韓曉光，胡賓生，貴永亮

(河北聯(lián)合大學冶金與能源學院，河北唐山063009)

0 引言

近幾年來，氯元素對高爐冶煉過程的影響逐漸顯現(xiàn)出來，主要表現(xiàn)為在部分高爐風口結(jié)渣物、布袋除塵箱內(nèi)壁粘結(jié)物、TRT葉片粘結(jié)物、熱風爐蓄熱室格子磚內(nèi)的粘結(jié)物中都分別檢測到大量的氯元素，這些粘結(jié)物中的氯元素含量有的可以達到60%以上，已經(jīng)對高爐的冶煉過程造成了嚴重影響?；诖嗽颍藗冡槍β葘Ω郀t冶煉過程的影響進行了大量研究工作，獲得了大量的研究成果。

1 氯元素對高爐風口的影響

高爐風口結(jié)渣會使風口通道面積減小，風壓升高，影響噴煤作業(yè)和高爐爐況的順行。煤粉中的氯元素在200～500℃之間析出的為有機氯或水溶態(tài)的氯;而在1000～1100℃之間析出的是無機氯，高爐風口區(qū)的溫度通常超過l600℃，盡管煤粉在在回旋區(qū)的停留時間只有十幾毫秒，但是煤粉中的氯元素40%左右還是會以氣態(tài)HC1的形式釋放出來。HCl氣體的化學性質(zhì)非?；顫?，很可能與煤粉中的Na、K、Fe、Mg、Al等元素發(fā)生化學反應生成低熔點的氯化物(氯化鈉熔點為801℃，氯化鉀熔點為770℃，氯化鐵熔點為282℃，氯化鎂熔點為118℃)，由于高爐風口內(nèi)外溫差比較大，所以造成這些低熔點的氯化物很容易在風口處凝固，并逐漸聚集在風口部位，形成結(jié)渣物，甚至堵塞風口，影響高爐順行，對高爐的冶煉過程造成嚴重影響。表1是2008年某座高爐風口結(jié)渣物的能譜分析結(jié)果。由表1可以看出:高爐風口結(jié)渣物中含有少量的氯元素，這些氯元素很可能與其中的陽離子形成了低熔點化合物，從而導致在風口處聚集并結(jié)渣。

表1 某高爐風口結(jié)渣物質(zhì)的能譜分析結(jié)果(%)

2 氯元素對煤氣管道的影響

氯化物堵塞煤氣管道，影響高爐煤氣的正常運行。為了降低水的消耗，近些年來，高爐煤氣除塵系統(tǒng)中的干法除塵工藝開始被普遍應用。干法除塵工藝(即布袋除塵)具有除塵效率高、凈化煤氣含塵量低并可充分利用煤氣余熱、TRT發(fā)電量高、基本不消耗水等諸多優(yōu)點。然而，現(xiàn)代高爐噴吹煤粉，在冶煉過程中會有氯化氨(NH4Cl)生成。氯化氨在100℃時會大量揮發(fā)，在337.8℃時分解成HC1分子和NH3分子，以氣體的形式存在于高爐煤氣中。布袋除塵只能夠過濾5μ以上的灰塵顆粒，不能將這些高爐煤氣中的HC1分子和NH3分子過濾下來。隨著高爐煤氣溫度地不斷下降，HC1和NH3再次結(jié)合成NH4C1固體，與部分小于5μm的灰塵顆粒形成固體混合物，這些固體混合物一部分粘結(jié)在布袋除塵箱的內(nèi)壁，影響布袋的除塵效率，另外一部分則堵塞煤氣管道影響煤氣的輸送和使用。表2是2008年某座高爐布袋除塵箱內(nèi)壁粘結(jié)物的能譜分析結(jié)果。由表2可以看出:粘結(jié)物中含有大量的氯元素，根據(jù)物理和化學平衡原理，氯元素在煤氣管道的粘結(jié)物中不可能以單質(zhì)形式存在，最大的可能是以NH4C1、FeCl3和FeCl2的形態(tài)存在。

表2 某高爐布袋除塵箱內(nèi)壁粘結(jié)物的能譜分析結(jié)果(%)

3 氯元素對TRT的影響

氯化物粘結(jié)在TRT葉片上，影響機組正常運行。近幾年來，在一些使用干式TRT的企業(yè)多次出現(xiàn)機組流道快速結(jié)垢的現(xiàn)象，結(jié)垢的主要成分為氯化氨(NH4Cl)與灰塵的結(jié)晶，稱之為積鹽。這些積鹽主要寄存在二級葉片的進氣側(cè)背部和出氣側(cè)的葉盆處，當垢層達到一定厚度時，就會引起機組振動而造成停機，造成高爐煤氣壓力能和熱能的巨大損失，給鋼鐵公司帶來經(jīng)濟損耗。TRT機組產(chǎn)生積鹽的機理是:現(xiàn)代高爐煤氣一般采用的都是干法除塵，大大降低了工業(yè)水的消耗，除塵效率也得到了有效提高，但是干法除塵不能出去煤氣中小于5μm的粉塵，這些粉塵和一些機組油污，另外加上高爐冶煉過程中產(chǎn)生的HC1、NH3氣體等，在二級葉片的進氣側(cè)背部和出氣側(cè)的葉盆處形成氣―汽―固組成的多相流。當高爐煤氣的熱能轉(zhuǎn)變成機械能后，溫度會降低，當溫度降低到露點以下時，煤氣中的水分會大量凝結(jié)，而重新結(jié)合成的氯化氨又極易溶于水中，再加上一些粉塵形成結(jié)垢，粘附在透平的動、靜葉片和機殼內(nèi)壁上，垢層逐漸積厚，最后導致機組無法正常運行。表3是2009年某鋼鐵公司高爐TRT葉片積鹽的能譜分析。由表3中可以看得出:TRT葉片積鹽中含有大量的氯元素，這些氯元素在TRT葉片積鹽中不可能以單質(zhì)形式存在，最大的可能是以FeCl3、FeCl2和NH4C1的形態(tài)存在。

