·340· 北京科技大学学报 第34卷 10g)后焦炭CRI基本不再增加，也可能是由于己形 的量一般都小于S的物质的量，因此从减少钾霞石 成了最大量的钾霞石.此外，通过对多家钢铁企业 (KAISiO,)生成的角度来说，降低灰分和灰分中的 用焦炭灰分组成的调研，可知焦炭灰分中A!的物质 A山2O3含量是提高焦炭抗碱性的关键. T000m 1000m 图7体系中钾蒸气量为3%()和5%(b)时气化反应后的微观形貌 Fig.7 Micro-opography of coke after gasification reaction with the potassium vapors of%(a)and 5%(b) 3.4入炉碱金属上限量的制定 碱金属氧化物的量，上式中的碱金属均按氧化物量 目前高炉现场在控制碱金属入炉方面存在两个 计算. 问题：一是不区分控制钾、钠的入炉量；二是缺乏制 (2)针对具体高炉用焦炭，进行高温下钾、钠蒸 定其入炉上限的量化依据和方法.通过本文的研 气存在时的气化反应测试，得出焦炭劣化明显加剧 究，可知在高炉碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的吸 时对应的气固体系中钾、钠单质蒸气和焦炭的质量 附量及破坏性存在很大差别，因此亟须区分控制钾、 比.通过本文的研究该值可取3% 钠入炉量.量化地制定碱金属入炉上限的关键是能 (3)当炉内钾、钠最大富集量除以入炉焦比等 够明确入炉碱金属负荷对高炉治炼的危害程度.首 于或大于步骤(2)中测得的比例时，将造成焦炭严 先，软熔带是高炉内透气性最差、碱金属富集最严重 重劣化，恶化软熔带和炉缸料柱的透气性、透液性， 的区域，在此区域焦炭是最主要的碱金属富集载体 破坏高炉的顺行高产.因此，通过入炉钾、钠负荷， 和破坏对象：其次，在高炉运行中钾、钠在焦炭上的 焦比，以及炉渣和炉尘排钾、钠率，可推出每吨铁入 吸附量是未知的也是不均匀的，而入炉焦比和碱金 炉碱金属上限值的计算公式如下： 属负荷的量化关系是己知的：再次，气固体系中碱金 Mx=47Cs'k(1-aBx)/39, (19) 属蒸气量的变化对焦炭劣化的影响是有规律的.综 M=31CRV(1-aB)/23, (20) 合以上因素，在制定入炉碱负荷上限时，以碱金属蒸 Mk+a=2×min(Mk,M.）. (21) 气对焦炭的破坏作用为主要出发点，以焦炭气化反 式中：M为入炉钾负荷上限，kg;M、为入炉钠负荷 应明显加剧时的钾、钠蒸气和焦炭的质量比为依据， 上限，kg;Mx+为入炉碱金属总负荷上限，kg;CR为 结合钾、钠最大富集量计算，来制定钾、钠不同的入 焦比，kg;V、为碳溶反应明显加剧时钾的质量分数； 炉上限值 (1)依据入炉钾、钠负荷，炉渣排钾、钠的比例， V为碳溶反应明显加剧时钠的质量分数 炉尘排钾、钠的比例等高炉己知参数和可检测结果 基于钾对高炉焦炭的破坏作用更强，上述三种 得出炉内碱金属富集率和最大富集量，其中钾、钠最 上限值的重要性顺序为：Mk>Mx+N>M。·由文中 大富集量可扩展Yang等提出的公式求得回： 提出的碱负荷上限计算公式和已有的炉渣排碱率研 lim=lim(B) 究可知，当炉渣温度提高、炉渣碱度增加、渣量降低、 (17) 1-akBx 1-axBK' 渣滞留率增大、软熔带厚度增加、料柱透气透液性恶 化、焦比降低、焦炭灰分增加以及焦炭气孔率增大 lim=lim Q0-(aB)+1] O 1-aNaBNa =1-aNBxa 时，碱负荷的允许上限值都会下降，即高炉抵抗碱金 (18) 属破坏的能力下降，而相反的变化则可以提高高炉 式中：Q艰、Qペ为吨铁入炉钾、钠负荷，kg;ak、a为炉 的抗碱害能力.将此计算方法应用于判断某实际高 渣中钾、钠被还原气化的比例：B、B、为煤气中钾、 炉碱负荷是否超限.该高炉实际每吨铁入炉钾负荷 钠被炉料吸收的比例.考虑到化学分析结果一般是 为2.864kg,钠负荷为4.620kg,碱总负荷为北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 10 g) 后焦炭 CRI 基本不再增加，也可能是由于已形 成了最大量的钾霞石． 