阳春新钢铁有限责任公司科技开发中心
前言
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。
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，如图1所示。
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。
3.碱金属对高炉原料冶金性能的影响
3.1碱金属对焦炭冶金性能产生的影响
采用某炼铁厂的焦炭作为实验试样，首先对试样用KOH溶液进行处理，之后，将焦炭放置实验准备的干燥箱之中，采用170度到180度的温度将其烘干，时常采用两小时最佳，在焦炭冷却之后采取200g备用。随后根据 GB/T 4000-2017进行实验，实验过程中严格按照规定参数条件进行，最终结果如图2所示。
通过实验结果我们发现，在高炉中，少量的碱金属能够使焦炭的ICR（反应性指标）上升，以及能够使其反应后的强度（SCR）降低。这样一来，焦炭在高炉中会产生破碎情况，从而使得高炉中的粉末状物质增加，导致高炉的透气性降低。除此之外，随着高炉生产过程中的顶压不断增大，煤气流的不畅通会直接使得冶炼工作受到影响。
3.2通过扫描电子显微镜对焦炭进行分析
为了有效减少碱金属对高炉运行的危害性，我们可以采用扫描电子显微镜对焦炭的结构进行分析，通过对焦炭反应前后不同状况的剖析，深入了解焦炭的整体结构特性，探究碱金属对焦炭的影响因素，从而加强对高炉危害因素的控制，最终使高炉得以安稳运行。
在进行探究工作前，首先要将选用的焦炭物质进行磨碎处理，将焦炭表面的杂质去除干净后，将其放入乙醇溶液中进行搅拌处理，随后运用滴管工具将其放置在导电胶中，在正常室温下将其晾干，晾干之后要采用镀膜仪喷一层导电层，导电层的厚度为10mm最佳，最后对其观察。在观察过程中，我们发现焦炭在正式发生反应前整体较为平整，在发生反应过程中表面越来越粗糙，裂纹也在不断增加，再加上碱金属的作用，使其气孔壁越变越保基于此，我们可以确定碱金属可以有效对焦炭的汽化反应进行催化，其原理为，碱金属中的元素会进入到焦炭中的石墨晶体，进而会与晶体中的碳元素相互结合，最终使得焦炭的自身体积不断扩大，从而使焦炭的ICR不断升高，发生上述情况。碱金属的催化本质是在焦炭表面形成催化CO2-C反应的中间物质，在此中间物质中，不同的矿物质会以氧化分子的形态呈现，从而在焦炭的表面形成较高的分散度。由于焦炭自身的反应性，导致其在反映之后表面呈现出较为粗糙的现状，焦炭的气孔也会随之变大，最终产生裂纹情况。在冶炼工作中，高炉运行时，由于碱金属使得焦炭块度越来越小，最终产生粉末，这就使得高炉内部环境不断恶化，不利于高炉安全稳定的运行，对冶炼工作也带来诸多影响。
3.3碱金属对烧结矿、球团矿低温还原粉化性能的影响
3.3.1碱金属对烧结矿低温还原粉性能的影响
将高炉中的烧结矿作为实验样品，与上述文中的操作方式类似，首先采用KOH对烧结矿进行喷洒，随后将其放置干燥箱之中，明确烧结矿的低温还原粉化性能，最后通过实验结果对其进行分析。
在对烧结矿这一物质进行还原工作时，烧结矿的碱金属会直接与晶格中的FexO进行催化还原反应，由于在高炉晶格中的铁晶体产生速度极快，因此，经常长时间的累积会导致裂纹情况的发生[2]。通过实验我们发现，在对烧结矿进行还原处理过程中，会产生K等碱金属物质，并且随着碱金属在高炉中的迁移最终会将碱金属集中起来，形成钾铝硅酸盐，由于钾铝硅酸盐析晶较为困难，最终会在高炉中形成微晶集合体，长此以往，集合体会不断晶化。随着高炉中的温度不断升高，晶体的整体结构会不断增强，那么就会导致烧结矿的整体结构会越发松散，最终导致烧结矿发生粉化情况，进而影响冶炼工作的正常进行。
3.3.2碱金属对球团矿低温还原粉化性能的影响
在探究碱金属对球团矿低温还原粉化性能的影响时，首先选用高炉中的球团矿作为实验研究的原材料，在对其喷洒KOH溶液后，运用干燥箱将其烘干，通过实验结果我们发现，随着碱负荷的不断增加，球团矿的粉化程度会不断升高在对球团矿进行还原操作时，钾离子与钠离子会以极快的速度进入到高炉中的氧化铁中，长此以往导致高炉中的晶格发生变形现象，最终导致晶格发生裂纹现象，进而导致冶炼工作难以开展，为冶炼工作带来诸多隐患。
4.降低金属对焦炭冶金性能的应用技术
4.1高炉碱金属管理工作
为了促进冶炼工作的正常开展，降低碱金属所带来的危害，应该对高炉中的碱金属情况进行实时了解，使进入高炉中的原料稳定性增加，必要时，需要对原材料配置一定比例的低碱负荷矿石，有效减少焦末等物质的进入，为高炉的安全运行提供良好的保障[3]。
4.2加强煤气流的分布控制
在高炉冶炼工作中,由于高炉自身携带一定程度的热能以及碱金属等物质，并且在高炉中煤气量较大的区域碱金属的含量越高，因此，在进行冶炼工作时，可以通过发展边缘气流的方式，疏通中心操作。
4.3降低高炉中的含碱量
根据相关研究证明，在高炉排出的碱金属物质中，主要会以炉渣的形式存在，并且炉渣中的含碱量为入炉含碱量的百分之九十，因此，在进行冶炼工作时，相关人员可以通过以下方法来降低高炉中的含碱量[4]。首先，由于碱金属在进行还原反映的过程中会产生吸热反应，因此，要降低高炉中的生铁含硅量，使高炉自身的排碱能力得以提升。除此之外，工作人员可以增加炉渣中的含氟率，将碱金属氧化物的含量降低，使碱金属的还原效果提升，最终促进高炉能够有效进行排碱工作。
5.结语
综上所述，想要有效降低高炉中的含碱量，促进冶炼工作的正常开展，相关工作人员就要从其源头进行管理，对高炉的燃烧结构不断进行优化，使其焦比较低，最终使高炉内的碱金属含量有效减少，提高高炉的可靠性与安全性，避免高炉发生各种不良现象，为高炉的安稳运行打下坚实的基矗
参考文献：
[1]兰臣臣, 张淑会, 刘小杰,等. 高炉内氯元素对焦炭高温冶金性能的影响[J]. 太原理工大学学报, 2016(1):5-10.
[2]闫志武, 张建良, 刘征建. 钠、锌对球团矿冶金性能的影响研究[J]. 烧结球团, 2016(4):29-33.
[3]王龙浩, 刘然, 刘小杰,等. 化学成分对高炉炉渣冶金性能影响研究现状[J]. 铸造技术, 2018(1):232-235.
[4]闫志武, 张建良, 刘征建,等. 钠、锌对球团矿冶金性能的影响研究[J]. 烧结球团, 2016, 41(4):29-33.
论文作者:邓冰
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第10期
论文发表时间:2019/7/18
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