金属材料与冶金工程
METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING
李亮
(凌源钢铁股份有限公司，辽宁朝阳122500)
m要：对凌钢5号高炉进行现场取样，测定样品中碱金属含量，计算分析了5号高炉碱金属的分布与平衡。碱金属的循环富集已影响了高炉的正常生产。结合凌钢生产情况，通过提高炉潼中的（MgO)含量来改 善炉渣的脱硫能力，进而降低炉渣二元碱度，达到排碱的目的。结果表明，通过加强源头控制、集中排碱 和长期排碱相结合的方式，高炉可以做到碱金属的收支平衡。 关键词：碱金属；脱硫能力；排碱
中图分类号：TF53 文献标识码：A文章编号：2095-5014 (2021) 01-0038-05
Production Practice and Analysis of Alkali Discharge
in No.5 BF of Lingyuan Iron and Steel Company
LI Liang地面网
(Lingyuan Iron and steel Co.,Ltd.,Chaoyang122500, China)
ABSTRACT：Through systematic sampling and alkalis content analysis of samples,the distribution and balance of alkalis in No.5blast furnaces was calculated and analyzed.The residual alkalis metals are circulated and accumulated constantly,which have affected the regular operation of the blast furnace.With practical data of Lingyuan Steel,the desulfurization ability of slag was improved by increasing the content of (MgO)in slag,so that the binary basicity of slag can be reduced to achieve the goal of alkali discharge.The results show that the balance of alkali metals can be achieved by strengthening the source control,combining the centralized alkali discharge and long-term alkali discharge.
K E Y W O R D S：alkalis；desulfurization ability；alkali discharge
随着凌钢实行铁前系统低成本战略，凌钢5 号（2 300 m3)高炉开始大量使用非主流地方矿、澳大利亚低品位矿粉、60%电精煤和30%高硫 焦炭，炉料带人的碱金属量（本文指1^0+~320) 越来越多，高炉
碱负荷和硫负荷逐渐增加。因碱金属在炉内不断的循环富集[1，2]，残留在高炉 内的富集量最高能达到人炉时的十几倍[3]，给髙炉正常生产带来了严重的影响[4]。凌钢5号高炉 因后续优特钢事业部对铁水[S]含量要求严格，高炉操作时长期控制炉渣二元碱度为1.23±0.02, 2019年高炉生铁一级品率持续高于95%。碱金属会降低矿石的软化温度，促进球团矿异常膨胀，增强焦炭的气化反应能力，导致焦炭 C S R急剧下降，这些都会严重降低高炉料柱透
收稿日期：2021-01 -8
作者简介：李亮（丨986_)，男，工程师，硕士，主要研究方向为铁矿石优化配矿与高炉炼铁操作。
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金属材料与冶金工程
气性；此外，碱金属会从风口区域砌体的缝隙渗人，进而侵蚀炉缸、炉底。进人2020年以来 高炉炉况稳定性变差，主要表现在炉温稳定性差、中上部压差不稳、煤气利用率波动频繁、伴随崩/滑料现象增加及炉体热负荷大幅度波动，各项技术经济指标出现不同程度下滑；计 划检修更换风口时发现大量白液态金属流出，使更换风口难度增加，同时高炉炉底上涨及炉底封板涨裂严重，炉基围板局部涨开约80~100 mm，这些都表明5号高炉碱害已经非常严重[5]。