表3 某高爐TRT葉片積鹽的能譜分析結(jié)果(%)

4 氯元素對高爐冶煉過程的影響

氯元素進入到高爐內(nèi)，最終以HC1的形式釋放出來，進入到煤氣當中，并隨著高爐煤氣向高爐頂部運行，在上升的過程中不可避免地與高爐爐料和高爐爐墻耐火材料相接觸，給高爐的冶煉過程帶來了影響。根據(jù)相關文獻的研究表明［1］:HC1會對高爐爐料焦炭的反應性(CRI)和反應后強度(CSR)以及鐵礦石的冶金性能均有一定程度的影響。

HC1對焦炭反應性和反應后強度的影響:HC1會使焦炭的反應性降低而反應后強度明顯升高，這種影響使焦炭的冶金性能得到了改善，有利于高爐的順行。HC1能夠改善焦炭冶金性能的原因可能是:由于HC1具有比較強的吸附能力，當HC1與焦炭接觸時就會粘附在固體焦炭的表面，從而抑制了焦炭和其他氣體(主要是CO2)之間的反應，降低了焦炭的反應性，提高了焦炭的反應后強度。

HC1對燒結(jié)礦低溫還原粉化率的影響:HC1降低了燒結(jié)礦的低溫還原粉化率，明顯改善了高爐塊狀帶的透氣性。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是:一方面是由于HC1的吸附能力比較強，容易粘附在燒結(jié)礦的表面，阻止燒結(jié)礦內(nèi)鐵氧化物與還原性氣體之間的反應，另一方面因為HC1要比高爐還原性氣體中的CO更容易與燒結(jié)礦內(nèi)的鐵氧化物反應［2］，抑制了燒結(jié)礦還原粉化的發(fā)生。

HC1對球團礦還原膨脹系數(shù)的影響:HC1提高了球團礦的還原膨脹系數(shù)，降低了球團礦的冶金性能。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是:HC1氣體與球團礦中的石英或硅酸鹽發(fā)生反應生成一部分SiCl4，因為SiCl4的沸點只有57.6℃［3］，所以在高爐內(nèi)會以氣體的形式進入到煤氣中，使球團礦在還原過程中形成的低熔點硅酸鹽數(shù)量減少，促進了球團礦在還原過程中產(chǎn)生的孔隙和裂隙，給鐵晶須的生長創(chuàng)造了有利條件，從而提高了球團礦的還原膨脹系數(shù)。

HC1對鐵礦石還原性的影響:HC1降低了鐵礦石的還原性，使鐵礦石的冶金性能得到惡化。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是:一方面是因為HC1具有比較強的吸附能力會粘附在鐵礦石的表面，阻止鐵礦石和還原性氣體之間的反應，另一方面是HC1與燒結(jié)礦中的CaO和鐵氧化物(Fe2O3、Fe3O4、FeO)反應生成CaCl2、FeCl2和FeCl3，在900 ℃時，CaCl2和 FeCl2是液體狀態(tài)，而 FeCl3則為氣體狀態(tài)［4］，呈液體狀態(tài)的 CaCl2和FeCl2會粘附在鐵礦石的表面，從而抑制鐵礦石的還原反應，降低鐵礦石的還原性。

5 結(jié)語

因為近幾年來氯元素對高爐冶煉過程的影響在日漸顯現(xiàn)出來，人們針對氯元素在高爐冶煉過程的影響進行了大量研究工作，并取得了大量研究成果，已經(jīng)對氯元素在高爐內(nèi)的行為及對高爐冶煉的影響有了深入認識。接下來，如何消除或減輕氯元素對高爐冶煉過程的影響將是人們研究工作的重點。研制出一種適合鋼鐵工業(yè)的脫氯劑，以此來脫除煤氣中的氯元素，降低對高爐冶煉過程的影響將是今后研究工作的方向。

［1］ 胡賓生，貴永亮，韓曉光等.煤氣中HCl對高爐原燃料冶金性能的影響［J］.中國冶金，2011，21(10):20-23.

［2］ 顏慧成，劉時杰.氯化氫氯化焙燒分離貴賤金屬［J］.貴金屬，1995，16(1):1.

［3］ 編寫組.無機化學［M］.北京:人民教育出版社，1978.

［4］ 中南礦冶學院冶金研究室.氯化冶金［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1978.