此外，通过对多家钢铁企业 用焦炭灰分组成的调研，可知焦炭灰分中 Al 的物质 的量一般都小于 Si 的物质的量，因此从减少钾霞石 ( KAlSiO4 ) 生成的角度来说，降低灰分和灰分中的 Al2O3 含量是提高焦炭抗碱性的关键． 图 7 体系中钾蒸气量为 3% ( a) 和 5% ( b) 时气化反应后的微观形貌 Fig． 7 Micro-topography of coke after gasification reaction with the potassium vapors of 3% ( a) and 5% ( b) 3. 4 入炉碱金属上限量的制定 目前高炉现场在控制碱金属入炉方面存在两个 问题: 一是不区分控制钾、钠的入炉量; 二是缺乏制 定其入炉上限的量化依据和方法． 通过本文的研 究，可知在高炉碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的吸 附量及破坏性存在很大差别，因此亟须区分控制钾、 钠入炉量． 量化地制定碱金属入炉上限的关键是能 够明确入炉碱金属负荷对高炉冶炼的危害程度． 首 先，软熔带是高炉内透气性最差、碱金属富集最严重 的区域，在此区域焦炭是最主要的碱金属富集载体 和破坏对象; 其次，在高炉运行中钾、钠在焦炭上的 吸附量是未知的也是不均匀的，而入炉焦比和碱金 属负荷的量化关系是已知的; 再次，气固体系中碱金 属蒸气量的变化对焦炭劣化的影响是有规律的． 综 合以上因素，在制定入炉碱负荷上限时，以碱金属蒸 气对焦炭的破坏作用为主要出发点，以焦炭气化反 应明显加剧时的钾、钠蒸气和焦炭的质量比为依据， 结合钾、钠最大富集量计算，来制定钾、钠不同的入 炉上限值． ( 1) 依据入炉钾、钠负荷，炉渣排钾、钠的比例， 炉尘排钾、钠的比例等高炉已知参数和可检测结果 得出炉内碱金属富集率和最大富集量，其中钾、钠最 大富集量可扩展 Yang 等提出的公式求得［12］: limn→∞ Qn K = limn→∞ Q0 K［1 － ( αKβK) n + 1 ］ 1 － αKβK = Q0 K 1 － αKβK ，( 17) limn→∞ Qn Na = limn→∞ Q0 Na ［1 － ( αNaβNa ) n + 1 ］ 1 － αNaβNa = Q0 Na 1 － αNaβNa ． ( 18) 式中: Q0 K、Q0 Na为吨铁入炉钾、钠负荷，kg; αK、αNa为炉 渣中钾、钠被还原气化的比例; βK、βNa为煤气中钾、 钠被炉料吸收的比例． 考虑到化学分析结果一般是 碱金属氧化物的量，上式中的碱金属均按氧化物量 计算． ( 2) 针对具体高炉用焦炭，进行高温下钾、钠蒸 气存在时的气化反应测试，得出焦炭劣化明显加剧 时对应的气固体系中钾、钠单质蒸气和焦炭的质量 比． 通过本文的研究该值可取 3% ． ( 3) 当炉内钾、钠最大富集量除以入炉焦比等 于或大于步骤( 2) 中测得的比例时，将造成焦炭严 重劣化，恶化软熔带和炉缸料柱的透气性、透液性， 破坏高炉的顺行高产． 因此，通过入炉钾、钠负荷， 焦比，以及炉渣和炉尘排钾、钠率，可推出每吨铁入 炉碱金属上限值的计算公式如下: MK = 47CRVK( 1 － αKβK) /39， ( 19) MNa = 31CRVNa ( 1 － αNaβNa ) /23， ( 20) MK + Na = 2 × min( MK，MNa ) ． ( 21) 式中: MK 为入炉钾负荷上限，kg; MNa为入炉钠负荷 上限，kg; MK + Na为入炉碱金属总负荷上限，kg; CR 为 焦比，kg; VK 为碳溶反应明显加剧时钾的质量分数; VNa为碳溶反应明显加剧时钠的质量分数． 基于钾对高炉焦炭的破坏作用更强，上述三种 上限值的重要性顺序为: MK ＞ MK + Na ＞ MNa ． 由文中 提出的碱负荷上限计算公式和已有的炉渣排碱率研 究可知，当炉渣温度提高、炉渣碱度增加、渣量降低、 渣滞留率增大、软熔带厚度增加、料柱透气透液性恶 化、焦比降低、焦炭灰分增加以及焦炭气孔率增大 时，碱负荷的允许上限值都会下降，即高炉抵抗碱金 属破坏的能力下降，而相反的变化则可以提高高炉 的抗碱害能力． 将此计算方法应用于判断某实际高 炉碱负荷是否超限． 该高炉实际每吨铁入炉钾负荷 为 2. 864 kg，钠 负 荷 为 4. 620 kg，碱 总 负 荷 为 ·340·