为此，5号高炉有针对性的采取了集中排碱 与长期排碱相结合的模式进行高炉排碱作业。集中排碱时，炉渣二元碱度控制在1.10~1.15,
日均排碱率能达到113%。在长期排碱期间，炉 渣二元碱度控制在1.15~1.20，日均排碱率达到 95%以上，碱金属基本处于收支平衡状态，排碱 效果良好。排碱后高炉稳定性明显改善，各项 技术经济指标大幅度提升。
1凌钢5号高炉碱负荷
每吨铁由炉料带人高炉的碱金属总量(k2o+ Na20)称为高炉碱负荷[6]。碱负荷高的同时未采取积极有效的排碱措施容易导致高炉内碱金属的循环富集，将会给高炉冶炼带来严重的危害。现对凌钢5号高炉人炉原料进行取样，并分析其碱金属含量，结果见表1。
表1凌钢5号高炉碱负荷（K20+Na20)
Table1Alkalis load in No.5 BF of Lingyuan Steel
k2o含量/%Na20含量/%吨铁消耗/kg带人碱金属量/kg占比/%烧结矿0.080.071064.363 1.59746.60球团矿0.080.09495.6800.84324.60南非块矿0.110.21108.9750.34910.18焦炭0.080.034391.3320.44613.02煤粉0.1130.016148.8270.192 5.60碱负荷，kg/t 3.427
碱负荷的测定及计算结果：由炉料带人的 碱金属总量为3.427 kg/t。其中烧结矿带人碱金属量最多，为1.597 kg/t，其次为球团矿、焦炭 和南非块矿，分别为0.843 kg/t、0.446 kg/t、0.349 kg/t。煤粉带人碱金属量较少，总计0.192 kg/t。由表1中数据可以看出，烧结矿因配比高，带入碱金属量最多，占比达46.6%，而球团 矿和外购焦炭因自身含碱金属量较高，使得碱 金属含量分别达到24.60%、1102%，而南非块 矿虽然用量较少但是自身含碱金属量最高使其占比也达到了 10.18%。
与国内外高炉相比，凌钢5号高炉碱负荷处 于较高水平，明显高于大高炉碱负荷的控制标准2.2 kg/t[7]，需要引起重视，在源头加以控制。
2凌钢5号高炉排碱冶炼
2.1排碱期间高炉情况
排碱机理：降低炉渣二元碱度，充足的义02有利于增大炉渣吸收碱金属的能力；提高 炉渣MgO含量，优化炉渣成分，有利于高炉排碱并兼顾炉渣脱硫能力。为了准确验证排碱效果，将排碱前的25天定义为“排碱前”，直接 配加菱镁石尾矿和在烧结矿中配加白云石粉将炉渣碱度控制在1.10~1.15之间；进行排碱操作的15天定义为“集中排碱期”；炉渣二元碱度控制在1.15~1.20时定义为“长期排碱期”。三 个时期高炉的生产主要参数如表2所示。
由表2可以看出，高炉集中排碱期间铁水[Si]含量变化不大，碱度私从1.23降低到1.13, 生铁一级品率由74.4%降低至66.4%，集中排碱 期间高炉日产量比前期增加了 39 t，集中排碱期 燃料比上升了 5kg/t。长期排碱期炉渣碱度R2控制在1.15〜1.20，生铁一级品率提高至83%以上，产量大幅度提高至5 9001以上。另外，排碱 后的髙炉顺行程度明显提升，煤气利用率大幅提 高，各项指标均比排减則有较大幅度的提高。
39
李亮：凌钢5号髙炉排碱生产实践与分析
表2凌钢5号高炉排碱期间高炉主要技经指标
Table 2 Main technical and economic indexes of blast furnace during alkalis discharge
in No.5 BF of Lingyuan Steel
排碱阶段日产
/t
风量
/(m3/m in)
鼓风动能
/(kgm/s)
煤气
利用率/%
燃料比
/(k g/t)
生铁一级
品率/%
[Si]
/%
R i
排碱前(25日）5679487015 00340.5652874.40.48 1.23集中排碱期（15天）5718485615 25841.6753366.40.45 1.13长期排碱期（9月）5808491915 1854252383.990.46 1.17长期排碱期（10月）5929495015 94442.4452383.870.45 1.16长期排碱期（11月）5767496315 64643.4252588.540.43 1.17长期排碱期（12月）5934494315 00844.8552384.350.40 1.16
