朱 利1，丁汝才1，代炎华1，李志毅1，丁连雨1，吴 铿2
(1.首秦金属材料有限公司炼铁部，河北 秦皇岛 066000；2.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083）
摘 要：2008年3～4月，首秦两座高炉干法除尘陆续发生除尘灰自燃现象，影响生产和环保环保。本文通过成分分析和工艺分析对除尘灰自燃现象进行了探讨，并根据首秦自身的工艺特点，提出了相应的应对措施。 关键词：干法除尘；自燃；除尘灰
Analysis on Spontaneous Combustion of Dry Process
Dusting in Shouqin Company
ZHU Li1，DING Ru-cai1，DAI Yan-hua1，LI Zhi-yi1,DING Lian-yu1,WU Keng2
(1. Iron Department，Shouqin Metal Materials Co.,LTD,Qinhuangdao Hebei,066000；
2. School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 10008
3.)
Abstract: In March and April 2008，Spontaneous combustion of drying dust which happened in succession in blast furnace in Shouqin Company influenced the production and entironment.It was discussed through composition and technics analysis,and the appropriate measures were brought forward according to the characteristic iron-making process. Keywords: dry process dusting；spontaneous combustion；dedusting ash
O 引言
首秦金属材料有限公司有两座高炉，均采用全干法除尘系统，高炉煤气经重力除尘、旋风除尘、干法除尘后进行TRT压差发电。自2003年投产以来，一直运行良好。2008年3～4月，两座高炉干法除尘陆续发生除尘灰自燃现象，不得不进行放灰操作，一方面影响生产，一方面影响环保，此问题在太钢、包钢等企业全干法除尘均时有发生。此外，全干法除尘对炉顶煤气温度要求的区间较窄，有时高炉生产顺行，为了适应干法除尘工艺要求，不得不采取各种应急措施。布袋除尘的除尘效果要远远优于湿法除尘，但由于存在该工艺缺陷，部分国外钢铁企业采用干湿并存的操作方针[1]，大大限制了全干法
除尘的推广和应用。
1 现象
2008年4月8日和4月28日，高炉干法箱体卸灰，落地时发生自燃。
NORWAL（1） 自燃呈圆形向外扩散；燃烧扩散过程中，外圈表面为（灰）白物质，内圈为燃烧后的黑区域，中间正在燃烧处有环形的黄绿物质；用小匙将内圈黑表面拨开，发现下层为正在燃烧的红层，如图1
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所示。
图1 除尘灰自燃扩散过程
Fig.1 diffusion on spontaneous combustion of dry dust
（2）自燃后落地灰层状分布，上层为燃烧后的黑，约1-2mm，其次为2-4mm厚的砖红层，再下层为草木灰燃烧后的灰调层，约50-60mm厚；自燃过程中，渐渐红透，但是表面仍为黑，如图2所示。
图2 自燃后除尘灰断面分层现象
Fig.2 section delamination of burned dry-dust
（3）存在部分块状除尘灰，看似不热，放入试样袋后，微有放热，实际上破碎后急剧放热，烫手非常，用小匙将其捣碎，数次搅拌后，其快速散热后才能降温，若置之不理，将牛皮纸试样袋烧焦。
2 原因分析
2.1 成分分析
2008年4月8日，自燃除尘灰取样分析结果如下：
表1 自燃除尘灰化学分析（2008-4-8）
Table 1 Chemical analysis of dry process dust burned（2008-4-8）
检验项目(%)
灰样
TFe Fe2O3S SiO2CaO C K2O Na2O ZnO Al2O3
1 33.09 36.94 0.49 4.96 4 23.7 3.25 1.79 1.63 3.38
2 33.09 32.55 0.51 4.94 3.8825.1 3.31 2.15 1.59 3.38
3 34.2 24.96 0.47 5.11 3.6526.1 3.33 2.36 1.51 3.57
4 32.2
5 36.14 0.49 5.03 3.7925.
厦门px事件6 2.86 1.52 1.5
7 3.32
5 32.95 35.14 0.48 4.94 3.626.9 2.47 1.43 1.4
6 3.25
6 32.6
7 35.34 0.49 4.
