对高炉冶炼的危害1.1 碱金属对原料的危害碱金属会提升烧结矿及球团矿的低温还原粉化指数RDI+3.15，具体的提升幅度主要取决于铁矿石的类别。

在烧结矿和球团矿所含有的碱金属量不断提升的情况下，烧结矿及球团矿的RDI0.5和RDI+3.15都会出现增长，但RDI+6.3会随之降低。

之所以造成烧结矿和球团矿粉化，主要是因为在还原过程中，大量的碱金属进入了FexOy晶格，导致金属铁晶体呈现快速生长趋势，从而形成应力。

随着应力的不断增加，晶界处便会出现裂纹，从而提高烧结矿及球团矿的低温还原粉化率。

另外，在还原过程中，碱金属元素会逐渐构成新的碱金属硅铝酸盐。

因析晶存在较高难度，所以会形成大量的超显微集晶（微晶集合体）。

在还原反应的影响下，这种集晶会持续晶化，随着温度的提升，晶化程度也越高，使得其结构逐渐疏松，导致烧结矿及球团矿的低温还原粉化率不断提升。

除此之外，碱金属还会使得烧结矿及球团矿的软熔温度持续增高，从而拉长软熔温度间隔。