高炉在坚持长期排碱后不仅炉况稳定程度
电锅炉制造
得到改善，而且产量和煤气利用率也有明显提
高；但是由于炉渣碱度的降低会导致炉渣脱硫多媒体互动教学系统
能力不足，致使铁水一级品率降低，为后续炼
钢生产带来压力。高炉直接配加菱镁石尾矿和
在烧结过程中配加白云石粉会导致配矿成本
升高，直接配加菱镁石尾矿还导致燃料比升
高5 kg/t左右。对于脱硫和排碱的矛盾，凌钢采
取在炼钢生产普通钢种时，高炉适当降低炉渣
碱度，释放炉渣的排碱能力；而在炼钢生产特
殊钢种时提高炉渣脱硫能力，保证铁水质量。
使高炉排碱和脱硫实现无缝衔接，确保高炉排
碱的同时又保证了铁水质量。
2.2排碱期间高炉工艺制度调整
在凌钢5号高炉排碱期间，高炉的工艺制
度做如下调整：
(1)集中排碱期间，迅速降低炉渣碱度至1.10~1.15之间，铁水温度按照1490~1510丈控
制，[Si]控制在0.4%〜0.50%之间。
(2)长期排碱期间，炉渣碱度控制在1.15~ 1.20之间，铁水温度按照1490~1510t控制，[Si]控制在0.35%〜0.45%之间。
(3)使用大风量，超高鼓风动能操作，保 证足够的风速吹透中心，活跃炉缸，强劲的中
心气流有助于有害元素的上部排出。
(4)以“开放中心、稳定边缘”的操作思 路进行煤气流调剂，边缘煤气温度控制在60~80
1，中心煤气温度控制在600±50丈。加强槽下
筛分，减少粉末人炉，改善料柱透气性，提高
有害元素从上部的排出率。(5)密切关注炉体热负荷温差变化情况，
实时监控炉体冷却壁壁面温度，发现圆周温度不均匀的趋势加剧，及时调整操作制度，避免 炉墙结厚。
3凌钢5号高炉排碱分析
3.1碱金属收支平衡
为了研究凌钢5号高炉碱金属收支平衡和排碱规律，分排碱前、集中排碱期和长期排碱期三个阶段对人炉原燃料、炉渣和除尘灰进行取样，碱金属收支平衡如表3所示。随着公司 加强对地方矿碱金属含量的考核力度和停配碱金属含量偏高的南非块矿等措施，人炉碱负荷
由之前的3.427 kg/t降低到2.671 kg/t，碱金属 在源头得到有效控制。
3.2高炉排碱效果分析
凌钢5号高炉在排碱前、集中排碱期、长期 排碱期三个阶段的炉渣碱度和炉渣排碱率占比、炉渣碱度和总排碱率变化如图1、图2所示。
高炉排碱前炉渣二元碱度平均为1.23，总 的排碱率在83%左右，炉渣排碱率占总排碱率
面瘫的中药
的78.09%，低于炉渣排碱率80%的控制标准'
集中排碱期高炉二元碱度直接下调至平均1.13, 炉渣排碱率迅速提高到87.72%，总排碱率为
113%，不仅排出相当于人炉碱负荷量的碱金属，平均每天还能多排出约0.4 kg/t铁的剩余碱金
属，排碱达到较好的效果。在长期排碱期，炉 渣二元碱度控制在1.16，炉渣排碱率稳定在
83%~84%之间，总排碱率达95%以上，12月份40
金属材料与冶金工程
表3 凌钢5号高炉碱金属收支平衡
Table 3 Balance of alkalis in No.5 BF of Lingyuan Steel
排碱阶段人炉碱负荷/(kg/t)炉渣排碱率占比/%除尘灰排碱率占比/%总排碱率/%排碱前(25日） 3.42778.0921.9183集中排碱期（15天） 3.34687.7212.28113长期排碱期（9月） 3.31383.1516.8595.46长期排碱期（10月） 3.05382.9817.0295.35长期排碱期（11月） 2.91283.4316.5796.43长期排碱期（12月） 2.67184.3315.6799.1
总排碱率达到99.1%。
S h<Snr：M n c Sin?C O3C- 3C<N -fi-C S C s c KC 1.25 1.20 1.15 1 1.10 1.05
排碱阶段
图凌钢5号高炉排碱不同阶段炉渣排碱
占比变化
Fig.l Change of proportion of alkali discharged from slag in different stages of alkali discharged from No.5BF in Lingyuan Steel
排碱阶段1.25 1.20 1.15 1.10 1.05
s