8 3.7126.5 2.92 1.73 1.48 3.15
7 32.67 34.74 0.49 4.74 3.7126.5 3.02 1.76 1.47 3.12
8 32.67 33.55 0.5 4.82 3.7926.5 3.21 2.1 1.47 3.2
9 32.39 34.34 0.51 4.82 3.7725.8 3.22 2.01 1.56 3.14
从分析结果来看，干法除尘灰全铁含量在31.83～34.2%，含碳量在23.7～26.9%，K2O、Na2O、ZnO含量在6.13～7.2%，P、S含量非常低。
根据分析结果，我们并不能确定是哪种元素引起的除尘会自燃。除尘灰自燃究竟从何而起？有文献认为是K、Na、Zn等碱金属元素氧化放热导致自燃[2]，但究竟是哪种元素氧化放热，尚待深入研究，可能是以下几种情况下的一种：K、Na、Zn等碱金属元素在干法除尘灰氧化放热；FeO氧化放热；未燃烧煤粉或焦炭氧化放热；以上几因素共同作用。
粉尘的燃烧或爆炸主要是颗粒表面的快速氧化，因此它取决于物质的活化性能和有效表面积，它跟粉尘浓度、最小点燃能量、最低爆炸浓度、最高氧浓度、颗粒特性、高温环境等因素都存在直接关联[3]。针对首秦的具体情况，本人认为主要是除尘灰颗粒太细，煤气温度过低（接近露点温度）导致除尘灰在布袋表面或箱体表面发生板结[4]，板结产生蓄热，从而产生类似煤粉自燃的现象。主要基于以
下几点：
（1）从生产实践来看，布袋烧坏多发生在煤气露点温度以下，顶温较高时并没有发生布袋烧穿现象；
（2）干法布袋板结严重，拆卸下来的布袋表面有2-10mm厚度不等的除尘灰板结层；
（3）落地除尘灰中存在部分硬块，硬度虽不高，表面不热，但内部蓄热温度可以烧灼牛皮纸试样袋；
（4）散落在外围的卸地灰并没有燃烧起来，堆在一起的则容易自燃起来，说明堆积对自燃现场扩大化起了推波助澜的作用。
但板结原因是如何引起的？一方面是由于煤气温度低于露点温度，此为外因；另一方面，粉尘的吸湿性很差，我们推测可能存在内在物质具有吸湿性，导致板结蓄热发生；
由于首秦原料全部为进口矿，因此，在4月28日除尘灰发生自燃时，我们对试样进行常规元素分析时增加了氯元素的分析，同时对试样进行了XRD
分析。
表2 自燃除尘灰化学分析（2008-4-28）
Table 2 Chemical analysis of dry process dust burned（2008-4-28）
检验项目(%)
灰样
CaO K2O Na2O ZnO P SiO2MgO Al2O3Cl TFe C
S
1 4.63 2.05 0.71 3.05 0.074- - - - 30.99 13.8 0.53
2 3.75 1.9
3 1.32 4.5
4 0.05- - - - - 18.4 0.7
3 4.46 3.36 1.43 5.38 0.052- - - - 21.08 18.5 1.2
4 3.83 1.79 0.92 3.2 0.0547.24 2.07 5.027.4228.2 20.8 0.91
5 4.67 2.63 1.14 3.85 0.085- - - - 38.67 19.
6 0.96
6 4.31 2.16 0.75 3.65 0.0557.
7 2.4 5.728.5126.94 0.012 1.22
P：基本在0.05%左右，燃烧后比例略有增加至0.07～0.08%，非常微量，基本排除在磷燃烧导致除尘灰自燃的可能；
S：约0.53～1.22%，除尘灰自燃过程中有类似鞭炮爆炸后的那种硝烟味，可能含有部分硫，但不构成主要因素；
Cl：做为盐的主要阴离子存在形式之一，低温条件下容易使灰发“潮”，含量约为7.42%，大致可以推测氯化物能达到15%左右；是造成煤气温度较低条件下的粘结主要原因之一；
K、Na、Zn：所取试样各部分Zn含量较高，1#样（燃烧红层）Zn含量最低为3.05%，未燃硬块3#样则高达5.38%，同威钢试验结果较为接近[2]；
并进一步推测，在成分上除尘灰主要成分为氯盐15～20%，含铁物质45～50%，碳20～30%，K、Na、Zn总含量一般在5%左右，异常情况下能达到10%，这三类物质构成了除尘灰的主要成分。
图3 衍射花样与KCl标准衍射花样对照 图4 衍射花样与NaCl标准衍射花样对照
Fig.3 Contrast of dust XRD and KCl diffraction criterion Fig.4 Contrast of dust XRD and NaCl diffraction
criterion
由于K、Na、Zn是活泼元素，在标准态下很容
易被氧化，所以在高炉炉尘灰中可以排除单质的K、
Na、Zn的存在。
为了确定炉尘灰中K、Na、Zn物质的形态，对
炉尘灰进行了X射线衍射分析，将得到的衍射原始
数据插入粉末衍射分析软件SEARCH-MATCH中，进行
定性分析。通过对比发现：
（1）首秦高炉除尘灰中的Zn和K含量较高，都
在2％以上，Na含量相对较低，应此在粉末X射线衍
射花样中表现不明显。
（2）K、Na、Zn是活泼元素，因此高炉炉尘灰
中不可能存在单质的K、Na、Zn。XRD定性分析时，
炉尘灰中也没有发现单质K、Na、Zn。
（3）首秦高炉炉尘灰中的也没有单纯的K2O、
Na2O、ZnO，而是存在K、Na、Zn的卤化物。但首秦高
炉炉尘灰中元素Zn的形态比较复杂。
2.3工艺分析
综合4月份数次除尘灰落地自燃问题现象，以
及高炉原燃料变化情况，可以初步有以下认识： （1）所有问题产生于顶温温度较低的情况下，顶温偏低产生了一系列的问题。如2007年冬天卸灰困难、2008年春天除尘灰自燃、管道腐蚀严重等，顶温高，这些问题发生的概率大为降低，但是高炉顺行条件下，顶温升高势必增加无谓的燃料成本；
（2）高炉工艺：3月下旬开始，高炉状态变化主要有两个方面，烧结地方粉配比增加（3月20日8%，3月21日10%，3月24日15%，4月8日12%）和喷煤（煤比从90kg/吨铁左右增加到130kg/吨铁，最高接近160kg/吨铁）大幅度提高，导致灰量同步大幅度增加，除尘灰中灰量中碳含量大幅度增加，但是卸灰制度方面还保持原先的每班一次。导致箱体灰量蓄积过多，产生蓄热。
图5高炉煤比变化趋势图 图6高炉重力灰、干法灰比趋势图
Fig.5 trend of coal ratio in BF Fig.6 trend of dust ratio in gravitation and dry process
4 措施
根据以上成分分析和工艺分析，认为导致除尘灰自燃原因及其控制措施主要有以下几个方面： （1）氧化：高炉管道里是还原性气氛，卸灰过程是氧化性气氛。氧气浓度骤然增大，可能导致部分物质迅速氧化，瞬间积蓄大量热量。因此，打开箱体人孔时，尽可能使内部温度降到50℃以下。2008年3月底，卸灰车布袋连续发生两次布袋烧穿现象，4月6日，炼铁部采用氮气冲扫稀释以防卸灰车布袋再次自燃，之后卸灰车没有发上冒烟现象。
（2）低顶温控制与干法措施应对：煤气温度过低时，需要适度调整重力除尘、旋风除尘、干法除尘的粒度分布，促使大颗粒的粉尘适度向干法除尘偏移，一方面对管道形成冲刷，减少了管道粘结，又减轻了干法布袋粘结，现场反馈较好，但是其规律摸索尚需要较长时间的考验。
（3）喷煤工艺与干法卸灰制度的协调： 2008年4月1日开始，两个炉子开始大幅度提高煤比高炉灰量开始大幅度增加，但是卸灰制度没有相应跟上，导致箱体灰量蓄积过多，产生蓄热。因此，在喷煤工艺调整时，应及时关注干法除尘情况，并及时调整卸灰制度，并考虑是否需要加开箱体。
（4）卤化物含量控制：首秦原料全部为进口矿，并且烧结矿环冷后喷洒CaCl2后进入料仓，对CaCl2喷量进行适度控制。
在防止氧化和合理分配除尘灰粒度方面，还有
部分具体工作需要长期积累和摸索：
（1）摸索箱体内低温条件下不同灰量和相应
的卸灰次数；
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（2）直接降低颗粒粒度：在当前煤比比较低的条件下，煤粉粒度变大，高炉炉尘中碳颗粒粒度变大，可进一步降低自燃可能性，但是煤比一旦提高上来，煤粉粒度仍需恢复当前水平；
白藜芦醇（3）间接降低颗粒粒度：工序间（重力、旋风、干法）合适分配除尘灰粒度，把大颗粒除尘灰适度向干法倾斜，使得干法除尘灰的粒度整体上有所提高，来降低除尘灰自燃性，究竟比例分配多少合适，可以摸索一下；从当前实践效果来看，干法灰量大于旋风灰量，较大颗粒从旋风过来，直接效果就是Φ159输灰管管壁粘结（以前内管壁经常粘结一层致密的盐，大锤敲打不易掉落，蒸汽一热就自然掉落）现象基本消除，但综合效果，尚需进一步摸索；
5 结论
（1）首秦干法除尘灰全铁含量在31.83～34.2%，含碳量在23.7～26.9%，氯盐15～20%，K2O、
Na2O、ZnO（荧光分析结果）含量在6.13～7.2%，异常情况下能达到10%，P、S含量非常低。含铁物质、碳、氯盐等几类物质构成了除尘灰的主要成分。
（2）通过XRD分析发现，炉尘灰中 K、Na、Zn 物质形态，以卤化物形态存在，没有单质的K、Na、Zn，也没有单纯的K2O、Na2O、ZnO。除尘灰中Zn和K 含量较高，在2％以上，Na含量相对较低，Zn形态比较复杂。
（3）针对首秦的具体情况，认为主要是自燃的主要原因是除尘灰发生板结，板结产生蓄热。板结产生的外在原因是煤气温度过低（接近露点温度）和颗粒粒度太细，内在原因是除尘灰中存在具有吸湿性的卤化物。
（4）根据以上原因，本文从防止氧化、低顶温控制与干法措施应对、喷煤工艺与干法卸灰制度的协调、卤化物含量控制四个方面进行措施应对。 参考文献：
[1] 高鲁平.关于高炉煤气布袋除尘灰的若干问题[J].炼铁,1998,17(4):50-53
[2] 邹德余，王正宇.威钢高炉布袋除尘器布袋烧坏原因研
究[J].四川冶金,2000,(3):26-27
[3] J 克罗斯,D 法勒.粉尘爆炸[M].项云林译.北京：化学工业出版社,1992.
[4] 王红斌，薛树红，叶勇.太钢3号高炉煤气全干式布袋除尘系统运行实践[J].炼铁,2006,25(1):16-19
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