图2凌钢5号高炉排碱不同阶段总排碱率变化 Fig.2Change of total alkali discharge rate at different stages of No.5BF in Lingyuan Steel
随着公司加强在源头控制铁矿石的碱金属含量，高炉碱负荷持续降低至2.671 kg/t，就目 前的冶炼条件而言，5号高炉采取长期排碱方案 基本能够做到碱金属在炉内的收支平衡。在今 后的生产过程中，应密切关注人炉碱负荷及碱金属的收支平衡情况，出现人炉碱负荷升高及碱金属循环富集情况应该及时采取集中排碱方案进行排碱，防止高炉碱害发生。
3.3适当提高渣中MgO含量
在一定范围内，炉渣中MgO含量的增加可以提高炉渣的脱硫能力，而A1203则反之，故引 人镁铝比（
W(Mg0)/M；(Al203))这个概念[8]。凌钢 5号分别采取直接配加菱镁石尾矿和在烧结过程配加白云石粉两种方案提高炉渣中的M gO含量 至10%~11%，提高炉渣的脱硫能力。
参照营口钢铁经验，首先凌钢5号高炉采取直接配加吨铁17 k g菱镁石尾矿的方式来提高炉渣中的MgO含量，高炉直接配加菱镁石尾矿导致入炉矿品位降低0.59%，燃料比上升约5 kg/t，且直接导致配矿成本大幅度上升。后来采 取在烧结过程中配加白云石粉提高炉渣中的MgO含量，配加白云石粉前后烧结矿质量未出现明显变化，且保证了炉渣MgO含量，提高了 炉渣的脱硫能力。集中排碱期烧结矿M gO含量 控制在3.5%左右，长期排碱期兼顾排碱及铁前配矿成本，烧结矿MgO含量控制在3%左右。
图3示出了凌钢5号高炉炉渣w(MgO)/ m；(A1203)变化趋势图。由图3可知，进人7月份，由于高炉直接配加菱镁石尾矿和在烧结过程中配加白云石粉促使镁铝比持续升高，稳定 在0.65以上，尤其是集中排碱期（8月份）达到 了 0.77，炉渣的冶金性能较好，脱硫能力增强，
41
李亮：凌钢5号高炉排碱生产实践与分析
对炉渣排碱起到积极作用。表4示出了排碱不 同阶段的炉渣成分变化。
s
4结束语
(1)
高炉经过排碱后炉况稳定性提高，月
平均日产稳定在5900 t 以上，创造历史最好水 平，各项技术经济指标均明显改善。
(2)
在集中排碱期间，通过直接配加菱镁
石尾矿和提高烧结矿中MgO 含量来提高炉渣中 (MgO )含量至提高炉渣的脱硫能力, 将炉渣二元碱度迅速下调至1.10〜1.15，炉渣排
碱率较之前提高9.63% ，总排碱率提高至
113%，每天多排出0.4 kg /t 的残留碱金属，排Fig .3月份
图3 2020年凌钢5号高炉炉渣
m ； (MgO )/w (A 1203)变化趋势图
The trend of w (MgO )/u ;( AI2O3) in No .5 BF of Lingyuan Steel in 2020
碱效果良好。在长期排碱期间，控制烧结矿中 M gO 含量在3%左右，炉渣二元碱度在1.15~ 1.20之间，总排碱率达到95%以上；随着人炉 碱负荷的降低，12月份总排碱率达到99.1%, 碱金属基本达到收支平衡状态。
表4
凌钢5号高炉排碱不同阶段炉渣成分变化
Table 4 Change of slag composition at different stages of alkali discharging in No .5 BF of Lingyuan Steel
排碱阶段CaO /%Si 02/%M g O /%
A 12(V %Ti 02/%r 2r 3
排碱前(25日）39.9032.578.9114.63 1.77 1.23 1.50集中排碱期（15天）38.0833.6510.5613.80 1.74 1.13 1.45长期排碱期(9月）
38.44
32.83
9.51
14.11
1.94
1.17
1.46
(3) 镁铝比稳定在0.65以上，炉渣的脱硫 能力明显增强，排碱起到了积极降低炉渣二元
碱度的作用。
(4)
为了避免高炉内的碱金属循环富集，
应密切关注高炉碱金属的收支平衡情况，必要 时采取集中排碱措施，减小碱金属的危害，确 保炉况稳定顺行。
(5)
对于高炉排碱和脱硫的矛盾，凌钢采
取在炼钢生产普通钢种时，高炉适当降低炉渣 碱度，提高高炉的排碱能力；而在炼钢生产特 殊钢种时保证炉渣脱硫能力，确保铁水质量。参考文献：
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